Борона-мотыга ротационная и зубчатый диск рабочего органа (варианты)
ROTARY HARROW-HOE AND GEARBOX OF A WORKING BODY (OPTIONS)

Изобретения относятся к сельскохозяйственным почвообрабатывающим машинам и могут быть использованы при изготовлении борон с вращающимися бесприводными зубчатыми рабочими органами.
За аналог заявляемого изобретения принято техническое решение того же назначения - рабочий орган почвообрабатывающей машины, общими признаками с заявляемым техническим решением является рама почвообрабатывающей машины для крепления посредством выгнутой стойки, рабочего органа включающего зубчатые диски, которые закреплены с разных сторон на противоположных концах кронштейна, закрепленного на выгнутой стойке, при этом рабочий орган дополнительно содержит защитную пружину, соединенную через поворотную ось с рамой. [Описание полезной модели «Рабочий орган почвообрабатывающей машины» по патенту РФ №170226, МПК А01В 21/04 (2006.01), А01В 61/04 (2006.01)].
Наиболее близким аналогом того же назначения, что и заявляемое изобретение является техническое решение того же назначения - борона-мотыга ротационная, общими признаками с заявляемым техническим решением являются, закрепленные на раме элементы соединения с навеской энергетического средства, рабочие секции, каждая из которых состоит из пар рабочих органов содержащих на горизонтальных осях зубчатые диски, установленные на изогнутых тягах. [Описание полезной модели «Борона-мотыга ротационная» по патенту РФ №111952, МПК А01В 21/04 (2006.01)].
Аналогу и прототипу присущи следующие недостатки: низкое качество обработки почвы, вследствие плохого копирования рельефа почвы, которое осуществляется всей секцией, а не каждым зубчатым диском и обусловлено зависимым положением одного зубчатого диска от положения второго, так как оба зубчатых диска расположены на одном плече. При обработке междурядий пропашных культур требуется демонтаж целой секции под обработку рядка культуры. Кроме того, известным аналогам присуща низкая ремонтопригодность, потому что при поломке и замене рабочего органа необходимо демонтировать всю рабочую секцию.
За аналог обоих вариантов заявляемого изобретения - зубчатый диск рабочего органа -  принято техническое решение того же назначения - ротационный рабочий орган почвообрабатывающего орудия, содержащий диск, с закрепленными на нем втулками, в которых запрессованы иглы, зафиксированные на периферии диска. Общими признаками с заявляемым вариантами изобретения являются диск с размещенными на нем иглами [Описание изобретения «Ротационный рабочий орган почвообрабатывающего орудия» по патенту РФ №2649178, МПК А01В 21/04 (2006.01), А01В 23/02 (2006.01), А01В 35/16 (2006.01), А01В 33/14 (2006.01)].
Наиболее близким аналогом того же назначения, что и оба варианта заявляемого изобретения - зубчатый диск рабочего органа, является техническое решение того же назначения - рабочий орган ротационной бороны, общими признаками которого с заявляемыми вариантами изобретения являются зубьями, закрепленные на периферии ступицы. [Описание изобретения «Ротационная борона» по патенту РФ №2653879, МПК А01В 21/04 (2006.01), А01В 35/16 (2006.01), А01В 35/28 (2006.01)].
Аналогу и прототипу вариантов изобретения - зубчатый диск рабочего органа - присущи следующие недостатки: низкие эксплуатационные показатели, низкая механическая прочность, низкая ремонтопригодность.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, - борона-мотыга ротационная, является расширение эксплуатационных и технологических возможностей бороны, и повышение ремонтопригодности рабочих секций.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения - борона-мотыга ротационная, заключается в расширении технологии агрономического применения по почве пропашных культур путем создания независимых рабочих органов рабочих секций и варьирования конструктивных возможностей рабочих секций.
Задачей, на решение которой направлены оба варианта изобретения - зубчатый диск рабочего органа, и техническим результатом, который может быть получен при их осуществлении является улучшение эксплуатационных показателей, за счет повышения его механической прочности, и улучшения ремонтопригодности, которые являются общими с задачей и техническим результатом бороны-мотыги ротационной.
Сущность изобретения по 1 независимому пункту формулы - борона-мотыга ротационная, содержащая батарею рабочих секций, установленных на раме, каждая рабочая секция состоит из пары рабочих органов в виде зубчатых дисков, установленных на изогнутых тягах, а рама снабжена элементами соединения с энергетическим средством, состоит в том, что каждая рабочая секция закреплена на раме посредством хомута и основания, с установленными на нем рабочими органами посредством копирующих узлов, состоящих из шарниров, на втулках которых закреплены копирующие элементы с ограничителями поворота под нижнюю плоскость рамы, на копирующих элементах закреплены изогнутые тяги с зубчатыми дисками, при этом рабочие органы снабжены стабилизирующими узлами, состоящими из пружин, закрепленных одними концами на изогнутых тягах, а другими концами на основании.
Решению поставленной задачи способствуют признаки, характеризующие изобретение по 1-му независимому пункту формулы в частных случаях ее выполнения или использования. Основание рабочей секции содержит кронштейн, выполненный изогнутой формы, которая конгруэнтна форме боковой и нижней плоскостей рамы, а со стороны рабочих органов кронштейн выполнен ступенчатой формы. Перпендикулярно к кронштейну жестко крепится опора в виде ребра жесткости, в которое вварена ось для крепления шарниров копирующих узлов. Шарниры копирующих узлов установлены на оси симметрично опоре с двух сторон и выполнены в виде пары подшипников, запрессованных во втулках, закрытых пыльниками. Изогнутые тяги рабочих органов установлены посредством соединительных пластин на копирующих элементах, образуя с ними разъемное или неразъемное соединение. Изогнутые тяги выполнены прямоугольного или круглого, или шестигранного сечения. Пружины стабилизирующих узлов закреплены на изогнутых тягах посредством зацепов, а на кронштейне основания посредством натяжителей. В качестве пружины стабилизирующего узла использована пружина сжатия или растяжения, или кручения, или телескопическая пружина. Хомут выполнен г-образной формы круглого сечения. Рабочие органы в рабочей секции установлены соосно, образуя один ряд, или с разнесением соосности, с образованием двух рядов.
Сущность первого варианта изобретения по 11 независимому пункту формулы - зубчатый диск рабочего органа, содержащий зубья и ступицу, состоит в том, что ступица выполнена с фланцем, который соединен с прижимным кольцом, между которыми расположены основания зубьев, при этом соединение фланца ступицы и прижимного кольца выполнено сквозь, по меньшей мере, двух зубьев, а на свободной длине зубьев, с двух сторон расположены армирующие кольцевые пластины, которые соединены между собой сквозь зубья, образуя жесткую конструкцию.
Решению поставленной задачи способствуют признаки, характеризующие изобретение по 11 независимому пункту формулы в частных случаях ее выполнения или использования. Пара зубьев, сквозь которые выполнено крепление фланца ступицы и прижимного кольца, расположены диаметрально противоположно. Фланец ступицы, прижимное кольцо и зубья, сквозь которые выполнено их соединение, закреплены болтовыми соединениями. Фланец ступицы, прижимное кольцо и зубья, сквозь которые выполнено их соединение, закреплены заклепками. Армирующие кольцевые пластины расположены на свободной длине зубьев, а их ширина выполнена, по меньшей мере, равной ширине зубьев. Армирующие кольцевые пластины соединены сквозь зубья заклепками. Армирующие кольцевые пластины соединены сквозь зубья болтовыми соединениями. Каждый зуб выполнен с изгибом, с овальной поверхностью со стороны противоположной направлению изгиба и сформированным стреловидным острием. Зубья диска выполнены из полосы прямоугольного сечения. Зубья диска выполнены из конструкционной углеродистой качественной стали не ниже Ст 45.
Сущность второго варианта изобретения по 21 независимому пункту формулы - зубчатый диск рабочего органа, содержащий зубья и ступицу, состоит в том, что ступица выполнена с фланцем и соединена с фланцем второй ступицы, между которыми расположены основания зубьев, при этом соединение фланцев ступиц выполнено сквозь, по меньшей мере, двух зубьев, а на свободной длине зубьев, с двух сторон расположены армирующие кольцевые пластины, которые соединены сквозь зубья, образуя жесткую конструкцию.
Решению поставленной задачи способствуют признаки, характеризующие изобретение по 21 независимому пункту формулы в частных случаях ее выполнения или использования. Пара зубьев, сквозь которые выполнено крепление фланцев ступиц, расположены диаметрально противоположно. Фланцы ступиц и зубья, сквозь которые выполнено их крепление, соединены болтовыми соединениями. Фланцы ступиц и зубья, сквозь которые выполнено их соединение, закреплены заклепками. Армирующие кольцевые пластины расположены на свободной длине зубьев, а их ширина выполнена, по меньшей мере, равной ширине зубьев. Зубья соединены с армирующими кольцевыми пластинами заклепками. Зубья соединены с армирующими кольцевыми пластинами болтовыми соединениями. Каждый зуб выполнен с изгибом, с овальной поверхностью со стороны противоположной направлению изгиба и сформированным стреловидным острием. Зубья диска выполнены из полосы прямоугольного сечения. Зубья диска выполнены из конструкционной углеродистой качественной стали не ниже Ст 45.
Варианты изобретения - зубчатый диск рабочего органа связаны между собой настолько, что они образуют единый изобретательский замысел, обусловленный общим ближайшим аналогом, поэтому имеют общие существенные признаки ограничительных частей независимых пунктов формулы изобретения: зубья и ступицу. Варианты зубчатого диска рабочего органа и их новизна обусловлены элементами закрепления оснований зубьев. По первому варианту 11 независимого пункта формулы изобретения ступица выполнена с фланцем, который соединен с прижимным кольцом, между которыми расположены основания зубьев, при этом соединение фланца ступицы и прижимного кольца выполнено сквозь, по меньшей мере, двух зубьев. По второму варианту 21 независимого пункта формулы изобретения ступица выполнена с фланцем и соединена с фланцем второй ступицы, между которыми расположены основания зубьев, при этом соединение фланцев ступиц выполнено сквозь, по меньшей мере, двух зубьев. Общими существенными признаками отличительных частей независимых пунктов 11 и 21 формулы изобретения: на свободной длине зубьев, с двух сторон расположены армирующие кольцевые пластины, которые соединены сквозь зубья, образуя жесткую конструкцию зубчатого диска. Варианты изобретения - зубчатый диск рабочего органа имеют одно и то же назначение и при своем осуществлении дают одинаковый технический результат в словесном выражении.
Из уровня техники неизвестны технические средства с заявляемыми совокупностями существенных признаков п. 1, п. 11 и п. 21 независимых пунктов формулы изобретения - борона-мотыга ротационная и зубчатый диск рабочего органа, что подтверждает их соответствие условию патентоспособности изобретения - новизна.
Существенные отличительные признаки технических решений по независимым пунктам п. 1, п. 11 и п. 21 формулы изобретения - борона-мотыга ротационная, зубчатого диск рабочего органа и его варианты, для специалиста явным образом не следуют из уровня техники, что подтверждает соответствие изобретений условию патентоспособности - изобретательский уровень.
Сущность изобретений поясняется чертежами, где:
фиг. 1 - рабочая секция бороны-мотыги ротационной;
фиг. 2 - шарниры копирующих узлов в разрезе по А-А
фиг. 3 - крепление зубчатого диска на изогнутой штанге в разрезе по Б-Б;
фиг. 4 - рабочая секция бороны-мотыги ротационной, вид сзади.
фиг. 5 - рабочая секция бороны-мотыги ротационной, зубчатый диск вариант 2;
фиг. 6 - крепление зубчатого диска на изогнутой штанге в разрезе по В-В.
Изобретения могут быть осуществлены с реализацией указанного назначения и достижения технического результата следующим образом. Борона-мотыга ротационная содержит раму 1, на которой закреплены рабочие секции, образующие батарею рабочих секций (на чертеже не показана). В качестве примера реализации описана одна рабочая секция, которая состоит из основания, на котором закреплены посредством копирующих узлов пара рабочих органов в виде изогнутых тяг 2, на горизонтальных осях 3 которых установлены зубчатые диски (узлы бороны-мотыги ротационной на чертежах обозначены через составляющие их элементы).
Основание рабочей секции содержит кронштейн 4, который выполнен, со стороны установки рабочей секции на раме 1, изогнутой формы, которая конгруэнтна форме боковой и нижней плоскостей рамы 1, а со стороны рабочих органов кронштейн 4 выполнен ступенчатой формы, перпендикулярно к которой жестко закреплена опора 5 в виде ребра жесткости, в которое вварена ось 6. На оси 6, симметрично опоре 5 с двух сторон установлены независимые шарниры копирующих узлов. Шарниры выполнены в виде пары подшипников 7, запрессованных во втулках 8, закрытых пыльниками 9. Количество подшипников 7 в шарнирах обусловлено требованиями боковых нагрузок на копирующие узлы. На втулках 8 шарниров приварены по внутренним окружностям пластины копирующих элементов 10, с выполненными на них ограничителями поворота 11 в виде выступов под нижнюю плоскость рамы 1. В рабочей секции каждая изогнутая тяга 2 с зубчатым диском закреплена на копирующем элементе 10 посредством соединительной пластины 12, которая приварена на изогнутой тяге 2 и закреплена болтовыми соединениями на копирующем элементе 10, образуя с ним разъемные соединения. Изогнутые тяги 2 с зубчатыми дисками, соединенные с соответствующими шарнирами копирующих узлов рабочих секций, позволяют получить независимо работающие зубчатые диски на изогнутых тягах 2 в батарее рабочих секций. Возможно закрепление соединительных пластин 12 на копирующих элементах 10 сваркой. При таком креплении демонтаж независимой изогнутой тяги 2 с зубчатым диском осуществляют за счет разборки соответствующего копирующего узла. Изогнутые тяги 2 выполнены прямоугольного сечения. Возможно выполнение изогнутых тяг 2 круглого или шестигранного сечения. Каждая изогнутая тяга 2 рабочей секции снабжена стабилизирующим узлом, который состоит из пружины растяжения 13, одним концом закрепленной посредством зацепа 14 на изогнутой тяге 2, а другим концом - через натяжитель 15 на кронштейне 4 основания. В качестве пружины стабилизирующего узла может быть использована пружина, например, сжатия, или кручения, или изгиба, или телескопическая пружина. Рабочая секция закреплена на раме 1 посредством кронштейна 4 основания, установленного на раме 1 изогнутой плоскостью и охваченного хомутом 16. Хомут 16 выполнен круглого сечения Г-образной формы для охвата рамы 1 с противоположной кронштейну 4 стороны рамы 1, и имеет резьбу с двух сторон, обеспечивая надежность крепления рабочей секции. Хомут 16 изготовлен из стали марки Ст3-20. Рабочие органы в рабочей секции установлены соосно, образуя один ряд. Возможна установка рабочих органов в рабочей секции с разнесением их соосности с образованием двух рядов. На раме 1 жестко закреплены элементы соединения 17 бороны-мотыги ротационной с энергетическим средством. Рабочие органы образованы соединением зубчатых дисков с изогнутыми тягами, к которым приварены соединительные пластины, посредством которых осуществляется соединение рабочих органов с копирующими пластинами копирующего узла, который с основанием собирается отдельно. Соединение данных узлов образуют рабочую секцию, которая посредством кронштейна основания и хомута закреплена на раме 1. Количество рабочих секций, собранных в батарею бороны-мотыги ротационной, зависит от требуемой ширины захвата обрабатываемой поверхности почвы и определяется заказчиком.
Пример осуществления вариантов технических решений зубчатого диска, с реализацией указанного назначения, изложен для первого варианта технического решения зубчатого диска по одиннадцатому независимому пункту формулы изобретения. Зубчатый диск рабочего органа содержит ступицу 18 с круглым фланцем 19 для его установки на горизонтальной оси 3 изогнутой тяги 2. Каждый зуб 20 зубчатого диска выполнен с изгибом, с овальной поверхностью со стороны противоположной направлению изгиба и сформированным стреловидным острием 21, которые определяют рабочую зону зубьев. Зубья 20 выполнены из полосы прямоугольного сечения 8×20 мм из конструкционной углеродистой качественной стали не ниже Ст 45. На свободной длине зубьев 20 расположены, охватывающие их с двух сторон, армирующие кольцевые пластины 22, которые соединены между собой сквозь зубья 20 посредством заклепок в жесткую конструкцию с высокой механической прочностью. Свободная длина зубьев 20 определяется расчетным путем и обусловлена диаметрами втулки ступицы 18, фланца 19 и размером рабочей зоны каждого зуба 20. Ширина армирующих кольцевых пластин 22 выполнена не менее ширины зубьев 20. Возможно крепление армирующих кольцевых пластин 22 с зубьями 20 болтовыми соединениями. Основания зубьев 20 расположены между фланцем 19 ступицы 18 и прижимным кольцом 23 и жестко закреплены с ними сквозь четыре равномерно расположенных зубьев 24, болтовыми соединениями. Соединение фланца 19 и прижимного кольца 23 сквозь четыре зуба 24 может быть выполнено посредством заклепок. Возможно использование иного количества зубьев 24 для соединения фланца 19 и прижимного кольца 23, с соблюдением условий соединения, по меньшей мере, сквозь двух зубьев 24, которые расположены диаметрально противоположно для распределения равномерной нагрузки на них. Отверстия в зубьях 24, фланце 19 и прижимном кольце 23 выполняют предварительно, их количество обусловлено количеством зубьев 24, сквозь которые будет выполнено их соединение. Фланец 19 соединен со втулкой ступицы 18 сваркой. Ступица 18 с фланцем 19 может быть выполнена в виде монолитной детали, изготовленная методом токарно-фрезерной обработки. Зубчатые диски установлены на изогнутых тягах 2 так, что изгибы рабочих зон зубьев 20, включая зубья 24, направлены в сторону вращения зубчатого диска, а их овальные поверхности будут со стороны противоположной направлению вращения. Зубчатый диск установлен на горизонтальной оси 3 изогнутой тяги 2, посредством подшипника 25, запрессованного в ступице 18.
Второй вариант технического решения зубчатого диска рабочего органа по двадцать первому независимому пункту формулы изобретения обусловлен элементами закрепления оснований зубьев 20 (при описании конструктивных особенностей вариантов зубчатого диска использована сквозная нумерация, так как варианты объединены единым изобретательским замыслом). Зубчатый диск рабочего органа для его установки на горизонтальной оси 3 изогнутой тяги 2 содержит ступицу 18 с круглым фланцем 19 и ступицу 26 с круглым фланцем 27. Основания зубьев 20 расположены между фланцем 19 ступицы 18 и фланцем 27 ступицы 26 и жестко закреплены с ними сквозь четыре равномерно расположенных зубьев 24, болтовыми соединениями. Зубчатый диск установлен на горизонтальной оси 3 изогнутой тяги 2, посредством подшипника 25, запрессованного в ступицах 18 и 26. Другие конструктивные характеристики второго варианта зубчатого диска рабочего орган аналогичны описанному его варианту по одиннадцатому независимому пункту формулы.
Борона-мотыга ротационная и варианты зубчатого диска рабочего органа работают следующим образом. На энергетическое средство, например, на трактор борона-мотыга ротационная навешена через элементы соединения 17 на навеску трактора. При движении трактора зубчатые диски входят в зацепление с почвой, преобразуя поступательное движение рамы 1 во вращательное движение зубчатых дисков. При обработке почвы на глубину до 50 мм, при вращении зубчатого диска каждый зуб 20, включая и 24, так как все зубья 20 и 24 являются рабочими входят в почву под углом 90°, стреловидным острием 21 прокалывает верхнюю корку почвы, боковыми гранями разрезает ее, овальными тыльными поверхностями проминает нижнюю поверхность борозды, и боковыми гранями стреловидного острия 21 подрывает корку почвы снизу и выходит под углом 45°, производя микровзрыв почвы и формируя мульчированный слой почвы, вырывая сорняки однолетки в нитевидных формах. При изменении рельефа почвы, при попадании зубчатых дисков на возвышение или углубление в обрабатываемой поверхности, соответствующие изогнутые тяги 2 совершают за счет подшипников 7 независимых шарниров колебательные движения, обеспечивая высокое качество обработки почвы, за счет подробного копирования ее рельефа. При этом движение изогнутых тяг 2 каждой рабочей секции вперед останавливаются ограничителями поворота 11 копирующих элементов 10, а их движение назад ограничивается стабилизирующими узлами, пружины растяжения 13 которого возвращают изогнутые тяги 2 в рабочее положение. Кроме того, каждый стабилизирующий узел используется в качестве предохранителя, при попадании зубчатого диска рабочего органа на препятствие большой величины, его пружина растяжения 13 разрушается, предотвращая повреждение изогнутой тяги 2.
Для обработки междурядий пропашных культур в створе рядка культуры демонтируется одна изогнутая тяга 2 в каждой рабочей секции, что позволяет снизить площадь необработанной поверхности почвы в два раза. Создание независимых рабочих органов рабочих секций позволяет варьировать конструктивные возможности рабочих секций при их использовании для различных пропашных культур, а при их неисправности легко демонтировать и заменять поврежденные элементы. Применение бороны-мотыги ротационной и зубчатого диска рабочего органа по предлагаемым техническим решениям позволяет достичь дополнительных целей, обусловленных созданием мульчированного слоя почвы, который сохраняет влагу, так как не дает ей испаряться, при этом мульчированный слой насыщается азотом, который активизирует работу полезных бактерий. Уничтоженные сорняки не расходуют питательные вещества и влагу из почвы, предназначенные для обрабатываемой культуры, тем самым позволяя отказаться от применения гербицидов и сложных удобрений и, таким образом, возможно производство экологически чистой продукции с низкой себестоимостью.
Заявленные изобретения в том виде, как они охарактеризованы в формуле изобретения, могут быть осуществлены с помощью описанных средств и методов, с реализацией указанного технического результата, что подтверждает их соответствие условию патентоспособности - промышленная применимость.
Экспликация элементов чертежей изобретений
1 - рама
2 - изогнутая тяга
3 - ось
4 - кронштейн
5 - опора
6 - ось
7 - подшипник
8 - втулка
9 - пыльник
10 - копирующий элемент
11 - ограничитель поворота
12 - соединительная пластина
13 - пружина растяжения
14 - зацеп
15 - натяжитель
16 - хомут
17 - элемент соединения
18 - ступица
19 - фланец
20 - зуб
21 - стреловидное острие зуба
22 - армирующая кольцевая пластина
23 - прижимное кольцо
24 - зуб
25 - подшипник
26 - ступица
27 – фланец.