Режущий узел дискового орудия

Область применения
Заявляемая полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к дисковым орудиям, предназначенным для поверхностной обработки почвы, а конкретно, к режущим узлам, установленным на индивидуальных стойках.
Уровень техники.
Рабочим органом в дисковых орудиях являются сферические диски, которые могут быть вырезными или круглыми (без вырезов).
Сферические диски устанавливаются на раме орудия фронтальными рядами по направлению рабочего движения при почвообработке, батарейно на общем валу или на автономных стойках.
В зависимости от вида работ диски подбирают по диаметру и придают им угол атаки α, характеризующий величину поворота диска от направления движения и угол δ, характеризующий наклон диска к вертикальной плоскости. Угол атаки диска α является величиной переменной и зависит от физико-механических свойств почвы, таких как влажность, плотность, твердость, задернелость почвы, а также от предшествующей обработки, рельефа местности и прочее. Чем прочнее почва, тем должен быть больше угол α. Максимальное значение угла α в реальных условиях выполнения технологического процесса составляет 35°, минимальное 5°. Угол δ способствует лучшему заглублению диска в почву, в основном он является постоянным и составляет 10…20°
Известны способы почвообработки, в которых используются сферические диски, установленные рядами на раме почвообрабатывающего орудия и имеющие угол атаки α и угол наклона диска к вертикальной плоскости δ.
Плуг-лущильник дисковый (патент на полезную модель №14797, заявка№2000104431 МПК А01В 7/00. Опубликовано: 10.09.2000)[1] содержит раму, диски, регулятор угла атаки. Диски установлены рядами на автономных стойках, а регулятор угла атаки дисков в рядах выполнен в виде рычага, жестко соединенного со стойкой диска и шарнирно с траверсой, параллельной к балке со стойками дисков и винтовой парой, обеспечивающей продольное перемещение траверсы.
Известное устройство имеет тот недостаток, что изменения физико-механических свойств почвы при почвообработке могут быть настолько значительными, что требуется постоянное изменение угла атаки дисков. Выставленный же заранее зафиксированный в начале почвообработки угол атаки всех дисков не обеспечивает условия оптимальности этого параметра и поэтому качество почвообработки снижается.
Известна садовая дисковая двухследная борона (А.С. СССР №1491357, заявка: 4214662. МПК А01В 21/08. Опубликовано: 07.07.1989) [2]. В известной бороне диски также имеют механизм регулировки угла атаки дисков, который при регулировке поворачивает диски всего ряда синхронно. Угол атаки дисков выставляется до начала работы почвообрабатывающего орудия и жестко фиксируется. В бороне у дисков отсутствует угол наклона диска к вертикальной плоскости δ.
Недостатком является то, что изменяющиеся свойства почвы по длине рабочего хода могут не соответствовать фиксированному значению установленного угла атаки дисков α, что снижает качество обработки почвы.
Известно дисковое почвообрабатывающее орудие (патент РФ №2185044, заявка №2000117745, МПКА01В 21/08.Опубликовано 20.07.2002) [3] Дисковое орудие содержит механизм регулировки угла атаки сферических дисков на автономных стойках бороны, закрепленных на поперечных балках рамы. Диски имеют угол наклона к вертикальной плоскости δ. Недостатком также является то, что регулировка угла атаки дисков скоммутирована на одной тяге, поворачивающей все диски ряда синхронно на один и тот же угол атаки, который жестко фиксируется. Далее этот угол атаки может быть изменен только при остановке работы бороны. При этом борону необходимо поднять над поверхностью почвы так, чтобы диски не касались ее, и после этого произвести перенастройку угла атаки дисков.
Изменение физико-механических свойств почвы требует постоянной регулировки угла атаки дисков, что практически в указанном устройстве невыполнимо.
Фиксированный и одинаковый угол атаки всех дисков при изменении свойств почвы приводит к разрегулировке бороны, что снижает качество обработки почвы.
Известен способ почвообработки и устройство для его осуществления по патенту №2375855 (Заявка № 2008108115; МПК A01B 7/00, A01B 15/16, A01B 23/06. Опубликовано 20.12.2009) [4].
Согласно примеру выполнения изобретения борона состоит из рамы с поперечными балками, на которых на автономных стойках установлены сферические диски, имеющие разный угол атаки α. Периферийная часть поверхности дисков выполнена волнистой для обеспечения плавно повторяющихся изменений угла атаки дисков влево и вправо от исходного значения угла атаки дисков.
Периферийные нижние точки В, С, Д повторяющейся волны образуют торцовую плоскость диска, которая установлена к линии направления движения бороны под углом атаки α. Задаваясь геометрией волны, можно обеспечить любое изменение угла атаки.
Техническим результатом указанного изобретения является повышение качества почвообработки, который согласно изобретению достигается тем, что осуществляют согласование непостоянства свойств почвы и непостоянства угла атаки диска орудия. Это достигается за счет выполнения сферического диска волнистым.
Волна сферического диска плавно изменяет установленный ему заранее на почвообрабатывающем орудии, например, дисковой бороне угол атаки влево и вправо от исходного значения в режиме повторяющихся отклонений, обеспечивая требуемый диапазон углов атаки диска, который задан в диске геометрией волны, при этом волна диска, начиная с режущей кромки диска, убывая к центру диска, переходит в его сферу.
Однако, выполнение диска со сложной геометрией является достаточно трудоемким и требует специального оборудования.
Из уровня техники известны способ и устройство регулирования агрегата для сельскохозяйственного орудия по патентному документу WO2014025308 (заявкаWO2013SE50955, МПК A01B21/08; A01B35/28; заявитель VAEDERSTAD VERKEN AB [SE]. Опубликовано 13.02.2014) [5]. В устройстве согласно патенту ступица (20) каждого диска (3) снабжена в центре ступицы, опущенной в подшипниковую круглую цилиндрическую часть (21b) оси (21), которая на своем другом конце имеет коническую часть (21а), который в первом положении расположен под углом (бета) относительно цилиндрической части (21b) с опорным подшипником, причем указанная коническая часть с возможностью отсоединения установлена в соответствующем коническом отверстии (24) в концевой части (23) стойки(10), и что при освобождении в коническом отверстии ось поворачивается в желаемое положение и быстро фиксируется в этом положении, благодаря чему обеспечивается возможность изменять рабочий угол диска. Ось 21 снабжена заданным количеством установочных отверстий 25 по ее периферии. Ось 21 можно повернуть и зафиксировать между положениями, чтобы получить настраиваемый угол наклона диска. На внешнем конце оси выполнено отверстие 27 для взаимодействия со специальным инструментом для установки диска в требуемое положение.
Установочные отверстия 25 выполнены на оси 21 на одинаковом расстоянии друг от друга вдоль периферии оси 21. Чтобы облегчить поворот оси 21 при изменении ее положения, инструмент 26 может быть введен в отверстие 27 на внешнем конце оси 21. Когда правильное положение достигнуто, инструмент 26 можно затем повернуть так, чтобы ось 21 была затянута обратно в ее исходное положение в соответствующем отверстии 24 в стойке 10, и диск 3 был изменен на желаемое угловое положение. После этого в новое установочное отверстие 25 вводится стопорный штифт 29, и диск 3 фиксируется в выбранном рабочем положении.
По совокупности признаков устройство регулирования агрегата для сельскохозяйственного орудия (VAEDERSTAD VERKEN) принято в качестве наиболее близкого аналога.
Однако, известное устройство не позволяет настраивать необходимый угол атаки и угол наклона режущего диска без использования специального инструмента. Это осложняет работу механизатора в полевых условиях, когда требуется быстрое изменение угла атаки всех дисков на каждом орудии.
Технической задачей заявляемой полезной модели является расширение арсенала режущих узлов почвообрабатывающего орудия, установленных на индивидуальных стойках, с механизмом регулировки угла атаки и угла наклона диска.
Техническим результатом является создание режущего узла почвообрабатывающего орудия с механизмом регулировки угла атаки и угла наклона диска, где режущий узел установлен на индивидуальной стойке, плоскость которой на участке соединения с торцом оси подшипникового узла имеет наклон β к вертикали и в направлении режущего диска, а торец оси подшипникового узла срезан под угломγ к горизонтали.
Технический результат достигается за счет всей совокупности существенных признаков.
Раскрытие полезной модели.
Заявляемый технический результат достигается тем, что режущий узел дискового орудия, содержащий стойку, один конец которой закреплен на балках сельскохозяйственного орудия, а на другом конце стойки размещен режущий диск, причем каждый диск закреплен на корпусе подшипникового узла с возможностью свободного вращения вокруг оси подшипникового узла, в свою очередь закрепленной на стойке с возможностью соединения стойки с осью подшипникового узла регулировочным штифтом для установки угла атаки режущего диска, согласно полезной модели
ось подшипникового узла неподвижно закреплена на стойке при помощи разъемного соединения;
при этом плоскость стойки на участке соединения с торцом оси подшипникового узла имеет наклон β к вертикали и в направлении режущего диска; при этом ось подшипникового узла выполнена с торцом, срезанным под углом γ к горизонтали; при этом ось подшипникового узла закреплена на стойке с прилеганием скошенного торца к плоскости концевого участка стойки;
при этом ось подшипникового узла содержит установочное отверстие, в которое помещен регулировочный штифт, а концевой участок стойки содержит ответные, установочные отверстия, расположенные по окружности, и соответствующие определенному углуα атаки и углу δ наклона диска, для установки в них регулировочного штифта с возможностью дискретно менять углы атаки и наклона режущего диска поворотом оси подшипникового узла и закреплением ее на стойке в положении, соответствующему требуемым угламα атаки и δ наклона диска.
При этом ось неподвижно закреплена на стойке при помощи резьбового крепежного элемента и внутреннего крепежного отверстия для него, а внутреннее крепежное отверстие выполнено под углом 90 градусов к плоскости скошенного торца стойки
При этом угол β наклона плоскости стойки к вертикали равен 162 градуса, а угол γ наклона торца оси к горизонтали равен 85 градусам.
При этом стойка в месте соединения с осью выполнена с концевым участком, наклоненным под углом β градусов к вертикали
При этом угол β наклона плоскости концевого участка стойки к вертикали равен 162 градуса, а угол γ наклона торца оси к горизонтали равен 85 градусам.
Перечень фигур, иллюстрирующих заявляемую полезную модель.
Фиг. 1. Схема режущего узла дисковой бороны.
Фиг. 2. Схема в сборе стойки, подшипникового узла и режущего диска.
Фиг. 3. Ось подшипникового узла.
Фиг. 4. Прямая стойка, вид А на фиг.1.
Фиг.5.Стойка с отогнутым концевым участком 14.
Фиг.6. Участок 14 стойки- вид Б на фиг.4.
Фиг. 7. Схема расположения диска под углом атаки α.
Фиг. 8 Схема расположения диска под углом δ.
Перечень позиций.
1 - стойка;
2 - сферический режущий диск;
3 - кронштейн;
4 - болты кронштейна 3;
5 - эластомерные стержни кронштейна;
6 - подшипниковый узел;
7 - ось подшипникового узла;
8-корпус подшипникового узла;
9- закрытый не обслуживаемый подшипник;
10- уплотняющие элементы;
11- стопорное кольцо;
12-резиновое кольцо;
13- гайка;
14-концевой  участок стойки;
15-резьбовой крепежный элемент оси к стойке;
16-внутреннее крепежное отверстие в оси 7;
17-стопорная шайба;
18- торцевая поверхность оси 7;
19-продольное отверстие для штифта;
20- штифт;
21- регулировочные отверстия в стойке;
22- ребро жесткости;
23- след вертикальной плоскости.
Осуществление полезной модели.
Борона дисковая содержит  раму с поперечными балками, на которых в рядах, на индивидуальных стойках расположены сферические диски(фиг.1).
Диски в каждом ряду установлены рабочей поверхностью   под регулируемым углом α атаки к направлению движения и углом наклона диска δ относительно вертикальной плоскости 23  (фиг.8).
Режущий узел дисковой бороны согласно полезной модели (фиг.1) состоит из стойки 1, закрепленной одним концом на балках с помощью кронштейна 3 посредством  болтов 4 через  эластомерные стержни 5   с возможностью отклонения по вертикали.
На другом конце стойки 1 размещен режущий диск 2. Режущий диск 2 с помощью  болтов  закреплен на  корпусе 8  подшипникового узла 6,  который свободно вращается вокруг оси 7. Подшипниковый узел 6 содержит корпус 8, ось 7, не обслуживаемый закрытый подшипник 9 и уплотняющие элементы 10. В корпусе 8 подшипникового узла (фиг. 2) установлен не обслуживаемый закрытый подшипник 9, закрепленный на оси 7 при помощи гайки 13, а в корпусе 8 при помощи стопорного кольца 11. Для обеспечения герметичности корпуса 8 подшипникового узла со стороны режущего диска 2 установлено резиновое кольцо 12.
Ось 7 подшипникового узла закреплена на стойке 1.
Стойка 1 имеет преимущественно плоскую форму и может быть снабжена ребром жесткости 22 в верхней части (фиг.4,5). Стойка 1 выполнена таким образом, что ее концевой участок 14 крепления к оси 7 подшипникового узла имеет наклон под углом βк вертикали и в направлении режущего диска 2 (фиг.1, 4, 5). В преимущественном исполнении стойка вместе с концевым участком 14 выполнена с под углом βк вертикали и в направлении режущего диска 2 (фиг.1,4). Специалисту в данной области будет понятно, что с тем же результатом стойка 1 может быть выполнена с концевым участком 14, отогнутым под углом βк вертикали и в направлении режущего диска 2 (фиг.5).
Ось 7 неподвижно закреплена на стойке 1 при помощи разъемного крепежного элемента 15, в качестве которого может быть использован резьбовой крепежный элемент, например, болт. Болт 15 соединяет ось 7 и стойку 1 через резьбовое соединение с внутренним отверстием 16 в оси 7; болт 15 зафиксирован стопорной шайбой 17.
Значения угла αатаки и угла наклона δ режущих дисков устанавливаются в зависимости от свойств почвы, тяговых возможностей трактора и требуемого качества поверхностной обработки почвы.
Изменение угловα иδ в заявляемой полезной модели возможно благодаря конструкции оси 7 подшипникового узла.
Авторами было обнаружено, что для обеспечения возможности установки необходимого угла αи угла наклона δ режущего диска торец 18 оси 7, соединяемый с плоскостью концевого участка 14 стойки 1, наклоненного под угломβ к вертикали, должен быть скошен. Поэтому ось 7 выполнена с торцом 18, срезанным под углом γ к горизонтали (фиг.3).
Внутреннее отверстие 16 оси 7, предназначенное для размещения крепежного болта 15, выполнено под углом 90 градусов к плоскости торца 18.
.
Ось 7 закреплена на стойке 1 с прилеганием торца 18 к стойке по плоскости концевого участка 14, ось ее вращения соосна оси вращения режущего диска 2 и не имеет отклонений ни на одном участке(фиг.3)
Ось 7 содержит внутреннее глухое отверстие 19 для помещения в нем регулировочного штифта 20 таким образом, чтобы штифт выступал из отверстия 19. Отверстие 19 выполнено параллельно внутреннему крепежному отверстию 16 в оси.
Концевой участок 14 стойки 1 содержит ответные отверстия 21 для установки в них регулировочного штифта 20. Отверстия 21 выполнены на концевом участке 14 стойки на плоскости соприкосновения с торцом 21 оси подшипникового узла по окружности, радиус которой соответствует расстоянию между продольными осями крепежного отверстия 16 оси 7 подшипникового узла и продольного отверстия 19 для штифта. Каждое регулировочное отверстие 21 соответствует определенным угламα атаки и угла наклона δ режущего диска и снабжено соответствующей маркировкой.
Регулировочным штифтом 20, установленным в отверстие 19 и помещаемым в одно из отверстий 21, осуществляется фиксация заданного углов α иδ режущего диска. Такая конструкция позволяет дискретно менять углы α атаки и δ наклона диска поворотом оси 7 подшипникового узла и закреплением ее на стойке 1 в необходимом положении режущего диска 3(фиг.2).
Чаще всего сельскохозяйственные орудия снабжены дисками с фиксированным углом α атаки около 16-18 градусов, и угломδ наклона диска 4-18 градуса. Но орудия с этими углами очень требовательны к среде, в которой работают, к влажности, твердости почвы, количеству остатков на поле.
При необходимости большей рабочей глубины и в сочетании с большим количеством остатков урожая углаα атаки должен быть меньше, в диапазоне 11-14 градусов.
Однако, при работе на легких почвах или при работе вторым следом рабочий диск с углом δ наклона диска менее 18 градусов проваливается и не может выполнить работу.
Для установки углов α и δ путем экспериментов авторами было обнаружено, что необходимые сочетания углов α атаки и δ наклона диска могут быть получены, если угол β наклона концевого участка 14 стойки 1 к вертикали составляет от 161 до 163 градусов, а угол γнаклона торца оси составляет от 84 до 86 градусов. Преимущественное значение имеет соотношение β=162 градуса, γ=85 градусов.
Авторами экспериментально установлены положения фиксации оси 7 подшипникового узла, соответствующие различным условиям обработки почвы, при которых каждым поворотом оси достигается изменение угла атаки на определенное число градусов. Например (фиг. 6):
угол атаки диска α=11 градусов, угол наклона δ=10 градусов - для разделки пахоты - отверстие 21.4 в правой части участка 14;
угол атаки диска α=14 градусов, угол наклона δ=4 градусов - для глубокой обработки (до 12 см) с большим количеством растительных остатков - отверстие 21.2 в нижний части участка 14;
угол атаки диска α=14 градусов, угол наклона δ=18 градусов - для не глубокой обработки (до 12 см) на легких почвах с средним количеством растительных остатков - отверстие 21.1 в верхней части участка 14;
угол атаки диска α=20 градусов, угол наклона δ=7 градусов - для глубокой обработки (до 15 см) на средним количеством растительных остатков - отверстие 21.3 в левой части участка 14;
В вышеуказанном примере приведены четыре установочных отверстия 21.1- 21.4, выполненные на расстоянии 90 градусов друг от друга по окружности вокруг оси 7 подшипникового узла (фиг.6).
Заявляемое устройство по своей конструкции не ограничено вариантом осуществления, приведенном в вышеуказанном примере, при необходимости могут быть установлены и иные углы атаки α и углы δ наклона, с соответствующим расположением регулировочных отверстий и их количеством.
Работа.
На краю поля механизатор переводит дисковую борону из транспортного положения в рабочее, устанавливает заданный угол атаки в зависимости от свойств почвы, тяговых возможностей трактора и требуемого качества поверхностной обработки почвы.
Для установки углаα иδ необходимо выкрутить крепежный болт 15 и отсоединить ось 7 подшипникового узла от участка 14 стойки 1. Путем проворачивания оси 7 переставить штифт 20 в соответствующее промаркированное отверстие 21 на стойке 1 режущего узла, соответствующем требуемому положению режущего диска 3. После чего болт 15 закрутить в резьбовое отверстие стойки, затянуть усилием, соответствующим диаметру резьбы, зафиксировать от самоотвинчивания стопорной шайбой 17. Таким образом осуществляется установка требуемого угла атаки без использования специального инструмента.
Механизатор устанавливает необходимое положение рам и прицепа, включает передачу трактора, и агрегат выполняет рабочий ход. При этом диски бороны заглубляются в почву, рыхлят, за счет установки дисков под углом α иδ, слой почвы, подрезают сорняки и измельчают пожнивные остатки. Чем больше угол атаки, тем полнее подрезание растительных остатков. Угол δ способствует лучшему заглублению диска в почву.
Стойки на эластомерах позволяют работать на каменистых почвах и на повышенных скоростях, эластомеры сглаживают удары, значительно снижая нагрузки на узел режущий и особенно на подшипники.
Промышленная применимость.
Заявляемый режущий узел дисковой бороны промышленно применима и может быть широко использован в сельском хозяйстве для эффективной поверхностной обработки почвы при различных почвенных условиях.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Патент на полезную модель РФ №147977 Плуг-лущильник дисковый. Заявка: 2000104431, МПК А01В 7/00. Опубликовано: 10.09.2000.
2. А.С. СССР №1491357 Садовая дисковая двухследная борона. Заявка № 4214662. МПК А01В 21/08. Опубликовано: 07.07.1989.
3. Патент РФ №2185044. Дисковое почвообрабатывающее орудие, Заявка №2000117745, МПК А01В 21/08. Опубликовано 20.07.2002.
.
4. Патент РФ №2375855Способ почвообработки и устройство для его осуществления. Заявка № 2008108115; МПК A01B 7/00, A01B 15/16, A01B 23/06. Опубликовано 20.12.2009.
5. Патентный документ WO2014025308, заявкаWO2013SE50955, МПК A01B21/08; A01B35/28; заявитель VAEDERSTAD VERKEN AB[SE]. Опубликовано 13.02.2014- наиболее близкий аналог.