РАБОЧИЙ ОРГАН ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО АГРЕГАТА И СФЕРИЧЕСКИЙ ДИСК ТАКОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к дисковым рабочим органам почвообрабатывающих орудий таких, как дисковые агрегаты, бороны, лущильники и т.п., предназначенным для послеуборочной обработки почвы, для лущения стерни, для первичной обработки старопахотных земель и тяжелых задернелых почв, для рыхления почвы, уничтожения сорняков и измельчения пожнивных остатков, а также для ухода за лугами.
Известен дисковый рабочий орган почвообрабатывающей машины согласно патенту на изобретение RU 2297125, МПК А01В 49/02; А01В 23/06; дата публикации 2007.20.04. Дисковый рабочий орган данной машины состоит из стойки, сферического диска и узла крепления стойки к диску. Узел крепления стойки к сферическому диску включает расположенный с вогнутой стороны сферического диска корпус подшипника, на котором жестко закреплены два кронштейна с зазором для размещения в нем стойки. Нижний конец стойки упирается в корпус подшипника и жестко закреплен с помощью крепежных элементов к кронштейнам. Точная и надежная установка корпуса подшипников к стойке обеспечивается фрезеровкой плоскостей, сочленений корпуса подшипников, кронштейнов крепления и стоек (смотри фиг.3 изобретения RU 2297125). Такая конструкция узла крепления стойки к сферическому диску сложна в изготовлении, приводит к увеличению количества технологических операций, требует дополнительной оснастки и приспособлений, что, как следствие, приводит к увеличению трудоемкости изготовления рабочего органа, уменьшает ремонтопригодность. При этом расположение подшипникового узла в рабочей зоне (с вогнутой стороны) приводит к снижению надежности дискового рабочего органа. При выходе из строя во время эксплуатации деталей рабочего органа возникают сложности при необходимости быстрой их замены, так как в условиях ремонтно-механических мастерских они сложны и трудоемки в изготовлении. Все это приводит к простою агрегата, а, следовательно, снижает его надежность и удобство эксплуатации.
Известен рабочий орган дисковой бороны согласно свидетельству на полезную модель RU 75820, МПК А01В 21/08; дата публикации 2008.27.08, выбранный в качестве наиболее близкого аналога. Рабочий орган дисковой бороны содержит стойку, подшипниковый узел и сферический диск, имеющий угол наклона к вертикальной плоскости, при этом вертикальная ось стойки проходит через нижнюю точку диаметра диска. Стойка рабочего органа в верхней части снабжена втулкой с поводком, втулка жестко зафиксирована на стойке посредством сварки, выполненной в отверстии или в отверстиях втулки в виде заклепки. Подшипниковый узел снабжен цилиндрическим корпусом, жестко соединенным со стойкой. Внутри корпуса, на его ступенчатых поясках, встречно установлены радиально-упорные (роликовые конические, как видно из фиг.1 описания ближайшего аналога RU 75820) подшипники, опирающиеся на ось с фланцем, который жестко соединен со сферическим диском. Между фланцем и торцом корпуса образован лабиринт. Перед ближайшим к диску подшипником установлена уплотнительная манжета, при этом другой подшипник фиксируется на оси шайбой и гайкой со стопором, а подшипниковый узел закрывается резьбовой крышкой. Крышка подшипникового узла ввинчивается в корпус, направление резьбы совпадает с направлением рабочего вращения диска. При этом подшипниковый узел располагается с внутренней (вогнутой) стороны сферического диска.
Данный рабочий орган дисковой бороны имеет следующие недостатки:
Во-первых, подшипниковый узел расположен с внутренней, т.е. с вогнутой стороны сферического диска, а значит в рабочей зоне с ударными нагрузками. Это приводит к снижению надежности устройства.
Во-вторых, стойка жестко закреплена на корпусе подшипникового узла с помощью парного кронштейна, что также как и в предыдущем аналоге RU 2297125 усложняет изготовление и ремонт подшипникового узла. Конструкция узла крепления стойки сложная и трудоемкая в изготовлении, требует дополнительных технологических операций (фрезеровка), т.е. нетехнологична.
В-третьих, так как подшипниковый узел находится полностью в рабочей зоне, а из-за применения двух открытых радиально-упорных подшипников увеличены массогабаритные показатели узла, то сокращается свободное расстояние (просвет) между соседними дисками, что может привести к забиванию этого просвета, наматыванию растительных остатков и сорняков на части рабочего органа, при этом диски вращаются с остановками (заклинивают), а также снижается надежность работы и ухудшается качество обработки почвы ухудшается.
В-четвертых, внутри корпуса, на его ступенчатых поясках, встречно установлены два открытых радиально-упорных (роликовых конических) подшипника, за счет чего увеличиваются массогабаритные показатели узла, применение подшипников такого типа требует точной регулировки и смазки, что приводит к снижению надежности работы, удобства эксплуатации и обслуживания.
В-пятых, между фланцем и торцом корпуса образован лабиринт с короткими каналами и установлена уплотнительная манжета. Такое уплотнительное устройство недостаточно эффективно защищает подшипниковый узел от попадания внутрь грязи и инородных тел, что может привести к быстрому разрушению подшипников открытого типа, а, следовательно, снижается надежность работы подшипникового узла.
В-шестых, так как стойка в верхней части выполнена неразъемной, так как на ней жестко зафиксирована посредством сварки втулка с поводком, то быстрая замена стойки при ее поломке невозможна, что снижает удобство эксплуатации.
Известен также диск для почвообрабатывающего орудия согласно свидетельству на полезную модель RU 46620, МПК 7 А01В 7/00, приоритет 2005.04.03, выбранный в качестве наиболее близкого аналога. Диск для почвообрабатывающего орудия выполнен из металлического листового материала, изогнутого по сфере. Диск имеет заточку по периметру. Диаметр диска составляет 560 мм. Диск термообработан по всей поверхности до твердости HRC 48-52 единицы при толщине 6 мм или до твердости HRC 39-41 единица при толщине 8 мм, при этом радиус R сферы составляет 635 мм, а заточка выполнена под углом 30° к оси вращения диска. Диск по периметру может быть выполнен или без вырезов, или с полукруглыми вырезами с радиусом равным 47,5 мм, а также с шестью отверстиями для крепежных болтов, расположенных под углом 5°30'±30' к оси вращения, при этом отверстия выполнены по окружности с радиусом равным 60 мм.
Недостатком данного диска для почвообрабатывающего орудия является то, что диск по всей поверхности изогнут по сфере и не имеет ровной площадки для крепления его к опорному элементу, например подшипниковому узлу рабочего органа орудия. Это обуславливает сложность и трудоемкость изготовления деталей опорных элементов, в частности осей, фланцев и т.п. для крепления диска. Также для сверления отверстий под крепежные болты в диске и соответственно в сопрягаемой детали крепления под углом 5°30'±30' к оси вращения необходима дополнительная технологическая оснастка и приспособления. В целом, все это приводит к снижению технологичности изготовления и к увеличению трудоемкости изготовления диска и почвообрабатывающего орудия в целом. При этом надежность крепления диска к стойке рабочего органа почвообрабатывающего орудия не высока.
Кроме того, использование в почвообрабатывающих орудиях дисков малого диаметра 560 мм и радиусом сферы 635 мм не позволяет производить обработку почвы на высоких скоростях. А также при обработке почвы с неровной поверхностью глубина обработки поля в конечном результате будет не равномерная, так как диск будет огибать все неровности (не будет срезать неровности поверхности). Все это снижает качество обработки почвы.
Также недостатком такого диска является то, что при работе он будет испытывать на себе усилия сопротивления почвы, возникающие на рабочей (внутренней) поверхности и режущей кромке и воспринимать большие нагрузки, а так как по краю режущей кромки отсутствует дополнительный упрочняющий слой, то будет происходить изнашивание режущей кромки на внутренней рабочей поверхности (с обратной стороны заточки), что приводит к снижению надежности диска рабочего органа.
Задачей заявляемого технического решения является повышение надежности работы рабочего органа почвообрабатывающего агрегата и качества обработки почвы, а также повышение удобства его эксплуатации, обслуживания и ремонтопригодности за счет повышения технологичности и снижения трудоемкости изготовления диска и рабочего органа в целом.
Сущность полезной модели заключается в том, что в рабочем органе почвообрабатывающего агрегата, содержащем сферический диск, закрепленный на стойке наклонно к вертикальной плоскости и подшипниковый узел, снабженный корпусом, включающий ось подшипникового узла и устройство уплотнения,
предлагается подшипниковый узел расположить с наружной (выпуклой) стороны сферического диска и выполнить его таким образом, что корпус подшипникового узла в средней части имеет дискообразный фланец, с помощью которого жестко соединен со сферическим диском так, что передняя часть корпуса «утоплена» во внутренней части сферического диска и закрыта крышкой, при этом на оси подшипникового узла установлен один радиально-упорный двухрядный шарикоподшипник закрытого типа,
предлагается устройство уплотнения выполнить так, что оно расположено за шарикоподшипником и содержит втулку с буртом, расположенную на оси подшипникового узла, двухпружинную манжету и чашеобразной формы пыльник, который образует лабиринт между буртом втулки, торцом корпуса и внешней частью корпуса, прилегающей к пыльнику,
предлагается для крепления к почвообрабатывающему агрегату стойку в верхней части снабдить осью с поводком и выполнить съемной, для чего верхняя часть стойки жестко закрепляется на оси с поводком с помощью крепежных элементов, а нижняя часть стойки выполнена с отверстием, в котором также с помощью крепежных элементов жестко закреплена ось подшипникового узла.
Сущность полезной модели заключается также в том, что в сферическом диске рабочего органа почвообрабатывающего агрегата, выполненном в виде выпуклого металлического диска с ровным краем или с фигурными выемками по краю и с заточкой режущей кромки, предлагается в центральной части диск выполнить усеченным с образованием плоской площадки для крепления к подшипниковому узлу рабочего органа, при этом сферический диск выполнен с внешним диаметром, составляющим 570÷630 мм, с радиусом кривизны диска, составляющим 700±5 мм и диаметром плоской площадки, составляющим 160÷190 мм.
По краю сферического диска рабочего органа почвообрабатывающего агрегата с внутренней стороны может быть выполнен упрочняющий слой, твердость которого превышает твердость материала, из которого выполнен диск.
В предлагаемом рабочем органе почвообрабатывающего агрегата расположение подшипникового узла с наружной (выпуклой) стороны сферического диска, т.е. выведение его из рабочей зоны с ударными нагрузками, обеспечивает повышение надежности рабочего органа и износостойкости подшипникового узла. Кроме того, выполнение крепления подшипникового узла таким образом, что передняя часть корпуса «утоплена» во внутренней части сферического диска и закрыта крышкой, также повышает надежность работы. Это происходит за счет увеличения просвета от стойки до соседнего диска, что снижает вероятность забивания этого просвета, наматывания растительных остатков и сорняков на части рабочего органа, а значит и вероятность не предусмотренных остановок агрегата для их очистки. При этом сферические диски свободно вращаются без остановок, поэтому обработка почвы будет однородной и равномерной по ширине захвата и глубине, а, следовательно, качество обработки почвы повышается.
Установка на оси подшипникового узла радиально-упорного двухрядного шарикоподшипника закрытого типа повышает надежность работы рабочего органа, удобство его эксплуатации и обслуживания, так как применение подшипников закрытого типа не требует смазки и точной регулировки, а также подшипник такого типа имеет двухстороннее герметичное уплотнением для защиты от пыли, воды и грязи.
Выполнение устройства уплотнения за шарикоподшипником в виде втулки с буртом, двухпружинной манжеты и чашеобразной формы пыльника, образующего длинный лабиринт между буртом втулки, торцом корпуса и внешней частью корпуса, прилегающей к пыльнику, полностью защищает корпус подшипникового узла от попадания внутрь пыли, грязи и инородных тел. Это снижает затраты на техническое обслуживание, продлевает срок эксплуатации подшипников, а, следовательно, повышается надежность работы узла.
Выполнение стойки рабочего органа почвообрабатывающего орудия съемной повышает удобство его эксплуатации, обслуживания и ремонтопригодности. За счет того, что в верхней части стойка снабжена осью с поводком и жестко закреплена на ней с помощью крепежных элементов, например болтов, гаек и т.п., а нижняя часть стойки выполнена с отверстием, в котором также с помощью крепежных элементов (гайка, скоба и т.п.), жестко закреплена ось подшипникового узла, появляется возможность оперативной замены вышедшего из строя узла или детали. Для этого требуется только снять крепежные элементы и стопорные детали (планки, скобы), т.е. произвести минимум слесарных работ.
В предлагаемом рабочем органе почвообрабатывающего агрегата выполнение сферического диска таким образом, что центральная часть диска выполнена усеченной и образует плоскую площадку для крепления к подшипниковому узлу рабочего органа, позволяет повысить уровень технологичности изготовления и крепежа за счет упрощения изготовления элементов крепления диска к подшипниковому узлу рабочего органа. Все это способствует снижению трудоемкости изготовления сферического диска и упрощению конструкции сопрягаемых опорных элементов подшипникового узла (фланец корпуса и крышка). Также наличие плоской площадки в центральной части диска позволяет закреплять диск на опорном элементе подшипникового узла (фланец корпуса) и защитную крышку с помощью стандартных крепежных деталей (например, болтов), оси которых параллельны оси вращения диска, что повышает надежность крепления диска и, следовательно, повышает надежность работы всего рабочего органа почвообрабатывающего агрегата.
Выполнение сферического диска с внешним диаметром, составляющим 570÷630 мм, с радиусом кривизны диска, составляющим 700±5 мм и диаметром плоской площадки, составляющим 160÷190 мм, способствует повышению технологичности изготовления рабочего органа. Диаметр плоской площадки, составляющий 160÷190 мм, обеспечивает надежное крепление сферического диска к подшипниковому узлу рабочего органа за счет возможности размещения оптимального количества стандартных крепежных деталей (болтов).
Кроме того, использование в почвообрабатывающем агрегате дисков данных параметров (диаметром 570÷630 мм, радиусом кривизны диска 700±5 мм) позволяет производить обработку почвы на высоких скоростях, что повышает его производительность, при этом увеличивается степень крошения почвы. Также при обработке поля с неровной поверхностью такой диск будет срезать неровности почвы, глубина обработки поля в конечном результате по всей ширине захвата будет равномерная, поверхность поля выровненная, что повышает качество обработки почвы.
Выполнение по краю сферического диска с внутренней стороны упрочняющего слоя, твердость которого превышает твердость металла, из которого выполнен диск, способствует повышению износостойкости рабочей режущей кромки диска и тем самым устраняется возможность преждевременного выхода ее из рабочего состояния. Все это увеличивает срок службы дискового рабочего органа и повышает качество обработки.
На фиг.1 приведен заявляемый рабочий орган почвообрабатывающего агрегата, вид сбоку. На фиг.2 приведен подшипниковый узел рабочего органа почвообрабатывающего агрегата и крепление оси подшипникового узла к нижней части стойки, разрез А-А на фиг.1. На фиг.3 показано крепление верхней части стойки рабочего органа почвообрабатывающего агрегата, разрез Б-Б на фиг.1. На фиг.4 приведен сферический диск рабочего органа почвообрабатывающего агрегата. На фиг.5 приведено сечение В-В на фиг.4. На фиг.6 приведен фрагмент Г режущей кромки сферического диска на фиг.5.
Рабочий орган почвообрабатывающего агрегата, приведенный на фигурах 1, 2 и 3, содержит сферический диск 1, закрепленный на стойке 2 наклонно к вертикальной плоскости и подшипниковый узел 3, снабженный корпусом 4. Узел 3 включает в себя ось 5 подшипникового узла 3 и устройство уплотнения 6.
Подшипниковый узел 3 расположен с наружной (выпуклой) стороны сферического диска 1. Корпус 4 подшипникового узла 3 в средней части имеет дискообразный фланец 7, с помощью которого жестко соединен со сферическим диском 1. Передняя часть корпуса 4 «утоплена» во внутренней части сферического диска 1 и закрыта защитной крышкой 8. В корпусе 4 на оси 5 подшипникового узла 3 установлен один радиально-упорный двухрядный шарикоподшипник 9 закрытого типа. За шарикоподшипником 9 расположено устройство уплотнения 6. Устройство уплотнения 6 содержит втулку с буртом 10, расположенную на оси 5 и фиксирующую шарикоподшипник 9, двухпружинную манжету 11 и чашеобразной формы пыльник 12, который образует лабиринт 13 между буртом втулки 10, торцом корпуса 4 и внешней частью корпуса 4, прилегающей к пыльнику 12.
Стойка 2 рабочего органа выполнена съемной. Для этого верхняя часть стойки 2 снабжена осью 14 с поводком 15 для крепления к почвообрабатывающему агрегату (на фигурах не показан) и жестко закреплена на оси 14 с помощью крепежных элементов - стопорной планки 16, болтов 17 и гайки 18 с шайбой 19, а нижняя часть стойки 2 выполнена с отверстием, в котором также с помощью крепежных элементов - скобы 20 и шайбы 21 с гайкой 22 жестко закреплена ось 5 подшипникового узла 3.
Сферический диск рабочего органа почвообрабатывающего агрегата, изображенный на фигурах 4, 5, представляет собой выпуклый металлический диск 23 с фигурными выемками 24 по краю и заточкой 25 режущей кромки 26.
Центральная часть сферического диска выполнена усеченной и образует плоскую площадку 27 для крепления к подшипниковому узлу рабочего органа (смотри фиг.2)
Сферический диск 23 выполнен с внешним диаметром D=570÷630 мм в форме усеченной сферы с радиусом кривизны R=700±5 мм и диаметром d плоской площадки 27, составляющим 160÷190 мм.
Конкретные размеры зависят от назначения диска. Например, применение сферического диска с внешним диаметром D=620 мм, радиусом кривизны R=700±5 мм позволяет производить обработку почвы на высоких скоростях, при этом увеличивается степень крошения почвы, поверхность поля выравнивается, что повышает качество обработки почвы. Также такой диск хорошо показал себя при обработке старопахотных земель и тяжелых задернелых почв и в качестве лущильника.
Применение диска с внешним диаметром D=570 мм, радиусом кривизны R=700±5 мм позволяет производить послеуборочную обработку почвы.
Для повышения износостойкости рабочей режущей кромки 26 по краю с внутренней стороны 28 диска 23 имеется упрочняющий слой 29, как показано на фиг.6. Упрочняющий слой 29 имеет твердость свыше HRC 60 единицы, превышающую твердость материала, из которого выполнен диск 23, при этом диск 23 изготовлен из стали 65Г и имеет твердость HRC 48…52 единицы.
Рабочий орган почвообрабатывающего агрегата со сферическим диском работает следующим образом.
Рабочий орган шарнирно закрепляется на почвообрабатывающем агрегате (на фигурах не показан) с помощью оси 14 с поводком 15. На оси 14 жестко закрепляется верхняя часть стойки 2 с помощью крепежных элементов - болтами 17 со стопорной планкой 16 и гайки 18 с шайбой 19. Нижняя часть стойки 2 жестко закреплена на оси 5 подшипникового узла 3 с помощью крепежных элементов - скобы 20 и шайбы 21 с гайкой 22.
Оперативно, прочно и надежно, что обеспечивается наличием плоской площадки 27 (смотри фиг.4, 5), закрепляют сферический диск 1 к дискообразному фланцу 7 корпуса 4 подшипникового узла 3 с помощью крепежных деталей, например, болтов (на фигурах не показаны), располагаемых в отверстиях плоской площадки 27 и фланца 7, при этом передняя часть корпуса 4 «утоплена» во внутренней части сферического диска 1. Одновременно передняя часть корпуса 4 подшипникового узла 3 с внутренней стороны сферического диска 1 закрывается крышкой 8, которая защищает подшипниковый узел от попадания внутрь корпуса пыли и грязи. После этого рабочий орган почвообрабатывающего агрегата готов к работе. Аналогично собирают все рабочие органы и устанавливают на почвообрабатывающем агрегате.
Стойки 2 рабочих органов благодаря жесткому креплению верхнего конца к оси 14 смонтированы на раме агрегата с возможностью поворота, что позволяет устанавливать оптимальный угол атаки сферических дисков 1. Благодаря изогнутой форме стойки 2 сферический диск установлен наклонно к вертикальной плоскости. Сферический диск 1 свободно вращается вокруг оси 5 подшипникового узла 3.
Как правило, рабочие органы со сферическими дисками устанавливаются на почвообрабатывающем агрегате рядами по всей ширине захвата и с одинаковыми углами атаки в ряду.
Перед началом работы устанавливается угол атаки рабочего органа в зависимости от требуемой глубины обработки почвы, условий работы и вида почвы. Регулировка угла атаки осуществляется поворотом оси 14 рабочего органа посредством поводка 15.
В процессе движения почвообрабатывающего агрегата вперед благодаря тому, что рабочие органы установлены с углом атаки и с наклоном к вертикальной плоскости, например 12°, сферические диски 1, перемещаются по полю, осуществляя вращательное движение.
За счет перемещения сферического диска 1 по поверхности поля под воздействием массы почвообрабатывающего агрегата он легко врезается в почву (также благодаря заточке 25). Режущая кромка 26 диска 23 с заточкой 25, снабженной упрочняющим слоем 29 эффективно подрезает и поднимает пласт почвы, крошит его, частично оборачивает и отводит в сторону, при этом происходит активное перемешивание, обеспечивается необходимая для данного типа почвы глубина рыхления и степень крошения. Непосредственно режущей кромкой 26 диск 23 режет почву и растительные и пожнивные остатки, испытывая сопротивления и нагрузки при встрече с твердыми включениями. Фигурные выемки 24 по краю диска 23 улучшают дробление пласта земли, а также подрезание и выбрасывание на поверхность почвы растительных остатков (корни, мелкие пни и т.д.).
Совершая сложное вращательное движение, сферический диск 1 рабочего органа испытывает действие элементарных сил сопротивления почвы, возникающих на рабочей поверхности 28 и режущей кромке 26, т.е. работает под нагрузкой, передаваемой на подшипниковый узел. Радиально-упорный двухрядный шарикоподшипник 9 закрытого типа хорошо справляется с этими нагрузками, так как имеет двойной запас прочности. В процессе работы не требуется смазка шарикоподшипников 9 закрытого типа и регулировка, при этом устройство уплотнения 6 и крышка 8 эффективно защищают корпус 4 подшипникового узла 3 от попадания внутрь пыли, грязи и инородных тел. Все это повышает надежность работы, удобство эксплуатации и обслуживания. В процессе работы не происходит забивание просветов между соседними дисками, на части рабочего органа не наматываются растительные остатки и сорняки, сферические диски 1 вращаются без остановок, что также повышает надежность работы и качество обработки почвы.
Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает повышение надежности работы рабочего органа почвообрабатывающего орудия и сферического диска такого рабочего органа, а также повышение качества обработки почвы и повышение удобства эксплуатации, обслуживания и ремонтопригодности почвообрабатывающего агрегата за счет повышения технологичности и снижения трудоемкости изготовления диска и рабочего органа в целом.