ДИСКОВОЕ ОРУДИЕ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
DISC TOOL FOR SURFACE TREATMENT OF SOIL

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к дисковым орудиям для рыхления и выравнивания верхнего слоя почвы, разрушения комков, почвенной корки и уничтожения сорняков. Оно может быть использовано в качестве как самостоятельного орудия, так и модуля комбинированных почвообрабатывающих агрегатов.
Известны почвообрабатывающие орудия, содержащие раму с опорными колесами, рыхлительные лапы, прутковые выравнивающие устройства и рабочие батареи, круглые плоские или плоскозубчатые диски которых наклонно закреплены на валу (а.с. СССР №586859, А01В 49/02, опубл. 05.01.1978, Бюл. №1; а.с. СССР №1501939, А01В 49/02, опубл. 23.08.1989, Бюл. №31 и патент РФ №2117419, А01В 7/00, А01В 21/08, опубл. 20.08.1998).
К недостаткам данных орудий относятся неравномерность глубины обработки, забивание междискового пространства почвой, износ шарниров рабочих секций и низкая эффективность работы из-за нестабильной динамики самих дисковых батарей.
Известно также комбинированное почвообрабатывающее орудие, содержащее раму с опорными колесами, рыхлительные лапы, выравнивающее устройство, а также ротационную батарею с приводом, эллипсовидные рабочие диски которой жестко установлены на валу под произвольным углом (а.с. СССР №1662377, А01В 49/02, опубл. 15.07.1991, Бюл. №26).
Однако закрепление эллипсовидных дисков с произвольными параметрами к оси под произвольным углом α=10…30° превращает их по сути в наклонные эллипсовидные диски, которые неравномерно обрабатывают почву и способствуют к появлению динамических нагрузок на механизм привода и подшипниковые опоры.
Наиболее близким техническим решением к данному изобретению по своей сущности является дисковая борона (патент РФ на полезную модель №89920, МПК А01В 23/00, опубл. 27.12.2009). Она содержит раму и по меньшей мере две батареи с рабочими органами, выполненными в виде круглых плоских дисков, которые жестко закреплены на валу под определенным углом. Для синхронизации работы валы батарей кинематически соединены между собой при помощи цепной передачи.
Однако данное техническое решение, как и аналоги, имеет существенные недостатки, которые приводят к снижению эффективности работы дисковой бороны в целом. Дело в том, что в результате наклонного закрепления круглых плоских дисков на валу их профильные проекции, т.е. проекции на плоскость, перпендикулярную к оси вращения, получаются в виде эллипсов. По этой причине в процессе работы рама бороны вместе с дисками начинает совершать в вертикальной плоскости колебательное движение, т.е. начинает «прыгать». Чем больше угол наклона дисков, тем больше амплитуда вертикальных колебаний. Это, в свою очередь, нарушает не только процесс захода рабочих дисков в почву, но и ухудшает кинематику скользящего резания пласта. Кроме этого, при обработке влажных почв здесь наблюдается забивание батарей глыбами и растительными остатками.
Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства.
Технический результат достигается тем, что рабочие органы батарей предлагаемого орудия выполнены эллипсовидными и жестко закреплены на валу, причем большие оси эллипсов при этом наклонены к оси вала под углом α=arcsin [D/(2а)], где D - диаметр эллипсовидного диска в профильной плоскости, 2а - большая ось эллипса. Для взаимного уравновешивания боковых усилий большие оси эллипсов смежных дисков повернуты одна относительно другой вокруг оси вала по часовой стрелке на угол β=180k/(n-1), где n - количество эллипсовидных дисков в батареи, k - нечетное количество периодов суммарного поворота дисков на 180 градусов. Помимо этого, для обеспечения самоочищения диски задней батареи конструктивно расположены между дисками передней батареи.
По совокупности признаков предлагаемое техническое решение соответствует критерию «новизна», поскольку рабочие органы батарей, в отличие от прототипа, выполнены эллипсовидными и установлены на валах под расчетным углом α. Одновременно диски закрепляются на валах с поворотом относительно друг друга по часовой стрелке также на расчетный угол β.
Дисковое орудие соответствует критерию «изобретательский уровень», так как заявленное техническое решение не является очевидным, предложено впервые и в совокупности признаков обеспечивает решение актуальной технической задачи.
На фиг. 1 представлена конструктивная схема предлагаемого орудия в рабочем положении, выполненная в варианте самостоятельного почвообрабатывающего агрегата, на фиг. 2 - то же, вид сверху, на фиг. 3 - вид А на фиг. 2, а на фиг. 4 показана схема закрепления эллипсовидных дисков на валу.
Предлагаемое орудие (фиг. 1 и 2) в варианте самостоятельного почвообрабатывающего агрегата состоит из рамы 1, навесного устройства 2. На раме 1 установлены на подшипниковых опорах 3 по меньшей мере две батареи, валы 4 и 5 которых для синхронизации их работы кинематически соединены между собой при помощи цепной передачи 6. На валах 4 и 5 батарей жестко установлены рабочие органы, выполненные в виде эллипсовидных дисков 7 строго под углом α=arcsin [D/(2а)]. Только в этом случае профильные проекции эллипсовидных дисков 7 получаются в виде окружностей с заданным диаметром D, т.е. обеспечивается постоянство расстояния режущей кромки дисков от оси вращения. Большие оси эллипсов 2а смежных дисков 7 (фиг. 3) повернуты одна относительно другой вокруг оси вала по часовой стрелке на угол β=180k/(n-1) (фиг. 4). Это позволяет взаимно уравновесить боковые усилия, возникающие при поступательном движении агрегата. Количество периодов k суммарного поворота дисков на 180 градусов должно быть нечетным и зависит от расстояния между дисками и рабочей ширины орудия, минимальное количество k=1. На раме 1 посредством шарнирного поводка 8 установлен прутковый ротор 9. Для регулирования глубины обработки почвы к раме 1 с боковых сторон приварены пластины 10 с отверстиями, положение шарнирного поводка 8 по отношению к раме 1 фиксируется пальцами 11.
Работает предлагаемое орудие следующим образом. При поступательном движении агрегата рабочие органы батарей, выполненные в виде эллипсовидных дисков 7, заглубляются в почву на заданную глубину. Благодаря силе трения скольжения рабочих поверхностей о почву они вращаются вокруг осей валов 4 и 5 и перемещаются в пространстве по сложной траектории. По поверхности поля они перемещаются по синусоидальной траектории. Эллипсовидные диски 7 благодаря конструктивной их особенности плавно меняют углы захода в почву в течение одного оборота и воздействуют на пласт своими боковыми поверхностями. В результате активизируется процесс крошения почвы и эффективно уничтожается сорная растительность. Поскольку диски задней батареи конструктивно заходят между дисками передней батареи, а работа батарей синхронизируется посредством цепной передачи 6, обеспечивается самоочистка междискового пространства от глыб и растительных остатков. Прутковый ротор 8, с одной стороны, ограничивает заглубление дисков 7, т.е. регулирует глубину обработки, а с другой стороны, выравнивает микрорельеф, дополнительно крошит почву и уплотняет разрыхленный верхний слой.
Технико-экономический эффект выражается в том, что постоянство расстояния режущей кромки дисков от оси вращения резко улучшает динамику движения агрегата, следовательно, технологическую его устойчивость. Движение орудия становится стабильным, т.е. без вертикальных колебаний. Диски заходят в почву без рывков, стабилизируется кинематика резания пласта и растительных остатков, обеспечивается равномерность глубины обработки почвы. В отличие от прототипа, здесь при проектировании можно назначать угол наклона дисков к оси вращения в широких пределах, не нарушая при этом постоянства расстояния режущей кромки от оси вращения. В совокупности все это приводит к повышению эффективности орудия.