СПИРАЛЬНО-ШНЕКОВАЯ БОРОНА

Полезная модель относится к сельскохозяйственной технике, в частности к почвообрабатывающим машинам и направлена на повышение качества и эффективности обработки почвы путем уменьшения энергетических затрат на измельчение комков и выравнивание поверхности почвы.
Известен комбинированный почвообрабатывающий агрегат (борона + винтовой каток), имеющий винтовые катки, на валах которых закреплены посредством спиц винтовые полосы шириной а, имеющие шаг t и составляющие угол δ с образующей цилиндрической поверхности, опоясывающий этот каток [RU №2435345, опубл. 10.12.2011].
Также известен комбинированный почвообрабатывающий агрегат, который содержит переднюю и заднюю секции прикатывающего катка, установленные за рабочими органами. Секции прикатывающего катка выполнены в виде спирали, связанной с осью вращения при помощи скользящих вдоль оси втулок, соединенных с витками спирали посредством спицы. Шаг спирали секции прикатывающего катка можно изменять путем осевого перемещения скользящих втулок [RU №2345513, опубл. 10.02.2009].
Прототипом является почвообрабатывающее орудие состоящее из внутреннего барабана, на валу которого свободно посажен наружный барабан. Наружный и внутренний барабаны выполнены прутковыми. На валу наружного барабана установлена приводная звездочка, связанная посредством предохранительной пружинно-кулачковой муфты и гибкой передачи с внутренним барабаном. При передвижении агрегата по поверхности почвы наружный, барабан, с помощью гибкой передачи и блока звездочек вращает внутренний барабан в противоположную сторону, измельчая комки почвы между их прутками [SU №1482545, опубл. 30.05.1989].
Общими недостатками аналогов и прототипа является то, что их рабочие органы вращаются за счет взаимодействия с поверхностью почвы, привод их конструктивно сложен и имеет низкий КПД, в процессе работы они подвержены забиванию растительными остатками, не обеспечивают качественное крошение и создание мульчированного поверхностного слоя почвы.
Технический результат полезной модели - повышение качества и эффективности обработки почвы путем уменьшения энергетических затрат на измельчение комков и выравнивание поверхности почвы.
Это достигается тем, что рабочие органы - шнеки: внешний подвижный, а внутренний - неподвижный выполнены в виде спиралей-пружин с переменным, постепенно нарастающим шагом, при этом режущая часть рабочего органа-витка подвижного шнека имеет форму клина с углом заострения рабочих поверхностей витков спирали (β=11…15 градусов, а привод состоит из гидродвигателя и кулачкового механизма, регулирующего частоту вращения вала спирали шнека в зависимости от физико-механических свойств почвы.
На чертеже схематически изображено предложенное устройство (Фиг. 1) и элементы привода (Фиг. 2).
Спирально-шнековая борона состоит из двух рабочих органов-шнеков-спиралей, наружного-ведущего 1 и внутреннего-ведомого 2. Винтовые поверхности шнеков выполнены в виде спиралей с левой или правой навивками. Причем, винтовые спиральные поверхности могут быть сменными и иметь различные диаметры, а следовательно, и углы атаки. Это дает возможность иметь регулируемое качество измельчаемых комков почвы. На валу наружного шнека 1 установлен приводной фланец 8 кулачкового механизма 3, выполняющего функции толкателя, который вращается кулачками 9, установленные на валу 10 гидродвигателя 4. Кулачки вращают спираль циклами, что позволяет более интенсивно разбивать комки и перемещать частицы почвы. Вал 10 гидродвигателя 4 вращается в подшипниках 5, закрепленных в кожухе 7.
Спирально-шнековая борона работает следующим образом. При движении агрегата по полю шнек 1 вращается, и витки спирали входят в почву. При этом вал 10, с размещенными на нем кулачками 9 вращается гидродвигателем 4 с заданной частотой вращения, и это вращение передается на фланец-толкатель 8, кулачкового механизма 3 и далее на спираль 1, которая жестко закреплена на поверхности фланца 8. При этом режущая часть спирали 1, имеющая форму клина отделяет от массива частицы почвы 6 в виде стружки и перемещает их по рабочей поверхности режущей спирали 1 до витков неподвижной спирали 2. Комки почвы попадают между подвижной 1 и неподвижной спиралью 2, т.е. в зону давления и в результате этого комки почвы разрушаются, приобретают однородную структуру. Затеем кулачок сбегает с фланца 8, тем самым спираль возвращается в исходное положение и частицы почвы распределяются по поверхности поля. В процессе работы циклы повторяются. Благодаря этому, наряду с измельчением комков, происходит выравнивание поверхности почвы. В зависимости от размеров комков почвы подбираются шаг, диаметр и количество витков спиралей 1 и 2, а также высота профиля кулачков 9 кулачкового механизма 3, что обеспечивает наибольшую эффективность работы устройства. Кулачковый механизм позволяет значительно снизить затраты энергии, по сравнению с прототипом, привод которого состоит из цепной и зубчатой передач. Уточняем КПД привода (по данным таблицы 20.2., с. 293) [5]:
к
к
п
Принимая для кулачкового механизма η=0,90, получаем η-η=0,90-0,77=0,13.
Таким образом, имеем прибавку КПД равную 13%.
Спирали имеют левую или правую навивки, с переменным, постепенно нарастающим шагом. Этим достигается разгон и крошение почвы при меньших сопротивлениях. Режущая часть рабочего органа-витка спирали, имеющая форму клина позволяет снизить энергетические затраты. Конструкция спиралей исключает промежуточные опоры, что позволяет рыхлой массе почвы распределяться без дополнительных сопротивлений по поверхности поля.
Таким образом, реализуется поставленная задача полезной модели, а именно:
1. Повышается интенсификация рыхления почвы за счет изменения режима вращения вала спирального шнека; витков спирали с переменным, постепенно нарастающим шагом и угла заострения рабочих поверхностей витков спирали β=11…15 градусов.
2. Улучшается процесс измельчения комков и выравнивания обрабатываемой поверхности почвы.
3. Создаются оптимальные условия и режимы работы спирально-шнековой бороны, снижаются энергетические затраты.
Мощность привода затрачивается на преодоление следующих сопротивлений: усилий вдоль винта для перемещения почвы; сил сопротивления почвы о стенки кожуха; усилия вдоль винта, эквивалентного моменту резания почвы витками спирали; усилия, эквивалентного моменту трения в упорных подшипниках.
Для уменьшения мощности привода нужно уменьшить количество факторов влияющих на процесс обработки почвы. Прежде всего это:
1. Замена сплошной винтовой поверхности подвижного 1 и неподвижного 2 шнеков гибкими шнеками в виде спиралей с левой и правой навивками. При этом, витки спирали изготавливают с переменным, постепенно нарастающим шагом, причем, угол заострения рабочих поверхностей витков спирали β=11…15 градусов. Этим достигается разгон материала при меньших сопротивлениях, а заостренная режущая часть рабочего органа позволит снизить затраты энергии на привод.
2. Применение в приводе кулачкового механизма простейшего вида (Фиг. 2), что позволит повысить КПД на 4%,
После прохода такого устройства по поверхности поля создается мелкокомковатый мульчирующий слой и достаточно хорошо выровненная поверхность почвы.
Источники информации:
1. SU №120314, опубл. 20.09.2012. Бюл. №26.
2. Гулиа Н.В., Клоков В.Г., Юрков С.А. Детали машин. М.: издат. «Лань», 2010. - 416 с.