Сцепка навесного оборудования для обработки почвы
COUPLING OF ATTACHMENTS FOR TILLAGE

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к почвообрабатывающим орудиям для поверхностной обработки почвы, например боронования, выравнивания поверхности, измельчение почвы.
Известна прицепная сцепка (см. патент РФ на изобретение №2740104), включающая несущий брус, опирающийся на два перпендикулярных ему колеса, и сницу, представляющую собой перпендикулярную несущему брусу тягу с двумя раскосами, соединенными с несущим брусом вертикальными шарнирами, каждый из которых выполнен в виде двойной проушины с вертикальным штырем, при этом шарниры симметричны по отношению к центру несущего бруса, который снабжен также двумя вспомогательными колесами, при этом стойки вспомогательных колес смонтированы в отверстиях прямоугольного сечения вертикальных держателей, закрепленных по обе стороны от несущего бруса на горизонтальной поперечине, которая размещена асимметрично по отношению к центру несущего бруса и составляет между своей передней половиной и его короткой частью острый угол, а на противоположном конце несущего бруса между вертикальным шарниром и колесом смонтирована горизонтальная консоль, снабженная на свободном конце крепежным устройством, причем вспомогательные колеса имеют возможность для изменения высоты по отношению к несущему брусу, а плоскости их вращения не перпендикулярны плоскостям вращения основных колес, при этом раскос сницы, обращенный в сторону вспомогательных колес, соединен с ней посредством вертикального шарнира.
К недостаткам известной прицепной сцепки можно отнести сложность конструкции и ее большая длина в транспортном положении, поскольку рабочий брус сцепки не имеет шарниров и не складывается, к тому же при использовании сцепки необходимы дополнительные трудозатраты для перевода сцепки из рабочего в транспортное положение и обратно, поскольку.
Известен широкозахватный почвообрабатывающий агрегат по патенту РФ №2511945, М. кл. А01В 19/00, А01В 23/04, включающий раму с прицепным устройством, тыльной частью опирающуюся на пневматические колеса, средний поворотный брус, фиксируемый гидроцилиндрами к раме, боковые поворотные брусья с рабочими и транспортными колесами, П-образные поводки, растяжки, состоящие из 2-х частей, передних - коротких и задних - длинных, с пальцами, пружинами, уловителями и защелками, при этом на поворотных брусьях смонтированы неподвижно сменные парные стойки или сменные одиночные длинные стойки с зубовыми боронами зигзаг, закрепленные якорными цепями, регулируемыми по длине, растяжки имеют фиксаторы в виде уголков с вырезами, взаимодействующими с канавками на пальцах, установленными неподвижно на кронштейнах, смонтированными на коротких частях растяжек, а их задние длинные части со стороны крепления с П-образными поводками оснащены горизонтальными осями. Сменные одиночные длинные стойки изготовлены складывающимися посредством имеющих рейки зубовых полуколес, на которых закреплены складываемые части сменных одиночных длинных стоек, привод реек осуществляется гидроцилиндрами, при этом сменные одиночные длинные стойки соединены между собой распорками, образующими жесткие системы, на которых посредством якорных, регулируемых по длине цепей установлены в два ряда зубовые бороны зигзаг.
К недостаткам известного широкозахватного почвообрабатывающего агрегата можно отнести сложность конструкции, связанную с наличием дополнительной пары транспортных колес на боковых поворотных брусьях, а также из-за складывания последних назад, в транспортном положении агрегат имеет очень большую длину, что вызывает неудобства при транспортировании.
Известна более совершенная сцепка для навесного оборудования - зубовые бороны серии «БЛЭК», см. https://euro-mash.ru/blek-zub/, и https://www.youtube.com/watch?v=UPnEwWWxNMA - прототип, состоящая из рамы с транспортными колесами, центрального и боковых поворотных брусьев, закрепленных с возможностью поворота относительно продольной оси, рабочих колес, поворотные кулаки которых смонтированы на торцах боковых поворотных брусьев при помощи двух коромысел, приводящихся в действие гидроцилиндрами. Возможность складывания боковых поворотных брусьев вперед при транспортировании обеспечивает небольшие габариты агрегата.
К недостаткам известной сцепки можно отнести малую жесткость конструкции механизмов поворота рабочих колес из-за крепления колес к боковым поворотным брусьям посредством двух коромысел, а также вибрацию в шарнирных соединениях во время движения колес по неровной поверхности почвы, подвергающихся постоянным воздействиям на рабочие колеса переменным боковым и вертикальным нагрузкам, приводящим к преждевременному износу шарнирных соединений и гидроцилидров, постоянно поддерживающих положение колес в рабочем состоянии, снижающих жесткость соединения, в котором появляются постоянно увеличивающиеся зазоры и люфты.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение недостатков прототипа, в частности повышение надежности соединения рабочих колес с боковыми поворотными брусьями без вибрации во время работы и увеличения срока службы шарнирных соединений, гидроцилиндра и сцепки в целом.
Поставленный технический результат достигается использованием сочетания известных общих с прототипом признаков, включающих раму с транспортными колесами и прицепным устройством, средним и боковыми поворотными брусьями, гидравлический привод поворотных брусьев, шарнирно связанный с рамой, рабочие колеса, шарнирно закрепленные на боковых брусьях с регулируемым при помощи гидроцилиндров углом установки и новых признаков, заключающихся в том, что каждое рабочее колесо бокового поворотного бруса сцепки смонтировано на поворотном кулаке, который соединен при помощи шарнира с боковым поворотным брусом, причем угол поворота поворотного кулака, в направлении от рамы сцепки, ограничен, например, плоской пластиной, жестко закрепленной на торце бокового поворотного бруса, при этом поворотный кулак каждого рабочего колеса имеет жестко закрепленный на нем рычаг, рычаг шарнирно связан с тягой, которая шарнирно соединена с коромыслом, шарнирно закрепленным на боковом поворотном брусе, на котором при помощи шарнира закреплен, одной своей стороной, гидроцилиндр, а другой шарнирно связан с тягой и/или коромыслом.
Рабочие колеса выполнены с возможностью поворота относительно оси их шарнирного соединения с боковыми поворотными брусьями на угол от 0 до 60 градусов.
Угол между центром шарнира, соединяющего рычаг поворотного кулака рабочего колеса с тягой, и центром шарнира, соединяющего коромысло с боковым поворотным брусом, с вершиной в центре шарнира, соединяющего тягу и коромысло, расположенный с верхней стороны, в рабочем положении сцепки, является запорным и может принимать значения от 165 до 180 градусов.
Угол поворота коромысла ограничен упором жестко связанным с боковым брусом.
Новизной предложенного устройства является монтаж каждого рабочего колеса бокового поворотного бруса сцепки смонтированного на поворотном кулаке, который соединен при помощи шарнира с боковым поворотным брусом, причем угол поворота поворотного кулака, в направлении от рамы сцепки, ограничен, например, плоской пластиной, жестко закрепленной на торце бокового поворотного бруса, при этом поворотный кулак каждого рабочего колеса имеет жестко закрепленный на нем рычаг, рычаг шарнирно связан с тягой, которая шарнирно соединена с коромыслом, шарнирно закрепленным на боковом поворотном брусе, на котором при помощи шарнира закреплен, одной своей стороной, гидроцилиндр, а другой шарнирно связан с тягой и/или коромыслом.
Так ограничение угла поворота поворотного кулака, в направлении от рамы сцепки, совместно с подпирающим усилием гидроцилиндра, передающемся на кулак через рычаг и тягу, - позволяет во время работы сцепки осуществить плотный контакт поворотного кулака с боковым поворотным брусом, например специально предназначенной для упора плоской пластиной, жестко закрепленной на торце бокового поворотного бруса и убрать все люфты в шарнирных соединениях звеньев воспринимающих нагрузку от рабочих колес при движении агрегата, тем самым, предотвратить вибрацию колес и износ шарнирных соединений при перемещении сцепки по поверхности почвы, в целом увеличить ресурс работы сцепки.
Выполнение запорного угла между центром шарнира, соединяющего рычаг поворотного кулака рабочего колеса с тягой, и центром шарнира, соединяющего коромысло с боковым поворотным брусом, с вершиной в центре шарнира, соединяющего тягу и коромысло, расположенный с верхней стороны, в рабочем положении сцепки, имеющего значение от 165 до 180 градусов, позволяет обеспечить надежную механическую фиксацию механизма благодаря незначительной упругой деформации звеньев, при этом отпадает необходимость поддержания давления гидравлической жидкости в гидроцилиндре.
Введение в конструкцию механизма дополнительного упора, жестко закрепленного на боковом поворотном брусе, ограничивающего угол поворота коромысла, совместно с запорным углом, позволяет наряду с надежной механической фиксацией механизма поворота полностью снять нагрузку с гидроцилиндра в рабочем положении сцепки, тем самым повысить его долговечность.
Признак выполнения поворотного кулака с возможностью поворота относительно оси шарнира, связывающего его с боковым поворотным брусом, в сторону рамы сцепки на угол от 0 до 60 градусов, - является признаком дополнительным, направленным на раскрытие основных признаков, способствует достижению поставленного технического результата, в частности способствует снижению сопротивления почвы при раскладывании и складывании сцепки соответственно в рабочее и транспортное положения, в том числе и на рыхлой почве, и способствует раскладыванию сцепки движением транспортного средства вперед без необходимости ручного отвода боковых поворотных брусьев в ручную.
При проведении патентно-информационных исследований сочетания предложенных известных и новых признаков предполагаемого изобретения в патентной и научно-технической литературе - не обнаружено, что позволяет отнести признаки к обладающим новизной.
Поскольку предложенное сочетание признаков не известно из существующего уровня техники и позволяет получить более высокий технический результат, то предлагаемые существенные признаки можно признать соответствующими критерию - изобретательский уровень.
Описание осуществления предлагаемой сцепки и проведенные на предприятии опытные работы позволяют отнести предложенное устройство к промышленно выполнимым.
На фиг. 1 схематично изображена предлагаемая сцепка в развернутом рабочем положении.
На фиг. 2 показана предлагаемая сцепка в транспортном положении с расположенными под углом «β» продольной оси рамы рабочими колесами.
На фиг. 3 показан механизм поворота рабочего колеса в сомкнутом рабочем положении с поддержкой по средствам усилия гидроцилиндра, имеющий остаточный ход штока «s». Также показан вариант соединения гидроцилиндра, тяги и коромысла общим шарниром.
На фиг. 4. показан механизм поворота рабочего колеса в разомкнутом положении, при котором сцепка переводится из транспортного положения в рабочее и обратно.
На фиг. 5 показан, в рабочем положении, угол запирания «λ» между центром шарнира, соединяющего рычаг поворотного кулака рабочего колеса с тягой, и центром шарнира, соединяющего коромысло с боковым поворотным брусом, с вершиной в центре шарнира, соединяющего тягу и коромысло, при этом шток гидроцилиндра максимально выдвинут до упора поршня из корпуса. Также показан вариант, когда гидроцилиндр шарнирно связан с коромыслом.
На фиг. 6 показан, в рабочем положении, угол запирания «λ» между центром шарнира, соединяющего рычаг поворотного кулака рабочего колеса с тягой, и центром шарнира, соединяющего коромысло с боковым поворотным брусом, с вершиной в центре шарнира, соединяющего тягу и коромысло, при этом шток гидроцилиндра имеет остаточный ход «s», а угол поворота коромысла ограничен упором жестко связанным с боковым брусом. Также показан вариант, когда гидроцилиндр шарнирно связан с тягой.
Предлагаемая сцепка навесного оборудования для обработки почвы состоит из рамы 1, опирающейся на пневматические транспортные колеса 2. Средний поворотный брус 3 связан с рамой 1 при помощи, как минимум, одного подъемного гидроцилиндра 4 и при помощи шарнирного соединения 5. Рабочие колеса 6 установлены на поворотных кулаках 7, верхние стороны которых в рабочем положении сцепки при помощи шарниров 8 закреплены на боковых поворотных брусьях 9, последние связаны с рамой 1 гибкими растяжками 10. Угол поворота кулаков 7, в сторону от рамы 1 сцепки, ограничен, например плоской пластиной 11 жестко закрепленной на торце бокового поворотного бруса 9.
На каждом поворотном кулаке 7 жестко закреплен рычаг 12, который связан при помощи шарнира 13 с тягой 14, которая в свою очередь при помощи шарнирного соединения 15 связана с коромыслом 16, последнее закреплено на боковом поворотном брусе 9 с помощью шарнира 17, также имеется гидроцилиндр 18, который одной проушиной при помощи шарнира 19 закреплен на боковом поворотном брусе 9, а другая проушина совмещена с шарниром 15, соединяющим тягу 14 и коромысло 16. Для ограничения угла поворота коромысла 16, в рабочем положении сцепки, на боковом поворотном брусе 9 может быть установлен упор 20. В рабочем положении сцепки, детали 12, 14, 16 шарнирно связывающие поворотный кулак 7, боковой поворотный брус 9 и гидроцилиндр 18 расположены вверху поворотного бокового бруса 9. В транспортном положении гидроцилиндр 18 рычаг 12, тяга 14 и коромысло 16 находятся сбоку бокового поворотного бруса 9.
Тросовые растяжки 10 закреплены на боковых поворотных брусьях 9 и связаны с боковыми сторонами рамы 1. Боковые поворотные брусья 9 в транспортном положении устанавливаются на упоры 21, смонтированные по обе стороны рамы 1 и фиксируются на них при помощи стопоров, а растяжки 10 укладывают на раму 1. Рабочие колеса 6 смонтированы с возможностью поворота относительно оси шарниров 8 в сторону рамы 1 сцепки на угол «β» от 0 до 60 градусов. Угол «λ» между шарнирами 13 и 17 с вершиной в шарнире 15 расположенный с верхней стороны, в рабочем положении сцепки, выполнен запорным и имеет значение от 165 до 180 градусов. В вариантном исполнении гидроцилиндр 18 может быть соединен с тягой 14 или коромыслом 16 при помощи дополнительного шарнира 22 или 23, расположенного на тяге или коромысле.
Сцепка навесного оборудования для обработки почвы работает следующим образом:
Перед началом работы на боковых брусьях 9 сцепки закрепляют необходимое оборудование, например, бороны. Сцепка в транспортном положении при помощи транспортного средства, с поднятыми вверх боронами доставляется на поле. Для перевода сцепки из транспортного положения в рабочее растяжки 10, уложенные на раме 1 освобождаются и кладутся на землю. Приводом задней навески транспортного средства, переднюю часть сцепки опускают до касания рабочих колес 6 почвы. При этом боковые брусья 9, которые удерживались на упорах 21, поднимаются над ними. Если механизмы поворота рабочих колес 6 при транспортировке находились в сомкнутом положении, для раскрытия боковых поворотных брусьев 9 сцепки в рабочее положение, механизмы поворота рабочих колес 6 переводят в разомкнутое положение, тем самым разворачивают колеса 6 на угол «β» в сторону рамы 1 сцепки. Происходит это следующим образом. В штоковую полость гидроцилиндра 18 из гидравлической системы транспортного средства под давлением подается гидравлическая жидкость, в следствии чего шток гидроцилиндра 18 втягивается в его корпус, воздействуя на звенья 12, 14, 16 механизма поворота. Рычаг 12 поворачивает кулак 7 с колесом 6 под углом «β» до 60-ти градусов к продольной оси брусьев. Затем осуществляют перемещение сцепки вперед при помощи транспортного средства. Рабочие колеса 6, опираясь на почву, за счет установки их под углом «β», начинают отводить боковые брусья 9 в стороны до положения, при котором растяжки 10 натянуты и удерживают боковые брусья 9 в раскрытом положении. После раскрытия боковых брусьев 9 при помощи гидроцилиндров 18, при подаче под давлением гидравлической жидкости в его поршневую полость, рабочие колеса 6 поворачивают в рабочее положение. При этом, шток гидроцилиндра 18 выдвигаясь, поворачивает коромысло 16 и перемещает тягу 14, которая воздействует на рычаг 12 поворотного кулака 7 и поворачивает рабочее колесо 6 до плотного контакта поворотного кулака 7 с пластиной 11, закрепленной на торце бруса 6, при этом у гидроцилиндра сохраняется небольшой остаточный ход штока «s». Далее запирают гидравлическую магистраль, идущую к поршневой полости гидроцилиндра. Из-за наличия в гидравлической магистрали рукавов высокого давления изготовленных из эластичного материала, в ней сохраняется остаточное давление, таким образом они играют роль гидроаккумулятора. Благодаря этому гидроцилиндр постоянно воздействует на звенья механизма исключая люфты в шарнирах.
В случае когда механизм поворота рабочих колес 6 имеет запорный угол «λ», после соприкосновения кулака 7 с пластиной 11 под усилием гидроцилиндра 18 шарнир 15 коромысло 16 с тягой 14 продолжают перемещаться до тех пор, пока шток гидроцилиндра полностью выйдет из корпуса и поршень упрется в корпус гидроцилиндра, при этом появится запорный угол «λ» между шарнирами 13 и 17 с вершиной в шарнире 15, звенья механизма 12, 14, 16, испытывая незначительную упругую деформацию, встанут в распор убирая при этом люфты в шарнирных соединениях 8, 13, 15, 17. Таким образом рабочие колеса 6 фиксируются для дальнейшей работы. При этом запорный угол может быть от 165 до 180 градусов. Далее подъемным гидроцилиндром 4 поворачивают поворотные брусья 3 и 9 в шарнирах 5, чтобы опустить рабочее оборудование на землю.
Как вариант, ограничение величины запорного угла «λ» может осуществляется при помощи упора 20, ограничивающего угол поворота коромысла 16. В таком случае после касания коромысла 16 упора 20 у гидроцилиндра 18 сохраняется остаточный ход «s», а необходимость в поддержке давления в гидроцилиндре 18 исчезает, так как усилие воздействия на колесо 6 со стороны почвы передается через звенья механизма на шарнир 17 и упор 20.
Соединение гидроцилиндра 18 с тягой 14 или коромыслом 16 может быть осуществлено при помощи дополнительных точек шарнирного соединения 22 или 23.
По окончании обработки почвы сцепку приводят в транспортное положение. Для этого подъемным гидроцилиндром 4 поворачивают поворотные брусья 3 и 9 в шарнирах 5, чтобы поднять рабочее оборудование. Далее рабочие колеса 6 при помощи гидроцилиндров 18 поворачивают на угол «β», когда механизм поворота рабочего колеса находится в разомкнутом положении. Движением транспортного средства назад, боковые брусья 9 возвращают в транспортное положение над упорами 21 рамы 1. Подъемом рамы 1, при помощи привода задней навески транспортного средства, боковые брусья 9 устанавливаются на упоры 21 и фиксируются. Растяжки 10 укладываются на раме 1 на специально предусмотренные места для их фиксации.
Выполнение сцепки в виде сочетания общих с прототипом известных и новых признаков позволяет достичь поставленный предполагаемым изобретением технический результат, а именно повысить надежность работы шарнирных соединений и гидроцилиндров, что соответственно снижает их износ и повышает надежность работы всей сцепки.
В настоящее время на предлагаемую сцепку разработана техническая документация и изготовлен опытный образец, испытания которого намечены на весенний период 2021 года.