БОРОНА ДИСКОВАЯ

Заявляемая полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, а конкретно, к дисковым почвообрабатывающим орудиям.
Дисковые бороны, используемые для обработки почвы, имеют два варианта исполнения - батарейное, когда диски установлены на общей оси, и автономное, когда каждый диск установлен на отдельной стойке.
Наибольшее распространение получили бороны с дисками на отдельной стойке.
ч
3
Известна борона дисковая по патенту РФ на изобретение №2292695 [1]. Борона содержит раму с поперечными балками, на которых на равных расстояниях, во втулках, консольно, с возможностью синхронного изменения угла атаки дисков в каждом ряду, на индивидуальных стойках, наклонно к горизонтали, на осях установлены сферические диски, обращенные вогнутостью в сторону направления движения и ориентированные идентично в каждом ряду, отличающаяся тем, что содержит четыре ряда дисковых рабочих органов, при этом вогнутость дисков каждого последующего ряда противоположна вогнутости дисков предыдущего ряда, причем диски четных рядов смещены относительно предыдущих рядов на расстояние Δ=2t±0,1D, где t - частное от деления междискового расстояния в ряду L на количество рядов n; D - диаметр диска; а диски третьего ряда смещены относительно дисков предыдущего ряда на расстояние Δ=t±0,1 D. Техническим результатом заявлено повышение надежности технологического процесса работы бороны дисковой.
Недостатком известной бороны [1] является невозможность получения одинакового качества обработки почвы на всем спектре допустимых значений расстановки рабочих органов, расположенных в разных рядах, по отношению друг к другу, а в вариантах, близких к крайним значениям, очевидна невозможность достижения технического результата.
Указанный недостаток обусловлен следующим. В известной бороне содержится три варианта пар дисковых рабочих органов, обрабатывающих смежные полосы и отличающихся по своему взаимному расположению. Рассмотрим их взаимное расположение (фиг.1).
Диски, находящиеся на втором и третьем рядах (2-3) обрабатывают смежные полосы всвал, пара же дисков на втором и четвертом рядах (2-4) тоже обрабатывает смежные полосы, перемещая почву в одну и ту же сторону. Обе эти пары сдвигают почву в уже открытую передним диском борозду: в первой паре (фиг.2а) диском в третьем ряду; во второй паре диском в четвертом ряду (фиг.2б). Полоска почвы между дисками в первом и третьем рядах (третья пара), хотя диски ориентированы одинаково, не обрабатывается сдвигом. А диски в первом и четвертом рядах (1-4, четвертая пара, фиг.2в) ориентированы в противоположные стороны - вразвал, и тоже отсутствует эффект сдвига почвы.
В известных дисковых боронах с фронтальным расположением рабочих органов на отдельных стойках диаметры дисков составляют 510…630 мм, междисковое расстояние 320…400 мм. Наиболее распространены бороны с диаметрами дисков 560 мм и междисковым расстоянием 400 мм. В известной бороне расстояние между дисками, обрабатывающими смежные полосы почвы (t) составляет 100 мм, а поле допуска - (±56 мм; ±0,1 D, т.е. 112 мм). Приняв, что диски в первом ряду постоянно остаются на своих местах, а все поле допуска обеспечивается изменением положения дисков во втором, третьем и четвертом рядах, получим полную картину взаимного расположения полей допусков и все возможные варианты расстояний между дисками (фиг.3).
3
Построим поле допуска смещений дисков во втором ряду по отношению к дискам первого ряда (фиг.3). При этом имеем случай, когда расстояние между дисками в первом и во втором ряду составляет максимально 256 мм, что соответствует формуле изобретения. Получившееся при этом расстояние 44 мм между дисками во втором и третьем рядах тоже допустимо согласно формулы (Δ=t-0,1 D, т.е. 100-56=44 мм) Попытка же следующим шагом увеличить расстояние между дисками во втором и третьем рядах до допустимого значения t+0,1 D (100+56=156 мм) согласно формулы изобретения уже приводит к абсурду, так как от диска во втором ряду с его новым положением до диска в третьем ряду остается всего 44 мм. Такая попытка вполне возможна, так как допуск между дисками в нечетных рядах в формуле не оговорен. Следовательно, смещение дисков четных рядов (2-ой ряд) относительно предыдущих рядов (1-ый ряд) до значения 2t+0,1 D, а расстояния между дисками во втором и третьем рядах до значения t+0,1 D, не совместимы.
Все остальные промежуточные варианты по мере увеличения расстояния между дисками в парах, когда полоска почвы между ними обрабатывается без сдвига почвы, только ухудшают качество обработки почвы (это 3-й и 4-ый варианты пар, рассмотренные выше). В остальных вариантах пар (1-ый и 2-ой), работающих со сдвигом почвы в сторону предварительно открытой борозды, сохраняется качество обработки почвы и при увеличении полоски почвы, отведенной этим парам, на величину сдвига почвы, что составляет до 1,3 t в зависимости от физико-механических свойств почвы (См. Сохт К.А. Прогнозирование технологических параметров дисковых почвообрабатывающих орудий на этапе их проектирования.| // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2011. №5, с.28-30) [3].
Известна борона дисковая по патенту РФ на полезную модель №108265 [2].
4
2-3
Дисковая борона содержит раму с поперечными балками, на которых в четыре ряда на равных расстояниях в ряду на индивидуальных стойках установлены сферические диски, и при этом вогнутости дисков каждого последующего ряда противоположны вогнутости дисков предыдущего ряда. При этом диски четных рядов смещены в поперечном направлении относительно близлежащих дисков нечетных рядов на расстояние Δ=L/4±0,1 L, где L - междисковое расстояние в ряду, а диски третьего ряда смещены относительно близлежащих дисков второго ряда (фиг.4) на расстояние Δ=L/2±0,1 L. Техническим результатом известной полезной модели заявлено улучшение качества почвообработки.
Недостаток бороны дисковой [2] аналогичен предыдущему, а именно: невозможность получения одинакового качества обработки почвы на всем спектре допустимых значений расстановки рабочих органов, расположенных в разных рядах, по отношению друг к другу.
Он заключается в том, что во всех вариантах (всвал, вразвал, сдвиг почвы в сторону уже открытой борозды) допуск на номинальную величину их смещения друг от друга (L/4) одинаковый и равняется ±0,1 L (фиг.4). Это приводит к тому, что из 4-х вариантов в 3-х (это пары 1-2, 1-3 и 2-4) при допуске в плюс (+0,1 L) полнота подрезания почвы между ними будет нарушена из-за того, что между ними почва обрабатывается без ее сдвига в сторону открытой борозды. Лишь в одном варианте (пара 3-4) допуск на увеличение расстояния между дисками не снижает полноту подрезания почвы, так как почву между ними обрабатывает диск в четвертом ряду со сдвигом в сторону уже открытой диском в третьем ряду борозды. Поэтому только в этом варианте возможен двусторонний допуск (+), а во всех остальных парах допуск возможен только в отрицательную сторону (-).
По совокупности признаков борона дисковая по патенту на полезную модель №108265 [2] принята в качестве наиболее близкого аналога.
Для технологического процесса одинаковое качество обработки почвы является существенным фактором, поскольку позволяет поддерживать однородный по свойствам и плодородию обрабатываемый слой. Высокое качество обработки почвы имеет большое значение для повышения урожайности с.-х. культур
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение качества обработки почвы, выражающееся в полноте подрезания почвы по всей ширине захвата бороны.
Указанный технический результат достигается тем, что в дисковой бороне с фронтальным расположением рабочих органов, содержащей раму с поперечными балками, на которых в четыре ряда на равных расстояниях в рядах на отдельных стойках установлены сферические диски, и при этом углы атаки дисков в каждом ряду противоположно направлены углу атаки дисков предыдущего ряда, согласно полезной модели диски в рядах при обработке почвы без сдвига ее в сторону предварительно открытой борозды установлены со смещением в поперечном направлении относительно близлежащих дисков соседних рядов на величину , а диски в рядах при обработке со сдвигом почвы в сторону предварительно открытой борозды установлены со смещением в поперечном направлении относительно предыдущего на величину , где:
1
b - междисковое расстояние между дисками, обрабатывающими смежные полоски почвы;
при этом , где
n
h - агротехнически допустимая высота продольного гребня, образующегося при обработке почвы;
R - радиус диска;
α - угол атаки диска;
β - угол наклона диска к вертикали;
c - величина, определяемая как техническая точность изготовления (c<10 мм).
n
Таким образом, технический результат достигается тем, что при расстановке дисков в рядах учитывают четыре параметра, а именно: диаметр диска D, агротехнически допустимая высота продольного гребня между парами дисков h, угол атаки α и угол β наклона диска.
Заявляемая полезная модель поясняется следующими графическими материалами.
Фиг.1 - схема взаимного расположения дисковых рабочих органов аналога (патент РФ №2292695).
Фиг.2а, б, в - схемы направления дисков рабочих органов аналога (патент РФ №2292695).
Фиг.3 - схема взаимного расположения дисков и полей допусков рабочих органов аналога (патент РФ №2292695).
Фиг.4 - схема взаимного расположения дисков и полей допусков рабочих органов наиболее близкого аналога (патент на полезную модель №108265).
Фиг.5 - схема взаимного расположения дисковых рабочих органов и полей допусков заявляемой полезной модели.
1
1
n
Ширина полосы почвы, обрабатываемой дисковым рабочим органом при работе в монолите без сдвига почвы равна b, т.е. междисковому расстоянию b между дисками, обрабатывающими смежные полоски почвы, с учетом диаметра диска D, агротехнически допустимой высоты продольного гребня между парами дисков h, угла атаки α и угла β наклона диска.
n
1
Известно, что действительная величина h на дне борозды будет близка к теоретической лишь при обработке пластичной почвы (Ф.М.Конарев. Ротационные почвообрабатывающие машины и орудия. М., Машиностроение, 1983, стр.87) [4]. При обработке же почвы в реальных условиях продольный гребень между дисками в разных рядах, обрабатывающих смежные полосы почвы, дополнительно разрушается за счет отрыва и сдвига почвы диском, стоящим под углом атаки α. Это значит, что действительная ширина обработки почвы в условия отрыва и сдвига почвы в открытую борозду увеличивается и принимает новое значение b*, где b*>b. Из этого утверждения вытекает очередная задача- определение максимально допустимого расстояния между дисками, если почва между ними обрабатывается без сдвига в предварительно открытую борозду.
В примере расстановки дисков, приведенном на фиг.5, это расстояние между парами 1-2, 1-3, 2-4.
n
По результатам исследований Ф.М. Конарева [4] для обработки почвы без нарушения агротехнически допустимой высоты гребня h радиус диска R можно определить по формуле:
,
откуда .
1
1
1
1
Учитывая разрушение гребня при сдвиге почвы в сторону открытой борозды, как показывают расчеты, параметр b можно увеличить до значения b*=1,3b. Таким образом, при проектировании бороны на величину междискового расстояния b нельзя давать допуск в сторону увеличения (+), если почва обрабатывается без сдвига. Для таких пар дисков допуск выражается как , где c<b.
1
Здесь «c» - техническая точность изготовления, которая не должна превышать 10 мм. При обработке же почвы со сдвигом ее в сторону открытой борозды одним из дисков, между которыми заключена полоска почвы, b - междисковое расстояние между дисками, обрабатывающими смежные полоски почвы, имеет допуск:
.
Более подробно сущность полезной модели можно пояснить следующим образом.
На фиг.5 представлена технологическая схема 4-х рядной дисковой бороны с фронтальным расположением рабочих органов, где диски нечетных рядов имеют угол атаки - α, или +α, а у дисков четных рядов угол атаки равен тоже α, но противоположный по знаку. Диски в рядах включаются в работу, если считать по ходу движения, в порядке 1, 2, 4, 3, 1, … соответственно номеру ряда, где они расположены. Общая ширина «В» расстановки дисков в одном ряду равна:
1
Подставив в последнее выражение значение b и c, можно найти расстояние между дисками в одном ряду B. Покажем это на примере.
n
Исходные параметры: h=0,04 м; α=18°; β=10°; R=0,280 м.
Тогда B=90×4,3=387 мм.
1
Таким образом, «B» - расстояние между дисками в одном ряду полностью подрезается, если оно правильно подсчитано через b с допусками. Если это расстояние превышает расчетное, то при обработке почвы будут огрехи, т.е. необработанные полосы почвы.
Заявляемая полезная модель промышленно применима, и может быть использована при проектировании борон и изготовлена на промышленных предприятиях.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Патент РФ №2292695 Борона дисковая. Опубликовано: 10.02.2007.
2. Патент РФ на полезную модель №108265 Борона дисковая. Опубликовано: 20.09.2011 - наиболее близкий аналог.
3. Сохт К.А. Прогнозирование технологических параметров дисковых почвообрабатывающих орудий на этапе их проектирования.| // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2011. №5.
4. Конарев Ф.М. Ротационные почвообрабатывающие машины и орудия. М., Машиностроение, 1983.