ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Предлагаемая полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению и может использоваться в орудиях для рыхления верхнего и прикатывания нижележащего слоев почвы, выравнивания ее поверхности и уничтожения сорняков, как в составе объединенных в батарею как, например, кольцевая борона, так и в составе комбинированных почвообрабатывающих, либо посевных агрегатов.
Известен почвообрабатывающий каток для уплотнения почвы, содержащий раму, расположенную под углом атаки ось и установленные на ней дисковые рабочие органы, каждый из которых выполнен в виде кольца, соединенного с осью посредством спиц, причем кольцо имеет форму усеченного конуса, при этом угол внутренней конической поверхности равен или больше угла наружной конической поверхности [Пат. 1496650 Российская Федерация: МПК А01В 29/04. Почвообрабатывающий каток для уплотнения почвы / Кнаус А.А., Дремов А.И., Тарасов В.П.; заявитель и патентообладатель Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства. - №4342983; заявл. 25.12.1987; опубл. 30.07.1989, Бюл. №28. - 2 с.].
Данное почвообрабатывающее устройство имеет недостаточную заглубляющую способность его каждого рабочего органа в почву, в особенности на уплотненных фонах, из-за того, что врезание кольцевых рабочих органов в почву осуществляется кромкой внешней стороны меньшего основания диаметра конусных колец, в итоге приводящее к возникновению повышенной выталкивающей из почвы реакции на вращающиеся в процессе поступательного движения агрегата кольцевые рабочие органы.
Кроме этого, из-за возникновения в процессе движения агрегата знакопеременных динамических сил, особенно при поворотах агрегата, а также неровностей поверхности поля и неравномерной плотности почы, у колец с радиальным расположением спиц не обеспечивается поперечная жесткость крепления колец к оси, что приводит к их деформации и, в результате этого, гладкая внешняя сторона некоторых конусных колец проскальзывает по почве, обуславливая неравномерный износ внешней стороны этих колец. Вследствие этого не осуществляется качественная обработка почвы, нарушается процесс выравнивания почвы и вычесывания сорняков, а также снижается ресурс конусных колец, приводящий, в итоге, к увеличению материальных затрат и трудоемкости обслуживания почвообрабатывающего катка.
Следовательно, эффективность обработки почвы и уничтожения сорняков данным почвообрабатывающим устройством низкая.
Известно почвообрабатывающее устройство, содержащее, по меньшей мере, один рабочий орган, выполненный в виде расположенного под углом к направлению движения кольца, имеющего форму усеченного конуса и соединенного посредством спиц со ступицей или осью, причем большее основание кольца направлено вперед по ходу движения и имеет рабочую кромку толщиной 6…12 мм, поверхность которой наклонена наружу от плоскости большего основания на угол больше 20° [Пат. 2402895 Российская Федерация: МПК А01В 29/04. Почвообрабатывающее устройство и рабочий орган для обработки почвы / Дремов А.И., Колинко В.П., Колинко П.В., Чернышов А.П.; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Сибирская агролизинговая компания» (ООО «Сибагролизинг). - 2009128423/21; заявл. 22.07.2009; опубл. 10.11.2010, Бюл. №31. - 7 с.] - аналог.
Положительная особенность конструкции данного почвообрабатывающего устройства состоит в том, что направленность вперед по ходу движения агрегата большего основания кольца, имеющего форму усеченного конуса, позволяет лучше входить кольцу в почву и эффективно удалять сорняки с корнями.
Однако, из-за возникновения в процессе движения агрегата знакопеременных динамических сил, особенно при поворотах агрегата, а также наличия неровностей поверхности поля и неравномерной плотности почвы, радиально расположенные спицы кольца испытывают значительные радиальные (вертикальные) переменные силы, приводящие к деформации кольца, самих спиц или к разрушению сварочных соединений спиц с кольцом либо со ступицей (осью). То есть, колесо с радиальными спицами пытается адаптироваться к скручивающей силе, что приводит к изгибанию, а не вертикальному растягиванию спицы, и, в итоге, либо разрушает сварочные соединения спиц с кольцом и (или) со ступицей (осью). Вследствие этого, деформированная гладкая внешняя сторона некоторых конусных колец проскальзывает по почве, обусловливая неравномерный износ внешней стороны этих колец, а также неустойчивое движение агрегата по полю. В результате не осуществляется качественная обработка почвы, нарушается процесс выравнивания почвы и вычесывания сорняков, а также снижается ресурс одинарных относительно тонких по толщине конусных колец, что обуславливает увеличение материальных затрат и трудоемкости обслуживания, ремонта и восстановления этого почвообрабатывающего устройства.
Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату к предлагаемой полезной модели относится почвообрабатывающее устройство, содержащее, по меньшей мере, один рабочий орган, выполненный в виде расположенного под углом к направлению движения кольца, имеющего форму усеченного конуса и соединенного посредством спиц со ступицей или осью, причем большее основание кольца направлено вперед по ходу движения и имеет рабочую кромку толщиной 6…12 мм, поверхность которой наклонена наружу от плоскости большего основания на угол больше 20°. При этом рабочий орган выполненный в виде кольца, имеет не менее четырех спиц, которые со ступицей или осью полутангенциально, или тангенциально соединены по внешнему диаметру и установлены по направлению вращения кольца, а расстояние  на ступице или оси в продольном направлении между осями спиц по отношению к большему диаметру D основания кольца составляет  [Пат. 182865 Российская Федерация, МПК А01В 29/04, 39/08, 39/18. Почвообрабатывающее устройство / Нигматуллин И.Н., Сайтов В.Е., Гатауллин Р.Г., Сайтов А.В.; заявитель Нигматуллин Исмагил Нигматуллович. - №2018110691/13; заявл. 26.03.2018; опубл. 05.09.2018, Бюл. №25. - 2 с.] - прототип.
В данной конструкции, выполненный в виде одинарного кольца рабочий орган имеет не менее четырех спиц, чем обеспечивается радиальная жесткость по дуге окружности кольца между спицами, приводящая к снижению динамических (знакопеременных) колебаний поверхности кольца.
Также, соединение спиц со ступицей или осью полутангенциально или тангенциально по внешнему диаметру и установка их по направлению вращения кольца обеспечивает перевод возникающих деформаций, от динамических (знакопеременных) колебаний, поверхности одинарного кольца на растяжение спиц. Вследствие этого, правильнее распределяется нагрузка от езды или торможения между спицей, кольцом, ступицей или осью, что обуславливает, в основном, только увеличение долговечности спиц, ступицы (оси) и их сварочных соединений.
Ввиду того, что расстояние  на ступице или оси, в продольном направлении, между осями спиц по отношению к большему диаметру D основания кольца, равно оптимальному диапазону  то, по сравнению с радиальным расположением спиц в аналоге, это обусловливает относительно большую поперечную жесткость крепления кольца к ступице или к оси, и, следовательно, большую сопротивляемость к динамическим (знакопеременным) колебаниям, возникающим при движении кольца по неровностям поверхности поля, особенно на поворотных участках гона.
Однако, даже при перечисленных положительных особенностях конструкции вышеупомянутого прототипа, в течение рабочего процесса, из-за неоднородности физико-механического состава почвы и неровностей поверхности полей, внешняя сторона некоторых одинарных конусных колец проскальзывает по почве, что приводит к неравномерному активному износу внешней стороны и истончению толщины материала этих колец, а также к неустойчивому движению агрегата по полю. В результате этого не осуществляется качественная предпосевная обработка почвы, возникают огрехи, нарушается процесс выравнивания почвы и вычесывания сорняков, а также происходит радиальная и поперечная деформация изношенных одинарных относительно тонких по толщине конусных колец, снижается их ресурс, что обуславливает увеличение материальных затрат и трудоемкости обслуживания, ремонта и восстановления этого почвообрабатывающего устройства.
Следовательно, данной конструкции почвообрабатывающего устройства присущи те же недостатки, что и аналогу.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что у почвообрабатывающего устройства, содержащего, по меньшей мере, один рабочий орган, выполненный в виде расположенного под углом к направлению движения кольца, имеющего форму усеченного конуса и соединенного полутангенциально или тангенциально по внешнему диаметру со ступицей или осью посредством не менее четырех спиц с установкой их по направлению вращения кольца, а расстояние  на ступице или оси в продольном направлении между осями спиц по отношению к большему диаметру D основания кольца составляет , причем большее основание кольца направлено вперед по ходу движения и имеет рабочую кромку толщиной 6…12 мм, поверхность которой наклонена наружу от плоскости большего основания на угол больше 20°, на наружной поверхности кольца жестко установлено внутренней поверхностью дополнительное конусное кольцо, а расстояние Δ между кромками внешней стороны больших оснований конусных колец в продольном направлении их оси по отношению к ширине b дополнительного кольца составляет
В результате анализа литературных источников не обнаружено идентичного выполнения предлагаемого устройства. При этом отличительные от прототипа признаки придают заявляемой совокупности новые свойства, проявляющиеся в положительном эффекте.
В виду того, что на наружной поверхности кольца жестко установлено внутренней поверхностью дополнительное конусное кольцо происходит усиление кольцевой части рабочего органа и снижается ее радиальная и поперечная деформация, по сравнению с одинарным конусным кольцом, а также увеличивается ресурс выполненного составным кольца на истирание от проскальзывания его в почве.
Также, в связи с тем, что конусное кольцо выполнено составным, то снижаются и влияния динамических (знакопеременных) колебаний поверхности кольца на растяжение-сжатие спиц. Кроме этого, большая жесткость составного кольца обуславливает более правильное распределение нагрузки от езды или торможения между спицами, кольцом, ступицей или осью, что увеличивает долговечность сварочных соединений спиц и ступицы (оси).
Жесткое соединение конусных колец, например, электродуговой сваркой, составного рабочего кольца обусловливает в целом единую прочность и целостность всей его конструкции при работе в тяжелых полевых условиях, при обработке почвы.
Ввиду того, что расстояние Δ между кромками внешней стороны наибольших оснований диаметров конусных колец в продольном направлении их оси, по отношению к ширине b одного из колец составляет  то это соотношение обуславливает практически такое же устойчивое врезание кольцевого рабочего органа в почву кромкой внешней стороны большего основания диаметра составного конусного кольца как и у одинарного конусного кольца рабочего органа прототипа, то есть положительные свойства прототипа в этой части сохраняются.
В итоге, при работе предлагаемого устройства достигается положительный эффект, превосходящий эффект прототипа. Новая совокупность признаков заявляемого устройства, обеспечивающая получение положительного эффекта, обладает существенными отличиями.
На фигуре 1 представлена схема рабочего органа (вид сверху с местным разрезом) с указанием направления движения при установке его в почвообрабатывающее устройство, на фигуре 2 - вид сбоку (вид А) рабочего органа почвообрабатывающего устройства.
Почвообрабатывающее устройство, содержит, по меньшей мере, один рабочий орган, который выполнен в виде кольца 1, имеющего форму усеченного конуса. Кольцо со стороны его большего основания имеет рабочую кромку 2 толщиной d, равной 6…12 мм. Поверхность рабочей кромки 2 наклонена наружу от плоскости большего основания на угол β больше 20°. Конусное кольцо 1 посредством спиц 3 соединено со ступицей 4 или непосредственно с осью. При этом рабочий орган, выполненный в виде кольца 1, имеет не менее четырех спиц 3, которые со ступицей или осью полутангенциально или тангенциально соединены по внешнему диаметру и установлены по направлению вращения кольца. Расстояние  на ступице 4 или оси в продольном направлении между осями спиц 3 по отношению к большему диаметру D основания кольца 1 составляет . На наружной поверхности кольца 1 жестко установлено внутренней поверхностью дополнительное конусное кольцо 5, а расстояние Δ между кромками внешней стороны больших оснований конусных колец 1 и 5 в продольном направлении их оси по отношению к ширине b дополнительного колеца 5 составляет  Составное кольцо, состоящее из жестко закрепленных между собой колец 1 и 5, имеет внутреннюю 6 и наружную 7 поверхности.
В почвообрабатывающем устройстве составное кольцо, состоящее из жестко закрепленных между собой колец 1 и 5, устанавливается под острым углом а к направлению переносного движения V. Причем большее основание составного кольца направлено вперед по ходу движения. Угол α атаки составного кольца принимается от 20 до 45°.
Почвообрабатывающее устройство с рабочими органами в виде составного кольца, состоящего из жестко закрепленных между собой колец 1 и 5, объединенными в батареи, может быть, например, кольцевой бороной или входить составным элементом в комбинированные почвообрабатывающие или почвообрабатывающие посевные орудия и агрегаты.
Рабочий процесс почвообрабатывающего устройства осуществляется следующим образом.
При движении почвообрабатывающего устройства по полю в рабочем положении его рабочий орган, выполненный в виде составного кольца, состоящего из жестко закрепленных между собой колец 1 и 5, и расположенного под острым углом атаки а, вращается вокруг своей оси и одновременно перемещается в направлении переносного движения V. При этом рабочий орган, выполненный в виде составного кольца, состоящего из жестко закрепленных между собой колец 1 и 5, погружается в почву на глубину 4…8 см, и на поверхности рабочей кромки 2 формируется почвенный клин. Рыхление пласта почвы и воздействие на сорняки осуществляется уплотненным почвенным клином, имеющим более высокий коэффициент трения и препятствующий скольжению сорняков по рабочей кромке 2 кольца. Это способствует уничтожению сорняков, преимущественно, вырыванием. Пласт почвы, подрезанный почвенным клином, перемещается по внутренней поверхности 6 составного кольца и сбрасывается на дно борозды, а при вращательном движении составного кольца также часть пласта почвы поднимается и отбрасывается вместе с выдернутыми сорняками на поверхность поля.
Преимуществом предлагаемой полезной модели за счет конструктивного его исполнения по сравнению с прототипом является повышение надежности и долговечности кольца.