ДИСКОВОЕ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОРУДИЕ
DISC TILLAGE TOOL

Заявляемое изобретение относится к сельскохозяйственным почвообрабатывающим орудиям, и в частности к боронам, в которых используются сферические диски на автономных стойках.
Известна дисковая двухследная борона (см. А.С. СССР №1491357, кл. А01В 21/08, 1987).
Борона имеет раму, к которой шарнирно в два ряда с определенным шагом, со смещением на половину междискового расстояния относительно друг друга присоединены вертикальные шарниры в виде поворотных кронштейнов, имеющих в верхней части поводки, а в нижней - подшипниковые узлы, на оси которых закреплены диски. Диски одного ряда установлены в противоположную сторону относительно дисков другого ряда и имеют нерегулируемый угол атаки.
В связи с тем, что диски при равном количестве в рядах направлены в противоположные стороны, а расстояние рядов от точки прицепа бороны разное, то есть второй ряд расположен на большем расстоянии от точки прицепа, чем первый, то и момент разворачивающих сил второго ряда будет больше. Разность моментов сил первого и второго рядов в горизонтальной плоскости создает дисбаланс сил, что приводит к неуравновешенности бороны в горизонтальной плоскости, нарушению прямолинейности движения бороны, ее перекосу и, следовательно, к неравномерной и некачественной проработке почвы по ширине захвата бороны.
Известно другое дисковое почвообрабатывающее орудие (см. патент РФ на изобретение №2185044, А01В 21/08).
Орудие имеет раму с несколькими рядами поперечных брусьев, на которых смонтированы стойки с осями на концах и установленные на осях с возможностью вращения сферические диски, при этом диски имеют регулируемый угол атаки, наклонены к вертикальной плоскости 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, каждый последующий диск смещен в поперечном направлении относительно предыдущего диска в сторону необработанной первым рядом дисков междисковой полосы почвы на величину, равную частному отделения междискового расстояния на количество рядов. Положительным качеством такой бороны является то, что каждый последующий диск производит оборот своей полосы почвы в сторону уже готовой борозды. Это уменьшает тяговую нагрузку на последующие диски и улучшает энергосбережение при почвообработке. Недостатком бороны является то, что диски в парных рядах, установленные вогнутой или выпуклой сторонами соответственно в противоположные стороны, находятся на разных расстояниях от точки прицепа, а так как условия работы этих рядов разные, то создается разность действующих на диски моментов сил в горизонтальной плоскости, приводящая к дисбалансу суммарных моментов, вследствие чего нарушается равновесие орудия в этой плоскости. Нарушение курсовой устойчивости приводит к огрехам при почвообработке.
Известно дисковое почвообрабатывающее орудие (см. патент РФ на изобретение №2291605, А01В 21/08, от 17.10.2005) - прототип.
Дисковое почвообрабатывающее орудие по пат. 2291605 содержит 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 угол атаки, наклонены к вертикальной плоскости и установлены фронтально к ширине захвата рядами, в которых каждый последующий диск смещен в поперечном направлении относительно предыдущего в сторону необработанной первым рядом дисков междисковой полосы земли.
Диски в рядах направлены выпуклостью или вогнутостью к продольной оси симметрии орудия таким образом, что количество дисков в каждом ряду одного направления с одной стороны оси симметрии равно количеству дисков противоположного направления другой ее стороны, при этом между дисками первого ряда орудия по линии его продольной оси симметрии установлена плоскорежущая лапа с шириной захвата, равной междисковому промежутку средних дисков последнего ряда. Такое конструктивное исполнение бороны повышает курсовую устойчивость за счет устранения дисбаланса разворачивающих моментов сил.
Недостатком такой бороны является ухудшение качества почвообработки за счет того, что диски, расположенные с левой и правой сторон относительно оси симметрии, направлены в противоположные стороны и сдвигают обработанную почву относительно оси орудия в противоположные стороны. В результате по оси орудия в процессе почвообработки образуется широкая борозда (см. фиг.2а), а часть обработанной почвы разбрасывается за пределы ширины захвата бороны. Закрывается край необработанной почвы и следующий гон может иметь огрехи между двумя проходами.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение качества почвообработки. При этом сохраняется и хорошая курсовая устойчивость орудия и энергосбережение.
Указанный технический результат достигается тем, что в дисковом почвообрабатывающем орудии, содержащем раму, на которой симметричными рядами, расходящимися от продольной оси симметрии орудия, установлены на автономных стойках сферические диски, имеющие угол атаки и угол наклона к вертикальной плоскости, при этом диски установлены рядами так, что каждый последующий в продольном направлении диск смещен относительно предыдущего таким образом, что сдвигает почву в борозду предыдущего, прицепное устройство, согласно изобретению при общем четном количестве дисков в симметричных рядах, равном N, одна часть дисков в количестве  повернута вогнутой частью сферы к оси орудия, а другая часть дисков в количестве  повернута выпуклой частью сферы к оси орудия, что на функциональном уровне обеспечивает сдвиг почвы первой частью дисков к оси орудия, а второй - сдвиг почвы от оси орудия, причем N, n1, n2 - числа четные, n1+n2=N, а минимальное значение N равно удвоенному количеству рядов дисков орудия, при этом число рядов дисков - число четное. Кроме того, полоса почвы, необработанная симметричными дисками по центру орудия, обрабатывается, например, дополнительными дисками, установленными вдоль продольной оси орудия, уравновешенными по разворачивающим моментам сил относительно точки прицепа и обращенными выпуклыми или вогнутыми сторонами сфер навстречу друг другу.
Таким образом, вдоль оси симметрии орудия с обеих сторон образуются пары дисков, обращенных встречно друг к другу вогнутой или выпуклой частями сфер, при этом одна часть дисков функционально сдвигает обработанную почву к оси орудия, а другая часть дисков функционально сдвигает обработанную почву от оси орудия, в результате обработки суммарный сдвиг почвы по ширине захвата орудия равен нулю. Диски последующих рядов сдвигают обработанную почву в борозды от предыдущих рядов дисков (см. фиг.2б), при этом тяговая нагрузка на эти диски уменьшается. Каждый поперечный симметричный ряд уравновешен по разворачивающим моментам относительно точки прицепа орудия, поэтому и все орудие является уравновешенным по разворачивающим моментам относительно точки его прицепа.
Так как дисковое орудие является симметричным относительно продольной оси, то в каждом ряду количество дисков выражается четным числом и общее число дисков в орудии N будет числом четным. Одна часть дисков, равная , и другая часть дисков, равная , функционально сдвигающие обработанную почву к центру орудия и от центра соответственно участвуют в работе попарно относительно оси симметрии орудия и их число выражается также четными числами, выбираемыми из значений: , , а минимальное количество дисков в орудии должно быть не менее удвоенного количества рядов. Таким образом, в одном ряду должно быть не менее одной пары дисков, размещенных встречно и находящихся симметрично относительно оси симметрии орудия.
Для равномерного распределения обработанной почвы по следу орудия при условии сдвига обработанной почвы последующими рядами дисков в борозды предыдущих рядов дисков целесообразно применять четное число рядов дисков. Использование орудий с нечетным числом рядов дисков ухудшает равномерность распределения обработанной почвы по следу орудия. Примеры схем расположения дисков в орудиях приведены на фиг.3.
В зависимости от требований, предъявляемых к конструкции орудия в части качества почвообработки, количество симметричных парных дисков, сдвигающих обработанную почву к центру орудия и от центра орудия, может отличаться на 2 диска (см. фиг.2б, 2в, 2г), т.е. при n1=n2 два крайних симметричных диска могут быть добавлены или удалены (например, удалены два крайних диска, сдвигающие обработанную почву от центра орудия за пределы следа орудия или добавлены два крайних диска, сдвигающие обработанную почву к оси орудия, уменьшая разброс почвы за пределы следа орудия).
Пример
N=30 - общее количество симметричных дисков в орудии, тогда
(в результате получаем ряд чисел 14, 15, 16), с учетом четности чисел принимаем n1=14 или 16;
(в результате получаем ряд чисел 14, 15, 16), с учетом четности чисел принимаем n2=14 или 16.
Тогда при N=30 и условии n1+n2=N получаем два варианта орудия:
а) n1=14, n2=16 (см. фиг.2г);
б) n1=16, n2=14 (см. фиг.2б);
n1 - диски, сдвигающие обработанную почву к оси орудия;
n2 - диски, сдвигающие обработанную почву от оси орудия.
Зависимость N, n1 и n2 от количества рядов дисков в орудии при вышеуказанных условиях приводится для примера в Таблице. Значения n1 и n2, подпадающие под указанные условия, выделены в Таблице жирным шрифтом с подчеркиванием. Примеры схем расположения дисков приведены на фиг.3.
Таблица
К-во рядов
N
Варианты n1 и n2
N/2
N/2+1
N/2-1
6
3
<b><u>4</u></b>
<b><u>2</u></b>
10
5
<b><u>6</u></b>
<b><u>4</u></b>
...
14
7
<b><u>8</u></b>
<b><u>6</u></b>
...
30
15
<b><u>16</u></b>
<b><u>14</u></b>
Наличие вариантов n1 и n2 дает возможность выбрать наиболее выгодный для распределения обработанной почвы по ширине захвата орудия и формирования следа (см. фиг.2б, 2в, 2г).
Вдоль продольной оси симметрии орудия установлены два дополнительных диска, повернутых навстречу друг другу вогнутой или выпуклой частью сферы, при этом они уравновешены по разворачивающему моменту сил относительно точки прицепа орудия и на функциональном уровне в первом случае уменьшают тяговую нагрузку, а во втором случае повышают курсовую устойчивость (см. фиг.2б и 2г).
Более подробно сущность изобретения описана ниже. На фиг.1а и 1б представлено дисковое почвообрабатывающее орудие и схемы расстановки сферических дисков этого почвообрабатывающего орудия. На фиг.2а представлена схема расстановки сферических дисков в прототипе (пат. РФ №22291605) и результат почвообработки, на фиг.2б, 2в, 2г представлены различные схемы одного и того же предлагаемого решения и результаты почвообработки.
Дисковое почвообрабатывающее орудие на фиг.1 состоит из рамы 1, на которой рядами 2, 3, 4, 5 установлены сферические диски 6 на автономных стойках (на фиг.1 не показаны). Диски 6 имеют угол атаки α, который определяет отклонение плоскости сферы диска к направлению движения орудия. На фиг.1 и фиг.2 направление движения бороны в процессе почвообработки показано стрелкой А. Угол наклона дисков в вертикальной плоскости на фиг.1 и фиг.2 не показан. Диски 6 установлены в рядах 2, 3, 4, 5 относительно продольной оси симметрии Б рамы 1 таким образом, что слева и справа от оси симметрии Б в каждом ряду 2, 3, 4, 5 установлено одинаковое количество дисков, диски в ряду расположены симметрично относительно оси симметрии Б и повернуты к оси выпуклой или вогнутой частями сфер. Кроме того, диски в рядах расположены таким образом, что при почвообработке диски последующих рядов сдвигают обработанную почву в борозды от дисков предыдущих рядов. На фиг.1 показана точка прицепа (Т.П.) 7 орудия.
На фиг.1 и фиг.2б, 2в, 2г по оси симметрии Б установлены также диски 8 и 9, причем на фиг.1а, 2б диски 8 и 9 повернуты выпуклой частью сферы к оси симметрии Б, а на фиг.1б, 2в и 2г диски 8 и 9 повернуты вогнутой частью сферы к оси симметрии Б.
Работает дисковое почвообрабатывающее орудие следующим образом. Сферические диски 6 установлены на раме 1 симметричными рядами относительно продольной оси симметрии Б орудия, при этом одна часть дисков повернута выпуклыми частями сфер к продольной оси симметрии Б орудия, а вторая часть дисков повернута вогнутыми частями сфер к продольной оси симметрии Б орудия, образуя симметричные пары, у которых поперечные силы равны и противоположны по направлению. Вдоль продольной оси симметрии Б орудия расположены дополнительные диски 8 и 9 для обработки полосы почвы, необработанной симметричными дисками.
Первый ряд сферических дисков 2 движется по необработанной почве и по направлению движения орудия оставляет борозды и отброшенную от внутренней стороны сферы диска почву. Последующие ряды дисков 3, 4, и 5 расположены так, что обработанная ими почва сдвигается в борозды предыдущих рядов, что положительно сказывается на энергосбережении при почвообработке. Поскольку по ширине захвата орудия одна половина дисков сдвигает обработанную почву в сторону к продольной оси орудия, а вторая половина дисков сдвигает обработанную почву от продольной оси орудия, т.е. одни продольные ряды дисков сдвигают обработанную почву к оси орудия, другие, наоборот, сдвигают обработанную почву от оси орудия, получается равномерно обработанная поверхность по ширине захвата орудия (см. фиг.2б, 2в, 2г), что повышает качество почвообработки.
Дополнительные диски 8 и 9 обрабатывают полосу почвы вдоль продольной оси орудия, которую не обрабатывают симметричные диски. Дополнительные диски 8 и 9 расположены с учетом равновесия разворачивающих моментов сил относительно точки прицепа 7. При расположении дополнительных дисков 8 и 9 наружными частями сфер друг к другу (см. фиг.1а и 2б) они сдвигают обработанную ими почву в борозды предыдущих дисков, при этом тяговые нагрузки на диски уменьшаются, что положительно сказывается на энергосбережении при почвообработке. При расположении дополнительных дисков 8 и 9 внутренними частями сфер навстречу друг другу (см. фиг.1a, 2в и 2г) нагрузка, действующая на внутреннюю сферу диска, резко увеличивается при попытке диска отклониться к линии движения А, так как он работает в сторону необработанной почвы, что способствует возврату орудия в исходное состояние. Полоса необработанной почвы вдоль оси симметрии Б орудия в данном случае выполняет роль «направляющей» для улучшения курсовой устойчивости орудия.
В каждом симметричном ряду поперечные силы взаимно уничтожаются, а продольные силы и плечи равны, поэтому суммарные разворачивающие моменты в каждом ряду равны нулю, что повышает курсовую устойчивость орудия на всех глубинах обработки почвы. Повышается качество почвообработки.
По сравнению с результатами почвообработки по пат. №2291605 (прототип), где остается широкая борозда по центру следа орудия, все приведенные согласно предлагаемому изобретению схемы дают более качественную обработку почвы. На фиг.2г только крайние диски 2-го ряда сдвигают обработанную почву за пределы следа орудия, что практически не ухудшает качества почвообработки.
Из приведенного описания видно, что изобретение обеспечивает достижение технического результата.