ЧЕТЫРЕХРЯДНАЯ ДИСКОВАЯ БОРОНА

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, преимущественно к почвообрабатывающим орудиям.
Известны различные конструкции четырехрядных дисковых борон с дисками на индивидуальных стойках, у которых вогнутость дисков каждого последующего ряда противоположна вогнутости дисков предыдущего ряда. Например, борона дисковая RU №2292695 от 27.06.2006, содержащая раму с поперечными балками, на которых в 4 ряда на равных расстояниях в ряду на индивидуальных стойках наклонно к горизонтали на осях установлены сферические диски, обращенные вогнутостью в сторону направления движения бороны. При этом вогнутость дисков каждого последующего ряда противоположна вогнутости дисков предыдущего ряда. Причем диски четных рядов смещены относительно предыдущих рядов на расстояние
Δч=t±0.1D,
где t - частное отделения междискового расстояния в ряду L на количество рядов n; D - диаметр диска, а диски третьего ряда смещены относительно дисков предыдущего ряда на расстояние Δ3=t±0.1D.
Борона с расстановкой дисков, когда вогнутость дисков каждого последующего ряда противоположна вогнутости дисков предыдущего ряда, несбалансированна. Сумма сил реакции почвы вызывающие перекос орудия на диски каждого ряда создают большой вращающий момент вокруг точки присоединения орудия к трактору. При этом борона теряет курсовую устойчивость, перекашивается и нарушается взаимное перекрытие дисков. Это приводит к огрехам.
Известно дисковое почвообрабатывающее орудие RU 2185044 от 20.07.2002 (прототип), включающее раму с закрепленными на ней в несколько рядов поперечными брусьями, на которых смонтированы вертикальные стойки с осями на концах и установленные на осях с возможностью вращения сферические диски. При этом диски имеют регулируемый угол атаки и расположены фронтально по ширине захвата. Диски на первом и втором брусьях установлены вогнутой или выпуклой сторонами соответственно в противоположные стороны и образуют первый парный ряд дисков. В последующих соседних парных рядах диски установлены соответственно противоположно относительно дисков первого парного ряда. А каждый последующий диск смещен в поперечном направлении относительно предыдущего диска в сторону необработанной первым рядом дисков междисковой полосы земли на величину, равную частному от деления междискового расстояния на количество рядов. При этом диски имеют наклон к вертикальной плоскости. Установка дисков в последующих соседних парных рядах соответственно противоположно относительно дисков первого парного ряда позволяет производить отделение почвенного пласта от монолита и сдвигать его в сторону борозды, проделанной предшествующим диском, что уменьшает сопротивление почвы резанию, и снижает энергоемкость процесса.
Заявление автора, что каждый последующий диск должен сдвигать пласт земли в борозду оставляемую предыдущим диском спорно. В дисковых боронах, работающих на больших скоростях, почва с дисков выбрасывается веером вверх, назад и в сторону от диска. Происходит не сдвиг пласта в соседнюю борозду, а скол земли на выходе диска из земли. Скол земли происходит независимо от наличия или отсутствия соседней борозды. У бороны с такой расстановкой дисков силы реакции почвы на диски вызывающие перекос орудия уравновешены. Однако равновесие неустойчиво, диски последующих рядов легко сбиваются в борозды оставляемые дисками первого ряда. При этом борона теряет курсовую устойчивость, перекашивается и нарушается взаимное перекрытие дисков. Это приводит к огрехам. Кроме того, расстановка дисков, показанная на прилагаемом рисунке, неудачна. С левой стороны орудия только один крайний диск будет выбрасывать землю внутрь орудия. Следующие два смежных диска бросают землю наружу от орудия, засыпая еще необработанную землю. Граница между обработанной и необработанной землей становится нечеткой и, делая следующий проход по этому месту легко пропустить полосу необработанной земли. Это ухудшает качество работы дискового почвообрабатывающего орудия.
Целью данного технического решения является повышение курсовой устойчивости и повышение качества работы четырехрядной дисковой бороны.
Указанная цель достигается за счет того, что четырехрядная дисковая борона содержит раму, на которой рядами на индивидуальных стойках с возможностью вращения установлены наклонно к вертикали и с углом атаки сферические диски, обращенные вогнутостью одинаково в одну сторону для каждого ряда. При этом диски второго ряда направлены вогнутостью в противоположную сторону, чем диски первого ряда. Диски третьего ряда направлены вогнутостью в ту же сторону, что и диски второго ряда, а диски четвертого ряда направлены вогнутостью в ту же сторону, что и диски первого ряда. Причем смежные диски первого и второго ряда направлены выпуклостью друг к другу, а смежные диски третьего и четвертого ряда направлены вогнутостью друг к другу. А два крайних смежных диска и справа и слева расположены вогнутостями внутрь бороны.
На фиг. 1 показана схема расстановки дисков и схема сил действующих на четырехрядную дисковую борону.
mp
y
Рассмотрим силы, действующие на борону в горизонтальной плоскости (фиг. 1). В точке присоединения бороны к трактору 0 действует сила тяги трактора P. Каждый диск подрывает свою часть земли и, вращаясь, выбрасывает ее назад и в сторону. Таким образом, на каждый диск действует реакция почвы, которую можно разложить на продольную и поперечную силу. Так как диски работают на одинаковой глубине и выбрасывают одинаковое количество земли, в первом приближении считаем, что реакция земли на каждом диске, в каждом ряду одинакова. Тогда сумма продольных сил реакции почвы R будет располагаться в центре масс по оси симметрии бороны. Из условия равновесия сил имеем:
y
mp
R=P
x1
x2
x3
x4
Сумма поперечных сил реакции почвы для каждого ряда дисков R, R, R и R будет располагаться по линии каждого ряда. Так как в каждом ряду находится одинаковое количество дисков, имеем:
x1
x2
x3
x4
x
R=R=R=R=R
0
Так как борона подсоединена к трактору шарнирно, просчитаем сумму моментов поперечных сил М относительно точки присоединения бороны к трактору. При этом расстояние отточки присоединения бороны к трактору (длина прицепа) принимаем b, а расстояние между рядами дисков одинаково и равно a:
0
x
x
x
x
0
x
x
x
x
x
x
x
0
М=bR-(b+a)R-(b+2a)R+(b+3a)R, или M=bR-bR-aR-bR-2aR+bR+3aR, или после сокращения M=0
Как видно из приведенных расчетов, равенство вращающих моментов вокруг точки присоединения бороны к трактору соблюдается. При этом числовое значение длины прицепа и расстояния между рядами значения не имеют.
Таким образом, предлагаемая четырехрядная дисковая борона полностью уравновешена.
0
x
Аналогичный расчет для аналога по патенту №2292695 показывает наличие неуравновешенного вращающего момента М=-2aR. Это приводит к перекашиванию орудия и огрехам.
На практике в зависимости от меняющихся почвенных условий орудия могут перекашиваться. Для повышения курсовой устойчивости предлагаемая четырехрядная дисковая борона содержит раму, на которой рядами на индивидуальных стойках с возможностью вращения установлены наклонно к вертикали и с углом атаки сферические диски, обращенные вогнутостью одинаково в одну сторону для каждого ряда. При этом диски второго ряда направлены вогнутостью в противоположную сторону, чем диски первого ряда. Диски третьего ряда направлены вогнутостью в ту же сторону, что и диски второго ряда, а диски четвертого ряда направлены вогнутостью в ту же сторону, что и диски первого ряда. Причем смежные диски первого и второго ряда направлены выпуклостью друг к другу, а смежные диски третьего и четвертого ряда направлены вогнутостью друг к другу.
Работает четырехрядная дисковая борона следующим образом. При движении бороны диски первого ряда оставляют за собой борозды и между ними полосы твердой, необработанной земли. Диски второго ряда заходят в землю своей передней частью в борозды, оставляемые дисками первого ряда. Диски третьего ряда заходят в землю своей передней частью в борозды, оставляемые дисками второго ряда и обрабатывают полосу земли с той же стороны, что и диски второго ряда. А диски четвертого ряда заходят в землю своей передней частью в борозды, оставляемые дисками первого ряда с другой стороны. При этом диски второго, третьего и четвертого ряда обрабатывают оставшиеся полосы твердой земли с небольшим перекрытием.
x2
x3
x4
В случае перекашивания бороны влево, диски второго и третьего ряда будут в большей степени двигаться по обработанной земле и нагрузка на них уменьшится. Тогда сумма поперечных сил реакции почвы для второго ряда дисков R и третьего ряда дисков R, вызывающая увод орудия влево уменьшится. А диски четвертого ряда будут в большей степени двигаться по необработанной земле и нагрузка на них увеличится. Тогда сумма поперечных сил реакции почвы для четвертого ряда дисков R, вызывающая увод орудия вправо увеличится. Таким образом, силы вызывающие увод орудия будут компенсироваться, и орудие вернется в исходное положение.
x4
x2
x3
В случае перекашивания бороны вправо, диски четвертого ряда будут в большей степени двигаться по обработанной земле и нагрузка на них уменьшится. Тогда сумма поперечных сил реакции почвы для четвертого ряда дисков R, вызывающая увод орудия вправо уменьшится. А диски второго и третьего ряда будут в большей степени двигаться по необработанной земле и нагрузка на них увеличится. Тогда сумма поперечных сил реакции почвы для второго ряда дисков R и третьего ряда дисков R, вызывающая увод орудия влево увеличится. Таким образом, силы вызывающие увод орудия будут компенсироваться, и орудие вернется в исходное положение.
Кроме того, два крайних смежных диска и справа и слева расположены вогнутостями внутрь бороны. Для четырехрядной бороны, такое количество крайних смежных дисков, направленных вогнутостями внутрь бороны является максимально возможным. Таким образом, два крайних смежных диска и справа и слева при работе будут кидать землю внутрь орудия. Такое расположение крайних дисков сведет к минимуму забрасывание землей необработанного поля.
Таким образом, такое конструктивное исполнение позволит повысить курсовую устойчивость и повысить качество работы четырехрядной дисковой бороны.