Рабочий орган культиватора

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к рабочим органам культиваторов для сплошной и междурядной обработки почвы.
Известна конструкция рабочего органа противоэрозионного культиватора КПЭ-3,8, включающего в себя раму, упругую С-образную стойку и стрельчатую лапу [Карпенко А.Н., Халанский В.М. Сельскохозяйственные машины. - М: Агропромиздат, 1989]. В процессе работы культиватора, за счет переменного характера силы сопротивления почвы, возникают периодические колебательные движения упругой стойки и закрепленной на ней лапы, при этом происходит незначительное снижение величины тягового сопротивления и повышается качество обработки.
При этом низкая частота колебаний, а также невозможность регулирования жесткости упругой стойки ограничивает эффективность использования данного рабочего органа на различных по механическому составу и свойствах почвах, а повышение качественных показателей обработки почвы практически не происходит.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному решению является рабочий орган культиватора [UA, патент на полезную модель №28178, А01В 33/00. Рабочий орган культиватора // Л.Ф. Бабицкий, В.И. Тарасенко, Ю.Ю. Кусенко. Заявлено 03.08.2007, опубликовано 26.11.2007], состоящий из рамы, С-образной стойки и стрельчатой лапы. На тыльной стороне стойки закреплен ударный механизм маятникового типа, верхняя часть которого шарнирно крепится к стойке с возможностью регулировки положения по высоте, а рабочую длину качающего рычага маятника можно изменять. Периодически повторяющиеся удары маятникового ударного механизма по упругой стойке обеспечивают возникновение вибрации культиваторной лапы, способствующей лучшему качеству обработки почвы и снижению тягового сопротивления рабочего органа.
Недостатком конструкции является низкая частота соударений ударника со стойкой, обусловленная значительной величиной периода колебаний маятникового ударника, зависящего от длины рычага, и составляющая в среднем 1…3 Гц. В результате оказываемое ударное и вибрационное воздействие рабочего органа на почву не обладает достаточной интенсивностью для достижения ощутимого положительного эффекта.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является снижение тягового сопротивления и повышение степени крошения почвы за счет увеличения частоты ударного воздействия путем использования ударного механизма с рычагом, выполненным в виде упругой изогнутой пластины, при этом соотношение массы ударника и коэффициента жесткости упругого рычага обеспечивает частоту собственных колебаний ударного механизма равной средней частоте вынужденных колебаний упругой С-образной стойки культиватора в процессе почвообработки и может достигать 10…30 Гц.
Поставленная задача решается тем, что рабочий орган культиватора, содержащий раму, упругую С-образную стойку с ударным механизмом и стрельчатой лапой, отличающийся тем, что рычаг ударного механизма представляет собой упругую изогнутую пластину, жестко закрепленную верхним концом на С-образной стойке с возможностью регулирования положения по высоте, соотношение массы ударника и коэффициента жесткости упругого рычага m/с=0,000028-0,000248 кг⋅м/кН.
Устройство поясняется чертежом.
Предлагаемый рабочий орган культиватора содержит раму, подпружиненную С-образную стойку с ударным механизмом и стрельчатой лапой, рычаг ударного механизма, который представляет собой упругую изогнутую пластину, жестко закрепленную верхним концом на С-образной стойке с возможностью регулирования положения по высоте, при этом использование ударника массой от 0,1 до 1,5 кг и упругого рычага с коэффициентом жесткости в пределах от 3,55 до 5,95 кН/м в соответствии с формулой  обеспечивает частоту собственных колебаний ударного механизма равной средней частоте вынужденных колебаний упругой С-образной стойки культиватора в процессе почвообработки
Рабочий орган культиватора (фиг. 1) содержит: раму 1, С-образную упругую стойку 2 со стрельчатой лапой 3 и ударный механизм, состоящий из упругого рычага 4 и ударника 5, закрепленный на стойке 2 при помощи хомута 6.
Рабочий орган культиватора работает следующим образом.
В процессе работы, за счет периодически повторяющихся фаз деформации и скалывания почвы, упругая стойка 2 с рабочим органом 3 культиватора начинает совершать вынужденные колебания в продольной плоскости. При этом закрепленный на тыльной стороне колеблющейся упругой стойки 2 ударный механизм, состоящий из упругого рычага 4 и ударника 5, также начинает колебаться и периодически соударяться с упругой стойкой 2. Так как частота собственных колебаний ударного механизма совпадает с частотой вынужденных колебаний, то возникает резонансный режим работы и интенсивность ударного воздействия на стойку 2 с рабочим органом 3 повышается. Перед началом работы, в зависимости от почвенных условий и заданных режимов обработки почвы, проводится регулировка длины активной части упругого рычага 4 и установка ударника 5 требуемой массы.
Пример.
с
Частота n вынужденных колебаний упругой стойки культиватора:
,
p
где V - скорость движения рабочего органа;
- длина участка скалывания почвы.
По теории профессора B.C. Жегалова длина скалываемого впереди лапы участка  определяется следующим образом:
где h - глубина обработки, м;
α - угол вхождения лапы в почву, α=25°;
K
K
ϕ - угол трения, ϕ=45°.
После подстановки формулы (2) в формулу (1) получим:
Расчеты, произведенные по формуле (3) показывают, что для рабочей скорости 6 км/ч, при глубине обработки 6 см, угле вхождения лапы в почву 25° и угле трения 45° частота вынужденных колебаний составит 10,1 Гц. Такой частотой свободных колебаний обладает ударный механизм имеющий ударник массой 1,4 кг и жесткость упругого рычага 5,6 кН/м.
Таким образом, результатом использования предлагаемой конструкции является снижение тягового сопротивления рабочего органа и повышение степени крошения почвы за счет использования ударного механизма, работающем в резонансном режиме.