Корпус плуга для вспашки почвы

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, а конкретно к почвообрабатывающим орудиям.
1
2
Известны теоретические исследования лемешно-отвальной поверхности как развитие трехгранного клина (см. Л.В. Гячев. Теория лемешно-отвальной поверхности. Зерноград, 1961 г.). Согласно полученным результатам теоретических исследований положение лемешно-отвальной поверхности в пространстве можно охарактеризовать двумя углами (фиг. 2), а именно двугранным углом ε между касательной плоскостью и плоскостью дна борозды xoy и углом γ между следом касательной плоскости на плоскости xoy и направлением движения корпуса (осью ox). При этом перемещение почвы характеризуется двумя видами траекторий: абсолютной по отношению к неподвижной системы отсчета и относительной - вдоль самой лемешно-отвальной поверхности. Направление в пространстве касательной прямой к относительной траектории частицы пласта в текущей точке (фиг. 2) определяется двумя углами: угол α между осью oz и проекцией на плоскость yoz касательной прямой AF к относительной траектории и углом β между касательной AF и осью ox. После разгибания развертывающей поверхности корпуса плуга в плоскость относительная траектория станет плоской кривой MM, а ее касательная составит с лезвием лемеха в развертке угол η (фиг. 3). Именно под этим углом происходит движение пласта почвы вдоль лемешно-отвальной поверхности.
Известны теоретические исследования формы и параметров рыхлительных рабочих органов для снижения энергоемкости обработки почвы (см. В.И. Ветохин. Обоснование формы и параметров рыхлительных рабочих органов с целью снижения энергозатрат на обработку почвы, дис. канд. техн. наук: 05.20.01. - Москва, 1991 г. - 330 с). Согласно полученным результатам исследований, уменьшить энергоемкость обработки почвы можно путем снижения скорости и доли деформации сжатия, а также за счет использования эффекта Баушингера. При этом математическое описание формы продольного профиля рабочей поверхности рыхлителя, исходя из условия равномерного распределения давления на рабочей поверхности, задается выражением:
где y, x - соответственно ордината и абсцисса оси пласта;
q - величина равномерно распределенной силы, действующей на пласт;
- длина пласта на которой приложена распределенная сила;
Е - модуль упругости почвы;
z
J - момент инерции сечения пласта.
Знаменатель в представленном выражении показывает взаимосвязь формы продольного профиля рабочей поверхности рыхлителя, т.е. изменение ее кривизны, размеров пласта и физико-механических свойств конкретной почвы. Таким образом, для снижения энергоемкости обработки почвы радиус кривизны рабочей поверхности корпуса плуга должен быть не более фиксированной величины для конкретных параметров процесса вспашки. Для использования эффекта Баушингера развитие тенденции вогнутой кривизны полученного профиля рабочей поверхности переходит в выпуклую форму.
Известен корпус плуга (см. А. С. SU 686647, А01В 15/08, от 25.09.79 - аналог), содержащий лемех и отвал, состоящий из груди отвала и крыла, при этом рабочая поверхность отвала выполнена таким образом, что ее сечения горизонтальными секущими плоскостями представляют собой S-образные кривые, вогнутые в сторону борозды на груди отвала и выпуклые на крыле отвала.
Недостатком указанного корпуса плуга является высокая энергоемкость. Это обуславливается тем, что S-образные кривые выполнены горизонтально, т.е. происходит не совпадение вогнуто-выпуклой формы лемешно-отвальной поверхности и траектории движения пласта. В результате этого, помимо деформации сжатия и растяжения, добавляется деформация изгиба пласта, что приводит к повышению энергоемкости, поскольку сопротивление изгиба пласта значительно (6-10 раз) превосходит сопротивление ее разрыва.
Известен плужный корпус (см. А. С. SU 1521308, А01В 15/08, от 15.11.89 - прототип), содержащий стойку, башмак, лемех, полевую доску и отвал, состоящий из груди и крыла, рабочей поверхности отвала с сечения секущими плоскостями, представляющими собой кривые переменной кривизны по высоте отвала, при этом кривизна горизонтальных сечений на груди отвала выпукла в верней части и вогнута в нижней части, а кривизна горизонтальных сечений на крыле отвала вогнута в верхней части и выпукла в нижней части.
Недостатком указанного плужного корпуса является плохой оборот пласта при переходе пласта на верхнюю часть груди и крыло отвала. Указанный недостаток обуславливается тем, что при движении пласта почвы по рабочей поверхности за счет того, что кривизна горизонтальных сечений на груди отвала выпукла в верней части и вогнута в нижней части, а кривизна горизонтальных сечений на крыле отвала выпукла в нижней части, пласт почвы дополнительно изгибается, что будет способствовать его лучшему обороту. Однако если пласт почвы во время его обработки находится в «спелом» состоянии, то при его движении от груди отвала к крылу он находится в частично раскрошенном состоянии, т.е. происходит перераспределение сил тяжести по пласту или образование нескольких центров тяжести вместо одного. В таком случае при движении пласта по верхней вогнутой части крыла отвала он не будет опираться на рабочую поверхность, а связности пласта будет не достаточно для его оборота, и будет происходить сгруживание пласта без его оборота.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является улучшение оборота пласта и снижение энергоемкости.
Технический результат достигается тем, что корпус плуга для вспашки почвы, содержащий стойку, башмак, лемех, полевую доску и отвал, состоящий из груди отвала и крыла, рабочей поверхности отвала с сечениями секущими плоскостями, представляющими собой кривые переменной кривизны по высоте отвала, при этом сечение нижней части отвала вогнуто на груди отвала и выпукло на крыле, согласно полезной модели, сечения нижней части рабочей поверхности отвала секущими плоскостями параллельными касательным к траектории движении пласта на груди отвала имеют радиус кривизны, обеспечивающий снижение деформаций изгиба пласта и не более величины, определяемой по выражению:
a
R=kb,
где R - радиус кривизны, мм;
k - коэффициент пропорциональности, характеризующий параметры вспашки;
а
- глубина вспашки, мм;
b - ширина вспашки, мм,
а сечения верхней части отвала выполнены выпуклыми на груди и крыле отвала.
Новизна заявленного технического результата обусловлена следующим. При движении почвы по рабочей поверхности плуга происходит оборот вокруг вершин пласта, который по форме сечения представляет собой прямоугольник. В процессе оборота пласта происходит его вращение и сдвиг, тем самым смещается его центр тяжести относительно центра поворота, что является необходимым условием (Горячкин В.П. Собрание сочинений. Том второй). При движении почвы по нижней части груди отвала, за счет того, что сечения нижней части рабочей поверхности отвала секущими плоскостями параллельными касательным к траектории движении пласта на груди отвала вогнуты на груди отвала и выпуклы на крыле отвала, центр тяжести пласта относительно центра поворота начинает смещаться к стенке борозды. Дальнейшие перемещение пласта вверх по груди отвала, за счет того, что сечения верхней части груди отвала выпуклы, приводит к смещению центра тяжести относительно центра поворота от стенки борозды, что приводит к началу его оборота. При поступлении пласта на крыло отвала, за счет того, что сечения нижней и верхней части выпуклы, центр тяжести смещается за центр поворота, что приводит к его полному обороту.
Кроме того, использование лемешно-отвальной поверхности с сечениями нижней части рабочей поверхности отвала секущими плоскостями параллельными касательным к траектории движении пласта на груди отвала вогнутыми на груди отвала и выпуклыми на крыле отвала, с кривизной рабочей поверхности не более фиксированной величины для конкретных параметров процесса вспашки, позволяет объем почвы, подвергшийся предельной деформации сжатия на вогнутом участке, деформировать с растяжением на участке с выпуклой формой, при этом снижаются деформации изгиба пласта, что и приводит к снижению энергоемкости процесса.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид корпуса плуга для вспашки почвы, на фиг. 2 - схема для определения углов взаимодействия пласта почвы с лемешно-отвальной поверхностью, на фиг. 3 - схема расположения угла η в развертке между касательной к относительной траектории движении пласта и лезвием лемеха, на фиг. 4 - сечение А-А, на фиг. 5 - сечение Б-Б.
Корпус плуга для вспашки почвы (фиг. 1) содержит стойку 1, к которой крепится башмак 2. На башмак 2 крепится лемех 3, полевая доска 4 и отвал 5, который состоит из груди отвала 6 и крыла отвала 7. Сечения рабочей поверхности отвала 5 секущими плоскостями представляют собой кривые переменной кривизны по высоте отвала 5, при этом сечения нижней части рабочей поверхности отвала 5 секущими плоскостями параллельными касательным к траектории движении пласта на груди отвала 6 вогнуты на груди отвала 6 и выпуклы на крыле отвала 7 (фиг. 4) и имеют радиус кривизны, обеспечивающий снижение деформаций изгиба пласта и не более величины, определяемой по выражению:
a
R=kb,
где R - радиус кривизны, мм;
k - коэффициент пропорциональности, характеризующий параметры вспашки;
а
- глубина вспашки, мм;
b - ширина вспашки, мм,
а сечения верхней части отвала 5 выполнены выпуклыми на груди 6 и крыле 7 отвала 5 (фиг. 5).
Корпус плуга для вспашки почвы работает следующим образом.
1
2
При движении корпуса плуга для вспашки почвы, лемех 3 подрезает пласт почвы в горизонтальной плоскости, а полевой обрез (не указан) груди отвала 6 отрезает пласт в вертикальной плоскости и подают его на грудь отвала 6. Движение пласта почвы по отвалу 5 происходит вдоль своей относительной траектории, которая после разгибания развертывающей поверхности корпуса плуга в плоскость представляет собой плоскую кривую ММ, а ее касательная составляет с лезвием лемеха в развертке угол η (фиг. 3). При движении почвы по отвалу 5 пласт сдвигается и крошится. За счет того, что сечения рабочей поверхности отвала 5 секущими плоскостями параллельными касательным к траектории движении пласта на груди отвала 6 представляют собой кривые переменной кривизны по высоте отвала 5 с радиусом кривизны не более величины, определяемой по выражению:
a
R=kb,
где R - радиус кривизны, мм;
k - коэффициент пропорциональности, характеризующий параметры вспашки;
а
- глубина вспашки, мм;
b - ширина вспашки, мм,
при этом сечения нижней части рабочей поверхности отвала 5 секущими плоскостями параллельными касательным к траектории движении пласта на груди отвала 6 вогнуты на груди отвала 6, то угол между образующими и стенкой борозды и деформации изгиба пласта постоянно уменьшается, что тем самым снижает сопротивление почвы при ее движении вверх по ней. При дальнейшем перемещении почвы вдоль своей относительной траектории от груди отвала 6 к крылу отвала 7, за счет плавного изменения кривизны сечений, образованных секущими плоскостями параллельными касательным к траектории движении пласта на груди отвала 6, на противоположную, деформация пласта сжатием на вогнутом участке меняется на деформацию пласта с растяжением на выпуклом участке, что приводит к снижению энергоемкости процесса. При дальнейшем подъеме пласта вверх по рабочей поверхности отвала 5, за счет того что кривизна сечений, образованных секущими плоскостями параллельными касательным к траектории движении пласта на груди отвала 6, переменна по высоте отвала 5, а вверху отвала 5 сечения выполнены выпуклыми, то при движении почва дополнительно получает крутящий момент в плоскости параллельной к относительной траектории движения пласта и оборачивается. Полевая доска 4, прикрепленная к стойке 1 через башмак 2, за счет сил давления пласта на лемех 1 и отвал 5, упирается в стенку борозды, что позволяет сохранить прямолинейное устойчивое движение корпуса плуга для вспашки почвы.
Таким образом, предложенный корпус плуга для вспашки почвы обеспечивает достижение технического результата.
Полезная модель промышленно применима и может быть реализована в условиях завода или другого промышленного предприятия.