Предохранительное устройство корпуса плуга для обработки засоренных камнями почв

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к устройствам для предохранения рабочего органа плуга от поломок, вызванных столкновением рабочего органа с препятствием.
При возделывании сельскохозяйственных культур одной из самых энергоемких технологических операций является основная обработка почвы. Традиционно вспашку проводят лемешными плугами. В зависимости от типа обрабатываемой почвы и наличия в ней камней пахоту проводят плугами, оборудованными предохранителями рабочих органов или без них.
Ведущие мировые производители сельскохозяйственной техники выпускают почвообрабатывающие машины с различными типами предохранительных устройств. Наибольшее распространение получили индивидуальные предохранители гидропневматического, пружинного и рессорного типа. Все эти предохранители имеют ряд недостатков. К недостаткам гидропневматических предохранителей относятся сложность конструкции, большие значения тягового сопротивления при обходе камней, трудность регулировки. Пружинные и рессорные предохранители значительно проще, чем гидропневматические, но так же требуют больших затрат времени для регулировки силы сопротивления (Цгоев Д.В. Совершенствование технологического процесса обработки почв, засоренных камнями, путем разработки пневматической предохранительной системы плуга общего назначения: дис… канд. техн. наук. - Владикавказ, 2018. - 196 с.).
Наиболее простыми по конструкции и доступными для реализации с учетом эксплуатационных и экономических характеристик являются плуги, оснащенные предохранителями в виде срезных болтов. Эта группа плугов самая многочисленная.
Известны конструкции почвообрабатывающих машин с одноразовыми предохранителями рабочих органов в виде срезных болтов, пальцев или штифтов, вставляемых в места соединения рабочих органов со стойкой или стойки с грядилем (рамой машины) и срезаемых при возникновении сопротивления больше допустимого [http://agro~sod.corn/catalog/P-5-35-50.htrnl, http://www.tmi-cIaas.com/catalogue_76.html].
Известны конструкции плугов со срезными болтами отечественных и зарубежных фирм, расположение срезных болтов которых отличается незначительно, например, молдавский плуг ПЛН-3-35М, турецкий Overum CT4980F, российские плуги фирм «Диас», «Белагромашсервис», чешские SUKOV типа ArcoAgro, немецкой Lemken, польской Uania (Плуг Lemken [Электронный ресурс] // dost-texnika.ru [Информационно-справочный сервер]. - URL: http://dost-texnika.ru/oborotnyeplugi-lemken-evrodiamant-7-1-i-8-1/image/plug-lemken-evrodiamant. (дата обращения: 26.01.2020); Плуг Nania [Электронный ресурс] // sonarr.ru [Информационно-справочный сервер]. - URL: http://www.sonarr.ru/shop/showproduct/1264/1/klassicheskie-plugi-so-sreznym-boltom-bomet-u013/. (дата обращения: 26.01.2020); Плуг Overum CT4980F [Электронный ресурс] // rushoz.ru [Информационно-справочный сервер]. - URL: http://rushoz.ru/selhoztehnika/neoborotnyy-plug-ct-4980-f-overum.html. (дата обращения: 26.01.2020); Плуг SUKOV ArcoAgro [Электронный ресурс] // sukov.cz [Информационно-справочный сервер]. - URL: http://www.sukov.cz/ru/produkciq/po-tipu-korpusov/kv09-lm35-lm40-ps40un40/arcoagro.html. (дата обращения: 26.01.2020); Плуг Белагромашсервис [Электронный pecypc // belagromash.ru [Информационно-справочный сервер] - URL: http://www.belagromash.ru/ru/products/plugi/pgv-3.html. (дата обращения: 26.01.2020); Плуг Диас [Электронный ресурс] // dias-agro.ru [Информационно-справочный сервер]. - URL: http://dias-agro.ru/profilnyy-plug-zashchita-sreznoybolt. (дата обращения: 26.01.2020); Плуг трехкорпусной навесной PLN 3-35 М. Техническое описание и инструкция по эксплуатации // moldagrotehnica.md [Информационно-справочный сервер]. - URL:http://www.moldagrotehnica.md/files/abfq6188wene.pdf. (дата обращения: 26.01.2020)). Так, например, у плугов серии MS датской фирмы Konskilde, турецкой Overum, российской «Диас», норвежской Kverneland стойки корпусов плуга крепятся к кронштейнам рамы с внешней стороны, а у плугов фирмы Unia, Lemken, чешской SUKOV и т.д. - в кронштейне из двух щек, что, на наш взгляд, повышает жесткость системы и увеличивает поверхность трения.
Недостатком этой многочисленной группы плугов при эксплуатации их на почвах, засоренных камнями, является снижение производительности и эффективности работы ввиду потерь времени и затрат труда на восстановление работоспособного состояния машины после срабатывания предохранителей. Необходимо остановить машину, поднять в транспортное положение, выйти из кабины и выбить остатки срезанного болта из посадочного гнезда, затем сдать назад, чтобы проехать участок необработанный из-за сработавшего предохранителя, и опустить машину в рабочее положение. На выполнение всех этих операций требуется время. При частом срабатывании предохранителя потери времени становятся значительными, а, следовательно, производительность агрегата резко снижается. Кроме того, в ряде конструкций почвообрабатывающих машин (например, на плугах и глубокорыхлителях) работа жестких срезных предохранителей сопровождается такими негативными явлениями, как развальцовывание посадочных отверстий срезных болтов, либо вынос на поверхность находящихся в пахотном слое глыб и камней при слишком больших усилиях срабатывания заложенных в систему срезного предохранителя.
Из предшествующего уровня техники известен простейший предохранитель рабочего органа плуга (Синеоков Г.Н., Панов И.М. Теория и расчет почвообрабатывающих машин. М. 1977. С 125-127), включающий два крепления рабочего органа к раме орудия, соединенных с рабочим органом двумя пальцами, один из которых выполнен с проточкой и рассчитан на меньшее усилие, при наезде на скрытое в почве препятствие срезной палец срезается и выводит рабочий орган из зацепления с препятствием, что способствует сохранению рабочего органа.
Недостатком существующего предохранителя является его неприспособленность к работе в различных по свойствам почвах и глубине обработки, что вызывает его срабатывание при незначительном изменении условий работы. Жесткий предохранитель применяется в тех случаях, когда встреча лапы с препятствием носит случайный характер.
Известен предохранитель рабочего органа почвообрабатывающего орудия (патент на ПМ №178780, кл. А01В 61/04, 2017), включающий шток с пружиной, расположенный между тарелками сжатия пружины, присоединенный с рамой шарнирно через кронштейн, рычаг сжатия пружины прикреплен шарнирно к штоку через направляющую штока, а к раме прикреплен шарнирно с помощью пальцев через кронштейн, при этом рычаг сжатия пружины и стойка рабочего органа присоединены шарнирно к нижнему пальцу и связаны между собой на кронштейне стойки через срезной палец, диаметр которого выбран в зависимости от условий работы и глубины обработки, для чего на рычаге сжатия пружины и на кронштейне стойки выполнены три отверстия разного диаметра, соответствующие диаметру выбранного срезного пальца, а для регулирования предварительного сжатия пружины, обеспечивающего вибрацию рабочего органа в соответствии с условиями работы и глубиной обработки, на штоке пружины со стороны крепления штока к раме орудия установлена гайка с контргайкой.
Недостатком известного предохранителя рабочего органа почвообрабатывающего орудия является сложная конструкция, являющаяся причиной его ненадежной работы. Кроме того, недостатком существующего предохранителя является низкая производительность из-за выхода из строя и постоянной замены срезного пальца.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному является плуг навесной с регулируемой шириной захвата и изменяемым количеством рабочих органов ПНР (3+1)х45 (модификации ПНР-(3+1)х45П). Руководство по эксплуатации. Паспорт. Светлоград. - С. 14, прототип). Корпус плуга состоит из стойки, башмака, лемеха, отвала, распорки и деталей крепления. Стойка установлена на раме шарнирно с помощью поворотного болта и срезной шпильки. При наезде на скрытое в почве препятствие срезная шпилька срезается и выводит рабочий орган из зацепления с препятствием, что способствует сохранению рабочего органа.
К основным недостаткам известного плуга с предохранительным устройством в виде срезной шпильки следует отнести отсутствие возможности многоразового использования предохранительного устройства, а также повышение трудоемкости процесса обработки почвы за счет необходимости вовлечения механизатора в процесс восстановления разрушенной детали: удаление остатков старой срезной шпильки, установка корпуса в рабочее положение после отклонения, установка новой срезной шпильки. При этом у механизатора обязательно должно быть с собой наличие ремкомплекта для восстановления работоспособности сельскохозяйственной машины и продолжения работы, что усложняет организацию технологического процесса и управление им.
Задачей полезной модели является создание конструкции предохранительного устройства корпуса плуга для обработки засоренных камнями почв со срезной осью многоразового использования.
Технический результат от решения поставленной задачи заключается в повышении производительности и эффективности работы за счет сокращения времени, а также затрат труда на восстановление работоспособного состояния машины после срабатывания предохранителя.
Технический результат достигается тем, что в предохранительном устройстве корпуса плуга для обработки засоренных камнями почв, включающем срезную ось, установленную на стойке плуга, шарнирно соединенной с рамой, срезная ось снабжена круговыми проточками, выполненными по всей ее длине с шагом, равным толщине стойки плуга, и установлена в цилиндрическом корпусе, выполненном с фланцем и отверстием с диаметром, не меньше диаметра срезной оси, по оси его симметрии в нижней части, в верхней части которого одним концом жестко закреплена пружина сжатия, другой конец пружины посредством нажимного диска соединен со срезной осью, при этом цилиндрический корпус посредством фланца жестко закреплен на кронштейне и установлен на стойке плуга перпендикулярно его плоскости путем совмещения отверстий одинакового диаметра в нижней части цилиндрического корпуса, в теле кронштейна, стойки плуга и рамы, а срезная ось пропущена сквозь совмещенные отверстия до упора свободным ее концом с упругим элементом, установленным в полости рамы, причем стойка плуга соединена с рамой посредством горизонтальной оси, а кронштейн жестко установлен на раме. Упругий элемент выполнен в виде пластины, изготовленной из пружинной стали, жестко закрепленной одним концом на внутренней стенке рамы.
Конструкция предохранительного устройства, благодаря выполнению срезной оси с круговыми проточками, выполненными по всей длине срезной оси с шагом, равным толщине стойки плуга, а также возможности самоустановки ее в исходное положение после срабатывания предохранительного устройства позволяет многоразовое его использование, что исключает или значительно сокращает время и затраты труда на восстановление работоспособного состояния почвообрабатывающего орудия после срабатывания предохранителя, повышая производительность и эффективность его работы.
Полезная модель иллюстрируется чертежами.
На фиг. 1 изображено предохранительное устройство корпуса плуга для обработки засоренных камнями почв, установленное на стойке плуга, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид по А на фиг. 1; фиг. 3 поясняет работу плуга во время встречи его с препятствием в виде камня.
Предохранительное устройство корпуса плуга включает срезную ось 1, пружину сжатия 2, расположенные в цилиндрическом корпусе 3 по оси его симметрии. Одним концом пружина 2 жестко закреплена в торце цилиндрического корпуса 3, другой ее конец жестко соединен со срезной осью 1 посредством установленного на нем нажимного диска 4. В нижней части цилиндрический корпус 3 предохранительного устройства выполнен с фланцем и отверстием по оси его симметрии, диаметр которого не меньше диаметра срезной оси 1. Срезная ось 1 выполнена из стали и снабжена круговыми проточками, выполненными по всей ее длине с шагом, равным толщине стойки 5 плуга. Таким конструкторским решением она разделена на зоны среза - участки сниженной прочности, предел которой определяется, исходя из значений твердости почвы зоны использования. Участки сниженной прочности срезной оси 1 чередуются равномерно с участками, прочность которых на разрыв выше, что позволяет многократно без замены использовать срезную ось 1 в технологическом процессе обработки почвы, засоренной камнями.
Предохранительное устройство корпуса плуга установлено на стойке 5, выполненной в виде стальной пластины толщиной от 5 до 7 мм, которая установлена на раме 6, изготовленной из пустотелых квадратных профилей с толщиной стенки 5…7 мм, шарнирно посредством горизонтальной оси 7 с возможностью отклонения ее в вертикальной плоскости на угол не больше 82°. Цилиндрический корпус 3 предохранительного устройства посредством фланца жестко закреплен на кронштейне 8, который (кронштейн 8) другим концом жестко закреплен на раме 6 плуга. Цилиндрический корпус 3 установлен на стойке 5 в плоскости, перпендикулярной плоскости стойки 5, путем совмещения отверстий одинакового диаметра в нижней части цилиндрического корпуса 3, в теле кронштейна 8, стойки 5 и рамы 6. Срезная ось 1 пропущена сквозь все эти отверстия, при этом свободный конец срезной оси 1 упирается в упорную пластину 9, изготовленную из пружинной стали и жестко закрепленную одним концом в полости рамы 6 на внутренней ее стороне, что позволяет прочно удерживать срезную ось 1 и отражать срезанные стойкой 5 корпуса плуга участки сниженной прочности срезной оси 1 во время срабатывания предохранительного устройства.
Механизм возврата корпуса плуга в исходное положение включает пружину растяжения 10, одним концом закрепленную на раме 6 плуга, и упор 11 стойки 5 корпуса плуга, предназначенный для сохранения угла расположения корпуса плуга относительно рамы 6.
Предохранительное устройство корпуса плуга работает следующим образом.
В момент встречи плуга с препятствием в виде камня корпус плуга уклоняется от него за счет шарнирного соединения рамы 6 плуга со стойкой 5 корпуса плуга горизонтальной осью 7. Предельный угол отклонения стойки 5 корпуса плуга в вертикальной плоскости составляет не больше 82°. Во время уклонения стойки 5 корпуса плуга пружина сжатия 2, упираясь в нажимной диск 4, выталкивает срезную ось 1 через совмещенные отверстия в нижней части цилиндрического корпуса 3, в теле кронштейна 8, стойки 5 и рамы 6 до упора в упорную пластину 9. Стойка 5 корпуса плуга срезает посредством возникающего усилия участок срезной оси 1, длина которого равна толщине стойки 5 корпуса плуга. Отрезки срезной оси 1, вырезанные стойкой 5 корпуса плуга, удаляются под воздействием силы тяжести в момент отклонения стойки 5 от исходного положения. Если же этого по каким-то причинам не происходит, они выдавливаются срезной осью 1 в полость рамы 6 за счет избыточного давления на упорную пластину 9.
После уклонения корпуса плуга от препятствий в виде камней механизм возврата корпуса плуга в исходное положение путем сжатия пружины растяжения 10 до первоначального восстанавливает исходный угол расположения корпуса плуга относительно рамы 6, а срезная ось 1 при этом под воздействием пружины сжатия 2 продвигается через совмещенные отверстия в нижней части цилиндрического корпуса 3, в теле кронштейна 8, стойки 5 и рамы 6 до упора в упорную пластину 9, занимая исходное положение. При встрече с новым препятствием стойка 1, благодаря шарнирному ее соединению с рамой 6 посредством горизонтальной оси 7, отклоняется от вертикального положения, и процесс срезания участка сниженной прочности срезной оси 1 повторяется. Количество срабатываний предохранительного устройства в одном непрерывном технологическом цикле определяется длиной срезной оси и составляет в среднем не менее трех восстановлений работоспособности корпуса плуга. Предохранительное устройство корпуса плуга позволяет ему неоднократно отклоняться от исходного положения для обхода препятствий в виде камней и устранения разрушения и деформации узлов и деталей корпуса плуга.
Создано предохранительное устройство корпуса плуга для обработки засоренных камнями почв многократного использования, принцип действия которого основан на срезании участка сниженной прочности срезной оси, чем выводит рабочий орган из зацепления с препятствием, сохраняя его. Обслуживание устройства состоит в установке новой срезной оси по истечении в процессе эксплуатации ограниченного, как минимум, тремя срабатываниями предохранительного устройства.
Заявленное предохранительное устройство корпуса плуга для обработки засоренных камнями почв промышленно осуществимо. Изготовлен его промышленный образец и испытан на опытном поле кафедры технологических и транспортных машин и комплексов инженерного факультета Тверской ГСХА.
Проведенные полевые экспериментальные исследования подтвердили рациональные параметры элементов конструкции заявленного предохранительного устройства и доказали, что предложенная конструкция является работоспособной, причем отличается высокой эксплуатационной надежностью. С применением заявленного предохранительного устройства корпуса плуга производительность работы почвообрабатывающего орудия увеличилась в среднем на 12-18% за счет сокращения затрат труда на восстановление работоспособного его состояния после срабатывания предохранителя и замены изношенных лемехов. Установлена возможность эффективного использования предохранительного устройства корпуса плуга на почвах различной степени засоренности камнями, что позволяет снизить экономические и трудовые затраты на обработку почвы по предварительным расчетам в среднем на 20%.
Заявленное предохранительное устройство корпуса плуга можно рекомендовать для обработки засоренных камнями почв.