КУЛЬТИВАТОР
CULTIVATOR

Предплагаемое изобретение относится к области сельскохозяйственных машин и может быть использовано в различных конструкциях почвообрабатывающих агрегатах.
Известен культиватор КПС-4 (см. книгу Карпенко А.Н., Халанский В.Н. «Сельскохозяйственные машины»; 6-е изд. перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1989 г.) описанный на стр. 54-56 и показанный на рис.11.6. этой книги. Конструкция такого культиватора предусматривает, что его рабочие органы жестко закреплены на стойках, выполненных из упругого материала и имеющих S-образную форму. Такое крепление рабочих органов более эффективно, т.к. за счет их упругих свойств можно получит более высокие агротехнические показатели обработки почвы и в случае контакта с инородными предметами избежать остаточных деформаций и поломок. Однако несмотря на достаточно высокую эффективность их использования, им присущ весьма важный недостаток, заключающийся в том, что изгибная жесткость S-образных форм стоек имеет постоянную величину, и поэтому последние предназначены для узкого культивирования почв, имеющих заранее заданную плотность и поэтому использовать их на других видах почв, где разброс плотности последних довольно широк на представляется возможным. Так, например, при высокой плотности почвы S-образной формы стойки получат более высокий угловой поворот, чем при обработке почв с меньшей плотностью, а это вызовет неравномерности обработки последней.
Известен также культиватор, конструкция которого признана изобретением (RU 2464757 С1, 27.10.2012). Такой культиватор содержит раму с жестко к ней присоединенными, с помощью S-образных пружинных подвесок, лапами, причем в S-образных пружинных подвесках, в продольной их плоскости, выполнены сквозные пазы и поперечно расположенные относительно них насечки, взаимодействующие с ответными изготовленными на криволинейной формы упорных пластинах, жестко присоединенных к втулкам подвижно установленным на пальцах шарнирно, связанных с рамой культиватора и также подвижно расположенных в упомянутых сквозных пазах S-образных пружинных подвесок, а втулки с криволинейной формы упорными пластинами подпружинены пружинами сжатия относительно пальцев, шарнирно связанных с рамой культиватора. Такая конструкция обеспечивает устойчивость движения рабочих органов в почвах, имеющих различную плотность за счет изменения изгибной жесткости S-образных пружинных подвесок. Несмотря на свою эффективность использования, указанная конструкция обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что наличие сквозных пазов, выполненных в S-образных пружинных подвесках, способствует снижению усталостной прочности последних за счет возникновения высоких напряжений, создаваемых пазами, являющимися концентраторами.
Поэтому целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы S-образных пружинных подвесок за счет не только возможности регулирования изгибной жесткости последних при эксплуатации культиватора на почвах, имеющих различную твердость, но и повысить надежность подвесок за счет исключения в них пазов.
Поставленная цель достигается тем, что на каждой S-образной пружинной подвеске подвижно установлен криволинейной формы ползун, жестко связанный с одной стороны с рукояткой перемещения ползуна, а с другой стороны также жестко соединен с пальцем, который подвижно расположен на оси, установленной в кронштейне, закрепленном на раме, причем палец снабжен кулачком, на круговой образующей поверхности которого выполнен ряд последовательно расположенных друг относительно друга углублений, взаимодействующих с телами качения сферической формы фиксатора, подпружиненного винтовой пружиной сжатия относительно упомянутой рамы культиватора.
На чертежах фиг.1 показан общий вид S-образной пружинной подвески рабочего органа в перспективе, а на фиг.2 - в разрезе укрупненный узел фиксирующего устройства рабочей длины S-образной пружинной подвески.
Культиватор состоит из рамы 1, на которой жестко закреплена одним своим концом S-образная пружинная подвеска 2 с лапой 3. На S-образной пружинной подвеске 2 подвижно установлен криволинейной формы ползун 4 с жестко присоединенной к нему рукояткой 5. На криволинейной формы ползуне 4 также жестко установлен палец 6, снабженный кулачком 7, причем палец 6 подвижно расположен на оси 8, установленной в кронштейне 9, закрепленном на раме 1. В кулачке 7 выполнены углубления 10, взаимодействующие с телом качения сферической формы фиксатора 11, подпружиненного винтовой пружиной сжатия относительно рамы 12.
КР
Работает культиватор следующим образом: при обработке почвы рабочим органом (лапа 3) на нее действует нагрузка Р, возникающая от преодоления последним почвы, в которую он и заглублен. Для упрощения задачи считаем, что такая нагрузка является постоянной, т.е. Р=const, и не вызывает упругой деформации S-образной пружинной подвески 2, при этом лапа 3 находится на заданном углублении в почве и двигается совместно с рамой 1 культиватора достаточно устойчиво. Предположим теперь, что это нагрузка увеличилась в связи с тем, что культиватор стал обрабатывать почву с плотностью, намного большей, чем в первом случае, и настолько, что она вызвала угловую упругую деформацию S-образной пружинной подвески 2 по стрелке А, причем такая угловая деформация, связанная с перемещением лапы 3 в левую часть фиг. 1, что тем самым исключает заданный технологический процесс резания почвы, переходящий в процесс ее отвала. Такое явление вызвано малой жесткостью участка S-образной пружинной подвески 2, расположенного между точкой приложения нагрузки Р и местом заделки ее на раме 1 культиватора. Известно, что такая деформация наступила от действия критической силы P, которая определяется по известной зависимости (см. книгу Феодосьев В.И. «Сопротивление материалов», М.: Наука 1970 г., стр.417-422 раздела «Большие перемещения гибкого стержня»):
<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>К</mi><mi>Р</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mi>π</mi><mn>2</mn></msup><mi>E</mi><mi>J</mi></mrow><mrow><msup><mi>l</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow>
где: EJ - жесткость поперечного сечения гибкого стержня;
l - длина рассматриваемого участка гибкого стержня.
КР
Из этой зависимости видно, что одним из важнейших ее показателей является длина стержня l, т.е. чем она меньше, тем значение P больше при тех же параметрах Е и J. Поэтому в предложенном техническом решении и использован этот принцип за счет изменения рабочей длины S-образной пружинной подвески 2 следующим образом. Если культиватор эксплуатируется на более плотных почвах, то за счет перемещения вручную по стрелке B (см. фиг.1 и фиг.2) рукоятки 5 совместно с криволинейной формы ползуна 4, при этом палец 6 также получает угловой поворот на оси 8 в этом же направлении. При этом кулачок 7, также получив угловой поворот, отжимает по стрелке С тело качения сферической формы фиксатора 11, одновременно упруго деформируя винтовую пружину сжатия 12 в этом же направлении. Но так как угловой поворот криволинейной формы ползуна 4 продолжается, то тело качения сферической формы фиксатора 11 войдет в контакт с другим углублением 10, что позволит зафиксировать криволинейной формы ползун 4 уже в этом новом положении. Это в итоге позволяет уменьшить рабочую длину S-образной пружинной подвески 2 и тем самым повысить ее сопротивление воздействию силы P, приложенной к лапе 3 культиватора. Осуществляя описанную операцию поворота криволинейной формы ползуна 4 на различные углы в зависимости от плотности обрабатываемых почв, можно получить требуемую устойчивость движения лапы 3 культиватора и тем самым обеспечить качество обрабатываемых угодий. При этом ход криволинейной формы ползуна 4 может быть выполнен значительно большим и в каждом конкретном случае может быть установлен экспериментальным путем.
Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известными очевидно, т.к. оно позволяет расширить эксплуатационные показатели культиватора, работающего на различных почвах, имеющих разную плотность.