ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОРУДИЕ (ВАРИАНТЫ) И РАБОЧИЙ ОРГАН ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ

Полезные модели относятся к сельхозмашиностроению и могут использоваться в орудиях для рыхления верхнего и уплотнения нижележащего слоев почвы, выравнивания ее поверхности и уничтожения сорняков.
Известно почвообрабатывающее орудие, то есть кольцевая борона (Журнал «Земледелие» - 2003, №1, с.35). Это орудие имеет раму и связанные с ней переднюю и заднюю батареи. Каждая батарея содержит рабочие органы в виде колец из прутков круглого сечения. Рабочие органы передней батареи расположены под острым отрицательным углом к направлению движения, а задней батареи - под острым положительным углом. Иначе говоря, относительно направления движения орудия рабочие органы в передней батареи повернуты (их плоскостями) на острый угол по ходу часовой стрелки, а в задней батарее - наоборот.
Недостатками орудия-аналога являются: во-первых, неустойчивость движения в горизонтальной плоскости; во-вторых, низкая заглубляющая способность его рабочих органов и, как следствие, некачественная работа на уплотненных фонах; в-третьих, недостаточная способность извлечения сорняков из почвы. Первый недостаток обусловлен указанным односторонним расположением батарей, а второй и третий недостатки - это следствия круглого поперечного сечения колец-рабочих органов в каждой батареи.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленных полезных моделей-вариантов является почвообрабатывающее орудие (SU 1393328 А1, опубл. 07.05.1988, бюл. №17). Оно имеет раму и связанные с ней батареи. Каждая батарея содержит рабочие органы в форме усеченных конусов, установленные с возможностью вращения. Передние и задние батареи рабочих органов размещены справа и слева от центральной продольной (далее - продольной) оси орудия. В правой передней и левой задней батареях рабочие органы расположены под острыми положительными углами к направлению движения, а в левой передней и правой задней - под острыми отрицательными углами. Рабочими органами в каждой батареи являются плоские сплошные диски с отбортовками, имеющие форму усеченных конусов (на виде сверху). Причем рабочие органы во всех батареях расположены меньшими основаниями к продольной оси орудия.
Недостатками орудия-прототипа является: повышенное сопротивление перемещению батарей рабочих органов, отсутствие активной сепарации почвы рабочими органами, что увеличивает наличие пылевидных частиц на поверхности почвы, то есть повышает опасность ее водной и ветровой эрозии, а также снижает способность извлекать сорняки на поверхность почвы. Основной причиной отмеченных недостатков являются указанные выше дисковые рабочие органы, не допускающие прохода почвы через них.
Задача первой и второй полезных моделей (вариантов орудия) - снижение недостатков, отмеченных у орудия-прототипа за счет создания условий для прохода почвы через его рабочие органы.
Эта задача решена двумя полезными моделями-вариантами.
Почвообрабатывающее орудие по первому варианту, как и его прототип, имеет раму и связанные с ней батареи, содержащие рабочие органы в форме усеченных конусов, установленные с возможностью вращения. Передние и задние батареи рабочих органов размещены справа и слева от продольной оси орудия так, что рабочие органы правой передней и левой задней батарей расположены под острыми положительными углами к направлению движения, а - левой передней и правой задней батарей расположены под острыми отрицательными углами к направлению движения. В отличие от прототипа, рабочие органы выполнены в виде колец (ободьев в форме усеченных конусов) со спицами.
Такое выполнение рабочих органов обеспечивает наличие в них окон между спицами колец. При работе орудия через эти окна проходит и сепарируется основная часть почвы, отделенной заглубленными в нее вращающимися кольцами в форме усеченных конусов. Иначе говоря, названная новая совокупность существенных признаков орудия по первому варианту во всех случаях его осуществления обеспечивает условия (упомянутые окна) для прохода почвы через рабочие органы, то есть реализует технический результат, указанный в задаче полезных моделей-вариантов.
В частных случаях осуществления орудия по первому варианту, рабочие органы задних батарей расположены большими основаниями к продольной оси орудия, а рабочие органы передних батарей расположены к этой оси меньшими основаниями. Это повышает заглубляющую способность названных рабочих органов, что улучшает работу орудия на уплотненных почвах и повышает эффективность уничтожения сорняков.
Почвообрабатывающее орудие по второму варианту, как и его прототип, имеет раму и связанные с ней батареи, содержащие рабочие органы в форме усеченных конусов, установленные с возможностью вращения. Передние и задние батареи рабочих органов размещены справа и слева от продольной оси орудия. В отличие от прототипа, рабочие органы выполнены в виде колец со спицами. Батареи размещены так, что рабочие органы правой передней и левой задней батарей расположены под острыми отрицательными углами к направлению движения, а - левой передней и правой задней батарей расположены под острыми положительными углами к направлению движения.
Эта новая совокупность существенных признаков орудия по второму варианту во всех случаях его осуществления обеспечивает условия для прохода почвы через рабочие органы, то есть, как и в первом варианте, реализует технический результат, указанный в приведенной выше задаче полезных моделей. Указанное новое расположение батарей рабочих органов обеспечивает дополнительный технический результат - возможность более компактного, в продольном направлении, выполнения орудия. Это может быть важным, например, когда орудие имеет специальный четырех колесный ход и рабочие органы с общей осью вращения в каждой батареи.
В частных случаях осуществления орудия по второму варианту рабочие органы передних батарей расположены большими основаниями к продольной оси орудия, а рабочие органы задних батарей расположены к этой оси меньшими основаниями. Это, как и в первом варианте орудия, повышает заглубляющую способность указанных рабочих органов и - эффективность уничтожения сорняков.
Для повышения качества работы орудия и более эффективного уничтожения им сорняков, разработан новый рабочий орган, представляющий собой третью полезную модель. По отношению к вариантам орудия, она является частью целого в патентуемой группе полезных моделей.
Известен рабочий орган для обработки почвы, использующийся в батареях рассмотренной выше кольцевой бороны (журнал «Земледелие» - 2003, №1, с.35). Этот рабочий орган представляет собой кольцо со спицами, выполненное из прутка круглого сечения. Кольцо установлено с возможностью вращения и расположено, своей плоскостью, под острым углом к направлению движения.
Этот рабочий орган-аналог с круглым поперечным сечением его кольца имеет недостаточную способность заглубляться в почву и уничтожать сорняки, что снижает качество его работы на уплотненных фонах.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленного устройства является рабочий орган для обработки почвы, входящий в батареи почвообрабатывающего катка (SU 1496650, А1, 30.07.1989). Рабочие органы батарей этого катка выполнены в виде колец, имеющих форму усеченного конуса. Конические кольца соединены посредством спиц с осью батареи. Каждое кольцо в батарее установлено под острым, в частности положительным, углом к направлению движения и направлено вперед меньшим основанием.
Недостатком рабочего органа-прототипа является некачественная работа без предварительной обработки почвы, так как рабочие органы катков, при указанной установке их в батарее, недостаточно заглубляются в почву. При этом нарушается процесс выравнивания почвы и извлечения на ее поверхность (вычесывания) сорняков.
Задача третьей полезной модели - повышение эффективности уничтожения сорняков и качества обработки почвы путем достижения технического результата: увеличения заглубляющей способности кольца и уничтожения сорняков преимущественно вырыванием.
Эта задача решена тем, что заявленный рабочий орган для обработки почвы, как и его прототип, включает расположенное под острым углом к направлению движения кольцо в форме усеченного конуса и прикрепленные к нему спицы для соединения кольца со ступицей или осью. В отличие от прототипа, большее основание кольца направлено вперед по ходу движения и имеет рабочую кромку толщиной 6÷12 мм, поверхность которой наклонена наружу от плоскости большего основания.
За счет того, что большее основание конического кольца расположено под острым углом к направлению движения, и имеет рабочую кромку толщиной 6÷12 мм, поверхность которой наклонена наружу от плоскости большего основания, на ней при движении кольца формируется уплотненный почвенный клин. Рыхление пласта почвы и воздействие на сорняки, осуществляется уплотненным почвенным клином. Нижнее основание почвенного клина отклонено от вектора абсолютной скорости перемещения точек кромки кольца и всегда обеспечивает положительный угол зазора. При этом снижается реакция почвы, выталкивающая кольцо, что и способствует заглублению.
Почвенный клин, имеющий более высокий коэффициент трения, также препятствует скольжению сорняков по рабочей кромке кольца. При этом сила, действующая на сорняк, увеличивается, а так как почвенный клин не в состоянии перерезать сорняк, то в данном случае происходит не подрезание сорняка, а его вырывание. При толщине кромки менее 6 мм почвенный клин практически не образуется. В этом случае на сорняк воздействует непосредственно рабочий орган, имеющий более низкий коэффициент трения, что снижает эффект вырывания сорняков. При толщине рабочей кромки более 12 мм увеличивается сгруживание почвы кольцом и значительно повышается тяговое сопротивление рабочего органа.
Следовательно, названная выше новая совокупность существенных признаков заявленного рабочего органа во всех случаях его осуществления обеспечивает достижение технического результата, отмеченного в задаче третьей полезной модели.
В частных случаях осуществления заявленного рабочего органа, поверхность рабочей кромки наклонена на угол равный или больший 20 градусов. Указанный предел этого угла обеспечивает наиболее рациональную глубину образования почвенного клина на рабочей кромке кольца, что важно для повышения эффективности уничтожения сорняков.
Полезные модели поясняются чертежами:
Фиг.1 - орудие по первому варианту, вид сверху, схема, пример; фиг.2 - орудие по второму варианту, вид сверху, схема, пример; фиг.3 - рабочий орган для обработки почвы по третьей полезной модели, вид сверху, с местным разрезом; фиг.4 - то же, вид А фиг.3; фиг.5 - схема движения кольца по криволинейной траектории, поясняющая образование на его рабочей кромке почвенного клина; фиг.6 - зависимость угла наклона рабочей кромки кольца от заданной глубины формирования почвенного клина.
На чертежах приняты следующие обозначения позиций:
1 - рама орудия; 2-5 - батареи рабочих органов; 6-9 - рабочие органы в этих батареях; 10 - продольная ось орудия; 11 - коническое кольцо; 12 - спица; 13 - ступица или ось; 14 - рабочая кромка кольца; 15 - уплотненный почвенный клин; 16 и 17 - наружная и внутренняя поверхности кольца рабочего органа.
Почвообрабатывающее орудие по каждому варианту (фиг.1, 2) имеет раму 1 с присоединительным: навесным или прицепным устройством и другими необходимыми элементами (не показаны). С рамой 1 связаны батареи 2-5. Они содержат рабочие органы 6-9, расположенные дистанционно друг от друга и установленные с возможностью вращения. В данных примерах (фиг.1, 2) рабочие органы 6-9 в каждой из батарей 2-5 закреплены на общей оси, имеющей подшипниковые опоры (не показаны), связанные с рамой 1 орудия. Рабочие органы 6-9, на виде сверху, имеют форму усеченных конусов (фиг.1-3) и выполнены в виде конических колец со спицами. Пространства между кольцом и спицами каждого из них (фиг.4) образуют окна для прохода почвы, чего нет в рабочем органе орудия-прототипа. Передние 2, 3 и задние 4, 5 батареи рабочих органов 6, 7 и 8, 9 размещены справа и слева от продольной оси 10 каждого орудия (фиг.1, 2).
Варианты орудия отличаются друг от друга размещением батарей 2-5 и ориентацией рабочих органов 6-9 относительно оси 10. В орудии по первому варианту (фиг.1) рабочие органы 6, 9 правой передней 2 и левой задней 5 батарей расположены под острыми положительными углами α к направлению движения, то есть к линии, параллельной продольной оси 10 или направлению V прямолинейного движения орудия. При этом рабочие органы 7 и 8 левой передней 3 и правой задней 4 батарей расположены под острыми отрицательными углами -α к направлению движения (фиг.1).
В орудие по второму варианту (фиг.2) рабочие органы 6 и 9 правой передней 2 и левой задней 5 батарей расположены под острыми отрицательными углами -α к направлению движения. Рабочие органы 7 и 8 левой передней 3 и правой задней 4 батарей расположены под острыми положительными углами α к направлению движения.
В большинстве случаев, когда требуется более высокая заглубляющая способность рабочих органов и (или) более эффективное уничтожение сорняков с вычесыванием их, преимущественно, вырыванием, наиболее рациональным для патентуемых (фиг.1, 2) и других орудий является рабочий орган по третьей полезной модели (фиг.3-5).
В данных примерах (фиг.1, 2) орудие по каждому варианту оснащено батареями 2-5 с рабочими органами 6-9, выполненными по третьей полезной модели (фиг.3-5). Причем для получения указанного выше технического результата такие рабочие органы (их кольца) расположены следующим образом.
В орудие по первому варианту (фиг.1) рабочие органы 8 и 9 задних батарей 4 и 5 расположены большими основаниями к продольной оси 10 орудия, а рабочие органы 6 и 7 передних батарей 2 и 3 расположены к этой оси меньшими основаниями.
В орудие по второму варианту (фиг.2) рабочие органы 6 и 7 передних батарей 2 и 3 расположены большими основаниями к продольной оси 10 орудия, а рабочие органы 8 и 9 задних батарей 4 и 5 расположены к этой оси меньшими основаниями.
Рабочий орган для обработки почвы по третьей полезной модели (фиг.3-5) содержит кольцо 11, имеющее форму усеченного конуса, и спицы 12 для соединения его, например, с осью батареи, в частности 3 или 4 (фиг.1, 2), или со ступицей 13 (фиг.3, 4). Кольцо 11 расположено под острым, в частности под отрицательным, углом -α к направлению переносного движения V кольца (фиг.3), то есть к направлению движения орудия (фиг.1, 2). Большее основание кольца 11 направлено вперед по ходу движения и имеет рабочую кромку 14, толщиной d равной 6÷12 мм. (фиг.1). Поверхность рабочей кромки 14 наклонена наружу от плоскости большего основания кольца 11. На этой поверхности, при движении кольца, формируется уплотненный почвенный клин 15 (фиг.5).
Поверхность рабочей кромки 14 наклонена на угол β, равный или больший 20 градусов. Это необходимо для формирования почвенного клина 15 (фиг.5) в начале процесса заглубления кольца 11 в почву. Например, при угле наклона поверхности этой кромки β=20 градусов (фиг.3), почвенный клин 15 формируется на глубине h, равной 25 мм (фиг.5, 6). Кольцо 11 имеет коническую наружную 16 и внутреннюю 17 поверхности (фиг.3-5), взаимодействующие с почвой при его работе.
Почвообрабатывающее орудие (фиг.1, 2) и предложенный рабочий орган (фиг.3-5), в составе батарей этого орудия, работают следующим образом.
Например, орудие по первому варианту (фиг.1) в агрегате с трактором обрабатывает паровое поле с целью поверхностного рыхления почвы, уничтожения сорняков, выравнивания и мульчирования ее поверхности. Орудие движется со скоростью, допустим, 2,2÷3 м/с (8÷11 км/ч). Нагруженные весом орудия рабочие органы 6-9 (фиг.1), установленные под углами α и -α в батареях 2-5, связанных с рамой 1, перекатываются (со скольжением или сдвигом), погруженными в почву так (фиг.5), что низ кольца 11 каждого из них проходит под ее поверхностью на глубине Н, например на 40÷60 мм.
Кольца 11 со спицами 12 (фиг.3, 4) рабочих органов 6-9 орудия (фиг.1), при вхождении в почву сжимают и сдвигают ее своими фронтальными коническими поверхностями: наружными 16 и рабочими кромками 14, раздавливая встречающиеся комья и создавая под собой уплотненный подповерхностный слой. При выходе из почвы они рыхлят ее над этим уплотненным слоем и извлекают на поверхность сорняки.
Почва обтекает движущиеся в ней участки рабочих органов 6-9 (фиг.1), то есть колец 11 со спицами 12 (фиг.3, 4). При этом она проходит по внутренним поверхностям 17 колец 11 через окна между спицами 12 и далее - через пространства между соседними рабочими органами 6-9 перекатывающихся батарей 2-5, сепарируется и размещается за ними, образуя рыхлую выровненную поверхность. На эту поверхность рабочие органы 6-9 выбрасывают, благодаря вращению, извлеченные из почвы подрезанные сорняки и другие растительные остатки, которые затем высыхают, образуя с верхней частью рыхлой, с преобладающей структурой из крупных комочков, почвы мульчирующий слой. Так работает орудие во всех случаях его использования.
Патентуемый рабочий органа в рассматриваемом примере действия орудия проявляет свои особенности, следующим образом. При движении орудия (фиг.1) кольцо его каждого рабочего органа, например 8 батареи 4, вращается вокруг своей оси (в относительном движении) и одновременно перемещается в направлении движения орудия V (в переносном движении). Каждая точка кольца 11 в почве перемещается с абсолютной скоростью Vк по криволинейной траектории СБК (фиг.5).
При погружении в почву конического кольца 11 (фиг.5) частью его наружной поверхности 16, расположенной от точки О - пересечения линии траектории СБК и образующей наружной конической поверхности 16 кольца 11 до кромки его меньшего основания, почва уплотняется до определенной глубины. При этом на поверхности рабочей кромки 14 формируется почвенный клин 15. Нижнее основание почвенного клина 15 отклонено от вектора абсолютной скорости Vк перемещения точек кромки кольца на положительный угол зазора ∈ (фиг.5). При этом снижается реакция почвы, выталкивающая кольцо 11, что и способствует его заглублению.
Рыхление пласта почвы и воздействие на сорняки, осуществляются уплотненным почвенным клином 15. Этот клин, имеющий более высокий коэффициент трения, также препятствует скольжению сорняков по рабочей кромке кольца. При этом сила, действующая на сорняк, увеличивается, а так как почвенный клин 15 не в состоянии перерезать сорняк, то в данном случае происходит не подрезание сорняка, а его вырывание. Пласт, подрезанный этим клином, перемещается в соответствующих окнах между спицами 12 (фиг.4) по внутренней поверхности 17 кольца 11 (фиг.3, 5) и сбрасывается на дно борозды. При движении кольца 11 на восходящем участке траектории СБК (фиг.5), оставшаяся часть подрезанного пласта поднимается внутренней поверхностью 17 этого кольца и отбрасывается вместе с выдернутыми сорняками на поверхность поля, которая, как отмечалось выше, выравнивается и мульчируется.
Параметры рабочего органа обоснованы из условия обеспечения качественного рыхления, крошения, выравнивания и уплотнения почвы, и эффективного уничтожения сорняков. Например, глубина погружения кольца Н должна быть 40÷60 мм. а угол атаки кольца 11, то есть угол α или -α между плоскостью этого кольца и направлением движения V, по абсолютной величине должен быть в пределах от 20 до 45 градусов (фиг.1-3). Рабочий орган может применяться как самостоятельно, так и составным элементом в других, в том числе комбинированных, почвообрабатывающих орудиях и агрегатах.
Орудие по второму варианту (фиг.2) и рабочий орган (фиг.3-6) в нем работают аналогично тому, как отмечено в рассмотренном примере.
Возможны другие примеры осуществления полезных моделей. Например, в зависимости от выполняемого технологического процесса орудие по каждому варианту может иметь любые соответствующие его сути кольцевые рабочие органы или их комбинации с другими типами рабочих органов. Рабочие органы орудия, включая предложенный рабочий орган, могут быть выполнены с индивидуальными осями вращения.
Итак, приведенные сведения подтверждают возможность осуществления патентуемых вариантов орудия и рабочего органа, их новизну и работоспособность с достижением технических результатов, указанных в задачах полезных моделей.