РАБОЧИЙ ОРГАН ДЛЯ БЕЗОТВАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
TILLAGE TOOL OF EQUIPMENT FOR SUBSURFACE LOOSENING

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к рабочим органам орудий для безотвальной обработки почвы.
Известен почвообрабатывающий рабочий орган, содержащий стойку и рыхлительную лапу с режущим лезвием, выполненным по логарифмической кривой с вырезами по форме логарифмической спирали с кривизной, увеличивающейся к краям лезвия (1).
Также известен почвообрабатывающий рабочий орган, содержащий режущее лезвие, выполненное по логарифмической кривой с вырезом по форме логарифмической спирали с кривизной и выступами по форме логарифмической спирали с кривизной и выступами по форме параболы четвертой степени (2).
Недостатками данных рабочих органов являются значительная энергоемкость процесса рыхления, а такое выполнение режущего лезвия препятствует условию скользящего резания почвы и скольжению сорняков по нему. Это приводит к накоплению и наволакиванию растений, в целом к забиванию рабочих органов и тем самым снижению качества обработки почвы.
Известен рабочий орган культиватора-плоскореза, содержащий стойку с лапой, имеющей крылья с режущими кромками, выполненными в виде сопряженных отрезков логарифмических спиралей; закрылки; рабочую поверхность каждого крыла, выполненную по параболе, причем образующие рабочей поверхности выполнены в виде кривых с переходом от параболы к прямой (3).
Недостатками данного изобретения являются отброс почвы в сторону, а это приводит к ухудшению просеваемости эрозионно-опасных частиц на дно борозды; уплотнение дна борозды, также такое выполнение рабочей поверхности не способствует качественному крошению почвы. Также известен рабочий орган орудия для безотвальной обработки почвы, включающий стойку и закрепленную на ней плоскорежущую лапу, рабочая поверхность которой выполнена двоякой гауссовой выпуклостью вверх кривизны: отрицательной - в зоне резания и положительной - в зоне крошения, причем главный горизонтальный очерк поверхности имеет переменную по знаку кривизну с меньшим углом раствора лапы на ее носке (4).
Недостатками данного рабочего органа являются низкое качество обработки почвы и значительная энергоемкость рыхления, уплотнение дна борозды, образование гребней. Предлагаемая лапа с такой рабочей поверхностью имеет малую зону деформации почвы, а геометрическая форма рабочей поверхности лапы не спроектирована с учетом заданных деформаций и физико-механических свойств почвы.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков.
Технический результат - повышение качества обработки почвы за счет интенсивного крошения почвы по всей поверхности лапы, снижение энергоемкости процесса рыхления почвы и повышение качества подрезания сорняков.
Указанный технический результат достигается тем, что в рабочем органе орудия для безотвальной обработки почвы, включающем стойку и закрепленную на ней плоскорежущую лапу, рабочая поверхность которой имеет подрезающую и рыхлящую части, причем рабочая поверхность выполнена двоякой выпуклостью вверх кривизны: отрицательной - в подрезающей части и положительной - в рыхлящей части, согласно изобретению образующая рабочей поверхности лапы, расположенная в продольно вертикальной плоскости, проходящей по оси лапы, выполнена в виде плавно сопряженных участков логарифмической спирали, причем режущая кромка каждого крыла лапы имеет контур двоякой кривизны, образованный плавно сопряженными участками логарифмической спирали: отрицательной в зоне, прилегающей к носку лапы, и положительной в зоне конца крыла лапы. Кроме того, рабочая поверхность снабжена радиально ножами, причем последние плавно огибают поверхность лапы и установлены параллельно ее продольной оси. Режущая кромка каждого крыла лапы выполнена зубчатой, причем передняя кромка каждого зуба имеет прямолинейную форму, размещена под углом скользящего резания к продольной оси лапы и с перекрытием в поперечном направлении передней кромки расположенного впереди зуба, а тыльная кромка каждого зуба выполнена прямолинейной и расположена перпендикулярно к касательной, соответствующей точке контура. Рабочая поверхность лапы снабжена сопряженным с ней и со стойкой лапы решетом, причем образующая поверхности решета выполнена в зоне его сопряжения со стойкой лапы в виде половины параболы, ветвь которой обращена к стойке, а вершина - вниз с переходом от параболы к прямой линии. Решето установлено с возможностью изменения своего положения по горизонтали.
На фиг.1 изображен предложенный рабочий орган, вид сверху;
на фиг.2 - профиль груди лапы;
на фиг.3 показана схема построения рабочей поверхности решета;
на фиг.4 показана лапа, аксонометрия;
на фиг.5 - рабочий орган, вид сбоку;
на фиг.6 показана схема построения рабочей поверхности лапы.
Рабочий орган орудия безотвальной обработки почвы содержит стойку 1, закрепленную на ней плоскорежущую лапу 2. Рабочая поверхность лапы имеет подрезающую 3 и рыхлящую 4 части. Рабочая поверхность лапы 2 выполнена двоякой выпуклостью вверх кривизны: отрицательной - в подрезающей 3 части и положительной - в рыхлящей 4 части. Образующая 5 рабочей поверхности лапы 2, расположенная в продольно вертикальной плоскости, проходящей по оси лапы 2, выполнена в виде плавно сопряженных участков логарифмической спирали. Режущая кромка каждого крыла 6 лапы 2 имеет контур двоякой кривизны, образованный плавно сопряженными участками логарифмической спирали: отрицательной в зоне, прилегающей к носку 7 лапы 2, и положительной в зоне конца крыла 6 лапы 2. Подрезающая 3 и рыхлящая 4 части рабочей поверхности лапы 2 имеют определенное технологическое назначение. Подрезающая 3 часть рабочей поверхности лапы 2 предназначена для подрезания почвенного пласта и сорняков, а рыхлящая 4 часть - для крошения и рыхления в соответствии с фазами процесса взаимодействия рабочего органа с почвой и растениями. Рабочая поверхность лапы 2 снабжена сопряженным с ней и со стойкой 1 лапы 2 решетом 8. Образующая поверхности решета 8 выполнена в зоне его сопряжения со стойкой 1 лапы 2 в виде половины параболы, ветвь которой обращена к стойке 1, а вершина - вниз с переходом от параболы к прямой линии. Решето 8 установлено с возможностью изменения своего положения по горизонтали и быстрого его съема. Для регулирования положения решета 8 по горизонтали лапа 2 оснащена направляющими пазами 9 и 10 и фиксатором 11. Наличие круглых отверстий 12 у решета 8 позволяет просевать эрозионно-опасные частицы почвы на дно борозды. Также для разрыва связи пласта почвы рабочая поверхность лапы 2 снабжена ножами 13, которые установлены параллельно продольной оси лапы 2 и плавно огибают ее поверхность.
Кроме того, контур 14 режущей кромки каждого крыла 6 выполнен зубчатым, причем передняя кромка 15 каждого зуба 16 имеет прямолинейную форму и размещена под углом скользящего резания к продольной оси лапы 2 и с перекрытием в поперечном направлении передней кромки расположенного впереди зуба, а тыльная кромка 17 каждого зуба 16 выполнена прямолинейной и расположена перпендикулярно к касательной (Т-Т) на фиг.1, соответствующей точке контура 14.
Устройство работает следующим образом.
При движении рабочего органа орудия по возделываемой площади в подрезающей 3 части лапы 2, выполненной с отрицательной кривизной участка логарифмической спирали, угол резания которой имеет минимальное значение, происходит подрезание пласта почвы и сорняков в вертикальной плоскости. При этом за счет выполнения контура режущей кромки 14, проходящей по концам зубьев 16, двоякой кривизны, образованной плавно сопряженными участками логарифмической спирали: отрицательной в зоне, прилегающей к носку 7 лапы 2, и положительной в зоне конца крыла 6 лапы 2, подрезание пласта почвы и сорняков осуществляется и в горизонтальной плоскости со скольжением и минимальной энергоемкостью процесса резания. Под действием зубьев 16, зоны деформации почвы которых смыкаются, происходит также разрыв связи почвы в межзубовом пространстве. Далее подрезанный почвенный пласт, поднимаясь по рабочей поверхности, вступает на рыхлящую часть 4 с положительной кривизной участка логарифмической спирали, которая имеет максимальное значение угла крошения. Такое переменное по направлению воздействие рабочей поверхности лапы 2 приводит к интенсивному крошению почвы без увеличения тягового сопротивления рабочего органа. При этом ножи 13 дополнительно способствуют разрыву связи пласта почвы на рабочей поверхности лапы 2. Далее вся раскрошенная масса почвы поступает на поверхность решета 8. Сначала движение раскрошенного пласта осуществляется по участку решета, сопряженного со стойкой 1, где дополнительно крошится. Далее в зоне прямолинейного участка решета 8 эрозионно-опасные частицы почвы просеваются на дно борозды.
Как известно из источника информации (5), крошение и рыхление почвенного пласта представляют собой процессы разрушения связей между почвенными частицами и отделение одной от другой. При работе клина все частицы почвенного пласта находятся под воздействием элементарных сил давления рабочей поверхности. Элементарные силы лежат в плоскости движения данных частиц и действуют по направлениям, отклоненным от нормали N к поверхности на угол внешнего трения φ в сторону, обратную направлению относительной скорости частицы. Процессы деформации и разрушения почвы определяются элементарными силами, возникающими при взаимодействии поверхности с почвой. В зависимости от направления этих сил почва либо подрезается, либо интенсивно крошится.
Таким образом, исходя из вышеизложенного, технологические условия процесса обработки почвы предопределяют геометрические параметры и форму отдельных участков рабочей поверхности лапы.
1
1
2
2
Так малые углы α=(9…14°) резания (см. фиг.2, точка А) деформируют почву с наименьшими затратами энергии потому, что равнодействующая элементарных сил R в момент первичной деформации незначительно отклонена от вертикали и направлена почти поперек пласта. В этом случае основная часть усилий расходуется на деформацию отрыва (подрезания) почвенного пласта. Геометрические параметры режущей кромки в части, расположенной у носка лапы 2 и режущей поверхности 3 с отрицательной кривизной участка логарифмической спирали наиболее приемлемы для правильного осуществления технологического процесса подрезания пласта за счет деформации отрыва. При больших углах (α=45…60°) резания (см. фиг.2, точка Б) равнодействующая элементарных сил R направлена почти вдоль пласта. Впереди рабочего органа продольные трещины параллельны его движению, что приводит к расслоению почвенного пласта и интенсивному крошению за счет излома и выпучивания слоев. Геометрические параметры рыхлящей 4 части поверхности лапы с положительной кривизной участка логарифмической спирали наиболее приемлемы для осуществления процесса крошения пласта почвы.
Как показывают теоретические исследования и эксперименты, поверхностью, дающей максимальную сеть трещин при воздействии на почву (что способствует образованию мелкокомковатой структуры), является выпуклая поверхность с использованием дополнительно ножей 9. Кроме того, поскольку прочность связей между почвенными частицами в горизонтальном и вертикальном направлениях различна, то эффективным для разрушения является воздействие поверхности с изменяющимся по высоте направлением элементарных сил давления. Это воздействие дает поверхность двоякой кривизны, образованной двумя плавно сопряженными участками логарифмической спирали: отрицательная кривизна меняется на положительную.
Исходя из требований горизонтального подрезания почвенного пласта и без особого сдвигания (отброса) его в сторону с одновременным крошением, строится и кривизна режущей кромки крыльев 6 лапы 2, для чего она также выполняется по сопряженным участкам логарифмической спирали с переменной по знаку кривизной: меньшим углом раствора (с отрицательной кривизной) на носке 7 лапы 2.
Выполнение режущей кромки каждого крыла лапы зубчатой, а также передней режущей кромки каждого зуба 16 прямолинейной формы и расположения его под углом скользящего резания (скольжения) способствует уменьшению отброса почвы и обеспечивает скользящее резание и деформацию почвы с наименьшим сопротивлением, благодаря плавному обтеканию и сходу почвы с режущей кромки.
Передняя часть стойки 1 выполнена в виде участка логарифмической спирали. Большой вылет носка 7 лапы 2 способствует последовательному взаимодействию носка 7 и режущей кромки лапы 2 с почвенным пластом, вследствие чего стойка 1 перемещается в объеме частично деформированной почвы. В результате этого происходит снижение энергоемкости процесса.
Использование заявленного рабочего органа позволяет повысить качество обработки почвы, снизить энергоемкость процесса рыхления без передачи значительных динамических нагрузок на базовую машину.
Источники информации
1. SU 646943, А01В 35/26, 1969 г.
2. SU 1380626, А01В 35726, 1985 г.
3. SU 1614767, А01В 35/20; 35/26, 1990 г.
4. SU 49692, А01В 35/20; 39/20, 1974 г.
5. Желиговский В.А. Элементы теории почвообрабатывающих машин и механической технологии с.-х. материалов. - Тбилиси: Изд. Грузинского СХИ, 1960. - 146 с.