Рыхлящее многослойное долото
LOOSENING MULTILAYER BIT

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к рабочим органам почвообрабатывающих орудий для глубокого рыхления почвы.
На чизельный рабочий орган устанавливают рыхлительные долота для глубокого рыхления почвы плодородной материнской породы, обладающей четырехфазной системно организованной структурой (твердой, жидкой, газообразной фазами и живыми организмами). Толщина слоя почвы колеблется от нескольких сантиметров до нескольких метров. Применение чизельных рабочих органов для основной глубокой, более 25 см, обработки почвы, сопровождается выходом рыхлительного долота лапы за пределы слоя плодородной в неплодородную материнскую породу. Воздействие на породу рыхлительным долотом чизеля с клиновидным профилем не отличается от действия иного породоразрушающего инструмента, например, зуба ковша экскаватора, материал и форма которого подобраны определенным образом.
Использование качественных легированных сталей с целью повышения прочности, упругости и режущих свойств породоразрушающего инструмента в сочетании с волнообразной поверхностью позволяет увеличить в 9-14 раз их долговечность относительно серийных конструкций с клиновидным профилем отечественного и импортного производства [1]. При этом форма волнообразной поверхности в виде выемок-отражателей клинообразной рабочей части снижает сопротивление перемещения разрушенного в процессе его обработки грунтового материала [2]. Глубина прогибов, брахистохрон, волнообразной поверхности клинообразной рабочей части породоразрушающего инструмента выбирается индивидуально, учитывая различия в свойствах обрабатываемых пород [3].
Недостатком технического решения является большое число различий в обрабатываемых породах, что делает невозможным создание универсальной формы брахистохрон волнообразной поверхности клинообразного рабочего органа из качественных легированных сталей.
Известно также устройство степень воздействия, на материнскую породу которого можно изменять, делая рыхлительное долото сборным из частей [4], являющееся прототипом заявляемого технического решения. Составляемое из разных частей, каждая из которых выполняет различные функции, собранное в единый узел, оказывает синергетический эффект рыхления снижая тяговое сопротивление [4].
Недостатком технического решения является различное изменение геометрической формы каждой из частей за равный период износа, нарушая синергетический эффект рыхления увеличив тяговое сопротивление. Нанесение наплавки из твердого материала на более изнашиваемые части позволяет достигнуть равномерного изменение геометрической формы каждой из частей за равный период износа, делая все долото хрупким и ломким при контакте с твердыми вкраплениями материнской породы и камнями.
Задача заявляемого технического решения - увеличение прочности, режущих и рыхлящих свойств долота за счет изготовления многослойной выпукло-гладкой клинообразной рабочей части, выполненной из мягкого и прочного материалов, связанных между собой привалочными плоскостями, способной под действием сил трения скольжения частиц разрушенного грунта создать волнообразную рыхлящую поверхность, на которой действуют силы трения качения.
Техническая задача решается тем, что рыхлящее многослойное долото имеет выпукло-гладкую клинообразную форму с крыльями треугольной формы и выполнено составным блоком из мягких низкой износостойкости и твердых высокой износостойкости слоев, соединенных между собой привалочными плоскостями, при этом ширина мягких слоев равна или больше ширины твердых слоев. В качестве твердого слоя может выступать припой или наплавка.
Наличие признака - долото из слоистого материала, выполненное составным блоком, содержащим мягкие (низкой износостойкости) и твердые (высокой износостойкости) соединенные между собой привалочными плоскостями слои (детали, части, элементы и т.п.), в процессе разрушения материнской породы подвергаемые износу силами трения скольжения на выпукло-гладкой клинообразной рабочей части неоднородно с формированием волнообразной поверхности, на которой действуют снижающие сопротивление силы трения качения, позволяет снизить тяговое сопротивление от протаскивания долота в материнской породе. Это достигается путем образования выемок-отражателей, брахистохрон, на поверхности изнашиваемых мягких (низкой износостойкости) слоев материала, в целом формируя волнообразную поверхность, интенсивно рыхлящую предварительно разрушенную и продвигающуюся по поверхности под действием сил трения качения материнскую породу.
Заявляемое рыхлящее долото поясняется чертежами.
1 - выпукло-гладкий клинообразной формы наральник рыхлящего долота из мягкого (низкой износостойкости) материала М привалочными плоскостями Р удерживающий слои Т из твердого (высокой износостойкости) материала;
2 - упор стойки чизеля, удерживающий составной блок рыхлящего долота из твердых Т и мягких М слоев, соединенных привалочными плоскостями Р;
3 - шайба, фиксирующая головку стягивающего болта от выкручивания;
4 - стягивающий болт в составной блок мягкие М и твердые Т слои;
5 - стойка чизеля, на которой закреплено рыхлящее долото.
м
т
На фиг. 1 - рыхлящее долото из многослойного материала - разнесенный послойно вид с привалочными плоскостями P, образующими составной блок из Τ твердых высокой износостойкости и M мягких низкой износостойкости слоев (деталей, частей, элементов). Вынесен размер Н мягкого низкой износостойкости и Н твердого высокой износостойкости слоев;
на фиг. 2 - рыхлящее долото составным блоком в форме выпукло-гладкой клинообразной рабочей части;
на фиг. 3 - рыхлящее долото с образованными под действием сил трения скольжения материнской породы по выпукло-гладкой клинообразной рабочей части выемками-отражателями В брахистохронами, на поверхности изнашиваемых мягких низкой износостойкости слоев материала, они формируют волнообразную наружную поверхность. Обозначены КО основной режущий клин и рыхлящие клинья К, выступающие углами твердых слоев рыхлящего долота;
c
s
на фиг. 4 - в аксонометрии, продольный вид рыхлящего долота, почвенный нарост X на режущей кромке и подъем пласта материнской породы с разрушением на фрагменты по линиям скола L его структуры под действием суммарной силы F, в процессе скольжения по выпукло-гладкой поверхности, на слоях M абразивно разрушаются участки долота, образуя выемки брахистохроны В;
c
s
на фиг. 5 - вид сбоку, продольный вид рыхлящего долота, почвенный нарост на режущей кромке и подъем пласта материнской породы с разрушением на фрагменты по линиям скола L его структуры под действием суммарной силы F в процессе скольжения по выпукло-гладкой поверхности, на части которой, состоящей из слоев M абразивно разрушаются участки долота, образуя выемки брахистохроны В;
c
s
s
на фиг. 6 - в аксонометрии, продольный вид рыхлящего долота, почвенный нарост на режущей кромке и подъем с разрушением на фрагменты по линиям скола L пласта материнской породы под действием суммарной силы F в процессе скольжения по выпукло-гладкой поверхности, на участках состоящих из слоев M поверхности имеющих стабильные по форме, устойчивые к изменениям, брахистохроны В, на которых неразрушенные фрагменты, упираясь в рыхлящие клинья К и испытывают действие суммарной силы F вместо трения скольжения получают трение качения по выпукло-волнистой поверхности от контакта с которой крупные фрагменты материнской породы приобретают разрушающие трещины, расколы и разломы частей пласта;
c
s
s
фиг. 7 - вид сбоку, продольный вид рыхлящего долота, почвенный нарост на режущей кромке и подъем с разрушением на фрагменты по линиям скола L пласта материнской породы под действием суммарной силы F в процессе скольжения по выпукло-гладкой поверхности, на участках, состоящих из слоев М, на теле которых имеются стабильные по форме, устойчивые к изменениям, брахистохроны В, по которым неразрушенные фрагменты материнской породы, упираясь в рыхлящие клинья К и испытывая действие суммарной силы F вместо трения скольжения, получают трение качения по выпукло-волнистой поверхности от контакта с которой крупные фрагменты материнской породы приобретают разрушающие трещины, расколы и разломы частей пласта.
Рыхлящее многослойное долото состоит (фиг. 1) из наральника 1, упора стойки 2, шайбы 3, стягивающего болта 4, стойки чизеля 5.
Рыхлящее многослойное долото работает следующим образом.
s
v
g
s
c
с
s
c
с
c
s
s
Рыхлящее многослойное долото в виде составного блока из Τ твердых высокой износостойкости и M мягких низкой износостойкости слоев, соединенных привалочными плоскостями (фиг. 2), в форме выпукло-гладкой клинообразной рабочей части, закрепленной болтом 4 к опоре 2 на стойке чизеля 5 протаскивается в материнской породе. Основной режущий клин КО из твердого высокой износостойкости слоя, соединенного привалочной плоскостью с наральником 1 долота, режет материнскую породу, образуя перед рыхлящим долотом (фиг. 4) плотный почвенный нарост X (клин), отделяющий от единого массива материнской породы пласт I, поднимающийся под действием силы F, состоящей из сил F, действующей в направлении вектора скорости V и F действующей в направлении силы тяжести по выпукло-гладкой поверхности составного блока. Пласт материнской породы I, скользя по поверхности слоя Т, ширина которого непрерывно убывает, разрушается под действием силы F по линиям скола L, совпадающим с формой граней на фрагменты I, сходящие с долота на крылья наральника 1. По мере скольжения пласта I под действием силы F он принимает положение II, в котором от него по линиям скола L отделяются фрагменты II, сходящие с долота на крылья наральника 1. Аналогично происходит отделение фрагментов по линиям скола L при смещении пласта в положения III и IV. Пласт IV под действием суммарной силы F (фиг. 4) переходит в положение V, скользя по гребню выпукло-гладкой поверхности, абразивно разрушая участки из слоев М, образуя в них брахистохроны В. При этом пласт материнской породы, достигая положения VI, имеет разлом, разрушающий его на две части равной величины. Под действием абразивного износа участки поверхности из слоев Τ существенно не меняют формы, в то время как участки из слоев M достигают стабильно-устойчивой формы к абразивным изменениям, образовав (фиг. 3) выпукло-волнистую клинообразную рабочую часть, состоящую из брахистохрон В, и рыхлящих клиньев К, по которым смещаемый пласт в положениях V и VI, испытывая действие суммарной силы F вместо трения скольжения (фиг. 5), получает трение качения (фиг. 6). Фрагменты материнской породы получают разрушающие трещины, расколы и разломы частей пласта V и VI. Переход от трения скольжения, когда при износе меняются первоначальные размеры и форма мягкого материала М, к трению качения, когда при износе меняется форма брахистохрон В, в процессе выкрашивания металла с образованием одиночных или групповых осповидных углублений делает форму В (фиг. 3) рабочей поверхности долота, устойчивой к износу применительно к данному типу материнской породы, обладающей определенной структурой и гранулометрическим составом частиц. Наличие брахистохрон В на других частях поверхности долота, в частности на крыльях, происходит по аналогии с тем, как это выполняется на выпукло-гладкой клинообразной рабочей части поверхности. Собранное рыхлящее многослойное долото изначально является универсальным, не предназначенным исключительно для использования на каком-либо типе материнской породы, и в процессе приработки получающее рациональную устойчивую форму для эффективного разрушения среды, в которой оно используется.
Источник информации
1. Патент РФ №2101422, класс E02F, Е21С.
2. Патент РФ №146442, класс Е21С 25/38, E02F 9/28.
3. Патент РФ №127349, класс E02F 9/28.
4. Патент US №4762184, класс А01В 15/06; А01В 23/02; А01В 39/22.