СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛЕМЕШНО-ОТВАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ РАБОЧЕГО ОРГАНА ПЛУГА ДЛЯ РАБОТЫ НА РАЗЛИЧНЫХ СКОРОСТЯХ ДВИЖЕНИЯ АГРЕГАТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛЕМЕШНО-ОТВАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ РАБОЧЕГО ОРГАНА ПЛУГА
METHOD OF DETERMINING AND CONTROLLING PARAMETERS OF PLOW-BOTTOM SURFACE OF WORKING ELEMENT OF PLOUGH FOR OPERATION WITH DIFFERENT SPEEDS OF MOTION OF UNIT AND DEVICE FOR CONTROLLING PARAMETERS OF PLOW-BOTTOM SURFACE OF WORKING ELEMENT OF PLOUGH

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к почвообрабатывающим орудиям.
Исследованиями отечественных и зарубежных ученых, а также существующей практикой установлено, что наиболее качественная обработка почвы при минимальных энергозатратах происходит тогда, когда лемешно-отвальная поверхность (ЛОП) рабочего органа отвального плуга имеет определенные параметры. В качестве таких параметров выступают ширина захвата рабочего органа, угол загиба отвала, угол постановки лемеха к дну борозды, угол постановки рабочего органа к стенке борозды.
В настоящее время делается много попыток создания универсальных рабочих органов отвального плуга, на которых можно было бы изменять параметры ЛОП.
Известны способ регулирования параметров ЛОП и рабочий орган отвального плуга, описанные в патенте [пат. №2470501, A01B 15/00], в котором угол загиба регулируется за счет выполненных горизонтальных пазов в верхней половине отвала с тыльной стороны.
Однако к числу недостатков данных способа и устройства относится невозможность изменения угла постановки рабочего органа к стенке борозды.
Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемым техническим решениям является способ регулирования углов, характеризующих ЛОП рабочих органов отвального плуга, с помощью системы управления параметрами лемешно-отвальной поверхности, описанный в патенте [пат. №2462013, A01B 15/04]. Регулирование параметров ЛОП включает в себя подбор необходимых углов постановки лемеха рабочего органа плуга к дну борозды, а также величины наклона ЛОП.
Система управления параметрами ЛОП включает подвижную тягу, на которой закреплена зубчатая рейка, соединенная с шестерней, установленной на валу, к другому концу которого прикреплен кривошип, соединенный со штоком гидроцилиндра, установленного на раме плуга, при этом с внешней стороны подвижной тяги напротив отвальных рабочих органов жестко закреплены скобообразные направляющие планки, на которых выполнены косые направляющие сквозные пазы, длина пазов равна величине регулирования лемешно-отвальной поверхности, в пазах направляющих планок установлены вращающиеся ролики, расположенные на оси, расположенной на вильчатом рычаге, двигающемся в направляющей втулке, жестко присоединенной к стойке отвального рабочего органа, а нижний конец вильчатого рычага посредством соединительного качающегося рычага и шарнира присоединен к отвалу, при этом лемех и отвал рабочего органа жестко присоединены к крепежной планке, которая при помощи шарниров прикреплена к башмаку рабочего органа.
Недостатком данных решений является невозможность регулирования угла постановки рабочего органа плуга к стенке борозды в зависимости от скорости движения агрегата и соответственно невысокое качество обработки почвы, и недостаточное снижение энергоемкости процесса вспашки.
Цель изобретения - повышение качества обработки почвы и дополнительное снижение энергоемкости процесса отвальной обработки почвы за счет определения значения угла постановки рабочего органа плуга к стенке борозды и величины его поступательного бокового перемещения в зависимости от скорости движения агрегата и регулировкой их на базовой лемешно-отвальной поверхности рабочего органа плуга с помощью разработанного устройства.
Поставленная цель достигается тем, что в способе, заключающемся в регулировании углов, характеризующих лемешно-отвальную поверхность, в отличие от прототипа вначале определяют значение угла постановки лемеха рабочего органа к стенке борозды и величину его поступательного бокового перемещения в зависимости от скорости движения агрегата с помощью компьютерного устройства, для чего параметры базовой лемешно-отвальной поверхности, предназначенной для работы на первой заданной скорости движения агрегата, и параметры лемешно-отвальной поверхности, предназначенной для работы на второй заданной скорости движения агрегата, заносят с помощью программы в компьютерное устройство и строят обе лемешно-отвальные поверхности графически, затем аппроксимируют их плоскостями и определяют нормали к последним, совмещая полученные нормали, определяют числовое значение угла постановки рабочего органа к стенке борозды и величину его бокового перемещения, на которое необходимо повернуть и переместить базовую лемешно-отвальную поверхность в соответствии с заданной скоростью движения и агротехническими и технологическими требованиями по перекрытию ширины захвата рабочих органов между собой; полученные параметры лемешно-отвальной поверхности устанавливают регулировкой базовой лемешно-отвальной поверхности рабочих органов плуга путем последовательных ее поворотов и перемещений.
а
а
а
Поворот рабочих органов производится в пределах угла γ=12°, а величина боковых перемещений, соответствующая вышеотмеченному углу равна а=70 мм, предназначенному для работы агрегата на заданной скорости, при этом первый рабочий орган плуга закреплен без возможности бокового перемещения, второй рабочий орган перемещается на величину, равную (), а третий рабочий орган на величину (2), четвертый - на величину (3) соответственно.
а
а
Устройство для регулирования параметров базовой ЛОП содержит систему управления параметрами лемешно-отвальной поверхности с гидроцилиндром, закрепленную на раме, состоящей из продольного, поперечного и несущего брусьев, отличающееся тем, что система управления лемешно-отвальной поверхностью содержит телескопические кронштейны, с помощью которых рабочие органы присоединены к несущему брусу рамы, верхнюю и нижнюю плиты для установки рассчитанного аппроксимированием с помощью компьютерного устройства угла γ постановки лемеха рабочего органа к стенке борозды в пределах 12° и величину его поступательного бокового перемещения; телескопический кронштейн представляет собой трубу квадратного сечения, одним концом жестко прикрепленную к верхней плите, а другим концом вставленную с возможностью перемещения и взаимного фиксирования с помощью фиксирующего устройства во внешнюю трубу большего типоразмера, жестко закрепленную под несущим брусом рамы; верхняя плита с выполненным в ней криволинейным сквозным пазом, отверстиями и нанесенной на ней градуировкой, соединена с нижней плитой с выполненными в ней соответствующими отверстиями, жестко и горизонтально прикрепленной к верхней части стойки рабочего органа, причем плиты соединены между собой с возможностью перемещения относительно друг друга посредством крепежной оси, на которую навернута корончатая гайка со шплинтом, радиус перемещения верхней плиты относительно нижней соответствует сквозному криволинейному пазу верхней плиты, в котором расположен фиксируемый на нижней плите посредством гайки с предохранением от самораскручивания палец с указателем, по градуировке показывающим величину перемещения плит, для жесткой фиксации верхней плиты относительно нижней в совпадающие отверстия вставлен палец с плоским фиксатором; для поворота рабочего органа установлена винтовая стяжка, одним концом шарнирно соединенная со стойкой рабочего органа, а другим концом шарнирно соединенная с вертикальной осью, жестко прикрепленной к верхней плите; при этом все рабочие органы соединены между собой рычагом, установленным на осях телескопических кронштейнов с зазором и возможностью вращения относительно оси первого рабочего органа, корпус которого закреплен без возможности бокового перемещения, а рычаг шарнирно соединен с гидроцилиндром, прикрепленным шарнирно к продольному брусу рамы, при этом величина перемещения (а) второго рабочего органа равна 70 мм, а два последующих перемещаются на расстояние 2 и 3 соответственно.
Фиксирующее устройство телескопических квадратных труб состоит из Г-образной продольной тяги, расположенной в отверстиях крепежных кронштейнов с возможностью поворота, и к которой, напротив рабочих органов, жестко закреплены удерживающие пальцы, шарнирно соединенные с пружинными фиксаторами, вставляемыми в отверстия телескопических квадратных труб, при этом крепежные кронштейны жестко закреплены на несущем брусе рамы.
На фланце гидроцилиндра со стороны выдвигающегося штока, параллельно ему, закреплена мерная рейка, а на упоре, закрепляемом на штоке - указатель, взаимодействующий с рейкой.
Градуировка на верхней плите, количество фиксирующих отверстий на телескопических квадратных трубах, верхней и нижней плитах, положения упора с указателем на мерной рейке гидроцилиндра соответствует четырем стандартным углам постановки рабочего органа к стенке борозды у четырех существующих ЛОП: цилиндрической, культурной, полувинтовой и винтовой.
Применение данного способа позволяет определить значение угла постановки рабочего органа плуга к стенке борозды и величину его поступательного бокового перемещения, в зависимости от скорости движения агрегата, и установить их регулировкой с помощью заявляемого устройства на рабочем органе плуга, что дает возможность получить наиболее рациональный тип лемешно-отвальной поверхности и менять характеристики ЛОП для получения наилучшего качества обработки почвенного пласта, работы на различных скоростях движения агрегата, снижения тягового сопротивления и соответственно энергоемкости всего процесса вспашки.
Совокупность заявляемых признаков способа и устройства не известны и не следуют явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критериям «новизна» и «изобретательский уровень».
Для реализации заявленного способа регулирования параметров базовой ЛОП предлагается устройство отвального плуга, представленное на фиг. 1 - «Общее устройство отвального плуга, вид сверху», фиг.2 - «Рабочий орган плуга, вид сзади», фиг.3 - «Рабочий орган плуга, вид сверху», фиг.4 - «Разрез В-В фигуры 3», фиг.5 - «Разрез Б-Б фигуры 3», фиг.6 - «Разрез А-А фигуры 3», фиг.7 - «Соединение рычага с телескопическим кронштейном и его разрез по А-А», фиг.8-«Фиксирующее устройство», фиг.9 - «Мерная рейка с указателем», фиг.10 - «Схема регулировки рабочих органов плуга».
Предлагаемый отвальный плуг включает рабочие органы 1 (фиг.1), опорное колесо 35, систему управления параметрами лемешно-отвальной поверхности с гидроцилиндром 22, раму, состоящую из продольного 23, поперечного 34 и несущего 2 брусьев. В предлагаемом устройстве для регулирования на базовом плуге угла постановки рабочего органа к стенке борозды, применяется система управления, которая включает в себя телескопические кронштейны, с помощью которых рабочие органы 1 присоединены к несущему брусу 2 рамы и верхнюю 5 и нижнюю плиты 17 (фиг.2) для установки угла постановки рабочего органа 1 к стенке борозды. Телескопический кронштейн представляет собой трубу квадратного сечения 4, одним концом жестко закрепленную на верхней плите 5 устройства, а другим концом вставленную с возможностью свободного перемещения и взаимного фиксирования с помощью фиксирующего устройства во внешнюю трубу 6 большего типоразмера, с зазором между трубами 1-2 мм, жестко закрепленную под несущим брусом рамы 2. Верхняя плита 5, в которой выполнены криволинейный сквозной паз 15 и отверстия 16, а также нанесена градуировка, прикреплена к нижней плите 17 с соответствующими отверстиями, жестко и горизонтально закрепленной к верхней части стойки рабочего органа 11 (фиг.2), причем плиты соединены между собой с возможностью перемещения относительно друг друга посредством крепежной оси 24 (фиг.3), на которую навернута корончатая гайка со шплинтом 25 (фиг.4). Радиус перемещения верхней плиты относительно нижней соответствует сквозному криволинейному пазу 15 (фиг.3) верхней плиты 5, в котором расположен фиксируемый на нижней плите 17 посредством гайки 27 с предохранением от самораскручивания палец 26 (фиг.5) с указателем, по градуировке, показывающим величину перемещения плит. Для жесткой фиксации верхней плиты 5 относительно нижней 17 в совпадающие отверстия вставлен палец 28 (фиг.6) с плоским фиксатором 29. Для поворота рабочего органа 1 установлена винтовая стяжка 12 (фиг.2), одним концом шарнирно соединенная со стойкой рабочего органа 11, а другим концом шарнирно соединенная с вертикальной осью 14, жестко прикрепленной к верхней плите 5; при этом все рабочие органы 1 плуга соединены между собой рычагом 18 (фиг.1), установленным на осях 3 телескопических кронштейнов с зазором 20 (фиг.7) и возможностью вращения относительно оси 19 первого рабочего органа, корпус которого закреплен без возможности бокового перемещения, а рычаг 18 шарнирно соединен с гидроцилиндром 22, прикрепленным шарнирно к продольному брусу 23 рамы.
Фиксирующее устройство телескопических квадратных труб состоит из Г-образной продольной тяги 7, расположенной в отверстиях крепежных кронштейнов 8 (фиг.8) с возможностью поворота, и к которой, напротив рабочих органов 1, жестко закреплены удерживающие пальцы 9, шарнирно соединенные с пружинными фиксаторами 10, вставляемыми в отверстия телескопических квадратных труб, при этом крепежные кронштейны 8 жестко закреплены на несущем брусе 2 рамы.
На фланце 30 (фиг.9) гидроцилиндра 22 со стороны выдвигающегося штока 21, параллельно ему, закреплена мерная рейка 31, а на упоре 32, закрепляемом на штоке 21 - указатель 33, взаимодействующий с рейкой 31.
Градуировка на верхней плите 5, количество фиксирующих отверстий 16 на телескопических квадратных трубах 4, 6, верхней 5 и нижней 17 плитах, положения упора 32 с указателем 33 на мерной рейке 31 гидроцилиндра 22 соответствует четырем стандартным углам постановки рабочего органа к стенке борозды у четырех существующих ЛОП: цилиндрической, культурной, полувинтовой и винтовой.
1,
2
2
1
Способ регулирования рабочих органов плуга происходит следующим образом: вначале определяем величину угла постановки рабочего органа к стенке борозды с помощью компьютерного устройства, для чего рабочий орган с определенными параметрами ЛОП, предназначенный для работы на первой заданной скорости движения агрегата V «заносим» в компьютер; в компьютере строим еще один рабочий орган отвального плуга с определенными параметрами ЛОП, предназначенный для работы на второй заданной скорости движения агрегата V; аппроксимируем обе ЛОП (аппроксимация - от лат. «приближаюсь», приближенное выражение одних величин или геометрических образов через другие, более простые), в данном случае сложная криволинейная ЛОП представляется несколькими касательными плоскостями, к которым находят нормали. Совмещают полученные нормали путем последовательных поворотов и перемещений ЛОП, предназначенной для работы на скорости движения агрегата V. Определяют на компьютерном устройстве числовое значение угла постановки рабочего органа к стенке борозды (γ) (фиг.10) и боковое перемещение (а), на которое надо переместить рабочие органы отвального плуга, предназначенного для качественной работы на скорости V.
Отвальный плуг рабочими органами с изменяемыми параметрами лемешно-отвальной поверхности регулируется в зависимости от почвенно-климатических условий работы плуга, которые могут изменяться в больших пределах за достаточно короткое время. Регулирование параметров ЛОП включает в себя установку необходимых углов постановки рабочего органа к стенке борозды.
Регулировка параметров лемешно-отвальной поверхности базовых рабочих органов с помощью разработанного устройства осуществляется следующим образом:
вынимаем фиксирующий палец 28 (фиг.6) с плоским фиксатором 29 из совмещенного отверстия 16 верхней 5 и нижней 17 плиты и вращением винтовой стяжки 12 (фиг.2) в ту или другую сторону заставляем вращаться нижнюю плиту 17 на оси 24 (фиг.4) относительно верхней 5, и выставляем полученный на компьютере угол (γ). Численное значение угла (γ) фиксируется указательным пальцем 26 (фиг.5), находящимся в градуированном криволинейном сквозном пазу 15 (фиг.3).
После выставления угла (γ) верхняя 5 и нижняя 17 плиты фиксируются при помощи фиксирующего пальца 28 с плоским фиксатором 29 и винтовой стяжки 12 (фиг.2).
Устанавливаем упор 32 (фиг.9) с указателем 33 на штоке 21 гидроцилиндра 22 на отметке мерной рейки 31, равной величине (а), полученной на компьютере, и закрепляем упор 32 с указателем 33 в данном положении.
Поворотом Г-образной тяги 7 (фиг.1) поднимаем удерживающие пальцы 9 (фиг.8) вверх, тем самым поднимая пружинные фиксаторы 10 и выводя из зацепления телескопические прямоугольные трубы 4, 6.
Затем включаем в работу гидроцилиндр 22 (фиг.1), который втягивает или выдвигает шток 21, тем самым создавая необходимое перекрытие рабочих органов 1 отвального плуга между собой и максимальную ширину захвата каждого их них. Перемещаются поступательно и вбок все рабочие органы 1, кроме первого, за счет рычага 18. В связи с тем, что перемещение рабочих органов 1 происходит по окружности, то имеющийся зазор 20 (фиг.7) не позволяет телескопическим прямоугольным трубам заклинивать в процессе движения друг относительно друга. Первый корпус плуга закреплен жестко и никаких боковых перемещений не производит кроме изменения угла (γ) за счет вышеописанного механизма.
Поворачиваем Г-образную тягу 7 обратно, тем самым удерживающие пальцы 9 опускаются вниз, и пружинные фиксаторы 10 закрепляют взаимное положение телескопических прямоугольных труб 4, 6.
2
2
Отвальный плуг готов к качественной работе на скорости движения агрегата V, т.е. проведенные операции привели к максимально возможному совмещению точек ЛОП, предназначенной для работы на скорости V1 с точками ЛОП, предназначенной для работы на скорости движения агрегата V.
Необходимо отметить, что в настоящее время существуют следующие типы ЛОП с углами (γ) между стенкой борозды и рабочим органом: скоростная ЛОП с углом между лезвием лемеха и стенкой борозды - 36°, полувинтовая ЛОП - 40° (винтовая ЛОП является ее разновидностью), культурная ЛОП - 44°, цилиндрическая - 48°.
а
а
а
Таким образом, поворот рабочих органов производится в пределах угла γ=12°, а боковые перемещения, соответствующие вышеотмеченным углам равны а=70 мм, при этом все рабочие органы перемещаются по окружности (кроме первого, который закреплен жестко), поэтому второй рабочий орган перемещается на величину, равную , третий рабочий орган - на величину 2, четвертый рабочий орган - на величину 3 (фиг.10).
Изменение угла установки рабочего органа к стенке борозды дает возможность получить наиболее рациональный тип лемешно-отвальной поверхности.
Таким образом, используя стандартное тяговое усилие трактора, рассматриваемая конструкция позволяет:
менять характеристики лемешно-отвальной поверхности в зависимости от скорости движения агрегата, для получения наилучшего качества обработки почвенного пласта;
в кратчайшие сроки получить орудие для высококачественной обработки различных почв;
увеличить рабочую скорость трактора при обработке почвы;
уменьшить энергоемкость технологического процесса обработки почвы и соответственно снизить расход топлива.
Применение в сельском хозяйстве заявляемого способа определения и регулирования параметров ЛОП рабочих органов отвального плуга для основной обработки почвы и устройства для регулирования позволит снизить себестоимость производства и получить дополнительную прибыль за счет снижения расхода топлива и повышения урожайности.