КУЛЬТИВАТОР СТРУННЫЙ

Область техники к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к почвообрабатывающим машинам.
Уровень техники
Известен культиватор, модуль (секция) которого включает в себя жесткий грядиль с размещенными на нем долотовидными лапами с пассивными ножами, между которыми в нижней части натянуты струны. Долотовидные лапы расположены со смещением относительно друг друга по направлению движения (Руденко Н.Е. Механизация ухода за пропашными культурами. - Ставрополь; АГРУС, 2005)
Основные недостатки:
Усложняется процесс замены струн в случае их разрыва. Сорняки смещаются и зависают на долотовидной лапе. Пассивный нож не перерезает их, так как не хватает противорежущего усилия в виду небольшой глубины хода струны.
Известно почвообрабатывающее орудие, содержащее опорные колеса, ножевидные стойки, между которыми закреплены напряженные струны. (Патент на полезную модель RU №76195 почвообрабатывающие орудие МПК A01B 35/06, опубл. 20.09.2008).
Основными недостатками является расположение струн перпендикулярно направлению движения. Это способствует зависанию на струнах растительных остатков, подрезанных корней. Кроме этого, они будут накапливать возле стоек, к которым струны крепятся. Усложнен процесс замены вышедших из строя струн.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту, принятый авторами за прототип является культиватор, включающий брус с опорными колесами, модули с двумя рабочими органами: струнамии катками. На культиваторе установлены модули с подрезающими растения органом в виде троса натянутым между двумя держателями в виде стоек. На крайних стойках установлены направляющие ролики и пружинное натяжное устройство. За тросовым рабочим органом расположен планчатый каток (Н.А. Теличкина Культиватор для предпосевной обработки с тросовым рабочим органом// Тракторы и сельхозмашины, 2014, №8, с 5…7).
В качестве недостатков данного культиватора необходимо отметить следующее. Из-за большого коэффициента трения растения о трос, необходимо существенно уменьшать угол между тросом и направлением движения до 30°. В противном случае растения будут зависать на тросе. Это приводит к увеличению металлоемкости культиватора.
Отсутствуют перекрытия между модулями культиватора, что ведет к огрехам при обработке почвы.
На стойках зависают сорняки, что нарушает технологический процесс. Тросовый рабочий орган не может работать на глубине 2…3 см, что необходимо, например, при предпосевной обработке почвы под сахарную свеклу, рапс. При разрыве троса увеличивается простой техники на его замену.
Раскрытие полезной модели
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предложенной полезной модели, сводится к повышению надежности технологического процесса, обеспечению глубины обработки почвы 2.…3 см, упрощению конструкции.
Культиватор струнный содержит модули, каждый их которого включает два рабочих органа: струнный и прутковый каток, при этом струнный рабочий орган выполнен в виде двух плоских дисков, заточенных по окружности, расположенных со смещением относительно друг друга в направлении движения с установленными между ними равномерно по окружности четырьмя струнами, при этом плоские диски и ступицы пруткового катка через держатели и поперечину связанны с грядилем, выполненным в виде плоской листовой пружины, причем держатели соединены с плоскими дисками через квадратные оси. Концевые части струн соединены с цилиндрическими пружинами растяжения. Один ряд прутков пруткового катка расположен параллельно оси, другой - под прямым углом к направлению движения.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 - схема культиватора, вид сверху;
На фиг. 2 - плоский диск, вид сбоку;
На фиг. 3 - схема взаимодействия плоских дисков с почвой; Осуществление полезной модели
Культиватор струнный состоит из бруса 1 (фиг. 1) с опорными колесами 2. К брусу 1 крепятся модули 3. Каждый модуль 3 включает два рабочих органа: струнный 4 и прутковый каток 5. Струнный рабочий орган содержит два плоских диска 6 и 7 толщиной 2…3 мм причем, плоский диск 7 смещен вперед, относительно плоского диска 6. Расстояние между плоскими дисками 6 и 7 по горизонтали 1 м =1000 мм. Плоские диски 6 и 7 заточены по окружности. Они имеют квадратные оси 8, на которых надеты держатели 9, связанные с поперечиной 10. Поперечина 10 соединена с грядилем 11, выполненным в виде плоской листовой пружины.
На плоских дисках 6; 7 сделаны по четыре отверстия 12 (фиг. 2) для струн 13. Концевые части струн 13 соединены с цилиндрическими пружинами растяжения 14. К этой же поперечине 10 закреплены держатели 15 связанные со ступицами пруткового катка 5. Один ряд прутков 16 расположен параллельно оси катка, другой 17 под прямым углом к направлению движения.
Из ΔOAC (фиг 3):
где R - радиус диска, м
Д
h - глубина хода диска, м;
Отсюда:
Д
R·cosα=R-h;
Д
R(1-cosα)=h.
1
2
Чтобы диск разрезал почву и перерезал стебли растений на поверхности поля, угол защемления α должен быть меньше суммы углов трения стеблей φ и почвы φ о лезвие диска:
1
2
α≤(φ+φ).
Тогда:
Д
1
2
Например, при глубине хода плоского диска h=0,04 м, φ=22°, φ=26° (Кленин Н.И., Сакун В.А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. - М.: Колос, 1994). Исходя из формулы:
м.
П
Принимаем диаметр плоского диска D=250 мм.
6
2
Плоские диски 6; 7 заглублены на 4…5 см, а струны соответственно на 2,0…3,0 см. Струны изготавливают из высокопрочной и износостойкой стали (например магранцевистой Ст 65Г или хромованадиевой Ст 50ХФА) имеющих прочность растяжения [σ=150·10 Н/м])
Определим требуемый диаметр струны, используя формулу:
,
p
где F - усилие растяжения струны,
p
F=k·d·l, Н
где k - удельное сопротивление резания почвы, КПа.
max
k=1,2…1,4кПа (А.В. Красильников, справочник конструктора сельскохозяйственных машин. М., 1961. - с. 3).
l - длина струны, м. l=1,3 м
Отсюда:
,
,
Тогда:
мм
Следовательно, диаметр струны должен быть 1,5…2,0 мм.
Для того, чтобы происходило смещение подрезаемых сорняков вдоль струны 13 угол β между ней и направлением движения должен быть равен: β=90-φ,
где φ - угол трения растительности по струне, град.
При известном значении φ=26…30°
β≤90-30°<60° Угол наклона к поперечине 10 составляет 30°.
Стабильную глубину хода каждого модуля поддерживает грядиль 11.
Прутковый каток 5 выполнен также ⌀250 мм. Чтобы стабилизировать боковые нагрузки, угол установки одного ряда прутков 17 к оси 30°, что составляет 90° к направлению движения.
В процессе работы на грядиль 11 в вертикальной плоскости действует сила:
в
с
к
F=(m+m)·g, H.
с
где m - масса струнного рабочего органа, кг;
к
m - масса пруткового катка, кг;
2
g=9,8 м/с - ускорение свободного падения.
c
к
При известных значениях m=5,2 кг; m=14,1 кг.
в
F=(5,2+14,1)·9,8=189,1 Н
При клиренсе бруса P=250 мм и диаметре струнного рабочего органа и катка D=250 мм, угол установки грядиля к горизонтальной плоскости γ=15°, длина грядиля 11:
;
мм.
г
Принимаем l=850 мм =0,85 м.
н
При ширине грядиля 11b=100 мм =0,1 м., его толщина:
и
где [σ] - допускаемое напряжение, Па.
м
n
Принимаем t=7,5 мм.
Работает культиватор следующим образом. В процессе движения плоские диски 6; 7 заточенные по окружности разрезают почву и перерезают растительные остатки (фиг. 3). Плоские диски 6; 7 одного модуля перемещаются по следу плоских дисков другого модуля, что обеспечивает обработку всей площади поля. На гладкой струне сорняки не зависают. Струна 13 может работать на глубине 2…3 см, причем при любых погодных условиях. Смещаемые по струне 13 сорняки попадают на диск 6; 7 и перерезаются, что исключает их зависание. Струны 13 в процессе работы вибрируют благодаря наличию цилиндрических пружин растяжения 14, что улучшает освобождение их от сорняков. Большинство сорняков вычесываются вместе с корневой системой, что исключает их дальнейшее приживание. При разрыве струны 13 плоские диски 6; 7 поворачивают на 90°, включая в работу другую из четырех струн. Идущий сзади прутковый каток крошит комки почвы в верхнем слое. Расположенные параллельно оси прутки 16 выравнивают поверхность, а под прямым углом к направлению движения прутки 17 крошат комочки почвы, стабилизируют ход модуля 3. С помощью пруткового катка 5 выдерживается глубина обработки струной 13.
По сравнению с прототипами и известными техническими решениями, предлагаемый культиватор имеет следующие преимущества:
- культиватор струнный может работать при различных погодных условиях: при засухе струны не выносят влажную почву на дневную поверхность; при влажной почве - на струну не налипает почва. Все это увеличивает годовую загрузку;
- обеспечивается крошение почвы и выравнивание поверхности;
- обрабатывается почва на всей площади поля;
- сорняки не зависают на струне, не происходит нарушения технологического процесса;
- струны просто заменяются;
- культиватор струнный может обрабатывать почву на глубине 2…3 см, что не может ни один культиватор.
- модульный принцип культиватора позволяет работать с любыми энергетическими средствами.