НАВЕСНОЙ ПЛУГ ДЛЯ МОТОБЛОКА

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, продукция которого, преимущественно предназначена для обработки небольших земельных наделов (до 1,5 га) индивидуальных хозяйств. Более конкретно, она касается конструкции такого почвообрабатывающего орудия, как навесной плуг, сопрягаемый с силовой установкой в виде мотоблока.
Отвальная обработка почвы является наиболее эффективной операцией для заделки в почву пожнивных остатков, органических удобрений, сорняков и их семян, при этом основным орудием обработки почвы является плуг.
Вспашку проводят в агротехнические сроки при достижении физической спелости почвы (для глинистой - 50…65% наименьшей влагоемкости, суглинистой - 40…70%). Не следует пахать влажную почву, так как она не крошится, а налипает на колеса и рабочие органы, вследствие чего увеличиваются тяговое сопротивление плуга и затраты энергии на вспашку. Зяблевую вспашку старопахотных земель и первичную вспашку целинных выполняют лемешными плугами с предплужниками. Перепашку пара и запашку навоза проводят без предплужников. Задернелые почвы обрабатывают с оборотом, но без рыхления пласта. На почвах, засоренных камнями, используют плуги с предохранителями.
Для интенсивного крошения пласта почвы вспашку совмещают с дополнительной обработкой почвы приспособлениями, прицепленными к плугу. Глубина обработки почвы определяется требованиями возделываемой культуры, строением и толщиной пахотного слоя и другими факторами. Для большинства культур оптимальная глубина вспашки 20…22 см.
Качество вспашки должно соответствовать установленным нормативам. Коэффициент выравненности, характеризующий равномерность вспашки по глубине, должен быть не менее 95%.
Отклонение среднего арифметического значения фактической глубины вспашки от заданной не должно превышать ±5% на неровных участках и ±10% на ровных. Отклонение фактической ширины захвата плуга от конструктивной допускается ±10%.
При вспашке добиваются, чтобы ширина и толщина пластов были одинаковыми, растительные остатки, сорные растения и удобрения полностью (не менее 95%) заделаны, а гребни пластов имели одинаковую высоту (не более 5 см). Не допускаются высокие свальные гребни, глубокие развальные борозды между отдельными проходами и скрытые огрехи (непропаханные участки). Глыбистость, т.е. суммарная площадь, занимаемая комками размером более 10 см, допускается не более 15% от площади пашни.
Известна конструкция плуга из RU 2518256, которая содержит изогнутую по двум таутохронно-брахистохронным направляющим циклоидам лемешно-отвальную поверхность. Длина направляющих превышает четыре радиуса окружности, производящей циклоиду, и равна Lmin и Lmax. Длина определяется уравнениями Lmin, Lmax=4R(1-cos α/2), где α - углы поворота радиуса окружности от вертикали; R - радиус окружности, образующей циклоиду, равен R= b/4cosφ, где b - ширина захвата лемеха, ϕ - угол между линией резания лемеха и стенкой борозды. Минимальная высота Hmin отвала в плоскости установки меньшей циклоиды равна и превышает половину арки циклоиды Hmin≥πR, а высота Hmax отвала в плоскости установки большей циклоиды превышает Hmax≥7/6 πR.
Недостатком плуга является технологическая сложность производства лемешно-отвальной поверхности. К тому же, плуги такой конструкции применяются с использованием трактора.
Известна конструкция плуга из RU 2683494, в которой конструкция плуга включает стойку, с установленной на ней полевой доской, лемехом и отвалом. Полевая доска, лемех и отвал соединены в одно целое и образуют лемешно-отвальную поверхность с контуром сечения направляющей указанной поверхности в виде фрагмента спирали и горизонтальной образующей. Горизонтальная образующая лемешно-отвальной поверхности выполнена в виде фрагмента спирали. Угол между началом и концом указанного фрагмента в полярной системе координат меньше 180°, а радиус кривизны в любой точке спирали равен значению функциональной зависимости: R=ƒ(φ), где R - радиус кривизны, а φ - угол поворота радиус-вектора.
Несмотря на более простую форму лемешно-отвальной поверхности плуга относительно предыдущего аналога, ее технологическое воспроизводство остается достаточно сложным. Эксплуатация такого плуга также сопряжена с использованием силовой установки в виде трактора.
Известна конструкция плуга из RU 44223, в которой с целью обеспечения хорошего крошения, полного оборачивания пласта, полной и глубокой заделки сорняков, пояснивших и растительных остатков, повышения прочности и жесткости отвала применяют следующие конструктивные решения: рабочую поверхность отвала изготавливают со следующими углами наклона образующих: θmin=38°43', θ0=42°, θmax=39°, используется отвал высотой 564 мм в развертке и толщиной 7 мм; для достижения необходимой жесткости крепления при вышеупомянутых габаритах предложено изготавливать отвал с четырьмя зенкованными отверстиями, три из которых являются элементами крепления отвала к башмаку корпуса и имеют следующие фиксированные размеры: расстояние от полевого конца нижней кромки отвала до центра первого отверстия соответствует 165 мм; расстояние от нижней кромки отвала до общей оси нижних отверстий соответствует 40 мм; расстояние между нижними отверстиями соответствует 250 мм; расстояние от центра верхнего отверстия до общей оси нижних отверстий соответствует 250 мм; расстояние между центрами нижнего и верхнего отверстия по горизонтали соответствует 40 мм. Все размеры получены расчетно-опытным путем. Четвертое отверстие является дополнительным элементом крепления, и служит для соединения отвала с распоркой, установленной между отвалом и полевой доской, что еще больше увеличит жесткость и исключит возможность излома отвала при больших нагрузках.
Недостатком описанного аналога является то, что он предназначен для индустриальных масштабов пахоты, которая сопровождается значительными нагрузками на плуг, и обеспечение его курсовой устойчивости, отсутствие «рыскания», обеспечение заданной глубины берет на себя силовая транспортная установка, т.е. трактор.
В качестве прототипа полезной модели использовано техническое решение по RU 2657740. Описанная в последнем конструкция плуга состоит из корпуса, стойки с прикрепленным к ней отвалом, лемеха и полевой доски. Плуг снабжен тонким h=1,5 мм ножом, который выступает перед лемехом на расстояние а=5 мм и установлен к горизонтальной плоскости под углом α=3°. Обеспечивается снижение энергоемкости технологического процесса вспашки.
Конструкция плуга приспособлена для работы с трактором, который за счет своей значительной мощности и массы берет на себя компенсацию всех имеющихся на плуге сопротивлений. Такой плуг, как и предыдущие аналоги, не приспособлен для работы с мотоблоком, т.е. силовой установкой малой мощности (6-9 КВт), управляемой человеком.
Таким образом, задачей полезной модели является создание плуга с такими геометрическими параметрами, которые обеспечили бы надежную и качественную работу по обработке почвы с использованием мотоблока, при этом свели к минимуму затраты физических сил человека.
Поставленная задача решается за счет того, что в навесном плуге для мотоблока, содержащем корпус, на котором смонтированы лемех, отвал и полевая доска, а корпус снабжен стойкой со средством связи с силовой установкой, отвал имеет полувинтовую форму и ширину захвата до 250 мм, при этом угол наклона горизонтальной образующей лемеха к стенке находится в пределах 35…38° и длина полевой доски до пятки не превышает 480 мм.
Технический результат полезной модели состоит в том, что плуг, имеющий вышеуказанные форму и геометрические параметры, обеспечивает силовой установке в виде мотоблока рациональное использование мощности с одновременным обеспечением заданной глубины и ширины обработки, гарантирующей высокую производительность вспашки грунта, а также курсовую устойчивость, исключение рыскания и минимизацию усилий человека по управлению мотоблоком. Полевые испытания подтвердили декларируемый результат.
На чертежах даны следующие изображения:
фиг. 1 - упрощенный общий вид плуга;
фиг. 2 - схематическое изображение отвала с лемехом в трехкоординатном пространстве.
Плуг по полезной модели содержит корпус 1 с поперечной пластиной 2, служащей основанием для крепления лемеха 3 и отвала 4 с помощью болтов 5. К корпусу 1 примыкает полевая доска 6, которая на конце снабжена пяткой 7. Корпус 1 крепится к вертикальной стойке 8, конец которой несет устройство 9 сцепки с мотоблоком (на чертеже не показан). Полевую доску 6 и отвал 4 дополнительно связывают наклонной стойкой 10 (фиг. 1).
Лемех 3 выполнен несколько выступающим за пределы стойки 8 и образует прямую линию во фронтальной проекции. За счет этого, при прохождении лемешно-отвальной части плуга, стенка борозды получается ровной и прочной, под прямым углом к дну борозды. Такая конструкция позволяет значительно уменьшить сопротивление за счет уменьшения площади соприкосновения упомянутой части со стенкой борозды. Выполнение угла наклона θ горизонтальной образующей лемеха (линия АВ на фиг. 2) в пределах 35…38° также способствует уменьшению сопротивления за счет оптимизации процесса подрезания пласта почвы и направления его на отвал с образованием ровного дна борозды.
В процессе обоснования геометрических параметров плуга по полезной модели были проведены сравнительные испытания заводских плугов с различной конструкцией на тяжелом задерненном суглинке, при этом было выявлено налипание почвы и следы износа краски на соответствующих частях.
Кроме того, были подсчитаны площади поверхностей трения и измерены длины их полевых досок, а также рассчитана длина доски для нового плуга и проведены сравнения с заводскими образцами. Исходя из полученных данных, выбрана конструкция пятки 7 и способ ее крепления к полевой доске 6. Высота подъема полевой доски в задней ее части от поверхности дна борозды (10 мм) одинакова с высотой подъема ее передней части. При движении дно борозды проминается, и почва контактирует с нижней частью полевой доски. Однако проминаясь, она уплотняется под пяткой и величина нажатия нижней части доски на грунт снижается. Таким образом, снижаются и механические потери.
Было установлено также, что полевая доска с длиной Lп.д. до 480 мм до пятки обеспечивает устойчивый курсовой ход мотоблока, предохраняет стойку от истирания и разгружает ее от изгибающего момента, возникающего под действием бокового давления пласта почвы. Отсутствие рыскания мотоблока, обеспеченное геометрическими параметрами плуга, значительно упростило работу человека, уменьшив усилие, которое последний прилагает для удержания его по курсу. В процессе полевых испытаний было установлено, что мощности мотоблока в 6-9 КВт достаточно для вспашки грунтов с различными физическими свойствами.
Опытный образец плуга, подвергшийся всесторонним полевым испытаниям, имел следующие технические характеристики:
Ширина захвата плуга - 250 мм
Глубина обработки - 200 мм
Масса плуга - 5,8 кг
Тип отвала - полувинтовой
Угол наклона лемеха к стенке борозды - 37°
Полевая доска Lп.д. - 475 мм.
Полевые испытания опытного образца полностью подтвердили все преимущества плуга, задекларированные в полезной модели.
Принято решение о начале серийного производства плуга по полезной модели.