БОРОНА ДИСКОВАЯ ТРЕХРЯДНАЯ

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, преимущественно к почвообрабатывающим орудиям.
Известна борона дисковая RU №124521 от 10.02.2013 г, содержащая раму с элементами агрегатирования и транспортировки, на которой в три ряда, под углом атаки к направлению движения закреплены сферические диски. При этом на каждом ряду установлены лево- и правооборачивающие сферические диски. При этом сферические диски первого и второго ряда ориентированы вогнутостями от продольной оси бороны, а сферические диски третьего ряда ориентированы вогнутостями к продольной оси бороны.
Недостатком такой расстановки дисков, когда два ряда дисков разгребают землю от середины, и только один последний ряд сгребает к середине, является появление борозд или свальных гребней посредине обработанной орудием земли. Это снижает качество обработки земли и требует выравнивания поверхности поля уже другими орудиями.
Известна борона дисковая RU №99680 от 27.11.2010 г, содержащая раму с поперечными балками, на которых посредством индивидуальных стоек, в три ряда, расположены сферические диски. Диски установлены рабочей поверхностью под острым углом атаки к направлению движения, на первом ряду установлены лево- и правооборачивающие дисковые рабочие органы, зеркально, вразвал расположенные относительно продольной оси, а вогнутость дисков третьего ряда противоположна вогнутости дисков второго ряда, при этом ближайшие к продольной оси диски второго и третьего рядов направлены вогнутостями к этой оси.
У бороны с такой расстановкой дисков силы реакции почвы на диски вызывающие перекос орудия первого ряда уравновешиваются. А силы реакции почвы на диски вызывающие перекос орудия второго и третьего ряда равны по величине и противоположно направлены, но расположены на разном расстоянии отточки присоединения орудия к трактору. Поэтому суммарное действие сил реакции почвы на диски вызывающие перекос орудия второго и третьего ряда создают вращающий момент вызывающий перекос орудия. Никаких дополнительных устройств повышающих курсовую устойчивость в данной бороне нет. А наличие лево- и правооборачивающих дисковых рабочих органов, зеркально, вразвал расположенных на первом ряду усложняет настройку орудия. Недостатком данной бороны является недостаточная курсовая устойчивость и сложность настройки орудия, в зависимости от меняющихся почвенных условий.
Известна борона дисковая (прототип) RU №72809 от 27.12.2007 г, содержащая раму, выполненную из соединенных друг с другом поперечных брусьев, на которых на равном расстоянии друг от друга с возможностью свободного вращения под углом к вертикальной плоскости и с возможностью регулирования угла атаки на изогнутых стойках установлены сферические рабочие диски, образующие на каждом брусе ряд дисков. При этом рабочие диски первого и второго рядов установлены своей вогнутой поверхностью в противоположные стороны и образуют первый парный ряд дисков, а рабочие диски последующих соседних парных рядов установлены своей вогнутой поверхностью в противоположные стороны относительно соответствующих рядов предыдущего парного ряда. При этом ряды дисков смещены в поперечном направлении относительно друг друга на величину, равную частному от деления расстояния (t) между рабочими дисками в одном ряду на количество рядов (N). При этом каждый рабочий диск оставляет отдельный след, номер которого на промежутке между рабочими дисками первого ряда равен номеру ряда, в котором расположен рабочий диск. Взаимное поперечное смещение дисков в соседних рядах, в зависимости от пространственной ориентации этих дисков, находится в зависимости таким образом, что диски 2-го и 3-го ряда смещены относительно дисков 1-го ряда в поперечном направлении в сторону необработанной 1-м рядом полосы земли в последовательности 1-2-3.
Борона с такой расстановкой дисков несбалансированна. Сумма сил реакции почвы вызывающие перекос орудия на диски каждого ряда создают большой вращающий момент вокруг точки присоединения орудия к трактору. При этом орудие будет перекашиваться влево, при этом диски второго и третьего ряда попадут в борозды от дисков первого ряда. Это приведет к огрехам. Заявление автора, что каждый последующий диск должен сдвигать пласт земли в борозду оставляемую предыдущим диском спорно. В дисковых боронах, работающих на больших скоростях, почва с дисков вылетает веером вверх, назад и в сторону от диска. Происходит не сдвиг пласта в соседнюю борозду, а скол земли на выходе диска из земли. Скол земли происходит независимо от наличия или отсутствия соседней борозды. На практике в соседнюю борозду стремится сместиться сам диск. Это ухудшает курсовую устойчивость бороны дисковой.
Целью данного технического решения является упрощение настройки, повышение курсовой устойчивости и повышение качества работы бороны дисковой трехрядной.
Указанная цель достигается за счет того, что борона дисковая трехрядная содержит раму, на которой рядами на индивидуальных стойках с возможностью вращения установлены наклонно к вертикали и с углом атаки сферические диски, обращенные вогнутостью одинаково в одну сторону для каждого ряда. При этом второй ряд дисков направлен вогнутостью в ту же сторону, что и первый ряд дисков, а третий ряд дисков направлен вогнутостью в противоположную сторону. Причем смежные диски второго и третьего ряда направлены вогнутостью друг к другу. Точка присоединения бороны к трактору для прицепной бороны смещены от оси симметрии бороны в сторону вогнутости дисков первого ряда. Кроме того, диски первого и второго ряда установлены под одинаковым углом атаки, а диски третьего ряда установлены под углом атаки большим, чем диски первого и второго ряда.
На фиг. 1 показана схема расстановки дисков и схема сил действующей на борону дисковую трехрядную.
mp
y
Рассмотрим силы, действующие на борону в горизонтальной плоскости (фиг. 1). В точке присоединения бороны к трактору 0 действует сила тяги трактора P. Каждый диск подрывает свою часть земли и вращаясь, выбрасывает ее назад и в сторону. Таким образом, на каждый диск действует реакция почвы, которую можно разложить на продольную и поперечную силу. Так как диски работают на одинаковой глубине и выбрасывают одинаковое количество земли, в первом приближении считаем, что реакция земли на каждом диске, в каждом ряду одинакова. Тогда сумма продольных сил реакции почвы R будет располагаться в центре масс по оси симметрии орудия. Из условия равновесия сил имеем:
y
mp
R=P
x1
x2
x3
Сумма поперечных сил реакции почвы для каждого ряда дисков R, R и R будет располагаться по линии каждого ряда. Так как в каждом ряду находится одинаковое количество дисков, имеем:
x1
x2
x3
x
R=R=R=R
0
Так как борона подсоединена к трактору шарнирно, просчитаем сумму моментов поперечных сил M относительно точки присоединения бороны к трактору. При этом расстояние от точки присоединения бороны к трактору (длина прицепа) принимаем b, а расстояние между рядами дисков одинаково и равно a:
0
x
x
x
0
x
x
x
x
x
0
x
x
М=bR+(b+a)R-(b+2a)R, или M=bR+bR+aR-bR-2aR, или после сокращения M=bR-aR
Конструктивно длина прицепа примерно в два раза больше расстояния между рядами b=2а, тогда:
0
x
x
x
М=2aR-aR=aR
0
Для нормальной работы бороны необходимо соблюдение равенства вращающих моментов вокруг точки присоединения бороны к трактору М=0. Это выполняется, если сместить точку присоединения прицепной бороны к трактору от оси симметрии бороны в сторону вогнутости дисков первого ряда на величину с, тогда имеем:
x
mp
aR-cP=0,
Откуда вычислим величину c:
x
mp
c=aR/P,
Таким образом, предлагаемая борона дисковая трехрядная в прицепном варианте полностью уравновешена.
Для навесной бороны, при двухточечной схеме навески b=a, тогда:
0
x
x
M=aR-aR=0
Равенство вращающих моментов вокруг точки присоединения бороны к трактору соблюдается, и смещение точки присоединения навесной бороны к трактору делать не надо. Таким образом, предлагаемая борона дисковая трехрядная в навесном варианте полностью уравновешена.
0
x
Аналогичный расчет для аналога по патенту №99680 показывает наличие неуравновешенного вращающего момента М=aR, причем как для навесной бороны, так и для прицепной бороны. Это приводит к перекашиванию орудия и огрехам.
0
x
0
x
Аналогичный расчет для прототипа по патенту №72809 показывает наличие неуравновешенного вращающего момента для навесной бороны М=2aR, и для прицепной бороны М=3aR. Это приведет к значительному перекашиванию орудия и огрехам.
Придать курсовую устойчивость также можно, если диски первого и второго ряда установлены под одинаковым углом атаки, а диски третьего ряда установлены под углом атаки большим, чем диски первого и второго ряда. Тогда сумма поперечных сил реакции третьего ряда будет больше:
x3
x1
x2
R>R=R
0
Тогда сумма моментов поперечных сил М относительно точки присоединения бороны к трактору будет близка к нулю.
На практике в зависимости отменяющихся почвенных условий орудия могут перекашиваться. Для повышения курсовой устойчивости предлагаемая борона дисковая трехрядная содержит сферические диски, обращенные вогнутостью одинаково в одну сторону для каждого ряда. При этом второй ряд дисков направлен вогнутостью в ту же сторону, что и первый ряд дисков, а третий ряд дисков направлен вогнутостью в противоположную сторону. Причем смежные диски второго и третьего ряда направлены вогнутостью друг к другу.
Работает борона дисковая трехрядная следующим образом. При движении бороны диски первого ряда оставляют за собой борозды и между ними полосы твердой, необработанной земли. Диски второго и третьего ряда заходят в землю своей передней частью в борозды, оставляемые дисками первого ряда, и обрабатывают оставшиеся полосы твердой земли с небольшим перекрытием.
x3
x2
В случае перекашивания бороны влево, диски третьего ряда будут в большей степени двигаться по обработанной земле и нагрузка на них уменьшится. Тогда сумма поперечных сил реакции почвы для третьего ряда дисков R, вызывающая увод орудия влево уменьшится. А диски второго ряда будут в большей степени двигаться по необработанной земле и нагрузка на них увеличится. Тогда сумма поперечных сил реакции почвы для второго ряда дисков R, вызывающая увод орудия вправо увеличится. Таким образом, силы вызывающие увод орудия будут компенсироваться, и орудие вернется в исходное положение.
x2
x3
В случае перекашивания бороны вправо, диски второго ряда будут в большей степени двигаться по обработанной земле и нагрузка на них уменьшится. Тогда сумма поперечных сил реакции почвы для второго ряда дисков R, вызывающая увод орудия вправо уменьшится. А диски третьего ряда будут в большей степени двигаться по необработанной земле и нагрузка на них увеличится. Тогда сумма поперечных сил реакции почвы для третьего ряда дисков R, вызывающая увод орудия влево увеличится. Таким образом, силы вызывающие увод орудия будут компенсироваться, и орудие вернется в исходное положение.
Таким образом, такое конструктивное исполнение позволит упростить настройки, повысить курсовую устойчивость и повысить качество работы бороны дисковой трехрядной.