Культиватор скоростной

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению и может быть использована для предпосевной и паровой обработки почвы.
Уровень техники
Известен культиватор типа КПС - 4, включающий брус, на котором размещены секции с грядилями, с установленными на них рабочими органами в виде стойки с лемехом (Халанский В.М., Горбачев И.В. Сельскохозяйственные машины - М.: Колос, 2006, с 73-75).
Глубина обработки поддерживается копирующими колесами. Однако, в виду того, что они располагаются на расстоянии от стрельчатых лап, добиться высокой стабильности их хода невозможно. Наличие угла крошения и стоек, разрезающих верхний слой почвы, приводят к раздвиганию, выносу влажной почвы за стойками, образованию бороздок. Глубина и ширина их увеличивается с ростом скорости рабочего движения культиватора. Создается нетехнологичный фон для посева.
Известна машина с комбинированными почвообрабатывающими органами, включающие секции с закрепленными на них на стойках плоских ножей, которые размещены под катками (RU 2514994, Руденко Н.Е., Падальцин К.Д. / Комбинированный почвообрабатывающий рабочий орган, опубл. 10.05.2014, Бюл. №13)
Недостатком является то, что после прохода такого рабочего органа влажная почва выносится на дневную поверхность, обнажается дно бороздки за стойкой ножа, что приводит к дополнительным затратам энергии и росту испаренной почвенной влаги.
Наиболее близким по технической сущности является почвообрабатывающее орудие, содержащее брус с грядилями, к которым крепятся стойки плоских ножей с размещенными за ними прутковым катком (Патент RU 2205527 Мазитов Н.К., Гиреев Р.Г. и др. / Почвообрабатывающее орудие, опубликовано 10.06.2003).
К недостаткам следует отнести:
- копирующие катки перемещаются по обработанной лапами почве, что приводит к нарушению стабильности глубины обработки;
- лапы и катки взаимодействуют с почвой, что увеличивает энергозатраты;
- стойки лап при росте скорости рабочего движения увеличивают отбрасывание почвы, образование бороздок.
Раскрытие полезной модели
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к повышению производительности, снижению затрат энергии, обеспечению выровненной поверхности почвы со стабильной глубиной рыхления верхнего слоя.
Технический результат достигается тем, что лемех выполнен в виде плоского равнобедренного ножа, вдоль задней стороны которого расположена почвообрабатывающая спираль, при этом грядиль представляет собой плоскую листовую пружину, концевая часть которой установлена шарнирно, с возможностью поворота вниз на 30°.
На концевой части грядиля выполнены последовательно два прямоугольных паза под стойку рабочего органа.
Краткое описание чертежей и иных материалов
На фиг. 1 - Дана схема культиватора энергосберегающего скоростного, вид сверху;
На фиг. 2 - Дана схема рабочего органа;
На фиг. 3-Тоже, вид сверху;
На фиг. 4 - Тоже, вид сбоку;
На фиг. 5 - Тоже, схема закрепления почвообрабатывающей спирали к лемеху, вид сбоку;
На фиг. 6 - Тоже, схема грядиля при поднятом культиваторе, вид сбоку;
Осуществление полезной модели
Культиватор энергосберегающий скоростной включает брус 1 (фиг. 1) с грядилями 2, на которых установлены рабочие органы 3. К брусу 1 грядили 2 крепят с помощью скоб 4. На культиваторе энергосберегающем скоростном шириной захвата 4 м размещают 12 грядилей 2. Концевая часть 5 грядиля 2 установлена шарнирно с возможностью поворота вниз на 30°. На концевой части 5 сделаны последовательно два прямоугольных отверстия (на фиг не обозначены) для размещения в них стоек 6 рабочего органа 3 культиватора.
Рабочий орган 3 включает стойку 6, лемех 7, наральник 8 и почвообрабатывающую спираль 9.
Лемех 7 представляет собой плоский равнобедренный нож с углом крошения равным 0°. Лемех 7 выполнен в виде равнобедренного треугольника.
Угол 2γ определяет как ширину захвата лемеха, так и его длину. Для снижения смещения и более эффективного подрезания почвы и сорняков угол γ надо уменьшить. Однако при заданной ширине захвата «В», уменьшение γ приводит к увеличению длины лемеха:
Л
Увеличение l может приводить к налипанию почвы на лемех 7, к смазыванию дна бороздки.
Поэтому угол γ, установленный опытным путем равен 30°.
Ширину захвата лемеха 7 определяют по следующей формуле:
где В - ширина захвата культиватора, м;
r
n - число грядилей на культиваторе, шт;
δ - перекрытие между лемехами, м.
r
При В=4 м; n=12; δ=0,03 м:
Толщина лемеха 11-5 мм, материал - ст. 65Г.
Почвообрабатывающая спираль 9 выполнена в виде пружины сжатия. Ее устанавливают сзади лемеха 7 (фиг. 2).
В виду того, что обработка почвы предусматривается на глубину 0,04…0,05 м принимают наружный диаметр почвообрабатывающей спирали D=50 мм. Диаметр проволоки d=3…4 мм. Материал проволоки - сталь 60С2А (модуль упругости Е=212000 МПа).
Шаг почвообрабатывающей спирали: t=πD⋅tgβ,
где β - угол наклона винтовой линии почвообрабатывающей пружины, град.
Для того, чтобы почва крошилась и не происходило забивания почвообрабатывающей спирали принимаем: t=D.
Тогда: ; ; β=17°.
Витки почвообрабатывающей спирали 9 пропускают сквозь отверстия, просверленные в лемехе 7 (фиг. 5)
Показатель стабильности глубины обработки можно выразить следующей зависимостью:
где l - расстояние от копирующего элемента до рабочего органа, м;
h - глубина обработки почвы, м.
с
Чем меньше расстояние l и больше h, тем выше показатель стабильности. Максимальное значение П будет когда рабочие и копирующие функции выполняются совместно, то есть l=0.
Лемех 7 копирует, а спираль 9 воздействует на почву, находясь в одной вертикальной плоскости с лемехом, что обеспечивает единую траекторию движения, одинаковое копирование поверхности, что сохраняет стабильность глубины обработки.
Почвообрабатывающая спираль 9 выполнена в виде пружины сжатия. Ее навивают на заднюю часть лемеха.
В виду того, что обработка почвы предусматривается на глубину 0,04…0,05 м принимают наружный диаметр почвообрабатывающей спирали. D=50 мм. Диаметр проволоки d=3…4 мм. Материал проволоки - сталь 60С2А Шаг спирали:
где β - угол наклона винтовой линии почвообрабатывающей спирали, град.
Для того, чтобы почва крошилась и не происходило забивания почвообрабатывающей спирали принимаем: t=D.
Тогда: ; β=17°.
Усилие необходимое для заглубления почвообрабатывающей спирали:
,
где V - скорость рабочего движения культиватора, км/ч;
0
V=6 км/ч - начальная скорость;
-1
ε=0,02…0,03 - скоростной коэффициент, (км/ч)
2
k - удельное сопротивление почвы, Н/м.
Г
Г
Подставив в формулу известные значения, определяют усилие F при работе культиватора со скоростью 16 км/ч: F=209 Η.
r
r
Исходя из конструктивных соображений, принимаем сечение грядиля 2: b=80 мм, t=8 мм.
Тогда длина грядиля:,
11
где Е=2,12⋅10 Па - модуль упругости.
г
При известных значениях: l=0,8 м.
Концевая часть 5 грядиля 2 установлена шарнирно. На ней расположены два прямоугольных отверстия, в которые вставляют стойки 6 лап. Концевая часть 5, грядиля 2 вверх не перемещается, а вниз поворачивается на угол 30°.
Этот угол должен быть больше угла трения почвы по стальной поверхности, который составляет 25…27°.
Известно, что производительность культиватора:
W=0,36V⋅В,
где V - скорость рабочего движения, м/с;
В - ширина захвата культиватора, м.
Производительность мобильного агрегата повышают, увеличивая или скорость или ширину захвата.
Однако увеличение ширины захвата снижает эксплуатационную надежность, а значит, и сменную производительность, уменьшает маневренность. Усложняется конструкция, так как необходимо выдерживать транспортную ширину захвата, увеличивается материалоемкость вспомогательных частей по сравнению с рабочей частью машины.
С увеличением скорости растет устойчивость хода машины, увеличивается импульс сил в направлении движения, что приводит к улучшению качественных показателей.
Поэтому эффективней увеличивать скорость рабочего движения до 4…5 м/с при меньшей ширине захвата, сохраняя высокую производительность. В связи с этим оптимальной можно считать ширину захвата энергосберегающего скоростного культиватора В=4 м.
При поднятии культиватора на поворотной полосе концевые части грядилей, установленные шарнирно, поворачиваются на 30° вниз.
С наклоненных лемехов 7 сходят остатки сорняков и попавшая на них почва. Происходит самоочистка. При заезде на участок культиватор опускают на ходу, спираль 9 заглубляется и грядиль 2 под действием реакции почвы устанавливается в горизонтальном положении. Грядиль 2 в виде пластинчатой пружины обеспечивает перемещение лемеха 7 по поверхности почвы, а спирали 9 в почве, осуществляют рыхление, создание мелкокомковатой структуры верхнего слоя. При этом витки спирали 9 обеспечивают воздействие на комочки почвы путем растяжения, что существенно снижает затраты энергии.
При работе культиватора энергосберегающего скоростного происходит выравнивание поверхности, почвообрабатывающая спираль 9 осуществляет рыхление верхнего слоя почвы.
По сравнению с аналогичными культиваторами предлагаемый культиватор имеет следующие преимушества.
Так как стойка не идет в почве культиватор с рабочими органами может работать на скоростях 4…5 м/с. Это обеспечивает повышение производительности. В виду того, что с почвой взаимодействует только почвообрабатывающая спираль 9 и отсутствует отбрасывание ее существенно снижаются затраты энергии на выполнение технологического процесса. Затраты энергии также снижаются в виду воздействия спирали на почвенные отдельности путем растяжения, а не сжатия. По теории прочности Мора затраты энергии при сжатии в 6…7 раз выше при растяжении.