СЛЕДОРАЗРЫХЛИТЕЛЬ ТРАКТОРА

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к устройствам для рыхления уплотненной почвы по следу трактора.
Известно, что для рыхления уплотненной почвы в следах тракторов, как показывает практика, в большинстве случаев используются существующие (серийные) рабочие органы чизельных плугов и культиваторов, глубокорыхлителей, а также стрельчатые лапы в комбинации с долотообразными рыхлителями и др. [1, 2].
Известен следорыхлитель, включающий раму с прицепным устройством, на котором размещены две секции рабочих органов (похоже стрельчатых), причем в трубах с обеих сторон размещены по два свободных конца каждой секции рабочих органов, позволяющих изменять ширину захвата его в зависимости от величины расстояния между колесами трактора [3].
Известен следозаделыватель трактора, включающий закрепленные на поперечном брусе боковые секции, каждая из которых содержит рыхлители, впереди которых закреплены ножи, расположенные в шахматном порядке относительно последних, причем рыхлители расставлены в два ряда в шахматном порядке друг относительно друга [4].
Общим недостатком вышеуказанных устройств с такими рабочими органами является низкое качество рыхления уплотненной почвы по следу трактора, а именно относительно большая глыбистость почвы после прохода рыхлителей и их сгруживание, что отрицательно влияет на общее тяговое сопротивление.
Также известен глубокорыхлитель почвы, содержащий стойку, выполненную из двух жестко соединенных пластин, которые смещены одна относительно другой с образованием рабочего лезвия, причем стойка снабжена по крайней мере двумя расположенными горизонтально парами подрезающих элементов, отклоненных в стороны, противоположные режущей кромке стойки, при этом ширина захвата верхней пары в 1,8…2,2 раза больше ширины захвата нижней пары подрезающих элементов. [5].
Недостатками данного технического решения являются плохое качество рыхления уплотненной почвы по следу трактора, забивание подрезающих элементов почвой и сорняками и значительная энергоемкость процесса рыхления.
Известны способ и устройство деблокированного щелевания почвы. [6]. При этом способ включает щелевое деблокирование уплотняемых следов тракторов с совмещением технологической операции послойного активного рыхления (разуплотнение и разрыхление пахотного слоя). Устройство состоит из двух сблокированных щелевателей со стойкой, на которой установлены поярусно и с наклоном в противоположные друг другу стороны в направлении движения щелерезы, а между последними - поярусно ротационные рыхлители с ножами причем оси рыхлителей связаны цепной передачей с отношением 1,5 нижнего к верхнему.
Недостатками известного способа и устройства являются низкое качество выполнения технологического процесса разуплотнения почвы в следах тракторов, вынос влажного слоя почвы на дневную поверхность, забивание (наматывание) ротационных рыхлителей сорняками (особенно в местах крепления цепной передачи) и высокая энергоемкость указанного технологического процесса.
Известен также следоразрыхлитель трактора, содержащий закрепленные на поперечном брусе боковые секции, каждая из которых содержит рыхлители с ножевыми стойками, рыхлители с лапками и приводную батарею зубовых дисков, причем стойки рыхлителей выполнены наклоненными относительно вертикали по ходу движения агрегата на угол 20…30° а на задней кромке рыхлителей заднего ряда лапки установлены горизонтально в два яруса с расположением концов лапок на одной вертикали, за батареей зубовых дисков установлены плоскорезы, за каждым из которых установлен прутково-лопастной каток. [7].
Недостатками известного следоразрыхлителя трактора являются его подверженность забиванию соломой, корнями сорняков и сгруживание почвой, что отрицательно влияет на качество и энергоемкость процесса рыхления, а выполнение стоек рыхлителей наклоненными от вертикали по ходу движения агрегата (по Г.Н. Синеокову, стр. 49-50) и произвольная установка лапок на них в два яруса приводит к увеличению его тягового сопротивления и возникновению: вертикальной силы, стремящейся вытолкнуть нож из почвы.
Задачей полезной модели является повышение качества рыхления уплотненной почвы по следу трактора и снижение энергоемкости процесса рыхления.
Уровень техники (технический результат) - повышение качества обработки уплотненной почвы в следах тракторов за счет разработки и применения нового следоразрыхлителя трактора, снижение энергоемкости процесса разуплотнения (рыхления) и уменьшение сопротивления пахотного слоя по следам прохода движителей трактора за счет интенсивного воздействия рыхлителей с ножевыми стойками, выполненными поярусно и с наклоном в противоположные стороны друг от друга, а также за счет скользящего резания зубчатых лап, установленных поярусно на передней кромке стойки.
Раскрытие полезной модели
а
а
а
a
Указанный уровень техники достигается тем, что следоразрыхлитель трактора, содержащий закрепленные на поперечном брусе боковые секции, каждая из которых содержит рыхлители с ножевыми стойками, рыхлители с лапками и приводную батарею зубовых дисков, причем стойки рыхлителей выполнены наклоненными относительно вертикали по ходу движения агрегата, а на задней кромке рыхлителей заднего ряда лапки установлены горизонтально в два яруса с расположением концов лапок на одной вертикали, за батареей зубовых дисков установлены плоскорезы, за каждым из которых установлен прутково-лопастной каток, согласно предполагаемой полезной модели, стойки рыхлителей передних и задних рядов выполнены поярусно и с наклоном в противоположные стороны в направлении движения следорыхлителя трактора, соответственно на угол α1<90° и α2>90°, при этом лапки верхнего яруса установлены на передней кромке стойки верхнего яруса на расстоянии Н в пределах от 0,5 до 0,6 (Н=0,5…0,6), относительно лапки с долотом нижнего яруса, закрепленной на передней кромке стойки нижнего яруса с возможностью их регулирования по горизонтали, причем контур режущей кромки каждой лапы выполнен прямолинейным и снабжен вырезными зубьями. При этом носки долота нижнего яруса и лапки верхнего яруса лежат на одной прямой линии, параллельной тыльной кромке стойки рыхлителя, а расстояние между ними определяется по формуле:
а
где  - глубина обработки почвы; α2 - угол между тыльной кромкой стойки нижнего яруса и верхней кромкой лапки нижнего яруса, параллельной горизонтальной оси X.
Кроме того, передняя кромка стойки верхнего яруса выполнена в виде ножа криволинейной формы, выпуклость которой обращена против движения следоразрыхлителя трактора. Причем ширина захвата лапки верхнего яруса на 50% (в два раза) больше ширины захвата лапки нижнего яруса, а переднее лезвие каждого зуба этих лап имеет форму прямой линии и расположено под углом скольжения.
На фиг. 1 изображен общий вид следоразрыхлителя трактора;
на фиг. 2 - рыхлитель, вид сбоку;
на фиг. 3 - рыхлитель, вид сверху.
а
a
а
а
Следоразрыхлитель трактора 1, содержащий закрепленные на поперечном брусе 2 боковые секции 3, каждая из которых содержит рыхлители переднего и заднего 4 и 5 рядов с ножевыми стойками бис лапками 7, приводную батарею зубовых дисков 8, плоскорезы 9, за каждым из которых установлен прутково-лопастной каток 10. Стойки 6 рыхлителей передних и задних 4 и 5 рядов выполнены поярусно и с наклоном в противоположные стороны в направлении движения следорыхлителя трактора, соответственно на угол α1<90° и α2>90°, при этом лапки 7 верхнего яруса 11 установлены на передней кромке 12 стойки 6 верхнего яруса 11 на расстоянии Н в пределах от 0,5до 0,6 (Н=0,5…0,6), относительно лапки 7 с долотом 13 нижнего яруса 14, закрепленной на передней кромке 12 стойки 6 нижнего яруса 14 с возможностью их регулирования по горизонтали, причем контур 15 режущей кромки каждой лапы 7 выполнен прямолинейным и снабжен вырезными зубьями 16. При этом носки долота 13 нижнего яруса 14 и лапки 7 верхнего яруса 11 лежат на одной прямой линии, параллельной тыльной кромке 17 стойки 6 рыхлителя 4 и 5, а расстояние между ними определяется по формуле:
а
где  - глубина обработки почвы; α2 - угол между тыльной кромкой стойки нижнего яруса и верхней кромкой лапки нижнего яруса, параллельной горизонтальной оси X.
Кроме того, передняя кромка 12 стойки 6 верхнего яруса 11 выполнена в виде ножа криволинейной формы, выпуклость которой обращена против движения следоразрыхлителя трактора. При этом ширина захвата лапки 7 верхнего яруса 11 на 50% (в два раза) больше ширины захвата лапки 7 нижнего яруса 14, а переднее лезвие каждого зуба 16 этих лап 7 имеет форму прямой линии и расположено под углом скольжения. Здесь ширина захвата лапки 7 верхнего яруса 11 принято bв=0,5 м, с учетом ширины профиля шин тяжелых энергонасыщенных тракторов тяговых классов 4, 5 и выше, с которыми должен агрегатироваться следоразрыхлитель трактора. Следовательно, ширина захвата лапки 7 нижнего яруса 14 будет равна 25 см (bн=0,25 м).
a
а
а
Для обоснования и определения технологических параметров следоразрыхлителя трактора, определяющими которых являются: установка стойки под углом к горизонтальной плоскости (α), расстояние между лап, установленных на стойке верхнего и нижнего ярусов (L), глубина обработки почвы (), глубина деформации верхнего слоя почвы (1) и глубина деформации нижнего слоя почвы (2), обратимся к технологическим основам рыхления (резания) почвы [2]:
а
а
При движении в почве вертикально и наклонно установленного ножа (стойки) под углом а к горизонтальной плоскости возникают две зоны деформации: 1) деформация верхнего слоя почвы на глубину 1, 2) деформация почвы, производимая нижней частью ножа без выпучивания почвы к дневной поверхности (в слое 2).
Установка ножа (стойки) под углом α<90° уменьшает, а под углом α>90° увеличивает его тяговое сопротивление.
а
а
а
а
При α<90° происходит уменьшение толщины слоя почвы 2 и увеличение толщины слоя почвы 1 (т.е.1>2).
а
а
а
При неизменной глубины хода ножа (стойки) -  и α>90° происходит наоборот, т.е. 1< 2 и увеличение значения результирующей силы R с изменением его направления.
При а<90° сила R бывает направлена горизонтально, а при α>90° сила R имеет две составляющих: силу Rx, параллельную оси X (тяговое сопротивление ножа или стойки) и силу Rz, параллельную оси Z, стремящуюся вытолкнуть нож из почвы. Поэтому для снижения тягового сопротивления ножа (стойки) и во избежание возникновения силы Rz их устанавливают под углом α=60…70°.
Для уменьшения габаритных размеров рыхлительных лап и стоек культиваторных лап им придают криволинейное очертание, при котором значение угла а, минимальное у носа лапы (~30°), постепенно возрастает до 90°. Такой угол близ поверхности почвы не увеличивает тягового сопротивления лапы, так как здесь лапа (или стойка) движется в уже разрыхленной почве.
Следоразрыхлитель трактора работает следующим образом.
а
а
а
При движении агрегата ножевые стойки 6 рыхлителей переднего и заднего 4 и 5 рядов соответственно заглубляются в почву на заданную глубину обработки. Стойки 6 рыхлителей передних и задних 4 и 5 рядов, выполненных поярусно и с наклоном в противоположные стороны в направлении движения следорыхлителя трактора разрезают уплотненную по следу трактора почву в вертикальной плоскости без ее выноса вверх. При этом лапки 7 верхнего яруса 11, установленные на передней кромке 12 стойки 6 верхнего яруса 11 на расстоянии (на глубину) Н=0,5…0,6, и лапки 7 с долотом 13 нижнего яруса 14, закрепленные на передней кромке 12 стойки 6 нижнего яруса 14 на глубину обработки , послойно рыхлят почву и синхронно формируют слои почвы по ходу движения трактора.
Качество обработки уплотненной почвы в следах тракторов повышается вследствие оригинального выполнения ножевых стоек 6 рыхлителей 4 и 5 с установкой на них лапок 7 с долотом 13 в два яруса, с расположением носков лапок 7 на одной прямой линии, параллельной тыльной кромке 17 стойки 6 рыхлителей 4 и 5. Это способствует качественному разрезанию со скольжением почвы в вертикальной плоскости без ее сгруживания и выноса вверх. При этом лапки 7 обеспечивают послойное рыхление не разрушенных лент почвы заданной ширины, а также синхронное формирование слоев почвы по ходу движения трактора для дальнейшего эффективного рыхления.
Выполнения режущей кромки лапок 7 каждого яруса 11 и 14 рыхлителей 4 и 5 зубчатой по контору 15, а также передней режущей кромки (лезвия) каждого зуба 16 прямолинейной формы и расположения его под углом скольжения обеспечивает скользящее резание и деформацию почвы с наименьшим сопротивлением, благодаря плавному обтеканию и сходу почвы (сорняков) с режущей кромки.
Кроме того, выполнения передней части (кромки) стойки 6 верхнего яруса 11 в виде ножа криволинейной формы (например, в виде участка логарифмической спирали) и большой вылет носка лапок 7 способствуют взаимодействию носка лапок 7 с почвенным пластом, вследствие чего стойка 6 перемещается в объеме частично деформированной почвы. В результате этого происходит снижение энергоемкости данного процесса.
Использование заявленного следоразрыхлителя трактора позволяет повысить качество рыхления уплотненной почвы по следу трактора и снизить энергоемкость процесса рыхления без передачи значительных динамических нагрузок на базовую машину.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Карпенко А.Н. Сельскохозяйственные машины / А.Н. Карпенко, Д.А. Зеленев, В.М. Халанский // - М.: Колос, 1975 510 с.
2. Синеоков Г.Н. Теория и расчет почвообрабатывающих машин / Т.Н. Синеоков, И.М. Панов // - М.: Машиностроение, 1977 328 с.
3. Шадрин А.П. Следорыхлитель / А.П. Шадрин // Патент РФ на изобретение №2130701. - Опубл. 27.05.199, Бюл. №…
4. Савельев Ю.А. Следозаделываель трактора / Ю.А. Савельев, А.В. Климанов, С.И. Мокрицкий // Патент РФ на изобретение « 2142681 - Заявл. 21.04.1998; оппубл. 20.12.1999, Бюл. №35.
5. Чамурлиев О.Г. Глубокорыхлитель почвы / О.Г. Чамурлиев, В.И. Пындак, А.М. Солдаев // Патент РФ на изобретение №205084, - Заявл. 18.02.1994; опубл. 20.12.1995, Бюл. №.
6. Мамедов Ф.А. Способ и устройство деблокированного щелевания почвы / Ф.А. Мамедов, Т.А. Агабейли, Ф.А. Салманов, Д.А. Мамедов, P.M. Мамедов, Г.Я. // Патент РФ на изобретение №2223621. - Заявл. 5.06.2002; опубл. 20.02.2004, Бюл. №…
7. Мусин P.M. Следоразрыхлитель трактора / P.M. Мусин, И.Ю. Савельева, М.Р. Фатхутдинов // Патент РФ на изобретение №2 516 359, МПК А01В 37/00.- Заявл. 06.11.2012; опубл. 20.05.2014, Бюл. №14.