КОРПУС ПЛУГА

Полезная модель относится к сельскохозяйственной технике, более конкретно к конструкции корпуса плуга и может найти применение при создании многокорпусных скоростных комбинированных унифицированных машинных плугов серии «ПСКу» для основной отвальной и безотвальной обработки почвы под сельскохозяйственные культуры различного назначения.
Известен корпус плуга, содержащий лемех, крыло отвала, дополнительные режущие элементы и средства для их крепления к стойке, (см. Комбинированный почвообрабатывающий рабочий орган. Разработчик ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА» // Инновационные проекты - агропромышленному комплексу: Каталог - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2007, с. 34).
Известный комбинированный почвообрабатывающий рабочий орган предназначен для послойной обработки почвы, обеспечивающий обработку пахотных горизонтов при минимальных энергетических затратах. Особенностью известного устройства является наличие в верхней части плужного корпуса, по крайней мере, одного лемеха с отвалом, а в его нижней части, по крайней мере, одного вертикального режущего элемента с горизонтальной направляющей пластиной.
Такая конструкция почвообрабатывающего орудия позволяет осуществлять обработку верхнего пахотного горизонта лемешно-отвальным рабочим органом и разуплотнение подпахотного горизонта - вертикальным плоскорезом.
Недостатками известного устройства являются частичное оборачивание пахотного слоя, сравнительно малая глубина комбинированной обработки почвы (до 20 см) и низкая производительность почвообрабатывающего орудия на грунтах с высоким удельным сопротивлением, что связано с указанными особенностями конструкции основного и дополнительного рабочих органов.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является корпус плуга, содержащий лемех, крыло отвала и дополнительные первый и второй режущие элементы, закрепленные на несущей стойке с помощью, по крайней мере, одного узла крепления (см. патент РФ №89319, опублик. 10.12.2009 - прототип).
Особенностью известного корпуса плуга является то, что он включает дополнительные режущие элементы, первый из которых выполнен в виде плоской пластины с лезвийной частью, расположенной в плоскости реза под углом 75-110° к лезвийной части лемеха, второй режущий элемент выполнен в виде дугообразной пластины, содержащей сходящиеся под острым углом рабочие лезвийные части на широкой и узкой сторонах, которые размещены впереди корпуса плуга так, что лезвийная часть узкой стороны дугообразной пластины находится в плоскости лезвийных частей лемеха и первого дополнительного режущего элемента, а нерабочие стороны дугообразной пластины примыкают к передней части крыла отвала, причем лемех, крыло отвала, первый и второй режущие элементы закреплены на стойке с помощью, по крайней мере, одного узла крепления, состоящего из стальных пластин, снабженных отверстиями в зоне посадочных площадок для болтового соединения указанных частей корпуса плуга. Лемех, первый и второй режущие элементы корпуса плуга могут иметь дополнительную лезвийную часть с возможностью перестановки при износе, основной узел крепления может быть выполнен сварным или разъемным, а крыло отвала может быть выполнено с дополнительным изгибом в верхней части для оборота пласта.
К недостаткам известного устройства следует отнести недостаточные эксплуатационную надежность, межремонтный ресурс и эффективность при комплексной обработке почвенного слоя, прежде всего, из-за необходимости смены режимов работы плуга в полевых условиях при отвальной и безотвальной обработке различных типов почв.
Решаемой задачей полезной модели является создание современного многофункционального почвообрабатывающего орудия для эффективной обработки основных типов почв под сельскохозяйственные культуры при отвальной и безотвальной обработке почвенного слоя на глубину до 30 см при твердости до 4 МПа с возможностью агрегатирования плугов в многокорпусном исполнении с тракторами 2, 3, 4 классов.
Техническим результатом предложенной полезной модели является снижение эксплуатационных затрат, повышение надежности и межремонтного ресурса корпуса плуга при комплексной обработке различных типов почв за счет увеличения функциональных возможностей корпуса плуга и специального выполнения его конструктивных элементов и узлов, обеспечивающих смену режимов работы плуга в полевых условиях.
Указанный технический результат достигается тем, что в корпусе плуга, содержащем лемех, крыло отвала и дополнительные первый и второй режущие элементы, закрепленные на несущей стойке с помощью, по крайней мере, одного узла крепления, согласно полезной модели, узел крепления включает горизонтальное основание, вспомогательную вертикальную стойку и пять монтажных кронштейнов для болтового крепления лемеха, крыла отвала и дополнительных режущих элементов, причем лемех и дополнительный первый режущий элемент размещены на наклонных ложементах первого и второго монтажных кронштейнов, укрепленных на горизонтальном основании с возможностью изменения угла наклона лемеха и первого режущего элемента в нормальном сечении в диапазоне 25-40°, дополнительный второй режущий элемент закреплен на третьем кронштейне узла крепления и выполнен в виде долота в форме параллелограмма с углом при вершине, преимущественно, 45° и отношением боковой и режущей сторон в диапазоне 1-5, а крыло отвала закреплено, по крайней мере, в трех точках на четвертом и пятом монтажных кронштейнах, установленных, соответственно, на горизонтальном основании и вспомогательной вертикальной стойке узла крепления.
Кроме того, узел крепления может быть выполнен сварным или сборным с возможностью замены или перестановки лемеха, крыла отвала и дополнительных первого и второго режущих элементов в полевых условиях.
Кроме того, крыло отвала может быть закреплено не менее, чем в трех точках на четвертом и пятом кронштейнах узла крепления с возможностью замены на другую модификацию крыла отвала и изменения расстояния от его нижней кромки до лемеха в пределах до 10 см.
Кроме того, ложементы первого и второго кронштейнов могут быть снабжены упорами для компенсации сдвиговых усилий на лемех и первый режущий элемент и регуляторами изменения их угла наклона, выполненными, преимущественно, в виде болтовых соединений с тарельчатыми пружинами.
Кроме того, дополнительный второй режущий элемент может быть выполнен плоским или в виде дугообразной пластины и закреплен на третьем кронштейне узла крепления через лемех или крыло отвала.
Кроме того, лемех, первый и второй режущие элементы корпуса плуга могут иметь дополнительные лезвийные части с возможностью перестановки при износе, а их режущие кромки могут иметь наплавки или вставки из износостойкого материала.
Кроме того, дополнительные первый и второй режущие элементы могут быть выполнены по ширине, превышающей ширину лемеха.
Кроме того, наклонный ложемент второго монтажного кронштейна может быть укреплен на горизонтальном основании с возможностью изменения угла между лезвийными частями дополнительного первого режущего элемента и лемеха в диапазоне 75-110°.
Такое выполнение корпуса плуга обеспечивает достижение технического результата - снижение эксплуатационных затрат, повышение надежности и межремонтного ресурса корпуса плуга при комплексной обработке различных типов почв за счет увеличения функциональных возможностей и нового конструктивного выполнения съемных элементов и узла крепления корпуса плуга. При этом, как показал опыт создания заявителем серии плугов ПСКу с предложенными корпусами, по сравнению с известными повышается эффективность обработки основных типов почв под сельскохозяйственные культуры при отвальной и безотвальной обработке почвенного слоя на глубину до 30 см при удельном сопротивлении почвы до 0,1 МПа, твердости почвенного слоя до 4 МПа и влажности до 30%.
Достижение технического результата и повышение эффективности многофункционального почвообрабатывающего орудия обеспечивается, в том числе, за счет того, что отрезание пласта почвы осуществляется двумя горизонтальными и одним вертикальным режущими элементами, установленными по схеме взаимного уравновешивания воздействующих на них усилий. Возможность изменения угла наклона лемеха и первого режущего элемента в нормальном сечении в диапазоне 25-40° позволяет, в случае необходимости, оптимизировать режимы работы корпуса плуга при изменении агротехнических требований к обработке участков с тем или иным видом почв. Закрепление дополнительного второго режущего элемента на третьем кронштейне узла крепления и его выполнение в виде долота в форме пластины с лезвийными частями, имеющей в плане конфигурацию параллелограмма с отношением сторон в диапазоне 1-5 также позволяет лучше учесть меняющиеся агротехнические требования в зависимости от параметров и ресурсных характеристик долота. Кроме того, указанный технический результат обеспечивается, в соответствии с изобретательским замыслом, за счет особого выполнения монтажных кронштейнов для лемеха, крыла отвала и дополнительных первого и второго режущих элементов, а также за счет нового конструктивного выполнения узла крепления, содержащего горизонтальное основание и вспомогательную вертикальную стойку с установленными на них пятью кронштейнами.
Возможность изменения угла наклона лемеха и первого режущего элемента в нормальном сечении в диапазоне углов, начиная от 25°, позволяет снизить усилия резания почвенного слоя при обработке тяжелых почв и тем самым увеличить число корпусов плуга, агрегатируемых с тракторами 2, 3, 4 классов, а в случае использования угла наклона лемеха и первого режущего элемента в диапазоне менее 40° обеспечивается более эффективная работа плуга при отвальной и безотвальной обработке легких типов почв. Указанный диапазон углов наклона режущих элементов 25-40° выявлен в результате многочисленных опытно-практических экспериментов по совершенствованию разработанных ООО НПО «СУР» скоростных комбинированных и унифицированных плугов серии ПСК и ПСКу. Геометрические и технологические параметры второго режущего элемента, выполненного в виде долота в форме пластины с указанным отношением боковых и режущих сторон в диапазоне 1-5, определяются из найденных заявителем условий рыхления различных типов почв твердостью до 4 МПа при условии отсутствия засорения камнями. При этом нижняя граница диапазона позволяет использовать в корпусе плуга указанный тип долота при минимальных затратах на изготовление и установку, а верхняя граница диапазона связана с снижением требований к рыхлению верхних горизонтов обрабатываемого почвенного слоя.
Ложементы первого и второго кронштейнов могут быть снабжены силовыми упорами для компенсации сдвиговых усилий при обработке почвы, а также ступенчатыми или плавными регуляторами изменения угла наклона лемеха и первого режущего элемента в нормальном сечении, например, в виде болтовых соединений с тарельчатыми пружинами. При этом дополнительный второй режущий элемент может быть закреплен на кронштейне узла крепления, на лемехе или крыле отвала. Для упрощения конструкции корпуса плуга дополнительный второй режущий элемент может быть выполнен в виде плоского или дугообразного долота с минимально возможными продольными и поперечными размерами, обеспечивающими для корпуса плуга отвальную или безотвальную обработку основных типов почв под сельскохозяйственные культуры на заданную глубину. Наплавленные слои или тугоплавкие вставки из износостойкого материала с тыльной стороны режущих кромок обеспечивают дополнительное повышение надежности и ресурса корпуса плуга. Крыло отвала может быть закреплено на четвертом и пятом кронштейнах узла крепления, по крайней мере, в трех - шести точках с возможностью быстрого демонтажа в полевых условиях. Для достижения технического результата лемех, первый и второй режущие элементы корпуса плуга могут иметь дополнительную лезвийную часть с возможностью перестановки при износе.
Первый дополнительный режущий элемент в виде плоской пластины, расположенной слева от лемеха в горизонте реза пласта под установочным углом в плане 75-110° к лезвийной части лемеха, обеспечивает дополнительное подрезание пласта по ходу следующего корпуса плуга и эффективное крошение почвы, предупреждая разуплотнение плужной подошвы и подпахотного горизонта. При этом в предложенном корпусе плуга отсутствует полевая доска, а ее функции выполняет первый дополнительный режущий элемент (левый горизонтальный нож), обеспечивая компенсацию момента от сил, действующих на лемех и крыло отвала. Благодаря креплению наклонного ложемента второго монтажного кронштейна на горизонтальном основании с возможностью изменения угла между лезвийными частями дополнительного первого режущего элемента и лемеха в указанном диапазоне увеличиваются функциональные возможности корпуса плуга за счет оптимизации режимов его работы при изменении агротехнических требований к обработке участков с различными видами почв.
При испытании в ООО НПО «СУР» ряда модификаций корпусов плуга серии ПСК и ПСКу с различными углами между лезвийными частями лемеха и первого дополнительного режущего элемента было выявлено, что выполнение указанного угла в плоскости реза менее 75° обеспечивает недостаточную компенсацию момента от сил, действующих на лемех и крыло отвала при оптимальном рабочем положении лемеха. Превышение указанного угла более 110°, в свою очередь, вызывает значительное увеличение тягового усилия и снижение эффективности пахоты для большинства типов почв.
Выполнение узла крепления в виде сварной или разъемной пространственной конструкции из стальных пластин, снабженных отверстиями для болтов в зоне посадочных площадок монтажных кронштейнов, обеспечивает быструю сборку, демонтаж или замену изношенных частей корпуса плуга при эксплуатации за счет болтового соединения его режущих элементов. Как указывалось, в конструкции предложенного устройства предусмотрено использование для лемеха, первого и второго режущих элементов дополнительной лезвийной части при износе основной. Плуги с корпусами данной конструкции могут применяться на полях практически всех типов не каменистых почв с ровным и волнистым рельефом, имеющих уклон до 8 градусов для основной отвальной обработки почвы (подрезания, рыхления и оборачивания) под известные сельскохозяйственные культуры. Предложенные корпуса устанавливают на рамы плугов данной серии в различной комплектации, при этом плуги могут агрегатироваться с тракторами класса 2, 3, 4.
На фиг. 1 показан пример конкретного выполнения корпуса плуга и узла его крепления к несущей стойке (вид сверху).
Корпус плуга в сборе содержит лемех 1, крыло отвала 2 и дополнительные режущие элементы 3, 4, закрепленные на несущей стойке 5 с помощью, по крайней мере, одного узла крепления 6. Узел крепления 6 включает горизонтальное основание, состоящее из сваренных между собой треугольных пластин 7, 8 и вспомогательной вертикальной стойки 9. При этом узел крепления 6 содержит пять монтажных кронштейнов 10, 11, 12, 13, 14 для болтового крепления лемеха 1, дополнительных первого и второго режущих элементов 3, 4 и крыла отвала 2. Лемех 1 и дополнительный первый режущий элемент 3 размещены на наклонных ложементах первого и второго монтажных кронштейнов 10, 11, укрепленных, соответственно, на треугольных пластинах 7, 8 горизонтального основания с возможностью изменения угла наклона лемеха 1 и первого режущего элемента 3 в нормальном сечении в диапазоне 25-40°. Дополнительный второй режущий элемент 4 закреплен на третьем кронштейне 12 узла крепления 6 и выполнен в виде долота в форме параллелограмма с углом при вершине около 45° и конкретным значением отношения длинной и короткой сторон 2:1, входящем в диапазон 1-5.
В конкретном примере реализации крыло отвала 2 закреплено в четырех точках на четвертом и пятом монтажных кронштейнах 13, 14, установленных, соответственно, на треугольной пластине 7 горизонтального основания и вспомогательной вертикальной стойке 9 узла крепления 6. В данном случае узел крепления 6 выполнен сварным и включает приваренные к пластинам 7, 8 наклонные ложементы кронштейнов 10, 11, кронштейны 12, 13, 14 и вспомогательную вертикальную стойку 9. В других примерах выполнения узел крепления 6 может быть сборным из указанных элементов, преимущественно, с помощью болтовых соединений или с использованием соединений типа шип - паз.
Для работы корпуса плуга на легких типах почв с меньшим уровнем отвальной обработки крыло отвала 2 может быть закреплено на монтажных кронштейнах 13, 14 узла крепления 6 на расстояния от нижней кромки крыла отвала 2 до лемеха 1, при этом может быть предусмотрена возможность изменения указанного расстояния, преимущественно, в пределах 10 см. Для компенсации сдвиговых усилий на лемех 1 и первый режущий элемент 3 ложементы первого и второго кронштейнов 10, 11 могут быть снабжены дополнительными упорами 15 (см. фиг. 2, 3) и регуляторами изменения угла наклона, выполненными, преимущественно, в виде болтовых соединений с тарельчатыми пружинами 16. Регулятор изменения угла наклона, например, лемеха 1 можно также выполнить в виде проставки необходимой толщины (не показана) между лемехом 1 и наклонным ложементом кронштейна 10, при этом крепление наклонных ложементов кронштейнов 10, 11 может быть сварным, как на фиг. 2 или болтовым, как указано на фиг. 3.
Как было указано, лемех 1, первый и второй дополнительные режущие элементы 3, 4 корпуса плуга могут иметь дополнительные лезвийные части с возможностью перестановки при износе. Кроме того, их режущие кромки могут иметь наплавки или вставки из износостойкого материала (см. фиг. 2, 3), которые в значительной степени (на 10-25%) увеличивают межремонтный ресурс корпуса плуга. Дополнительный второй режущий элемент 4 может быть выполнен плоским или в виде дугообразной пластины и закреплен непосредственно на третьем кронштейне 12 узла крепления 6 (фиг. 1), через лемех 1 или крыло отвала 2 (не показано). Нерабочие стороны долота 4 в соответствии с фиг. 1 примыкают к передней части крыла отвала 2, а в случае долота примерно ромбической формы при значении отношения длинной и короткой сторон незначительно больше 1:1, все четыре стороны долота могут быть выполнены с лезвийными частями для увеличения ресурса.
В результате опытных и полевых испытаний предложенного корпуса плуга в ООО НПО «СУР» выявлено, что ширина в нормальном сечении дополнительного первого режущего элемента 3 должна, по преимуществу, превышать ширину лемеха 1 на 10-15%, а второго режущего элемента 4 - быть близкой к ширине лемеха 1 или превышать ее. При этом дополнительный второй режущий элемент 4, выполненный в виде долота в форме параллелограмма с углом при вершине около 45°, в других примерах конкретного выполнения корпуса плуга может быть конструктивно выполнен с другими значениями отношения длинной и короткой сторон (на фиг. 1 отношение 2:1), входящем в диапазон 1-5. Это может быть связано, в том числе, с необходимостью дополнительной силовой защиты груди отвала 2 при обработке тяжелых почв.
Имеющийся опыт эксплуатации предложенного корпуса плуга подтверждает надежность его работы и эффективность пахоты при углах между лезвийными частями дополнительного первого режущего элемента 3 и лемеха 1 в диапазоне 75-110°. Тем не менее, в некоторых случаях, например, при обработке больших площадей с равномерным составом почвы наклонный ложемент второго монтажного кронштейна 11, по рекомендациям специалистов агрономов, может быть укреплен на горизонтальном основании 8 узла крепления 6 с возможностью изменения угла между лезвийными частями режущего элемента 3 и лемеха 1 на меньшее или большее значение в пределах указанного диапазона. При этом монтажный кронштейн 11 соединен с пластиной 8 основания посредством дополнительного болтового соединения (не показано).
Для других конкретных примеров выполнения предложенного корпуса плуга лемех 1 имеет размеры 560×95×10 мм, первый режущий элемент 3 имеет размеры 445×140×10 мм, второй вертикальный режущий элемент 4 имеет размеры: толщина 10 мм, длина 190-280 мм, ширина 95-120. Первый и второй режущие элементы 3, 4 имеют дополнительные лезвийные части (см. фиг. 1, 3) с возможностью перестановки при износе основной лезвийной части, в отдельных случаях это может касаться и лемеха 1. Первый дополнительный режущий элемент 3 выполнен в виде плоской пластины с лезвийной частью, расположенной в плоскости реза под углом около 90° к лезвийной части лемеха 1. Второй режущий элемент 4 выполнен в виде дугообразной или плоской пластины, содержащей сходящиеся под острым углом нерабочие и лезвийные части, а ее режущие кромки с короткой стороны имеют износостойкие наплавки на ширину 15 мм. Лезвийная часть долота 4 находится в плоскости лезвийных частей лемеха 1 и первого дополнительного режущего элемента 3. Детали корпуса плуга, подверженные интенсивному износу (режущие элементы 1, 3, 4) изготовлены из стали 65Г и термически обработаны, благодаря этому наработка на предложенный корпус плуга достигает 50-60 га.
Предложенный корпус плуга функционирует следующим образом.
При поступательном движении плуга его рабочие органы заглубляются в почву на установленную опорными колесами глубину. Отрезание пласта в предложенном корпусе плуга обеспечивается тремя режущими элементами - долотом 4, лемехом 1 и первым дополнительным режущим элементом 3, установленными по схеме, обеспечивающей взаимное уравновешивание воздействующих на них усилий. Лезвийные части горизонтального лемеха 1 и вертикального второго дополнительного режущего элемента 4 в комплекте с крылом отвала 2 образуют рабочую поверхность, посредством которой обеспечивается перемещение и оборот пласта.
При этом ножи долота 4 и лемеха 1 в многокорпусном плуге правостороннего действия отрезают основную часть пласта (большая часть рабочей ширины захвата каждого корпуса), крошат его, оборачивают и перемещают в борозду вместе с взрыхленной частью от прохода первого дополнительного режущего элемента 3 левостороннего действия от предыдущего корпуса. Остальная меньшая часть пласта подрезается и рыхлится указанным режущим элементом 3, которому одновременно отводится роль стабилизатора прямолинейного движения. Если у серийного плуга полевая доска выполняет пассивную роль, создавая дополнительное сопротивление за счет трения, то левый горизонтальный нож (дополнительный режущий элемент 3) выполняет две функции - функцию полевой доски, уравновешивая вращающий момент лемешно-отвальной части и функцию дополнительного подрезания пласта аналогично работе лемеха 1. Форма изгиба крыла отвала 2 в верхней части обеспечивает оборот пласта с полной заделкой стерни.
Выполнение комбинированного почвообрабатывающего орудия в соответствии с полезной моделью позволяет в значительной степени повысить его основные характеристики. Характер износа дополнительных режущих элементов 3, 4 и крыла отвала 2 хорошо изучен и соответствует степени износа лемешно-отвальной части известных плугов, при этом в предложенном корпусе плуга отсутствуют проблемы, связанные с интенсивным износом полевой доски. При прочих равных условиях обрабатываемый грунт действует на указанные элементы предложенного почвообрабатывающего орудия с меньшим суммарным касательным и нормальным усилием, что снижает необходимое тяговое усилие и повышает надежность корпуса плуга. По сравнению с другими серийными плугами общего назначения плуги данной серии с новыми корпусами повышают производительность на 50-60%, при этом экономия топлива составляет 8-9 кг и более на каждом гектаре обрабатываемой пашни. Предложенная конструкция корпуса плуга обеспечивает высокую эффективность обработки почвы, в том числе, степень крошения и оборота пласта, что предупреждает переуплотнение подпахотного горизонта и водную эрозию при обработке склонных полей. Рыхление пласта почвы выполняется, как указывалось, в диапазоне от 10 до 30 см на почвах с твердостью до 4 МПа, при этом обработка почвы равноценна двум проходам тяжелыми дисковыми боронами типа БДТ.
Предложенные модификации корпуса плуга были изготовлены как для плугов серии ПСК, так и ПСКу с числом корпусов 4-9, агрегатированных с тракторами класса 2, 3, 4. Базовая модификация предложенного устройства с габаритами 650×750×770 мм имеет обозначение ПСКу-8.05 Испытания плугов серии ПСКу-6 и ПСКу-8 с корпусами нового типа проводились в период с 2015 по 2017 годы и зарекомендовали себя как надежные, высокотехнологические почвообрабатывающие машины. Для примера, предыдущие плуги серии ПСК-4, ПСК-5, ПСК-6 имели производительность до 3 га в час, ПСК-8 до 5 га в час, а плуги новой серии с корпусами предложенного типа ПСКу-8 - до 7-9 га в час. Наработка на быстро изнашиваемые детали новых корпусов плугов не менее 60-80 га.
Плуги с предложенными корпусами изготовитель поставляет на сельскохозяйственные предприятия в необходимой комплектации с учетом заданных условий эксплуатации. Технологический процесс обработки почвы предложенным корпусом в основном аналогичен процессу обработки известным корпусом плуга по прототипу и другим серийным корпусам общего назначения. Однако особенности конструкции нового корпуса плуга без полевой доски с возможностью регулирования положения режущих элементов вносят важные отличия, способствующие созданию современного многофункционального почвообрабатывающего орудия и повышению качества рабочего процесса обработки почвы под сельскохозяйственные культуры на глубину до 30 см при твердости до 4 МПа с возможностью агрегатирования плугов в многокорпусном исполнении с тракторами 2, 3, 4 классов. При функционировании предложенного плуга снижаются эксплуатационные затраты, повышается надежность и межремонтный ресурс корпуса плуга при комплексной обработке различных типов почв за счет увеличения функциональных возможностей корпуса плуга и специального выполнения его конструктивных элементов и узлов. В результате внедрения предложенного устройства дополнительно снижается стоимость обработки сельскохозяйственных площадей и повышается производительность труда при меньших эксплуатационных затратах. Выпуск подобных почвообрабатывающих орудий может быть налажен в условиях рядовых предприятий по производству сельскохозяйственной техники.