ПЛОСКАЯ ЗУБОВАЯ БОРОНА

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к почвообрабатывающим орудиям.
Уровень техники
Известна плоская зубовая борона (пропашная), включающая рамки, зубья, планки, болтовые соединения (см. Н.Е.Руденко. Возделывание пропашных культур без применения гербицидов. - М.: Колос, 1992, с.71-75).
Недостатком данной бороны является то, что она может применяться только на рыхлых, хорошо возделанных почвах. Глубина обработки не превышает 5 см. Расстояния между зубьями 70 мм не обеспечивает полное вычесывание сорняков.
Известна плоская зубовая борона, состоящая из рамки, перекрещивающихся планок, на пересечении которых установлены вертикально зубья квадратного, круглого сечения. Нижняя часть заточена, а верхняя имеет резьбу и с помощью гайки крепится к рамке (см В.М.Халанский, И.В.Горбачев. Сельскохозяйственные машины. - М: Колос, 2006, с.61-63).
Существенным недостатком данной бороны является ее забиваемость растительными остатками. Они в процессе работы скапливаются под рамкой, часто поднимают борону, уменьшая глубину и ухудшая качество обработки почвы. Для очистки требуется поднимать борону и сбрасывать на поле кучки растительной массы, что затрудняет дальнейшие операции на поле (посев, уход за посевами). Они недостаточно крошат комки почвы, чаще всего их отодвигают, смещают в стороны, образуя бороздки.
Это самые распространенные бороны (тяжелые, средние), работающие в агрегате с плугами, культиваторами.
7
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту, принятая авторами за прототип является зубовая борона, содержащая раму с крестообразными расположенными планками, в месте пересечения которых закреплены зубья, включающие монтажную, стержневую и рабочие части. Рабочая часть зуба имеет форму эллиптического конуса, основанием которого является эллипс стержневой части. Вся рабочая и стержневая части зуба содержат передние и задние лезвийные кромки, толщиной, не превышающей 2 мм. Длина стержневой и рабочей части зуба равны (см. Патент №2248687 МПК A01B 19/00, 23/06, опубл. 27.03.2005 г.)
Недостатками данной бороны является забиваемость ее растительными остатками.
Раскрытие полезной модели.
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предложенной полезной модели, сводится к повышению надежности работы, выровненности поверхности почвы, росту производительности.
Плоская зубовая борона, содержащая раму, планки, на пересечении которых закреплены зубья, включающие монтажную, стержневую и рабочие части, отличающиеся тем, что рабочая часть зуба выполнена в виде вертикально расположенного наконечника, переходящая в стержневую часть, представляющую собой пространственную спираль, которая переходит в прямую монтажную часть с резьбовым концевиком, при чем угол наклона винтовой линии пространственной спирали равен углу трения почвы и растительных остатков по поверхности зуба.
Основание пространственной спирали расположено в направлении противоположном ходу бороны, окончание - по направлению движения.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 - Плоская зубовая борона, общий вид;
На фиг.2 - Общий вид зуба;
На фиг.3 - Зуб, вид сверху;
На фиг.4 - Схема взаимодействия стержневой (спиральной) части зуба с почвой и растительными остатками.
Осуществление полезной модели.
Плоская зубовая борона состоит из рамки 1 (фиг.1), состоящей из планок 2, на пересечении которых закреплены гайками 3 зубья 4. На рамке 1 смонтировано прицепное устройство в виде крючков для присоединения плоской зубовой бороны к почвообрабатывающему агрегату. (на фигуре не показано).
Зуб 4 включает три части: рабочую А, стержневую В, монтажную С. Рабочая часть А зуба 4, представляет собой заточенный наконечник 5, расположенный вертикально. Она переходит в стержневую часть В в виде пространственной спирали 6. Основание 7. пространственной спирали 6 расположено в направлении противоположном ходу бороны. Угол наклона винтовой линии пространственной спирали 6 равен углу трения почвы и растительных остатков по поверхности зуба 4. По имеющимся данным, угол трения варьирует в пределах 27…35° (см. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин. Под редакцией М.И.Клецкина, Издательство «Машиностроение», М.: 1967, Т.1, с.699-700).
Стержневая часть В Зуба 4 переходит в монтажную С, в виде резьбового концевика 8, на конце которого нарезана резьба 9. С помощью гайки (на фигуре не обозначено) зуб 4 крепится к рамке 1 плоской зубовой бороны. Диаметр зуба 12-14 мм, длина рабочей части 60-70 мм, диаметр пространственной спирали 50-60 мм (установлены опытным путем)
Окончание 10 пространственной спирали 6 направлено в противоположную сторону от основания 7. Почва и растительные остатки 11 взаимодействуют с зубом 4.
Работает плоская зубовая борона следующим образом.
n
n
тp
На почвообрабатывающем агрегате плоская зубовая борона, с помощью прицепного устройства устанавливается так, чтобы основание 7 пространственной спирали располагалось в направлении противоположном ходу плоской зубовой бороны, что обеспечивает сход сорняков. В процессе движения, рабочая часть А зуба 4, в виде заточенного наконечника 5 заглубляется, осуществляет рыхление почвы и вычесывание сорняков. Под действием реакции почвы F растительные остатки 11, поднимаясь вверх, попадают на расположенное против хода движения основание 7 пространственной спирали 6. Продвижение по спирали будет происходить только в той случае, если реакция почвы F равна или больше силы трения F.
Известно:
тp
F=N*tgφ.
где N - сила нормального давления Н; φ - угол трения почвы и растительной массы по поверхности пространственной спирали, град.
Из треугольника (фиг.4):
n
F=G*sinα=mg*sinα.
N=G*cosα=mg*cosα,
Тогда:
тр
F=mg*cosα*tgφ,
где: G - вес растительных остатков, попадающих на зуб, Н.
m - масса перемещаемой растительности, кг; α - угол наклона винтовой линии пространственной спирали, град.
Приравняем:
n
тр
F=F;
mg*cosα*tgφ=mg*sinα
Разделим на:
mg*cosα.
Получим:
tgφ=tgα; α=φ.
Следовательно, угол наклона винтовой линии пространственной спирали α должен быть равным (или меньше) углу трения φ. Растительные остатки передвигаются по спирали и сходит с нее. Этому способствует расположение по ходу движения окончания 10 пространственной спирали 6. Зубья освобождаются и плоская зубовая борона на забивается, кроме того, пространственная спираль как «колпак» препятствует отбрасыванию почвы вверх при движении и образованию бороздок, увеличивающих площадь испарения почвенной влаги.
По сравнению с прототипом и известными техническими решениями, предлагаемая плоская зубовая борона, имеет следующие преимущества:
- повышается надежность работы за счет существенного снижения забиваемости зубьев растительными массами;
- из-за снижения простоев на очистку от растительных остатков увеличивается производительность;
- повышается выровненость поверхности почвы, так как исключаются бороздки образуемые после прохода зубьев.