Результат интеллектуальной деятельности: Глубокорыхлитель

Изобретение относится к глубокорыхлителям, имеющим возможность долотом стойки рабочего органа огибать препятствия, расположенные внутри почвенного пласта, предназначенным изменять физико-механические свойства структуры почвы в процессе ее обработки.

Известно устройство глубокорыхлителя, обладающего возможностью в процессе обработки почвы при чрезмерном усилии на стойку рабочего органа со стороны скрытого внутрипочвенного пласта препятствия (см. RU 2138935 С1, 10.10.1999, А01В 61/04) применять защитный клапан, снижающий давление внутри гидроцилиндра, вследствие чего стойка рабочего органа поворачивается вокруг шарнирных опор, расположенных с разных сторон параллелограммного звена без разрушения конструкции. Недостатком глубокорыхлителя является использование параллелограммного звена, одна сторона которого крепится к раме орудия, а другая удерживает стойку рабочего органа, испытывающую силу от удара скрытого внутри почвы препятствия, поэтому действие импульса силы на раму машины усиливается пропорционально длине параллелограммного звена, вызывая ее скручивание и разрушение сварных соединений. Кроме того, длина параллелограммного звена определяет компоновку машины, вынуждая увеличивать расстояние между брусьями рамы, на которых крепятся на рабочие органы первого и последующего ряда рабочих органов, в целом увеличивая длину машины, что снижает ее маневренность.

Известно устройство глубокорыхлителя, обладающего возможностью в процессе обработки почвы при чрезмерном усилии на стойку рабочего органа со стороны скрытого внутри почвенного пласта препятствия (см. Subsoilers Skat K1, http://www.alpego.com/en/ripuntatore/skat-k1/) поглощать действие от ударной нагрузки, используя азотный контейнер с регулирующим клапаном в гидравлической системе "NO STOP Hydraulic safety system" срабатывания на чрезмерное усилие путем поворота стойки орудия вокруг оси, таким образом огибая препятствие. Недостатком глубокорыхлителя является наличие одной оси, вокруг которой поворачивается стойка рабочего органа при чрезмерном усилии от препятствия, расположенного внутри почвы, в результате чего долото на поворачивающейся вокруг оси стойке рабочего органа быстро увеличивает угол наклона по направлению движения, что приводит к нарушению выполнения технологического процесса обработки почвы вокруг расположенного внутри почвы препятствия.

Известно устройство, в котором усилие пружины (см. US 6564728 В2, 20.05.2003, А01С 23/00) препятствует выглублению путем вращения вокруг шарнирной опоры стойки рабочего органа на поверхность от чрезмерной силы со стороны скрытой внутри почвы преграды.

Недостатком устройства является ограниченный угол поворота стойки рабочего органа вокруг шарнирной опоры, за пределами которого стойка упирается в раму, что приводит к разрушению конструкции.

Известно устройство, в котором для удержания стойки рабочего органа внутри почвы от чрезмерной силы со стороны скрытой внутри почвы преграды, принуждающей к вращению стойки вокруг шарнирной опоры, используют (см. SUMO TRIO 3М http://www.sumol.com/index.php/product-range/machine-history) срезные штифты, фиксирующие штыри или болты.

Недостатком известного устройства является вынужденная остановка с выглублением стойки рабочего органа для замены срезного штифта, штыря или болта после каждой встречи стойкой орудия препятствия внутри почвы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для удержания стойки рабочего органа внутри почвы от вращения вокруг шарнирной опоры при чрезмерном усилии со стороны скрытой внутри почвы преграды усилием газовой пружины (см. Shakaerator 4000 and 5000 [Электронный ресурс]: ©McConnel Limited Registered in England No. 00305192 Part of the Alamo Group Registered office: Station Road, Salford Priors, Nr. Evesham, Worcs, WR11 8SW. - Режим доступа: http://www.mcconnel.com/cultivation-and-seed-drills/_product/62/shakaerator-5000/, свободный. - Загл. с экрана. - Яз. англ.).

Недостатком известного устройства является наличие одной шарнирной опоры, удерживающей стойку рабочего органа усилием, создаваемым газовой пружиной, что приводит при чрезмерном усилии со стороны скрытой внутри почвы преграды к вращению долота стойки рабочего органа по криволинейной траектории дуги окружности с центром вращения в шарнирной опоре, огибая препятствие внутри почвы или входя в почву после преодоления препятствия. Долото рабочего органа интенсивно обрабатывает почву при расположении стойки орудия в вертикальном положении, снижая качество процесса обработки при незначительном изменении угла наклона стойки орудия к вертикали, что происходит при малых углах поворота стойки вокруг шарнирной опоры, когда внутри почвы огибается препятствие.

Задачей, решаемой заявляемым изобретением, является присутствие в устройстве рыхления почвы последовательно разных режимов, позволяющих либо вращением стойки с долотом рабочего органа орудия вокруг неподвижной опоры огибать внутри почвы препятствие располагая стойку вертикально, или под небольшим углом для интенсивного крошения почвенного пласта, либо вращая стойку вокруг подвижной опоры огибать препятствие извлекая ее по вертикали снизив, таким образом, нагрузку на устройство с целью повышения надежности.

Для решения поставленной задачи согласно изобретению устройство крепления стойки рабочего органа содержит неподвижную опору оси вращения и радиальный паз, по которому перемещается подвижная опора оси вращения, поочередно используемыми в качестве шарнира для перемещения носка долота стойки орудия по криволинейным траекториям дуг окружности с центрами вращения поочередно в неподвижной и подвижной опорах при касании дуг окружности внутренним образом.

Наличие признака «неподвижная и подвижная опоры осей вращения» позволяют стойке рабочего органа, вращаясь на шарнире неподвижной опоры, огибать долотом препятствие внутри почвы по дуге окружности наибольшего радиуса, существенно не меняя положение стойки от вертикали, достигая тем самым интенсивного рыхления почвы. Стойка рабочего органа по пазу сместит подвижную опору, огибая долотом препятствие внутри почвы по дуге окружности меньшего радиуса от точки их касания, уводя долото по крутой траектории вверх от повреждения. Обойдя препятствие, стойка усилием газовой пружины повернется вокруг шарнира подвижной опоры, заглубляя долото по дуге окружности меньшего радиуса, если при этом не встретит препятствия, подвижная опора сместится по радиальному пазу в положение, при котором долото будет вращаться в шарнире подвижной опоры по окружности самого малого радиуса, возвращая стойку орудия к вертикали, тем самым достигнув интенсивного рыхления долотом почвы.

Наличие признака «последовательное вращение стойки рабочего органа вокруг шарниров неподвижной и смещаемой по радиальному пазу подвижной опор усилием газовой пружины» позволяет снизить усилие газовой пружины на долото стойки орудия, вращающегося вокруг шарнира неподвижной опоры по дуге окружности наибольшего радиуса, когда долото встречает внутри почвы препятствие и медленно огибает его, чтобы не заклинить в точке касания долота с поверхностью препятствия. Усилие газовой пружины повышается на долото стойки орудия, огибающее препятствие внутри почвы, когда вращается стойка орудия вокруг шарнира подвижной опоры, смещенной по радиальному пазу за счет уменьшения радиуса дуги окружности. Усилие газовой пружины достигает максимального значения на долото стойки орудия, когда долото обогнуло препятствие и расположилось на дуге окружности наименьшего радиуса, центр вращения которой расположен в шарнире подвижной опоры, смещенной до предела вверх в радиальном пазе. Различия усилий газовой пружины на долото стойки рабочего органа обусловлено величиной радиуса от центра шарнирной неподвижной или смещаемой в радиальном пазе подвижной опоры до лезвия долота на стойке орудия, достигая минимального значения при наибольшем радиусе, когда стойка орудия расположена в вертикальном положении, принимает среднее значение, когда стойка удерживает долото на вершине препятствия, и наибольшее значение при смещении долота рабочего органа по наименьшему радиусу вращения вокруг шарнира подвижной опоры, максимально поднятой в вертикальном положении при смещении по радиальному пазу.

В газовых пружинах рабочей средой является газ, обладающий высокой упругостью и сжимаемостью, в гидравлических пружинах, выполненных в виде цилиндров, рабочей средой является жидкость, практически не сжимаемая и не упругая. Сжатый газ вследствие своей упругости работает в газовой пружине как механическая пружина, упругий элемент которой может быть выполнен из любого материала (сталь, пластмасса, дерево и другие), накапливающего или поглощающего механическую энергию. При большом ходе газовой пружины и переменной внешней нагрузке на нее она работает с ударами и рывками, даже при наличии демпфирующих устройств, в противоположность гидравлическим цилиндрам, перемещение штока от переменной внешней нагрузки на него осуществляется за счет создания давления рабочей жидкости, регулируемого гидравлическим аккумулятором или нормируемой системой подпитки давления от гидравлической системы, а возврат в исходное положение гидравлического цилиндра достигается от усилия сжатой жидкости либо механических пружин и сжатой жидкости. Работа с ударами и рывками газовых пружин с ускоренным движением поршня создает добавочную динамическую нагрузку на механизмы и опорные конструкции, поэтому для привода механизмов с большим ходом рабочих органов (длинных глубокорыхлителей) и знакопеременной нагрузкой предпочтительнее гидравлические цилиндры как более надежные и безопасные в работе по сравнению с газовыми пружинами. Рабочее давление сжимаемой жидкости для возврата штока гидравлического цилиндра в исходное положение до приложения переменной внешней нагрузки поддерживается гидравлическим аккумулятором или системой подпитки давления от гидравлической системы, создавая усилие для заглубления в почву рабочего органа с долотом.

Поскольку при большом ходе газовой пружины и переменной внешней нагрузке на нее она работает с ударами и рывками, даже при наличии демпфирующих устройств, целесообразно в качестве газовых демпферов использовать баллонные ресиверы или систему мембранных пневматических аккумуляторов подпитки, когда по одну сторону мембраны находится под давлением газ по пневматическому проводу от газовой пружины, а по другую сторону мембраны создается пневматической системой гасящее пульсацию газа пневматическое давление. Наличие мембраны, разделяющей газ, рабочую среду пружины и пневматическую систему подпитки давления от пневматической системы для гашения пульсации газа, позволяет создавать низкие динамические усилия для заглубления в почву рабочего органа глубокорыхлителя с долотом.

Заявляемое устройство рыхления почвы, в том числе вокруг огибаемых долотом стойки рабочего органа препятствий внутри почвенного пласта под усилием газовой пружины в условиях изменяющихся ее физико-механических свойств, поясняется чертежами:

1 - держатель стойки рабочего органа орудия;

2 - кронштейн верхней опоры крепления к раме орудия;

3 - нижняя опора крепления к раме орудия;

4 - стойка с долотом рабочего органа орудия;

5 - болты соединения верхней и нижней опор к раме орудия;

6 - гайки соединения верхней и нижней опор к раме орудия;

7 - болты соединения держателя стойки рабочего органа орудия к стойке с долотом рабочего органа орудия;

8 - гайки соединения держателя стойки рабочего органа орудия к стойке с долотом рабочего органа орудия;

9 - ось подвижной опоры;

10 - гайка подвижной опоры;

11 - газовая пружина;

12 - ось газовой пружины;

13 - гайка оси газовой пружины;

14 - радиальный паз кронштейна верхней опоры крепления к раме;

15 - ось неподвижной опоры;

16 - углубление в держателе стойки рабочего органа орудия;

17 - выступ в держателе стойки рабочего органа орудия;

18 - выступ в держателе стойки рабочего органа орудия;

19 - рама орудия;

O₁ - центр шарнира оси неподвижной опоры;

O₂ - центр шарнира оси подвижной опоры;

O₃ - центр углубления опоры держателя стойки рабочего органа орудия;

O₄ - центр углубления в нижней части радиального паза кронштейна;

Р - центр оси крепления газовой пружины к кронштейну верхней опоры;

K - центр оси крепления газовой пружины к держателю стойки рабочего органа;

α - угол поворота стойки орудия между центрами О₂ и О₄ радиального паза 14 при вращении держателя стойки орудия вокруг неподвижной опоры О₁;

β - угол поворота стойки орудия между центрами O₁ и О₃ при вращении держателя стойки орудия вокруг подвижной опоры О₄;

А, В, D, F - точки на окружностях, касающихся между собой внутренним образом;

S - огибаемое препятствие, расположенное внутри почвенного пласта;

V - направление движения глубокорыхлителя;

ABC - траектория перемещения носка долота стойки по дуге окружности с центром вращения О₁,

BDH - траектория перемещения носка долота стойки по дуге окружности с центром вращения О₄;

FD - траектория перемещения носка долота стойки между центрами O₂ и O₄ по радиальному пазу 14 кронштейна 2;

AFG - траектория перемещения носка долота стойки по дуге окружности с центром вращения O₂;

H_max - максимальная высота подъема долота стойкой рабочего органа;

на фиг. 1 представлено устройство заявляемого глубокорыхлителя в разобранном виде (разнесенный вид устройства);

на фиг. 2 представлено устройство заявляемого глубокорыхлителя в собранном виде;

на фиг. 3 представлен кронштейн 2 верхней опоры крепления к раме орудия с выполненным в нем радиальным пазом 14 и расположенной на нем осью 15 неподвижной опоры;

на фиг. 4 представлен держатель стойки рабочего органа орудия 1, на котором показано углубление в держателе стойки рабочего органа орудия 16 и выступы 17, 18 в держателе стойки рабочего органа орудия;

на фиг. 5 представлен заявляемый глубокорыхлитель в момент встречи носком долота огибаемого препятствия, расположенного внутри почвенного пласта, по дуге окружности ABC, с центром вращения О₁. Газовая пружина 11 прикладывает усилие к держателю стойки рабочего органа 1, фиксируя стойку с долотом рабочего органа орудия 4 в вертикальном положении. Усилие газовой пружины 11 компенсируется действием со стороны неподвижной опоры 15, с центром О₁, и подвижной опоры 9, с центром O₂;

на фиг. 6 представлен заявляемый глубокорыхлитель в момент огибания носком долота препятствия, расположенного внутри почвенного пласта, по дуге окружности ABC, с центром вращения O₁. Газовая пружина 11 компенсирует усилие противодействия препятствия S на долото рабочего органа, держатель которого 1 вращается в неподвижной опоре 15, с центром О₁, до поворота на угол α подвижной опоры 9, с центром O₄;

на фиг. 7 представлен заявляемый глубокорыхлитель в момент огибания носком долота препятствия, расположенного внутри почвенного пласта, по дуге окружности BDH, с центром вращения O₄. Газовая пружина 11 компенсирует усилие противодействия препятствия S на долото рабочего органа, держатель которого 1 вращаясь в подвижной опоре 9 с центром O₄;

на фиг. 8 представлен заявляемый глубокорыхлитель в момент огибания носком долота препятствия, расположенного внутри почвенного пласта, по дуге окружности BDH, с центром вращения O₄. Газовая пружина 11 компенсирует усилие противодействия препятствием S на долото рабочего органа, держатель которого 1 вращается в подвижной опоре 9, с центром O₄. При максимальной высоте подъема долота H_max держатель стойки рабочего органа, поворачивается в подвижной опоре 9, с центром O₄, на угол β_max, величина которого определена минимальной длиной полностью сжатой газовой пружины;

на фиг. 9 представлен заявляемый глубокорыхлитель в момент огибания носком долота препятствия, расположенного внутри почвенного пласта, по дуге окружности AFG, с центром вращения O₂. Газовая пружина 11 создает усилие заглубления долота рабочего органа, вращающегося в подвижной опоре 9 с центром O₂.

Устройство рыхления почвы, имеющее возможность огибать препятствие, состоит из нижней 3 и верхней, имеющей кронштейн 2 опор крепления на раму орудия. Размещенная на кронштейне верхней опоры 2 посредством осей 12 с гайками 13 газовая пружина 11 создает усилие на держатель стойки рабочего органа орудия 1, который болтами 7 с гайками 8 жестко прикреплен к стойке с долотом рабочего органа орудия 4. Кронштейн верхней опоры крепления к раме орудия 2 имеет ось неподвижной опоры 15 и радиальный паз 14, который служит для перемещения в нем оси подвижной опоры 9 с гайкой 10. Подвижная ось опоры 9 с гайкой 10 крепится к держателю стойки рабочего органа орудия 1. Газовая пружина 11 усилием удерживает стойку с долотом рабочего органа орудия 4 в вертикальном положении, когда она интенсивно крошит почвенный пласт.

Заявляемое устройство рыхления почвы, имеющее возможность огибать препятствие, работает следующим образом.

Двигаясь по направлению V, стойка с долотом рабочего органа орудия 4, располагаясь вертикально, интенсивно крошит почвенный пласт до встречи расположенного внутри почвы препятствия S. Сопротивление противодействия со стороны огибаемого внутри почвы препятствия S создает усилие на долото стойки рабочего органа 4 и приводит к вращению имеющего углубление 16 с выступами 17 и 18 для зацепления с неподвижной опорной осью 15 держателя 1 вокруг опорной оси 15. Вращаясь, держатель 1 со стойкой 4 приводят долото стойки в движение по траектории дуги окружности ABC, с центром вращения O₁, сжимая газовую пружину 11, за счет уменьшения расстояния PK. Первый режим работы действует с момента встречи стойки долота 4 с препятствием S до поворота подвижной опоры 9, с центром O₂ в радиальном пазу устройства в положение с центром O₄, когда положение стойки долота 4 вертикально, или имеет незначительный наклон к вертикали, что позволяет долоту интенсивно крошить почвенный пласт, смещаясь при этом по дуге окружности ABC, с центром вращения О₁, от точки А до точки В. Второй режим работы действует с момента вращения держателя 1 со стойкой 4 в подвижной опоре 9 с центром O₄ на угол β_max, при этом долото стойки 4, огибая препятствие перемещается по траектории, близкой к вертикали дуге окружности BDH с центром вращения О₄, снижая таким образом нагрузку на устройство с целью повышения надежности, максимально уменьшая расстояние PK и тем самым сжимая до предела газовую пружину 11. При максимально сжатой газовой пружине 11 долото поднимается по дуге окружности BDH с центром вращения O₄, на высоту H_max.

Обогнув внутри почвы препятствие, стойка с долотом рабочего органа орудия 4 под усилием газовой пружины 11 поворачивается в опоре 9 с центром O₄ на угол β, что приводит к перемещению долота стойки 4 по дуге окружности BDH с центром вращения O₄ от точки Е до точки D. Усилием пружины подвижная опора 9 из центра вращения O₄ переместится по радиальному пазу 14 кронштейна 2 в центр вращения O₂, на угол α, в котором подвижная опора 9 от усилия газовой пружины 11 повернет держатель 1 на стойке 4, долото которого будет двигаться по траектории дуги окружности AFG с центром вращения O₂, пока не займет вертикального положения, при котором долото стойки рабочего органа 4 интенсивно крошит почвенный пласт, перемещаясь по направлению V.