ДИСК ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОРУДИЯ

Заявляемая полезная модель относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к рабочим органам дисковых почвообрабатывающих орудий, таких как плуги и бороны. Использование диска почвообрабатывающего орудия, как правило, заключается в применении группы одинаковых дисков в качестве рабочих органов почвообрабатывающего орудия.
Среди дисков почвообрабатывающих орудий известны диски для пахоты, (патент РФ №2046578 на изобретение, МПК 6 А01В 15/16, А01В 5/00, 1995 [1], патент РФ №2085061 на изобретение МПК 6 А01В 15/16, А01В 5/00, 1997 [2]), выполненные в виде сферического сегмента, периферическая часть диска выполнена в виде последовательности лопастей, каждая из которых имеет по периметру выпуклый контур.
По патенту РФ №50360 на полезную модель (МПК А01В 7/00 (2006.01), 2006 [3]) известен диск сферический, имеющий гладкую кромку, плоское днище, центральное квадратное отверстие, заточку режущей кромки лезвия с выпуклой стороны, угол, образуемый плоскостью вращения диска и заточкой в пределах 48...52°, причем отношение радиуса кривизны диска к его диаметру составляет 1,2÷1,5, диск изготовлен из качественной конструкционной стали.
По патенту РФ №57074 на полезную модель (МПК А01В 23/06 (2006.01), 2006 [4]) известен также диск вырезной сферический, изготовленный из качественной конструкционной стали, имеющий режущую кромку с вырезами в форме полукругов, заточку со стороны выпуклой поверхности диска, центральное круглое отверстие, угол, образуемый плоскостью вращения диска и заточкой, равный 48...52°, причем отношение радиуса кривизны диска к его диаметру составляет 0,9-1,1 (выбран в качестве прототипа).
Недостатком указанных дисков является повышенный износ рабочих кромок при работе дисков. Износ - изменение размеров, формы, массы или состояния поверхности изделия вследствие разрушения (изнашивания) микрообъемов поверхностного слоя изделия при трении, которое приводит к снижению функциональных качеств изделий.
При нормальных почвенных условиях работы известные дисковые рабочие органы бороны достаточно прорабатывают почву на глубину (6-8 см) при угле атаки 15-18 градусов. Однако такие условия бывают далеко не всегда. Более чем в 50% случаев почва бывает пересушенной или переувлажненной, особенно
осенью, после уборки пропашных предшественников, в том числе с погребенными древесными остатками. В этих случаях происходит интенсивный износ дисков борон.
У известных дисковых рабочих органов угол заострения дисков составляет 15-17 градусов, толщина лезвия - 0,15-0,5 мм. По агротехническим требованиям допустимой толщиной лезвия диска при его износе считается 1,5-2 мм. Однако даже в этом случае подрезание сорняков снижается до 75%. У дисков с затупленным лезвием до 2 мм сопротивление увеличивается до 35-40%. Заглубляемость дисков при этом резко падает. Тяговое сопротивление, например, двухследных полевых борон в зависимости от типа почвы и глубины обработки составляет 100-250 кг/м, с затупленными дисками - 150-400 кг/м., что увеличивает расход горючего.
Увеличению износостойкости диска способствуют как применение материалов с высокой износостойкостью, так и конструктивное решение, обеспечивающее компенсацию износа.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание диска с повышенным сроком службы для обработки почв на глубину до 20 см (оптимально 6-12 см).
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемой полезной моделью является повышение износостойкости дисков, увеличение срока службы дисков почвообрабатывающего орудия и повышение качества обработки почвы, в том числе заросших паров, с глубоким рыхлением и крошением почвы.
Сущность полезной модели состоит в том, что диск почвообрабатывающего орудия, со сферической сегментной поверхностью, изготовленный из качественной конструкционной стали, имеет режущую кромку с вырезами в форме полукругов, заточку со стороны выпуклой поверхности диска, при этом в зоне рабочей грани режущие кромки диска имеют наплавку твердым сплавом, при этом соотношение твердости диска к твердости наплавленного слоя 1,2-1,6, при этом угол заточки γ=20°±2°.
при этом твердость наплавленного слоя 51...59 HRCэ,
при этом рабочая грань диска имеет форму окружности.
Сущность полезной модели поясняется следующими графическими материалами.
На фигуре 1 показана схема формообразования диска, на фиг.2 - диск почвообрабатывающего орудия (вид А фиг.3); на фиг.3 - вид Б фиг.2; на фиг.4 -
пример выполнения диска почвообрабатывающего орудия (вид В фиг 5); на фиг.5 - вид Г фиг.4; на фиг.6 - схема края диска (увеличенный разрез Д-Д фиг.2, 4); на фиг.7 - схема использования диска.
Диск почвообрабатывающего орудия имеет форму, ограниченную сегментной поверхностью 1 - частью сферы 2, отсекаемой плоскостью 3 (фиг.1). Диск характеризуется радиусом кривизны R и диаметром D. Радиус кривизны R равен радиусу сферы. Диаметр D равен расстоянию между двумя наиболее удаленными точками диска. Ось 4 диска является осью его симметрии - это прямая, проходящая через центр упомянутой сферы 2 и нормальная к упомянутой плоскости 3.
Диск 5 может иметь форму сегментной поверхности (фиг.2, 3). При этом край 6 диска имеет форму окружности. Для увеличения режущей способности и эффективности край 6 диска 5 может быть содержать вырезы по краю сегментной поверхности в форме дуги с радиусом кривизны г (фиг.4, 5). Преимущественно, r≤0,1D (где D - диаметр диска). Предпочтительный диаметр D=500...650 мм. Этот диаметр создает необходимые условия для нормальной работы на глубине до 20 см (предпочтительно 6-12 см), но также и обеспечивает достаточный просвет между осью дисковой батареи и поверхностью поля. Увеличение диаметра диска ухудшает его заглубляемость вследствие возрастания вертикальной составляющей реакции почвы, увеличивается гребнистость поля, происходит забивание дисковых батарей и сгруживание почвы, нерационально тратится энергия на подъем и транспортирование почвы по сфере большой площади.
Э
Диск 5 выполнен из металла с твердостью 36,4÷46,8 HRC, например, из термообработанной высокоуглеродистой стали. Для повышения износостойкости и создания условий самозатачивания лезвие диска подвергают наплавке твердым сплавом. По своему краю с выпуклой стороны на площади, ограниченной /=25÷35 мм от края (фиг.6) диск 5 содержит наплавленный слой 8 сплава с большей твердостью (51÷59 HRCэ). Наплавка производится проволокой, предназначенной для получения наплавленного слоя металла, стойкого против интенсивного абразивного и гидроабразивного изнашивания с умеренными ударными нагрузками (например, проволокой ППН-502 (ПП-Нп-200×15С1ГРТ) по ГОСТ 26101-84 [5]).
Химический состав наплавленного металла, %
С
Cr
Mn
Si
S, не более
Р, не более
Ti
В
0,5-1,2
18-23
не более 1,0
не более 1,0
0,04
0,04
0,1-0,8
2,7-4,0
Край 6 диска является лезвием диска 5. Твердость металла на краю 6 диска с разных сторон различается в 1,2÷1,6 раза.
Со стороны вогнутой поверхности в области металла с меньшей твердостью край 6 диска 5 имеет заточку под углом γ=18÷22 градусов (с притупленностью δ=1÷2 мм).
Путем экспериментов выявлено, что указанное соотношение твердостей металла с разных сторон края 6 диска 5, а также угол заточки являются оптимальными для обработки почвы и создают хороший эффект самозатачивания. Если соотношение твердостей меньше 1,2, то происходит быстрое затупление лезвия, эффект самозатачивания незначительный и повышения износостойкости не происходит. Если соотношение твердостей больше 1,6, либо угол заточки γ меньше 18 градусов, то происходит чрезмерное заострение лезвия, приводящее, в итоге, к еще большему уменьшению угла заточки γ, и, как следствие, к обламыванию кончика лезвия, что является износом диска. При этом, чем легче условия работы, тем соотношение твердостей должно быть больше.
В близлежащей к оси 4 области диск имеет отверстия 7 для его крепления с возможностью свободного вращения к почвообрабатывающему орудию (не показано).
Диск почвообрабатывающего орудия используют следующим образом. Устанавливают диск 5 на почвообрабатывающем орудии с возможностью свободного вращения (фиг.7) так, чтобы он располагался под небольшими острыми углами к направлению движения (угол атаки α) и к вертикали (угол наклона β). При этом диск 5 ориентируют так, чтобы его внутренняя вогнутая поверхность была ориентирована вверх и вперед по ходу предполагаемого движения. Угол α выбирают, преимущественно, из диапазона 10÷25 градусов, а угол β - преимущественно из диапазона 10÷20 градусов.
При подготовке почвы под посев глубина обработки 6-8 см, при обработке паров 10-12 см, при заделке сидератов и заросших паров-10-12 см.
При движении диск 5 выполняет обработку почвы нижней частью своего края 6, заглубленного в почву. При этом за счет сферической формы диска 5, установки диска 5 с возможностью свободного вращения вокруг оси 4, а также его установки под углами атаки и наклона диск 5 вращается, разрезает пласты тяжелых почв, захватывает стебли и корни, находящиеся на поверхности поля и вдавливает их в почву. Ржущая кромка диска отрезает полоску почвы и поднимает ее на внутреннюю сферическую поверхность, затем почва падает и отводится диском в сторону. В результате перемещения по диску и падения почва крошится, оборачивается и перемешивается. Диск режущей кромкой измельчает растительные остатки и сорную растительность. При вращении диска 5 все участки его края 6 поочередно обрабатывают почву, что приводит к равномерному воздействию почвы на весь край 6 диска 5.
При эксплуатации диска 5 его край 6 испытывает наибольшее абразивное воздействие со стороны обрабатываемой им почвы. В других зонах диск 5 практически не изнашивается, поэтому изнашивание диска 5 в зоне его края 6 определяет износ диска 5 в целом. Выполнение внешнего слоя диска 5 в этой зоне 6 из металлического сплава большей твердости снижает скорость его износа в этом месте, что приводит к увеличению эксплуатационного ресурса всего диска.
Абразивное воздействие обрабатываемой почвы на край 6 диска 5 приводит к тому, что внутренний менее твердый слой металла стачивается быстрее, а внешний более твердый - медленнее. При этом обеспечивается толщина лезвия, равная толщине внешнего более твердого слоя. Угол заточки γ менее твердого слоя обеспечивает при этом достаточную прочность на изгибающие нагрузки края 6 диска 5, что предотвращает обламывание лезвия.
При обработке почвы используют преимущественно не один диск, а группы дисков, установленных на одном уровне и на некотором расстоянии друг от друга.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что в заявляемой полезной модели технический результат: «повышение износостойкости дисков, увеличение срока службы дисков почвообрабатывающего орудия и повышение качества обработки почвы» достигается за счет того, что диск почвообрабатывающего орудия, со сферической сегментной поверхностью, изготовленный из качественной конструкционной стали, имеет режущую кромку с вырезами в форме полукругов, заточку со стороны выпуклой поверхности диска, при этом в зоне рабочей грани режущие кромки диска имеют наплавку твердым сплавом, при этом соотношение твердости диска к твердости наплавленного слоя 1,2-1,6, при этом угол заточки γ=20°±2°; при этом твердость наплавленного слоя 51...59 HRCэ; при этом рабочая грань диска имеет форму окружности.
Выполнение диска почвообрабатывающего орудия в зоне наибольшего износа - на краю диска - из металла с большей твердостью (в 1,2-1,6 раз) позволяет при эксплуатации диска снизить скорость его износа в этой зоне.
Указанное двухслойное выполнение диска с указанным углом заточки позволяет оптимально обеспечить самозатачивание диска при эксплуатации. При этом режущая кромка не теряет остроту и обеспечивает хорошее срезание пласта почвы, ее переворот, измельчение растительных остатков и сорной растительности. Из этого вытекает также лучшее отделение растений, растущих на поверхности вспахиваемой площади, а следовательно, более эффективное проникновение и более легкое вращение дисков, которые таким образом работают в лучших условиях.
При использовании упрочнения диска тяжелой дисковой бороны наплавкой снижается потребность в высоколегированных инструментальных сталях, твердых сплавах, а также уменьшаются затраты труда и электрической энергии, потребляемых при переточке дисков.
Промышленные испытания дисков после упрочнения их рабочих кромок показали, что в среднем износостойкость и ресурс возрастают в 2-3 раза. Заявляемая полезная модель реализована из промышленно выпускаемых материалов, может быть изготовлена на любом машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в земледелии.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Патент РФ №2046578 на изобретение, МПК 6 А01В 15/16, А01В 5/00, 1995.
2. Патент РФ №2085061 на изобретение МПК 6 А01В 15/16, А01В 5/00, 1997.
3. Патент РФ №50360 на полезную модель МПК А01В 7/00 (2006.01), 2006.
4. Патент РФ №57074 на полезную модель МПК А01В 23/06 (2006.01), 2006.
5. ГОСТ 26101-84. Проволока порошковая наплавочная. Технические условия.