Корпус плуга
PLOUGH BODY

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а конкретно к лемешным плугам.
В лемешных плугах основным рабочим органов является корпус плуга, который состоит из стойки и закрепленными на нем лемеха, отвала и полевой доски. Лемех и отвал образуют лемешно-отвальную поверхность, от параметров которой и зависит эффективность работы все корпуса.
Известен корпус плуга (см. А.С. SU 1371530, А01В 15/08), содержащий стойку с лемехом и отвалом. Лемех и отвал плужного корпуса образует единую винтовую поверхность с переменным радиусом кривизны по длине рабочей поверхности. Выпуклые и вогнутые участки поверхности имеют на лемехе в начале, середине и в конце отвала наименьшую кривизну, а в средней части груди и средней части крыла отвала наибольшую кривизну. Согласно описанию авторского свидетельства, изменение кривизны в направлении перемещения пласта обеспечивает более плотное прилегание к рабочей поверхности корпуса плуга и, как следствие, уменьшение залипания и непроизводительного сдвига почвы при обороте пласта.
Недостатком данного корпуса плуга является плохое качество вспашки. В частности, при перемещении пласта но выпуклым участкам рабочей поверхности будет происходить его торможение, что окажет влияние на его оборот.
Известен плужный корпус (см. А.С. SU 1521308, А01В 15/08), содержащий лемех и отвал, состоящий из груди и крыла, горизонтальные сечения рабочей поверхности которых выполнены в виде кривых переменной кривизны по высоте отвала. Кривизна горизонтальных сечений па груди отвала выпукла в верхней части и вогнута в нижней части, а кривизна горизонтальных сечений на крыле отвала вогнута в верхней части и выпукла в нижней части. Согласно описанию авторского свидетельства, в процессе работы плужного корпуса обеспечивается оптимальное изменение скорости оборота пласта по высоте отвала, что улучшает качество укладки пласта на высоких скоростях движения и снижает тяговое сопротивление вследствие исключения непроизводительных затрат энергии на деформацию пласта.
Недостатком данного плужного корпуса плохое качество вспашки и высокая энергоемкость процесса. В частности, при сдвиге пласта вдоль горизонтальных сечений будет происходить его торможение при переходе от вогнутого участка к выпуклому, что приведет к его сгруживанию и контакту с последующем пластом, что особенно будет проявляться па первом корпусе плуга.
Известен рабочий орган почвообрабатывающего орудия (см. A.С. SU 1727555, А01В 15/08), содержащий лемешно-отвальную поверхность винтового типа с элементами ее присоединения к базовой раме, отвальная поверхность которого выполнена в виде части поверхности открытого тора, производящие которого имеют винтовое вращение относительно его оси и выполнены в виде дуг кривых второго порядка. Лемех рабочего органа имеет лезвие в виде отрезка спирали, а нижний и верхний обрезы отвальной поверхности по всей длине дополнительно снабжены сопряженными с ними пластинами винтовой формы.
Недостатком данного рабочего является высокая энергоемкость вспашки, обусловленная торможением пласта при его перемещении вдоль рабочей поверхности.
Известен энергосберегающий плуг (см. пат. на изоб. РФ №2518256, А01В 15/08), содержащий изогнутую но двум таутохронно-брахистохронным направляющим циклоидам лемешно-отвальную поверхность, а угол е между лемехом и дном борозды регулируется по линии стыка лемеха с отвалом.
Недостатком данного энергосберегающего плуга является плохое качество процесса вспашки.
Известен корпус плуга (см. пат. на п.м. РФ №111380, A01B 15/08 - прототип) лемех и отвал которого, соединены в одно целое и с внешней стороны представляют собой единую лемешно-отвальную поверхность, причем контур сечения направляющей указанной поверхности в наклонной плоскости, перпендикулярной плоскости симметрии данной поверхности и проходящей через лезвие лемеха, задний стык торцевых поверхностей лемеха и отвала и через верхний край отвала с углом наклона от 75° до 110° по отношению к лемеху, представляет собой кривую спирали Корню с минимальной энергией деформации, при этом крыло отвала в зоне схода с него пласта почвы имеет отгиб для устранения задира пласта почвы.
Недостатком данного корпуса плуга является плохое качество вспашки и высокая энергоемкость процесса.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение качества вспашки и снижение энергоемкости процесса.
Технический результат достигается тем, что в корпусе плуга, содержащем стойку с установленными па ней тюлевой доской, лемехом и отвалом, соединенные в одно целое и образующие лемешно-отвальную поверхность с контуром сечения направляющей указанной поверхности в виде фрагмента спирали и горизонтальной образующей, согласно изобретению горизонтальная образующая лемешно-отвальную поверхности выполнена в виде фрагмента спирали, причем угол между началом и концом указанного фрагмента в полярной системе координат меньше 180 градусов, а радиус кривизны в любой точке спирали равен значению функциональной зависимости:
R=ƒ(ϕ),
где R - радиус кривизны;
ϕ - угол поворота радиус-вектора, ϕ∈[0,180]
Сущность изобретения поясняется чертежами, где па фиг. 1 корпус плуга, на фиг. 2 - сечение А-А, на фиг. 3 - сечение Б-Б, на фиг. 4 - цельный пласт, на фиг. 5 - пласт из шарнирно соединенных фрагментов, на фиг. 6 - пласт, состоящих из фрагментов, движущихся один по другому, на фиг.7 -пласт почвы с движением по заполненному слою почвы.
Корпус плуга (фиг. 1) содержит стойку 1, к которой крепятся при помощи элементов крепления (не указаны) полевая доска 2 (фиг. 1), лемех 3 и отвал 4. Лемех 3 и отвал 4 соединенные в одно целое и образуют лемешно-отвальную поверхность, которая имеет полевой 5 и бороздовой 6 обрезы. При этом контур сечения направляющей кривой 7 указанной поверхности выполнен в виде фрагмента спирали (фиг. 2), а горизонтальная образующая 8 (фиг. 3) выполнена в виде фрагмента спирали, причем угол между началом и концом указанного фрагмента в полярной системе координат меньше 180 градусов, а радиус кривизны в любой точке спирали равен значению функциональной зависимости.
R=ƒ(ϕ),
где R - радиус кривизны;
ϕ - угол поворота радиус-вектора, ϕ∈[0,180]
Более подробно сущность изобретения можно объяснить следующим образом.
В процессе вспашки пласт почвы подрезается лемехом в горизонтальной плоскости и подается на отвал. В ходе перемещения его по отвалу пласт почвы сдвигается, крошится, оборачивается и укладывается в борозду. Процесс движения пласта по отвалу напрямую зависит от кривизны рабочего органа. Согласно данным А. Кулен и X. Куиперс (А. Кулеп, X. Куиперс, Современная земледельческая механика, М., Агропромиздат, 1986, с. 304-307) формы рабочих органов бывают: с увеличивающийся кривизной в задней части; с уменьшающейся кривизной в задней части; и постоянной кривизной. При этом в процессе перемещения почвы по поверхности отвала возможно три типа пласта: цельный пласт (фиг. 4); пласт из шарнирпо соединенных фрагментов (фиг. 5); пласт, состоящих из фрагментов, движущихся один по другому (фиг. 6). Если поверхность отвала и пласт почвы находятся в постоянном соприкосновении (случай движения цельного пласта (фиг. 4) деформация пласта происходит за счет разной длины пройденной траектории верхнего и нижнего слоя. Если поверхность отвала и пласт почвы не находятся в постоянном контакте (фиг. 5), а пласт движется из шарнирно соединенных элементов, то деформация пласта происходит не только за счет разных траекторий, но и за счет вращения отдельных почвенных элементов вокруг их шарниров. В случае же если прочность шарниров не значительна и образуется пласт из фрагментов, движущихся один за другим, то между поверхностью отвала и пласта (фиг. 6) существуют множество самостоятельных точек контакта. В таком случае деформация пласта значительна только в случае уменьшения кривизны в задней части. Однако если прочность фрагментов не значительна, то нижний слой почвы крошится (фиг. 7) и заполняет поверхность контакта, тем самым начинает уже перемещение почвы по почве, что приводит к увеличению затрат энергии на ее перемещение. Следует отметить, что сопротивление почвы сжатию и сдвигу значительно превосходит сопротивлению растяжению, что свидетельствует о большей целесообразности применения отвалов с увеличивающееся кривизной. Однако, в том случае если сила трения почвы о рабочую поверхность отвала не достаточна для крошения (в случае твердых почв), то целесообразно применять отвалы с уменьшающейся кривизной, что позволит создать дополнительные напряжения в пласте и лучше произвести его крошение. В настоящее время насчитывает большое множество плоских кривых, чей радиус может, как увеличиваться, так и уменьшаться. Построение данных кривых можно проводить в различных системах координат, однако применительно к процессу перемещения пласта по отвалу удобней пользоваться полярной системой координат. В таком случае радиус кривизны в любой точке кривой будет равен значению функциональной зависимости:
R=ƒ(ϕ),
где R - радиус кривизны;
ϕ - угол поворота радиус-вектора, ϕ∈[0,180].
Следует отметить, что как видно из указанной выше зависимости, радиус кривизны любой точки кривой в полярной системе координат будет функционально зависать от угла поворота радиус-вектора, а его угол поворота не может быть больше 180 градусов. Так как в случае его превышения 180 градусов пласт почвы при его перемещении но такой кривой будет смещаться впереди корпуса и сам процесс вспашки будет не возможен.
Корпус плуга работает следующим образом.
При движении корпуса плуга, лемех 3 и бороздовой обрез 5 отрезают пласт почвы в горизонтальной и вертикальной плоскостях и подают его па отвал 4. За счет выполнения направляющей кривой 7 и горизонтальной образующей 8 отвала 4 в виде фрагментов спиралей, пласт почвы при его движении по отвалу 4 лучше крошится и оборачивается. За счет деформации растяжения пласта сам процесс требует меньшей энергоемкости. Кроме того, изменение степени кривизны спирали от полевого обреза 5 к бороздовому 6, позволит использовать плуг в различных почвенно-климатических условиях.