Корпус плуга с S-образным ортогональным сечением

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, а конкретно к почвообрабатывающим орудиям.
1
2
Известны теоретические исследования лемешно-отвальной поверхности как развитие трехгранного клина (см. Л.В. Гячев. Теория лемешно-отвальной поверхности. Зерноград, 1961 г.). Согласно полученным результатам теоретических исследований положение лемешно-отвальной поверхности в пространстве можно охарактеризовать двумя углами (фиг. 2), а именно двугранным углом ε между касательной плоскостью и плоскостью дна борозды хоу и углом γ между следом касательной плоскости на плоскости хоу и направлением движения корпуса (осью ох). При этом перемещение почвы характеризуется двумя видами траекторий: абсолютной по отношению к неподвижной системы отсчета и относительной - вдоль самой лемешно-отвальной поверхности. Направление в пространстве касательной прямой к относительной траектории частицы пласта в текущей точке (фиг. 2) определяется двумя углами: угол α между осью oz и проекцией на плоскость yoz касательной прямой AF к относительной траектории и углом β между касательной AF и осью ох. После разгибания развертывающей поверхности корпуса плуга в плоскость относительная траектория станет плоской кривой MM, а ее касательная составит с лезвием лемеха в развертке угол η. Именно под этим углом происходит движение пласта почвы вдоль лемешно-отвальной поверхности.
Известны теоретические исследования формы и параметров рыхлительных рабочих органов для снижения энергоемкости обработки почвы (см. В.И. Ветохин. Обоснование формы и параметров рыхлительных рабочих органов с целью снижения энергозатрат на обработку почвы, дис. канд. техн. наук: 05.20.01. - Москва, 1991 г. - 330 с). Согласно полученным результатам исследований, уменьшить энергоемкость обработки почвы можно путем снижения скорости и доли деформации сжатия, а также за счет использования эффекта Баушингера. При этом математическое описание формы продольного профиля рабочей поверхности рыхлителя, исходя из условия равномерного распределения давления на рабочей поверхности, задается выражением:
где у, х - соответственно ордината и абсцисса оси пласта;
q - величина равномерно распределенной силы, действующей на пласт;
- длина пласта на которой приложена распределенная сила;
Е - модуль упругости почвы;
z
J - момент инерции сечения пласта.
Знаменатель в представленном выражении показывает взаимосвязь формы продольного профиля рабочей поверхности рыхлителя, т.е. изменение ее кривизны, размеров пласта и физико-механических свойств конкретной почвы. Таким образом, для снижения энергоемкости обработки почвы радиус кривизны рабочей поверхности корпуса плуга должен быть не более фиксированной величины для конкретных параметров процесса вспашки. Для использования эффекта Баушингера развитие тенденции вогнутой кривизны полученного профиля рабочей поверхности переходит в выпуклую форму.
Известен корпус плуга (см. А. С. SU 686647, А01В 15/08, от 25.09.79), содержащий лемех и отвал, состоящий из груди отвала и крыла, при этом рабочая поверхность отвала выполнена таким образом, что ее сечения горизонтальными секущими плоскостями представляют собой S-образные кривые, вогнутые в сторону борозды на груди отвала и выпуклые на крыле отвала.
Недостатком указанного корпуса плуга является высокая энергоемкость. Это обусловлено тем, что S-образные кривые выполнены горизонтально, т.е. происходит не совпадение вогнуто-выпуклой формы лемешно-отвальной поверхности и траектории движения пласта. В результате этого, помимо деформации сжатия и растяжения, добавляется деформация изгиба пласта, что приводит к повышению энергоемкости, поскольку сопротивление изгиба пласта значительно (6-10 раз) превосходит сопротивление ее разрыва.
Известен плужный корпус (см. А. С. SU 1722263, А01В 15/08, от 30.03.92 - прототип), содержащий стойку, башмак, лемех, полевую доску и отвал, состоящий из груди отвала и крыла, при этом рабочая поверхность отвала выполнена таким образом, что ортогональные сечения поверхности отвала секущими плоскостями представляют собой S-образные кривые, причем нижняя часть выполнена вогнутой, а верхняя - выпуклой, кривизна кривых которой по ортогональным сечениям увеличивается в направлении от полевого обреза к бороздному, а каждая кривая данного сечения переменна с уменьшением ее кривизны в направлении точки перегиба.
Недостатком указанного плужного корпуса является высокая энергоемкость. Это обусловлено тем, что S-образные кривые выполнены ортогонально поверхности отвала, т.е. также происходит не совпадение вогнуто-выпуклой формы лемешно-отвальной поверхности и траектории движения пласта.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является снижение энергоемкости.
Технический результат достигается тем, что корпусе плуга с S-образным ортогональным сечением, содержащем стойку, башмак, лемех, полевую доску и отвал, состоящий из груди отвала и крыла, при этом рабочая поверхность отвала выполнена таким образом, что ее ортогональные сечения секущими плоскостями представляют собой S-образные кривые, причем нижняя часть выполнена вогнутой, а верхняя - выпуклой, кривизна кривых которой по ортогональным сечениям увеличивается в направлении от полевого обреза к бороздному, а каждая кривая данного сечения переменна с уменьшением ее кривизны в направлении точки перегиба, согласно полезной модели, сечения рабочей поверхности отвала секущими плоскостями ортогональными касательным к траектории движении пласта имеют радиусы кривизны, обеспечивающие снижение деформаций изгиба пласта и не более величины, определяемой по выражению:
R=kab,
где R - радиус кривизны, мм;
k - коэффициент пропорциональности, характеризующий параметры вспашки;
a - глубина вспашки, мм;
b - ширина вспашки, мм.
Новизна заявленного технического результата обусловлена тем, что ориентация S-образных кривых секущих плоскостей ортогонально касательным к траектории движении пласта позволит значительно уменьшить деформации изгиба пласта, а, следовательно, уменьшить энергоемкость обработки почвы.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фигуре 1 показан общий вид корпуса плуга с S-образным ортогональным сечением, на фигуре 2 - схема для определения углов взаимодействия пласта почвы с лемешно-отвальной поверхностью, на фигуре 3 - схема расположения угла η в развертке между касательной к относительной траектории движении пласта и лезвием лемеха, на фигуре 4 - сечение А-А, на фигуре 5 - сечение Б-Б,
Корпус плуга с S-образным ортогональным сечением (фиг. 1) содержит стойку 1, к которой крепится башмак 2 (фиг. 4). На башмак 2 крепится лемех 3, полевая доска 4 и отвал 5, который состоит из груди отвала 6, крыла отвала 7, полевого 8 и бороздового обреза 9. Ортогональные сечения рабочей поверхности отвала 5 секущими плоскостями представляют собой S-образные кривые, вогнутые в нижней части и выпуклые в верхней части отвала 5, а кривизна кривых по ортогональным сечениям увеличивается в направлении от полевого обреза 8 к бороздному 9, и каждая кривая данного сечения переменна с уменьшением ее кривизны в направлении точки перегиба (фиг. 4 и фиг. 5). При этом сечения рабочей поверхности отвала 5 секущими плоскостями ортогональными касательным к траектории движении пласта имеют радиусы кривизны, обеспечивающие снижение деформаций изгиба пласта и не более величины, определяемой по выражению:
R=kab,
где R - радиус кривизны, мм;
k - коэффициент пропорциональности, характеризующий параметры вспашки;
a - глубина вспашки, мм;
b - ширина вспашки, мм.
Корпус плуга с S-образным ортогональным сечением работает следующим образом.
1
2
При движении корпуса плуга с S-образным ортогональным сечением, лемех 3 подрезает пласт почвы в горизонтальной плоскости, а полевой обрез 8 груди отвала 6 отрезает пласт в вертикальной плоскости и подают его на отвал 5. Относительная траектория движения пласта почвы по рабочей поверхности отвала 5 после разгибания развертывающей поверхности корпуса плуга в плоскость представляет собой плоскую кривую ММ, а ее касательная составит с лезвием лемеха в развертке угол η (фиг. 3). За счет того, что сечения рабочей поверхности отвала 5 секущими плоскостями ортогональными касательным к траектории движении пласта представляют собой S-образные кривые, причем нижние части выполнены вогнутыми, а верхние - выпуклыми, кривизна которых по ортогональным сечениям увеличивается в направлении от полевого обреза 8 к бороздному 9, а каждая кривая данных сечений переменна с уменьшением ее кривизны в направлении точки перегиба, с радиусом кривизны не более величины, определяемой по выражению:
R=kab,
где R - радиус кривизны, мм;
k - коэффициент пропорциональности, характеризующий параметры вспашки;
a - глубина вспашки, мм;
b - ширина вспашки, мм
то угол между образующими и стенкой борозды постоянно уменьшается и позволяет значительно уменьшить деформации изгиба пласта, что тем самым снижает сопротивление почвы при ее движении вверх по ней. При дальнейшем перемещении почвы вдоль своей относительной траектории от груди отвала 6 к крылу отвала 7, за счет плавного изменения кривизны ортогональных секущих плоскостей на противоположную, деформация пласта сжатием на вогнутом участке меняется на деформацию пласта с растяжением на выпуклом участке, что также дополнительно приводит к снижению энергоемкости процесса. Затем пласт почвы оборачивается и укладывается на дно борозды крылом отвала 7. Полевая доска 4, прикрепленная к стойке 1 через башмак 2, за счет сил давления пласта на лемех 1 и отвал 5, упирается в стенку борозды, что позволяет сохранить прямолинейное устойчивое движение корпуса.
Таким образом, предложенный корпус плуга с S-образным ортогональным сечением обеспечивает достижение технического результата.
Полезная модель промышленно применима и может быть реализована в условиях завода или другого промышленного предприятия.