ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩАЯ ФРЕЗА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРИСТВОЛЬНЫХ ПОЛОС В САДАХ
UNDERTREE SOIL-CULTIVATING CUTTER FOR USE IN GARDENS

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к почвообрабатывающим орудиям для работы в садах.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является почвообрабатывающая фреза, содержащая раму, связанный с редуктором вертикальный вал и размещенные на нем подвижный обод с эластичной поверхностью и ротор с ножами (см. патент Франции №2134318 кл. А01В 33/00, 1972 г.).
Недостатком данной фрезы является то, что при ее использовании не обеспечивается обработка почвы вплотную у ствола, процесс обработки требует значительных затрат энергии.
Известно авт. свид. RU №934932, кл. А01В 39/16, 1982 г., бюл. №22 (наша более ранняя разработка). Почвообрабатывающая фреза для обработки приствольных полос в садах, содержащая раму, связанный с редуктором вертикальный вал и размещенные на нем подвижный обод с эластичной поверхностью и ротор с ножами, отличающаяся тем, что она снабжена источником ультразвуковых колебаний, а ротор выполнен в виде соединенных пружинами двух сегментов, каждый из которых имеет магнитострикционный излучатель, связанный с источником ультразвуковых колебаний.
Известное изобретение показало достаточно высокую эффективность в работе, однако в процессе эксплуатации выявился и ряд недостатков. Первое - магнитострикционный преобразователь не позволяет получать амплитуду колебаний более 0,09 мм, а ультразвуковой генератор имеет невысокую надежность в работе (см. Д.А.Гешгах, В.М.Фридман. Ультразвуковая технологическая аппаратура, М.: Энергия, 1976 г., стр.45, 71).
Второе - ультразвуковой генератор требует значительных энергозатрат - порядка 2 кВт, что в свою очередь приводит к значительному перерасходу топлива, т.к. питание ультразвукового генератора осуществляется от вала отбора мощности. Учитывая тенденции последних лет к непрерывному росту цен на энергоносители, использование известного изобретения во многих случаях экономически нецелесообразно. Кроме того, как отмечалось, невысокая амплитуда колебаний рыхлящих ножей часто не обеспечивает высокой эффективности обработки почвы.
В качестве прототипа нами взят патент RU №2281636, опуб. 20.08.2006 г., Бюл. №23 (наша разработка). Почвообрабатывающая фреза для обработки приствольных полос в садах, содержащая раму, связанный с редуктором вертикальный вал, ротор с ножами и источник энергии, отличающаяся тем, что вертикальный вал снабжен металлическим диском с вибратором, выполненным в виде катушки индуктивности, внутри которой размещен стальной шар с возможностью свободного перемещения, при этом катушка подключена к источнику энергии, выполненному в виде источника импульсного тока.
Изобретение показало высокую надежность в работе, однако оно имеет и серьезный недостаток, присущий практически любой механической вибрационной системе, а именно, частота следования ударных импульсов (удары шарика по диску) не превышает 50 Гц, что не может обеспечить высокой эффективности обработки при средней скорости движения фрезы до 5 км/ч (1 или 1,5 м/с).
Техническим решением задачи является устранение указанных недостатков, повышение эффективности обработки почвы, снижение энергозатрат и повышение эффективности работы почвообрабатывающей фрезы на основе новых технических разработок.
Задача достигается тем, что почвообрабатывающая фреза для обработки приствольных полос в садах, содержащая раму, связанный с редуктором вертикальный вал с металлическим диском, ротор с ножами и вибратор, согласно изобретению в качестве вибратора использован плоский индуктор, расположенный над металлическим диском и подключенный к источнику импульсного тока, который соединен с бортовой сетью трактора.
Новизна заявленного предложения обусловлена тем, что достижение поставленной задачи осуществляется за счет вибрации осуществляемым плоским вибратором, удается достигнуть амплитуды и частоты колебаний, существенно превосходящих значения, достигаемые в других известных конструкциях (см. П.П.Ястребов, И.П.Смирнов. Электрооборудование. Электротехнология, М.: Высшая школа, 1987 г., стр.71-74, раздел «Магнитоимпульсные установки»).
Сущность изобретения поясняется чертежом. Почвообрабатывающая фреза содержит раму 1, связанный с редуктором 2 вертикальный вал 3, ротор 4 с ножами для обработки почвы 5. Вертикальный вал 3 снабжен металлическим диском 6, сверху которого на расстоянии 3-5 мм установлен плоский индуктор 7, подключенный к магнитоимпульсной установке 8, который соединен с бортовой сетью трактора.
Почвообрабатывающая фреза работает следующим образом.
При включении вала отбора мощности трактора крутящий момент от вала через конический редуктор 2 передается вертикальному валу 3, вследствие чего приводится во вращение ротор 4 с ножами 5.
Одновременно от бортовой сети трактора включается магнитоимпульсный источник тока 8, от которого начинает работать плоский индуктор 7, вследствие чего магнитное поле индуктора создает в диске 6 вихревые токи. Результатом взаимодействия магнитных полей (индуктора и магнитного поля вихревых токов) является возникновение электромагнитных сил, направления которых в общем случае определяются по правилу «левой руки» - перпендикулярны векторам магнитной индукции В и I, т.е. создается давление на поверхность диска (вверх или вниз), достигающее многих десятков килограмм на квадратный сантиметр поверхности диска.
Давление (в МПа) на поверхность металлического диска 6 определяется как:
1
где В - индукция магнитного поля у поверхности диска со стороны плоского индуктора, Т (тесла);
2
В - индукция магнитного поля у диска с противоположной стороны индуктора, Т;
0
µ - магнитная постоянная.
Значительная вибрация позволяет исключительно эффективно обрабатывать почву практически с любыми физико-механическими характеристиками, при этом частота колебаний (или частота следования импульсов) также может изменяться в широких пределах вплоть до нескольких сотен герц.
Учитывая, что работа фрезы, точнее, вибрация, создаваемая в диске и передающая на ножи обрабатывающую почву, осуществляется в импульсном режиме (в десятые и даже сотые доли секунды) энергозатраты применяемой электровибрационной установки - импульсный источник тока и плоский индуктор существенно ниже, по крайней мере, на порядок, чем у известных конструкций. Это обстоятельство особенно важно, учитывая тенденцию к непрерывному росту цен на энергоносители.