РАБОЧИЙ ОРГАН ГЛУБОКОРЫХЛИТЕЛЯ

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности, к орудиям для глубокого рыхления почвы.
Известен рабочий орган рыхлителя, включающий стойку с наральником, клинообразные отражатели и уширители с вогнутыми нижними поверхностями [А.с. СССР №723054, 1980].
Недостатками такого технического решения являются чрезмерные сложность конструкции и металлоемкость, дороговизна изготовления и большое тяговое сопротивление, обусловленное высокими затратами энергии на рыхление ненарушенного массива почвы стойкой, а также наральником и отражателями, поскольку их форма выполнена без учета особенностей разрушения почвы под нагрузкой.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является глубокорыхлитель, включающий закрепленный на стойке носок, на котором закреплены долото и рыхлящий элемент [А.с. СССР №1033018, 1983].
Недостатком указанного устройства является сложность конструкции, поскольку оно включает в себя два рабочих элемента, выполняющих одну и ту же функцию.
Кроме того, ширина и вогнутость передней части долота не обеспечивает хрупкого разрушения почвы, а затрачиваемая работа на пластическую деформацию является преимущественно бесполезной. Хрупкое разрушение почвы в данном устройстве осуществляет рыхлящий элемент. Однако форма его рабочей грани выполнена без учета закономерностей процесса деформации почвы. В результате на ее разрушение тратится излишняя энергия.
Цель предлагаемого технического решения - упрощение конструкции рабочего органа и повышение экономичности и эффективности процесса рыхления.
Поставленная цель достигается тем, что в рабочем органе глубокорыхлителя, включающем закрепленный на стойке носок и установленное на нем долото, долото имеет ширину не менее (0,2...0,3)L, где L - расстояние от носка лезвия долота до точки крепления стойки на раме. Интервал 0,2...0,3 обусловлен неоднородностью сложения почвы. Выполнение долота указанной ширины обеспечивает хрупкое разрушение (сдвиг почвы от дна борозды до поверхности поля) почвы без дополнительного рыхлящего элемента. При выполнении долота меньшей ширины до определенной высоты от дна борозды возникает зона блокированного резания, в которой сопротивление почвы разрушению, как показывают опыты, в 12...16 раз больше, чем в зоне сдвига (рыхления). При ширине долота больше предлагаемой увеличивается его масса и бесполезная трата дорогостоящего металла, поскольку степень крошения почвы снижается.
Кроме того, рабочая грань долота в продольно-вертикальной плоскости выполнена по логарифмической кривой. Эта кривая описывается уравнением Y=5 ln х, где областью определения х является интервал от 0 до (0,4...0,6)L, где L - расстояние от носка лезвия долота до точки крепления стойки на раме. Такая форма рабочей грани обусловливает снижение интенсивности воздействия долота на почву в процессе сжатия, следовательно, и величины прилагаемого усилия по мере его продвижения. Происходит это вследствие опережающего действия упругих напряжений на необратимую перестройку структуры почвы, при которой ее прочность становится минимальной, и снижения скорости перемещения почвенных фрагментов. Опытами установлено, что при рыхлении почвы на глубину 60 см тяговое сопротивление заявляемого рабочего органа составило 9,2 кН, что на 19...22 и 14...18% меньше по сравнению, соответственно, с плоской и сферической с радиусом 650 мм формами долота.
Вместе с тем сопряжение логарифмической кривой с треугольной формой режущей кромки долота с углом при вершине не менее 90° образует
клювообразную форму последней в каждом ее сечении, чем существенно повышается заглубляющая способность рабочего органа.
Заглубляющая способность улучшается также тем, что на передней грани стойки установлено лезвие с полусферической формой поперечного сечения, радиус которого равен половине толщины стойки, что снижает сопротивление ее передвижению в почве за счет веерного разброса в стороны разрыхленной долотом почвы.
На фиг.1 изображен рабочий орган глубокорыхлителя, вид сбоку; на фиг.2 - то же, вид спереди, на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг.1.
Рабочий орган глубокорыхлителя включает закрепленный на стойке 1 носок 2, на котором установлено долото 3 с логарифмической кривизной рабочей поверхности. Долото 3 крепится к носку 2 посредством кронштейнов 4 и двух пальцев 5. На передней грани стойки 1 установлено лезвие 6 с полусферической формой поперечного сечения. Лезвие крепится к стойке посредством шпильки 7, гайки 8 и кронштейна 9.
При проектировании рабочего органа ширина В долота и максимальное значение х устанавливаются по следующим зависимостям:
max
В=(0,2...0,3)L, x=(0,4...0,6)L, где L - расстояние от носка лезвия долота до точки крепления стойки на раме.
max
Наибольшие значения В и x принимаются для вязких и пластических почв, меньшие - для хрупких.
Рабочий орган глубокорыхлителя работает следующим образом.
Перед началом работы оператор посредством навесной системы трактора спускает его на почву. Клювообразная форма режущей кромки долота 3 с оптимальным углом внедрения обеспечивает быстрое и легкое заглубление рабочего органа в почву. При движении рабочего органа через переднюю часть долота на почву передаются большие нагрузки, вызывающие вначале мгновенные упругие деформации. Распространяясь со скоростью звука в почве, напряжения и упругие деформации ставят на грань
разрушения связи между частицами почвы еще до непосредственного воздействия на них активной части долота 3. По мере продвижения долота деформации почвы возрастают, превышая упругие, а степень воздействия на нее рабочей грани уменьшается с уменьшением прилагаемого усилия. Ширина долота, взаимоувязанная с глубиной рыхления, обусловливает хрупкое разрушение почвы при малых значениях ее деформации. Одновременно с деформацией почвы выпуклой формой долота 3 происходит интенсивное ее рыхление.
При движении стойки 1 в разрыхленной почве сферическая форма передней грани лезвия 6 стойки 1 воздействует на разрыхленную почву равномерно как по ходу движения, так и в стороны. В результате требуемое усилие на перемещение минимально, и далекого отбрасывания почвы в стороны и образования широкой борозды не происходит.
Применение предлагаемого устройства позволит на 5...7% снизить себестоимость его изготовления и на 17...20% повысить экономичность и эффективность рыхления почвы.
Пример расчета параметров рабочего органа.
Главным исполнительным элементом рабочего органа является долото. Его ширина должна быть такой, чтобы деформация проходила в зоне критической глубины резания, то есть чтобы осуществлялся сдвиг почвы долотом только в сторону дневной поверхности поля; вдавливание почвы в стенки прорези технологически нежелательно и связано с лишними затратами энергии.
Значение критической глубины для связных (глинистых) и несвязных (песчаных) почв различно.
Принимаем максимальную глубину рыхления равную 0,60 м. Тогда с учетом дорожного (полевого) просвета 0,15 м параметр L=0,75 м и соответственно значение ширины долота для почв:
глинистых - В=0,3×0,75=0,23 (м);
песчаных - В=0,2×0,75=0,15 (м).
Аналогично изложенному, интервал определения х:
для глинистых почв - от 0 до 0,6×0,75 =0...45 (м);
для песчаных почв - от 0 до 0,2×0,75 =0...15 (м).
Далее по уравнению Y=5 ln х в декартовых координатах через 0,02 или 0,03 м строится кривая продольно-вертикального сечения долота.
Угол заострения долота (вид сверху) не менее 90°.
Экспериментальное долото имеет параметры: ширина 230, длина горизонтальной проекции 450, высота заднего обреза относительно носка в рабочем положении 190 мм. Угол заострения долота не менее 90°.