МОТОКУЛЬТИВАТОР СО СТРЕЛОВИДНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ОСЕЙ ФРЕЗ - МКСФ
MOTOR CULTIVATOR WITH TILLERS AXES SWEPT ARRANGEMENT - MKSF

Уровень техники
Техническое решение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к фрезерным почвообрабатывающим орудиям, и может быть использовано для вспашки и культивирования почвы мотокультиваторами.
Известна фреза-культиватор (Патент RU 90288, опубл. 10.01.2010), образованная из рабочих секций, содержащих закрепленные на трубчатой насадке - на валу - посредством пластин и рабочих стоек рабочие элементы - поперечные пластинчатые ножи, расположенные симметрично относительно плоскости вращения стойки, пластина ножа имеет форму сплошного равностороннего треугольника, при этом вершина, обращенная в сторону вращения, расположена дальше от оси вращения ножа, чем его основание, а по всей длине боковых сторон на пластине имеется наружная заточка, пластина ножа выполнена с усеченной вершиной, причем углы при основании пластины скруглены, боковые стороны имеют рабочую режущую кромку, выполненную с заданным углом в диапазоне от 15 до 45°, а угол расположения ножа относительно оси стойки лежит в пределах от 90 до 130°, при этом рабочие секции расположены на втулке в чередующемся порядке таким образом, что угол смещения осей стоек рабочих секций относительно друг друга составляет 360/n, где n - число радиальных стоек. Пластины приварены к трубчатой насадке, а рабочие элементы приварены к пластинам.
Недостатком является выполнение известного устройства из сборных элементов (деталей), что приводит к понижению надежности при эксплуатации, а также большим трудоматериальным затратам при производстве (изготовлении).
Известен культиватор Texas Lilli 532 TG, содержащий раму, к которой жестко закреплены двигатель, руль и редуктор (Техническая характеристика мотокультиватора. www.Garden-Best.ru, 2010). Транспортировочное колесо установлено с возможностью подъема вверх при культивации почвы. Рабочий орган (фрезы) надет на выходной вал редуктора. Сошник закреплен за раму с возможностью изменения его высоты. Двигатель защищают крылья, установленные под ним. Крутящий момент с вала двигателя передается на входной шкив редуктора посредством ременной передачи с прижимным роликом. Прижимной ролик приводится в действие рычажно-тросовым механизмом, установленным на несущей пластине рамы и соединенным с ручками управления задним и передним ходом мотокультиватора. Ручки управления расположены на руле.
Недостатки культиватора заключаются в том, что в известной конструкции используются короткие крылья, которые не защищают двигатель от попадания комьев земли, камней и пыли, вылетающих из-под работающих фрез на привод стартера и крыльчатку охлаждения двигателя. Это приводит к быстрому износу шнура стартера и поломки крыльчатки вследствие забивания через щели корпуса стартера инородными предметами. Земля, мелкие камни и пыль являются агрессивными абразивными материалами и ухудшают условия охлаждения двигателя, что служит причиной быстрого выхода его из строя. В целом, вышесказанное приводит к снижению надежности мотокультиватора. Кроме того, во время работы, прижимая первый или второй прижимной ролик к соответствующему ремню, происходит его натяжение. Ремень входит в зацепление со шкивами двигателя и редуктора, передавая, тем самым, крутящий момент от двигателя редуктору. Недостатком является то, что человек по ошибке может нажать на оба прижимных ролика, тем самым, включается передняя и задняя скорости и мотокультиватор выходит из строя. Также существенным недостатком является необходимость использования сошника в работе мотокультиватора. Оператор должен постоянно регулировать глубину погружения сошника в землю для обеспечения равномерной работы мотокультиватора при вспашке земли. Это неудобно и трудоемко.
Известен универсальный шарнир постоянных скоростей для любого типа передач и, в частности, для вертолетов с роторами, называемыми карданными (WO 2013061348, опубл. 02.05.2013). Также известны шарниры равных угловых скоростей (сокращенно ШРУС) (патенты SU 894238 A1, опубл. 30.12.1981 и RU 110196, опубл. 10.11.2011), которые обеспечивают передачу крутящего момента при углах поворота до 70 градусов относительно оси. Используется в системах привода управляемых колес легковых автомобилей с независимой подвеской и, реже, задних колес и в приводах передних колес внедорожников.
Известна зубчатая муфта (патент RU 2418211 C1, опубл. 10.05.2011) для передачи вращения от одного вала к другому с возможностью изменения расположения их осей, включающая принадлежащие к разным сопрягаемым валам ведущую и ведомую полумуфты, введенные в постоянное зацепление с промежуточной передаточной обоймой, при этом полумуфты выполнены в виде шестерен, а обойма представляет собой тело вращения, снабженное двумя коаксиальными с ним зубчатыми венцами, введенными в зацепление с полумуфтами, и опирается на два отдельных водила, каждое из которых может поворачиваться вокруг оси связанного с ним вала.
Известна мотофреза (патента RU 2028739 C1, опубл. 20.02.1995), содержащая двухколесное шасси с рукоятками управления, на котором смонтированы двигатель и установленный позади колес рабочий орган в виде размещенного параллельно направлению поступательного перемещения орудия вала с радиально расположенной на нем группой изогнутых рабочих элементов, а также привод колес шасси и указанного рабочего органа во вращательное движение, при этом колеса шасси имеют разный диаметр и по крайней мере одно из них снабжено выступающим за его радиус буртиком, а группа рабочих элементов выполнена в виде цельной детали с отверстием в центре для установки на валу и расположенных по периферии режущих элементов, каждый из которых расположен под углом к плоскости вращения и имеет отогнутый в сторону концевой участок.
Известно почвообрабатывающее орудие (патент RU 2048714 С1, опубл. 27.11.1995), содержащее раму, на которой смонтированы двигатель, редуктор и размещенные в ряд поперечно к направлению поступательного перемещения приводные от редуктора во вращательное движение шнеки с параллельными наклонными осями вращения, расположенными в продольно-вертикальных плоскостях, причем каждый шнек выполнен в виде стержня с закрепленными на нем воздействующими на почву элементами, отличающееся тем, что оно снабжено опорной лыжей, выполненной в виде пластины с направляющими, при этом рама со смонтированными на ней элементами соединена с опорной лыжей посредством шарнира с возможностью перемещения шнеков в упомянутых направляющих для регулирования наклона осей вращения шнеков в продольно-вертикальной плоскости, а воздействующие на почву элементы шнека выполнены в виде центрального пустотелого пластинчатого режущего элемента с расположенными по спирали рабочими кромками, из которых диаметрально противоположные одна другой относительно стержня шнека размещены на разных расстояниях от указанного стержня, а также в виде винтообразно расположенных относительно стержня шнека колец, наружный диаметр которых больше диаметра центрального режущего элемента, и двух пластин для ввинчивания этого элемента в почву, которые расположены ниже последнего перпендикулярно к стержню шнека своими торцами, с разворотом относительно друг друга в плоскости своего вращения.
При этом известные устройства, предназначенные для обработки земли, не отвечают условиям с потребительской точки зрения. Так, от реализации заявленного изобретения достигается простота и удобство использования почвообрабатывающего оборудования.
Задачей настоящего технического решения является повышение удобства эксплуатации мотокультиватора при управлении им в движении и в работе. Это достигается за счет стреловидного расположения осей (2) фрез (3) фиг. 2, 3, 4, что позволяет не использовать сошник (1,) как в конструкции обычного мотокультиватора с прямым расположением осей фрез, фиг. 1, для регулировки движения и глубины вспашки. Оператору при работе мотокультиватором со стреловидным расположением фрез - МКСФ - фиг. 2, 3, 4, не нужно постоянно регулировать глубину погружения сошника (его нет в конструкции) в землю, что значительно упрощает и облегчает всю работу. Кроме того, происходит и улучшение качества подготовки почвы для посева-посадки за счет более интенсивного рыхления фрезами, оси (2) которых расположены в данном случае под некоторым острым углом "альфа" относительно направления движения, фиг. 4. При таком расположении осей (2) фрез (3), фиг. 4, крайние фрезы (2) частично повторно рыхлят почву, обработанную уже внутренними фрезами (2).
Технический результат достигается тем, что узел МКСФ, предназначенный для передачи момента вращения под углом, представляет собой угловую зубчатую передачу (6) фиг. 2, 3, 4, обеспечивающую передачу вращательного момента под некоторым углом "альфа", фиг. 4, (отличного от 90 градусов, как в обычных моткультиваторах, фиг. 1) к направлению движения мотокультиватора, причем оси (2) фрез (3) находятся в плоскости, параллельной поверхности земли, фиг. 2, 3, 4.
Осуществление изобретения.
Представленный мотокультиватор МКСФ используется на садовых участках для вспашки земли. Вспашка земли осуществляется фрезами (2), которые приводит в движение двигатель (4), фиг. 2, через редуктор (5), фиг. 2. Суть вспашки обычного мотокультиватора при прямом расположении фрез под 90 градусов к направлению движения, фиг. 1, состоит в том, что при вращающихся фрезах культиватор начинает двигаться вперед и необходимо действиями оператора погрузить сошник (1) в землю на такую глубину, которая позволила бы мотокультиватору, фиг. 1, и двигаться вперед за счет вращения фрез, и немного тормозиться, тем самым обеспечивая вспашку земли. Это достигается работой оператора, ведущего мотокультиватор. Оператору нужно постоянно регулировать вручную глубину погружения сошника (1) в землю, что достаточно сложно и утомительно.
В данном мотокультиваторе МКСФ оси (2) фрез (3), фиг. 2, 3, 4, расположены стреловидно, под некоторым острым (а не 90 градусов, как в обычных мотокультиваторах) углом "альфа", фиг. 4, к направлению движения или к плоскости условной симметрии МКСФ, таким образом обеспечивая одновременно и движение вперед, и вспашку земли за счет искусственного торможения фрез в почве из-за стреловидного расположения осей (2) фрез (3), фиг. 2, 3, 4.
Физический смысл изобретения состоит в следующем. В заявленном варианте конструкции мотокультиватора МКСФ оси (2) фрез (3) расположены под некоторым углом "альфа" к направлению движения мотокультиватора -"стреловидная" схема, фиг. 5. При таком расположении осей (2) фрез (3) возникающие общие силы движения F1 и F2 при вращении фре, направлены в стороны и перпендикулярно осям (2) вращения фрез (3), фиг. 5. Движение мотокультиватора МКСФ осуществляется за счет суммы составляющих F11 и F21, направленных вперед и равных F, фиг. 6, 7. Составляющие F12 и F22 равны по величине, направлены перпендикулярно движению и в противоположные стороны, тем самым они гасят друг друга, фиг. 8. Расположенные таким образом фрезы (3) осуществляют как движение мотокультиватора вперед, так и рыхление почвы без необходимости использования искусственного торможения сошником (1), как это делается в обычных мотокультиваторах, фиг. 1. Это происходит за счет того, что суммарная сила движения вперед F здесь меньше, чем в обычном мотокультиваторе с прямым расположением осей фрез (или под 90 градусов к направлению движения), фиг. 1. Скорость движения МКСФ при тех же оборотах вращения фрез (3) будет меньше, чем у обычного мотокультиватора, фиг. 1, но при этом будет происходить рыхление почвы за счет притормаживания, благодаря действиям сил F12 и F22, фиг. 6. В конструкции "стреловидного" мотокультиватора МКСФ сошник отсутствует, фиг. 2, 3, 4.
Расположение осей (2) фрез (3) под некоторым углом "альфа", фиг. 4, позволяет значительно облегчить работу с мотокультиватором МКСФ, т.к. нет необходимости все время регулировать движение мотокультиватора вперед и рыхление почвы, поднимая или опуская сошник (1), фиг. 1. Его нет в конструкции МКСФ. "Стреловидный" мотокультиватор МКСФ самостоятельно и равномерно движется вперед, задача оператора состоит только в регулировании направления его движения. Конструкция мотокультиватора МКСФ обычная, расположение фрез под углом "альфа" и передача вращения от редуктора обеспечивается угловой зубчатой передачей (6), фиг. 2, 3, 4. Оси (2) фрез (3) находятся в плоскости, параллельной поверхности земли. Выбор угла "альфа" зависит от типа почвы. Необходимо подобрать его таким образом, чтобы мотокультиватор МКСФ одновременно двигался вперед со скоростью 2-3 км/час (удобная скорость движения в работе) и рыхлил почву на глубину 170-190 мм (радиус фрез). Для подзолистых и дерново-подзолистых почв средней полосы России в процессе проведения испытаний данный угол составил 40-50 градусов, в данной конструкции угол "альфа" равен 45 градусам. При этом скорость вращения фрез в данном мотокультиваторе МКСФ составляет около 100 об/мин, что соответствует скорости вращения практически у всех моделей обычных мотокультиваторов с прямым расположением осей фрез.