Культиваторная лапа
CULTIVATOR SHOVEL

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к орудиям для обработки почвы, и может быть использовано при изготовлении и ремонте культиваторных лап современных высокопроизводительных и высокоресурсных культиваторов для сплошной и междурядной обработки почвы.
Известна культиваторная лапа, содержащая носовую часть, симметрично расположенные крылья с лезвийной частью и хвостовик для крепления лапы к стойке культиватора [Кленин Н.И., Сакун В.А. Сельскохозяйственные машины. – М.: Колос, 1994, 751 с. - стр. 139)]. Толщина крыльев лапы составляет 4-8 мм, угол заострения лезвий 12-15°.
К недостаткам известной культиваторной лапы относятся следующие.
Технический ресурс, в случае обычно применяемых для ее изготовления стали марки 65Г и в зависимости от гранулометрического состава обрабатываемых почв, не превышает 7-15 га вследствие интенсивного абразивного изнашивания носовой и лезвийных частей крыльев лапы. Обусловлено это тем, что твердость материала лап, получаемая в процессе их изготовления, находится в пределах 37-43 единиц HRC, что значительно меньше твердости абразивных частиц почвы. Кроме того, согласно агротехническим требованиям к культиваторам толщина режущих кромок лезвий лап не должна превышать 1 мм. Однако в процессе эксплуатации культиваторов, из-за большого контактного давления и абразивного воздействия почвы, лезвия лап быстро затупляются и толщина режущей кромки возрастает до 3-5 мм, что приводит к потере работоспособности культиваторных лап. В результате нарушается технологический процесс культивации: ухудшается рыхление лапами почвы и подрезание корней сорных растений, возрастают тяговое сопротивление почвообрабатывающих орудий и расход топлива двигателями тракторов, не обеспечивается равномерность глубины обработки почвы. Для восстановления работоспособности культиваторных лап необходимо часто проводить их трудоемкую кузнечную оттяжку и заточку. При уменьшении ширины крыльев лап до предельно допустимого значения (50-60% от номинального размера новой лапы) они выбраковываются, т.е. большая часть материала лап и затрат на их изготовление не используются.
Также известна культиваторная лапа, у которой на краю режущих лезвий нанесен методом наплавки слой износостойкого материала [Патент РФ №2216138, МПК А01В 35/20. Опубл. 20.11.2003]. В процессе работы культиваторной лапы происходит неравномерный износ слоев лезвия, вследствие чего режущая кромка становится тоньше общей толщины лезвия, что обеспечивает повышение качества и снижение удельной энергоемкости процесса обработки почвы.
Вместе с тем, существующее решение имеет существенные недостатки - процесс самозатачивания лезвий обеспечивается только на определенных типах почв, что ограничивает применение существующего технического решения. Например, на песчаных почвах происходит очень быстрое самозатачивание лезвия, что приводит к обламыванию тонкого слоя лезвия, образованного износостойким материалом, и его непроизводительные потери. На черноземных почвах, наоборот, отсутствует эффект самозатачивания, что вызывает образование затылочной фаски лезвий, вызывающей выглубление из почвы рабочих органов культиватора. При этом, за счет прямолинейной формы режущих кромок лезвий, не обеспечиваются необходимое крошение почвы и перерезание сорных растений, что ухудшает качество обработки почвы. Кроме того, работоспособность лап с наплавленными износостойким материалом лезвиями невозможно восстановить кузнечной оттяжкой, и при уменьшении ширины крыльев лап они также выбраковываются.
В качестве прототипа изобретения принята лапа культиватора, содержащая хвостовик, носовую часть, основание, левое и правое крылья с накладными элементами треугольной формы [Пат. Украины №24403, А01В 33/00. - Заявл. 14.03.2007; опубл. 25.06.2007, Бюл. №9].
Известная лапа культиватора содержит носовую часть, основание с симметричными левым и правым крыльями и хвостовик для крепления лапы к стойке культиватора. На носовой части лапы закреплен центральный накладной элемент треугольной формы, вершина которого выступает вперед относительно линии лезвия носовой части. На каждом из крыльев лапы установлены накладные элементы треугольной формы таким образом, что их вершины совпадают с линиями лезвий крыльев лапы, а боковые края выступают за линии лезвий крыльев лапы, образуя ступенчатую режущую кромку. Толщина каждого накладного элемента меньше толщины основания лапы.
Прототип имеет следующие недостатки.
В процессе эксплуатации лапы культиватора происходит интенсивное изнашивание неупрочненных краев накладных элементов, выступающих за линии лезвий крыльев лапы, вследствие большого давления на них почвы с абразивными частицами. Так как носовая часть лапы воспринимает большее давление почвы, чем крылья лапы, то при одинаковой толщине накладной элемент носовой части изнашивается быстрее, чем накладные элементы крыльев. При этом высока вероятность излома плоских накладных элементов под действием вертикальной составляющей силы сопротивления почвы. Вследствие указанных причин происходят потеря работоспособности лапы культиватора, ухудшение качественных показателей технологического процесса культивации и возрастание тягового сопротивления почвообрабатывающих орудий, а также возникает необходимость дополнительных затрат на их ремонт.
Существенными признаками изобретения, совпадающими с признаками прототипа, является наличие в лапе культиватора хвостовика, носовой части, основания с симметричными левым и правым крыльями, а также установленных в носовой части и на крыльях накладных элементов, края которых образуют режущую кромку.
Техническим результатом изобретения является обеспечение необходимых качественных показателей технологического процесса культивации, повышение безотказности, долговечности и ремонтопригодности культиваторной лапы в различных условиях эксплуатации на разных типах почв, уменьшение затрат на ремонт и снижение тягового сопротивления почвообрабатывающих орудий.
Техническое решение - культиваторная лапа содержит хвостовик, носовую часть, основание с симметричными левым и правым крыльями, а также установленные в носовой части и на крыльях накладные элементы, при этом накладные элементы в виде изогнутых пластин, изготовленных из износостойкой легированной стали, прикреплены к основанию и носовой части с нижней стороны лапы выпуклой стороной вниз при помощи болтовых соединений так, что их края выступают вперед от передних границ основания лапы на 15-20 мм, образуя режущую кромку, причем центральный накладной элемент носовой части выполнен с двусторонним стреловидным заострением и двусторонней упрочняющей плазменно-порошковой наплавкой по форме логарифмической кривой на нижней стороне его лезвий, а боковые накладные элементы крыльев выполнены в форме параллелограмма с поочередным, начиная со среднего, чередованием двусторонней упрочняющей плазменно-порошковой наплавки по форме логарифмической кривой на нижней стороне их лезвий, причем толщина пластин центрального и боковых накладных элементов составляет соответственно  и  толщины основания лапы.
Между совокупностью существенных признаков изобретения и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь. Выполнение накладных элементов в виде изогнутых пластин выпуклой стороной вниз повышает их жесткость, предотвращая излом под действием вертикальной составляющей силы сопротивления почвы. Применение для изготовления накладных элементов износостойкой легированной стали позволяет выполнять их термическую обработку до 55-60 единиц HRC, что в сочетании с двусторонней упрочняющей плазменно-порошковой наплавкой по форме логарифмической кривой на нижней части лезвий многократно повышает их стойкость против изнашивания абразивными частицами почвы. Выполнение центрального накладного элемента носовой части с двусторонним стреловидным заострением, а боковых накладных элементов крыльев в форме параллелограмма позволяет при износе одного из лезвий накладных элементов переустанавливать их на лапе с разворотом на 180°, благодаря чему повышается долговечность и обеспечивается ремонтопригодность культиваторной лапы в различных условиях эксплуатации на разных типах почв. Соотношение толщины пластин центрального и боковых накладных элементов соответственно  и  толщины основания лапы обеспечивает равностойкость накладных элементов к изнашиванию при обработке почвы, а их крепление к основанию лапы при помощи болтовых соединений позволяет производить их быструю замену при ремонте, что в совокупности позволяет уменьшить затраты на ремонт. Поочередное, начиная со среднего, чередование элементов с двусторонней упрочняющей плазменно-порошковой наплавкой в форме логарифмической кривой на нижней стороне лезвий накладных элементов, края которых выступают вперед от передней границы основания лапы на 15-20 мм, и накладных элементов без наплавки приводит к тому, что в начальный период эксплуатации культиваторной лапы накладные элементы без наплавки изнашиваются быстрее элементов с наплавкой, вследствие чего режущая кромка лапы приобретает зубчатую форму с выступами и впадинами. При взаимодействии такого зубчатого лезвия с почвой контактное давление концентрируется на упрочненных выступах, способствуя эффективному скалыванию почвы, одновременно происходит ее скольжение во впадинах между выступами с минимальным сопротивлением. В результате перераспределения контактного давления и скольжения почвы вдоль лезвия происходит самозатачивание его режущей кромки. Скалывание почвы выступами лезвия с ее скольжением и эффектом самозатачивания режущей кромки в совокупности приводят к существенному снижению сопротивления при обработке почвы, а благодаря этому также уменьшается износ и увеличивается долговечность культиваторной лапы.
Совокупность признаков изобретения, отличающих его от прототипа, новая, она обеспечивает достижение технического результата, а следовательно, изобретение по сравнению с прототипом соответствует критериям «новизна» и «существенные отличия».
Сущность изобретения поясняется графическим материалом, где
на фиг. 1 показана схема культиваторной лапы (вид сверху),
на фиг. 2 показана схема культиваторной лапы (вид снизу),
на фиг. 3 показан поперечный разрез по А-А на фиг. 2.
Культиваторная лапа содержит хвостовик 1, носовую часть 2, основание 3 с симметричными левым 4 и правым 5 крыльями. В носовой части 2 прикреплен с нижней стороны к основанию 3 при помощи болтового соединения 8 центральный накладной элемент 6 в виде изогнутой пластины выпуклой стороной вниз с двусторонним стреловидным заострением и двусторонней упрочняющей плазменно-порошковой наплавкой 9 по форме логарифмической кривой на нижней стороне его лезвий. На крыльях 4 и 5 закреплены с нижней стороны при помощи болтовых соединений 8 боковые накладные элементы 7 в виде изогнутых пластин параллелограммной формы выпуклой стороной вниз с поочередным, начиная со среднего, чередованием двусторонней упрочняющей плазменно-порошковой наплавки 10 по форме логарифмической кривой на нижней стороне их лезвий. Края накладных элементов 6 и 7 выступают вперед от передних границ 11 основания лапы 3 на расстояние 15-20 мм, образуя режущие кромки 12. Толщина пластин центрального 6 и боковых 7 накладных элементов составляет соответственно  и  толщины основания 3 лапы.
Культиваторная лапа с накладными элементами функционирует следующим образом. При движении в почве центральный заостренный износостойкий накладной элемент 6 носовой части 2 лапы легко внедряется в почву и рыхлит ее, тем самым в значительной мере снижая нагрузку на режущие кромки 12 крыльев 4 и 5. При этом образуется полоса почвы, разрыхленная накладным элементом 6, которая шире элемента 6 за счет бокового скалывания почвы. Затем в работу вступают боковые крылья 4, 5 лапы с накладными элементами 7, которые расширяют зону рыхления почвы и подрезают корневища сорняков. При этом особую роль имеет форма режущей кромки 12 крыльев 4, 5 лапы за счет поочередного чередования двусторонней упрочняющей плазменно-порошковой наплавки 10 по форме логарифмической кривой на нижней части лезвий накладных элементов 7, края которых выступают вперед от передних границ 11 основания лапы на 15-20 мм, и то, что в начальный период эксплуатации культиваторной лапы накладные элементы 7 без наплавки изнашиваются быстрее элементов с наплавкой, вследствие чего режущая кромка 12 лапы приобретает зубчатую форму с выступами и впадинами. При взаимодействии такого зубчатого лезвия с почвой контактное давление концентрируется на упрочненных выступах, способствуя эффективному скалыванию почвы, одновременно происходит ее скольжение во впадинах между выступами с минимальным сопротивлением. В результате перераспределения контактного давления и скольжения почвы вдоль лезвия происходит самозатачивание его режущей кромки 12. Скалывание почвы выступами лезвия с ее скольжением и эффектом самозатачивания режущей кромки 12 в совокупности приводят к существенному снижению сопротивления при обработке почвы, а благодаря этому также уменьшается износ и увеличивается долговечность культиваторной лапы.
При износе одних сторон центрального 6 и боковых 7 накладных элементов их можно легко переустанавливать их лапе с разворотом на 180°, а при полном износе так же легко заменить на новые, без выполнения кузнечной оттяжки и заточки культиваторной лапы, что дополнительно повышает долговечность и обеспечивает ремонтопригодность культиваторной лапы в различных условиях эксплуатации на разных типах почв.
Созданная культиваторная лапа обладает повышенной работоспособностью, долговечностью и ремонтопригодностью в различных условиях эксплуатации на разных типах почв и обеспечивает уменьшение затрат на ремонт и снижение тягового сопротивления почвообрабатывающих орудий.