ДИСК РАБОЧЕГО ОРГАНА ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОРУДИЯ (ВАРИАНТЫ)

Предлагаемое изобретение относится к машинным технологиям почвообработки, где в почвообрабатывающих орудиях используются сферические диски.
Почвообрабатывающие орудия со сферическими дисками используются при основной обработке, бороновании, лушении и других обработках почвы.
Сферические диски в таких орудиях устанавливаются рядами фронтально к направлению рабочего движения орудия, имеют угол атаки и угол наклона к вертикальной плоскости и могут быть установлены как на индивидуальных стойках на подшипниках, так и на общем валу батарейно.
Диск со стойкой и подшипником составляет рабочий орган.
Известны сферические вырезные и невырезные диски круглой формы. (См. кн. "Дисковые почвообрабатывающие машины". Авт. В.Ф.Стрельбицкий. М. "Машиностроение", 1978 г., стр.3, рис.2, 3).
Недостатком таких дисков является то, что радиус сферы диска больше диаметра диска. При таком соотношении радиуса сферы к диаметру диска диск плохо оборачивает и крошит обрабатываемый им пласт почвы. Почва плохо измельченная, сильно разбрасывается в направлении вращения и по сторонам. Все это ухудшает качество почвообработки.
Известен вырезной диск для почвообрабатывающего орудия (см. пат. РФ пол. модель №46620, A01В 7/00 от 04.03.2006) диаметром 560 мм и радиусом сферы 635 мм.
Недостатком его является малая кривизна, то есть большой радиус сферы, который больше диаметра диска. Такой диск при работе неудовлетворительно оборачивает пласт, плохо крошит почву и эту плохо измельченную почву отбрасывает от себя. Все это снижает качество почвообработки.
Описанный выше диск, в совокупности с подшипниковым узлом и стойкой, образует рабочий орган почвообрабатывающего орудия (см. пат. РФ на пол. модель №57073, A01В 21/00 от 09.03.2006) - прототип.
Рабочий орган содержит стойку, на которую прикреплен подшипниковый узел с осью диска и сферический диск, радиус сферы которого
также больше диаметра диска.
Недостатков является то, что диск рабочего органа плохо оборачивает и крошит пласт. Обороту пласта дополнительно мешает подшипниковый узел, разрешенный внутри сферы диска, к которому прикреплена стойка диска. Диск вращается на оси подшипникового узла.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение качества почвообработки, достигаемого за счет лучшего оборота пласта и крошения почвы дисков рабочего органа почвообрабатывающего орудия.
Указанный технический результат достигается тем, что диск выполнен комбинированным, с разными профилями поверхностей наружной (внешней) и внутренней частей диска.
Комбинация геометрически разных поверхностей представлена вариантами исполнения диска.
Более подробно сущность изобретения будет описана ниже.
На фиг.1 представлен сферический диск в составе рабочего органа почвообрабатывающего орудия.
На фиг.2 показан сферический диск со стойкой и подшипниковым узлом, ось которого имеет фланец, формирующий конфигурацию внутренней сферы диска.
На фиг.3 показан сферический диск с подшипниковым узлом и стойкой, размещенными с наружной поверхности сферы диска.
На фиг.4 показан диск, наружная поверхность которого выполнена плоской, а внутренняя поверхность выполнена криволинейной.
На фиг.5 показан диск, изготовленный из листового материала, поверхность которого имеет переменную кривизну, причем, периферийная часть сферы на участке заглубления диска в почву выполнена по большему радиусу, внутренняя часть - по меньшему радиусу, а центральная часть диска имеет плоское дно и отверстия для установки и крепления подшипникового узла.
Рабочий орган по фиг.1 состоит из стойки 1, которая жестко соединена о корпусом 2 подшипникового узла, который, в свою очередь, состоит из ступицы 3 с фланцем 4. На ступице 3 размещены радиально-упорные подшипники 5 и 6, зафиксированные относительно корпуса 2 и ступицы 3, шайбой 7 и гайкой 8, со стопором 9 и закрытых крышкой 10. Передний подшипник 5 герметизирован манжетой 11. К фланцу 4 на болтах 12 прикреплен сферический диск 13. С внутренней стороны диска 13 установлено на фиксаторах 14 сменное кольцо криволинейного треугольного профиля 15. Кольцо 15 может являться
частью диска 13 или фланца 4. Фиксация кольца 15 на диске 13 может быть выполнена при помощи клея, сварки или другим способом. Кольцо 15, в сопряжении с внутренней поверхностью сферы диска 13, обеспечивает получение новой поверхности, которая представляет собой кольцевой криволинейный желоб вокруг подшипникового узла. Этот кольцевой желоб, в зависимости от высоты кольца 15 и оригинальности кривизны поверхности (лекальной или выполненной по радиусу, см. фиг.1) в сопряжении с поверхностью диска 13 обеспечивает новую траекторию оборота пласта и повышение степени крошения почвы. Как вариант исполнения кольцо 15 может быть выполнено совместно с фланцем 4 ступицы 3 (см. фиг.2) и формировать конфигурацию внутренней сферы диска (см. фиг.2).
Диск 13 рабочего органа по фиг.3 имеет сферическую наружную поверхность 16 и внутреннюю конусообразную часть 17, которая также может быть сменной или являться неотъемлемой частью диска 13.
На фиг.4 представлен диск, который по наружной поверхности выполнен плоским, а по внутренней поверхности, как и на фиг.1, снабжен кольцом 15, выполненным сменным или совместно с диском 13, и своей кривизной определяющий оборот и крошение пласта.
1
1
2
2
3
На фиг.5 представлен рабочий орган, состоявши из диска 13, изготовленный из листового материала, поверхность которого имеет переменную кривизну, причем, периферийная часть сферы на участке заглубления диска в почву (ℓ) выполнена по большему радиусу R, внутренняя частью ℓ по меньшему радиусу R, а центральная часть ℓ диска 13 имеет плоское дно 18 и отверстие 19 для установки подшипникового узла и отверстия 20 для крепления диска 13 к фланцу ступицы 3.
Работает диск рабочего органа почвообрабатывающего орудия следующим образом. Вариант 1 (см. фиг.1).
Почвообрабатывающее орудие, например, борона со сферическими дисками, установленными на стойках 1, рядами фронтально, трактором перемещается по полю в рабочем режиме почвообработки. Трактор и борона на фиг.1 не показаны. Через стойку 1, которая закреплена на раме бороны, диску 13 придают угол атаки (угол между направлением движения бороны и плоскостью расположения сферического диска). Угол наклона диска 13 к вертикальной плоскости (на фиг.1 угол β) задают при проектировании рабочего органа. Стойка 1, через корпус 2 подшипникового узла, подшипники 5 и 6, которые находятся на ступице 3, позволяет при движении бороны по полю вращаться
диску 13. Диск 13 болтами 12 жестко прикреплен к фланцу 4 ступицы 3.
Диск 13, подрезая почву, за счет своего вращения, угла атаки и угла β, подает почву вверх по внутренней сфере диска. За счет сферичности внутренней поверхности диска почва оборачивается по сфере и деформируясь крошится, и в таком виде падает на поверхность почвы. За диском в почве образуется борозда. Манжета 11 и крышка 9 препятствуют попаданию пыли внутрь подшипникового узла.
Чем больше радиус сферы, тем меньше кривизна диска и меньше деформация почвы при ее движении по поверхности диска, а почва сильнее отбрасывается диском за счет центробежной силы. Такая обработка почвы будет низкого качества. Чтобы избежать этого явления, на внутренней поверхности диска 13 установлено на фиксаторах 14 кольцо 15, например, криволинейного треугольного профиля, которое в сопряжении с диском 13 обеспечивает новую поверхность, которая представляет собой кольцевой криволинейный желоб, внутри которого размешен подшипниковый узел. Кривизну этого желоба можно обеспечить любую в зависимости от условий почвообработки. Пласт почвы получает новую более короткую траекторию движения и, следовательно, легче оборачивается и крошится быстрее, с некоторым закручиванием, что делает разброс почвы менее интенсивным. Все это повышает качество обработки почвы, то есть обеспечивает достижение технического результата.
Преимущество этого варианта диска обеспечивается тем, что кольцо 15 является сменным. Можно поставить кольца разных размеров, разной конфигурации и разного материала, в том числе и полимерного, обладающего малым коэффициентом трения по почве, что обеспечит снижение энергоемкости процесса.
Работа диска по варианту 2 (см. фиг.2) отличается тем, что кольцо 15 (см. фиг.1) выполнено совместно с фланцем 4 ступицы 3. Это упрощает изготовление диска 13, так как исчезает необходимость установки фиксаторов 14. Исчезает и необходимость изготовления самих фиксаторов 14. Происходит упрощение конструкции диска. При этом можно использовать серийный диск без его доработки. Это упрощение конструкции, при достижении технического результата, делает вариант 2 предпочтительным и перспективным.
Работа диска по варианту 3 (см. фиг.3) отличается тем, что подшипниковый узел 2 со стойкой 1 размещены с наружной стороны поверхности сферы 16 диска 13. Внутри диска 13 по его оси размещена конусообразная часть 17, конус которой плавно по кривой линии
сопрягается с внутренней поверхностью диска 13. Часть 17 также может быть съемной или быть неотъемлемой частью диска 13.
Преимуществом этого варианта является то, что подшипниковый узел не мешает обороту пласта, в связи с тем, что он размешен с наружной стороны диска 13, поэтому такой диск может больше заглубляться в почву, чем расширяет свои функциональные возможности, обеспечивая достижение технического результата.
Работа диска по варианту 4 (см. фиг.4) отличается тем, что диск 13 выполнен плоским. Известно, что площадь контакта сферического диска по наружной поверхности сферы с почвой с учетом угла β (см. фиг.1) больше чем у плоского диска, поэтому сферический диск хуже заглубляется в почву и имеет большее сопротивление почвы при работе. Устранение этого недостатка снижает энергоемкость процесса при лучшей заглубляемости диска, то есть возможно снижение веса бороны, ее металлоемкости, что упрощает и удешевляет ее изготовление, при достижении технического результата.
1
1
2,
2
3
Работа диска по варианту 5  (см. фиг.5) отличается тем, что подшипниковый узел 2 со стойкой 1 может быть размещен как с внутренней стороны сферы 16, так и с наружной стороны диска 13, а сферическая поверхность диска имеет переменную кривизну, увеличивающуюся от края диска, т.е. от его периферийной части, к центру. Это достигается тем, что по краю диска, на участке заглубления его в почву (ℓ), радиус сферы диска R имеет большую величину, т.е. меньшую кривизну, а дальше к центру переходит в сферическую поверхность с меньшим радиусом сферы R т.е. с большей кривизной на участке ℓ. Центральная часть диска 18 выполнена плоской (участок ℓ) и имеет отверстие 19 для установки подшипникового узла и отверстия 20 для крепления диска 13 к фланцу ступицы 3.
1
Преимуществом такого диска является то, что он выполнен цельным, например, методом штамповки и не имеет дополнительных вставок для изменения кривизны поверхности. Участок заглубления (ℓ) выполнен с малой кривизной, что способствует его лучшему заглублению, а дальше к центру диска кривизна его увеличивается, что способствует усилению оборачиваемости и деформации почвенного пласта, движущегося по сфере диска, и, следовательно, улучшению его крошения. Отброс почвы вверх и в сторону в этом случае минимален. Затраты энергии на отбрасывание почвы снижаются, а эффективность крошения увеличивается. Кроме того, подшипниковый
узел с корпусом 2 и стойкой 1 могут устанавливаться как с внутренней стороны диска 13, так и с наружной стороны, а наличие плоского дна диска позволяет упростить изготовление ступицы 3, т.к. ее плоскость крепления к диску будет плоской, т.е. более простой, что удешевляет стоимость ее изготовления.
Таким образом, предложенные варианты диска рабочего органа почвообрабатывающего орудия, обеспечивая достижение технического результата, имеют друг перед другом индивидуальные преимущества.
Изобретение промышленно применимо.
Может быть реализовано в условиях завода или другого промышленного предприятия, а также мастерских, обладающих необходимым станочным парком.