Результат интеллектуальной деятельности: Двухъярусная почвообрабатывающая стрельчатая лапа

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению и может быть использовано в почвообрабатывающих машинах, особенно при предпосевной и междурядной обработках почвы.

Уровень техники

Известен рабочий орган культиватора, содержащий стойку и закрепленный на ней стрельчатый лемех (Патент RU 100695, МПК⁹ A01B 21/04. Рабочий орган культиватора, 27.12.2010). Рабочий орган культиватора, содержащий стойку и закрепленную на ней стрельчатую лапу, отвал, выполненный в виде свободно установленного на оси с возможностью регулирования углового положения относительно направления движения диска, а также кронштейн, отличающийся тем, что диск установлен на дополнительной стойке, состоящей из двух частей, соединенных между собой круглыми пластинами с прорезями, причем пластины установлены перпендикулярно дополнительной стойке, симметрично относительно ее центра, а на диске выполнены радиальные прорези, находящиеся на равном расстоянии.

Недостатком является то, что после прохода такого рабочего органа влажная почва выносится на дневную поверхность, обнажается дно бороздки за стойкой лемеха, что приводит к дополнительным затратам энергии и росту испаренной почвенной влаги.

Известны стрельчатые почвообрабатывающие лапы, которые устанавливают на культиваторах типа КПС - 4. Они имеют угол крошения 18° и ширину захвата 270…330 мм (Холанский В.М., Горбачев И.В. Сельскохозяйственные машины. - М.: Колос, 2006, с 73…75).

Глубина обработки поддерживается копирующими колесами. Однако, ввиду того, что они располагаются на расстоянии от стрельчатых лап, добиться высокой стабильности их хода невозможно. Наличие угла крошения и стоек, разрезающих верхний слой почвы, приводят к раздвиганию, выносу влажной почвы за стойками, образованию бороздок. Глубина и ширина их увеличивается с ростом скорости рабочего движения культиватора. Создается нетехнологичный фон для посева.

Известна энергосберегающая стрельчатая лапа, включающая стрельчатый лемех, режущая часть которой выполнена в виде плоского ножа, стойки, к которой закреплен криволинейный наральник (Патент RU 142731, МПК⁹ A01B 21/04, Руденко Н.Е., Падальцин К.Д./ Энергосберегающая стрельчатая лапа, опубликован 27.06.2014). Энергосберегающая стрельчатая лапа, включающая стрельчатый лемех, стойку с наральником, отличающаяся тем, что стрельчатый лемех выполнен в виде плоского стрельчатого ножа, при этом сверху на него установлена плита со стойкой, к которой закреплен наральник криволинейной формы. Наральник выходит в вертикальной плоскости за пределы плоского стрельчатого ножа, при этом нижняя часть наральника заточена, а верхняя часть соединена со стойкой с помощью зацепа. Она имеет два основных недостатка.

Во-первых, стойка образует бороздку, оголяя дно, нарушается выравненность. Все это способствует испарению почвенной влаги.

Во-вторых, для поддержания стабильной глубины обработки дополнительно требуется копирующий орган, в качестве которого используется, как правило, каток (колесо).

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к созданию выровненной без борозд поверхности и обеспечению стабильной глубины обработки. Технический результат достигается тем, что двухъярусная почвообрабатывающая стрельчатая лапа, характеризующаяся тем, что содержит расположенные друг над другом режущие части, закрепленные на стойке лапы, причем верхняя режущая часть представляет собой лемех для подрезания надземной части сорняков и выравнивания поверхности почвы и выполнена в виде равнобедренного треугольника, имеющего в передней части криволинейный наральник, верхняя часть которого выполнена по поверхности Мебиуса, а вдоль задней части - пружинные зубья, а нижняя режущая часть выполнена в виде почвообрабатывающего стрельчатого лемеха, снабженного закрепленным на его носке наконечником, причем носок нижнего стрельчатого лемеха смещен назад от 60 до 70 мм относительно носка верхнего лемеха, верхний и нижний лемеха заточены, при этом верхний лемех имеет меньшую толщину. Верхний и нижний лемеха имеют угол раствора лезвий 60° и 70° соответственно. Верхний лемех выполнен с возможностью перемещения вверх-вниз по стойке.

Краткое описание чертежей и иных материалов.

На фиг. 1 - Дана двухъярусная почвообрабатывающая стрельчатая лапа, вид сбоку.

На фиг. 2 – То же, вид сверху.

На фиг. 3 – То же, общий вид.

На фиг. 4 – То же, схема обработанного участка почвы.

На фиг. 5 - Таблица, технологические операции, выполняемые стрельчатыми почвообрабатывающими лапами.

Осуществление изобретения

Двухъярусная почвообрабатывающая стрельчатая лапа представляет собой расположенные друг над другом режущие части в виде лемехов, закрепленных на стойке (фиг. 1, 2). В верхнем лемехе 1, выполненном в виде равнобедренного треугольника сделан вырез 2, отогнутые части 3,4 которого закреплены на стойке 5. Перед верхним лемехом 1 установлен криволинейный наральник 6. Под верхним лемехом 1 расположена нижняя режущая часть, выполненная в виде почвообрабатывающего стрельчатого лемеха 7, закрепленного к торцевой части стойки 5. Верхняя часть 8 криволинейного наральника 6 выполнена по поверхности Мебиуса. На носок нижнего лемеха 7 крепят наконечник 9 с изогнутым вниз клювом 10, причем носок нижнего стрельчатого лемеха 7 смещен назад от 60 до 70 мм, относительно носка верхнего лемеха 1. Вдоль задней стороны верхнего лемеха 1 устанавливают пружинные зубья 11, диаметром 8 мм. Зубья можно поворачивать, изменяя глубину обработки почвы.

Расстояние между верхним и нижним лемехами 1,7 соответственно равно глубине обработки почвы h. Эту величину можно менять, поднимая или опуская верхний лемех 1. Оба лемеха 1,7 заточены. Верхний лемех 1 выполнен с возможностью перемещения вверх-вниз по стойке 5.

Определяют необходимые параметры.

Ширина захвата лемехов 1,7:

находят, используя следующую зависимость:

В=n⋅b_л-(n-1)b_п.

Отсюда:

где b_л - ширина захвата лемеха 1,7, м;

В - ширина захвата машины, на которой устанавливают двухъярусные стрельчатые лапы, м;

n - число лап на машине, шт.;

b_п - перекрытие между лемехами, м.

При В=6,0 м; n=18; b_п=0,03 м:

Угол раствора лезвий лемехов

Чтобы растительность и почва передвигались по верхнему лемеху 1, должно соблюдаться следующее условие [Кленин Н.И., Сакун В.А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины - М.: Колос, 1994, стр. 145…146].

где ϕ_р, ϕ_п - углы трения растительности и почвы по стальной поверхности лемеха 1, град.

Верхний лемех 1 осуществляет срезание растительности, следовательно:

При ϕ_р=26°; γ_в≤(90-26)/2≤32°.

Принимаем γ_в=30°; 2γ_в=60°.

Нижний лемех 7 взаимодействует с почвой, ϕ_в=20°.

γ_Н≤(90-20)/2≤35°.

Принимаем γ_н=35°; 2γ_н=70°.

Смещение носка нижнего лемеха 7 относительно носка верхнего лемеха 1 по горизонтали.

Нижний лемех 7 должен быть смещен назад настолько, чтобы продольная деформация от него не вышла вперед за пределы верхнего лемеха 1.

Исходя из этого: l≥h_maxtg(ϕ_в+ϕ_п).

где h_max - максимально возможная глубина хода нижнего лемеха 7 (глубина обработки почвы), м.

ϕ _п - угол внутреннего трения почвы, град.

При ϕ_в=20°, ϕ_п=25°, h_max=60 мм:

l≥60⋅tg45°=60⋅1,0≥60 мм.

Принимают l=60…70 мм.

Исходя из конструктивных решений, толщина верхнего лемеха 1, работающего с растительностью, составляет 3 мм. Нижний лемех 7 выполнен равнопрочным, сечение которого увеличивается от 3 мм в зоне заточки до 6 мм в тыльной части [Патент на полезную модель №156067 РФ, A01B 35/26 «Стрельчатая почвообрабатывающая лапа» / Н.Е. Руденко, С.П. Горбачев, Д.С. Калугин, И.А. Носов (Россия) - №2015128864; заявл. 15.07.2015: опубл. 27.10.15. Бюл. №30].

Определим удерживающую способность верхнего лемеха 1, которая определяется реакцией почвы:

F_П=k_вS, Н,

где k_в - удельное сопротивление верхнего слоя почвы, Н/м²;

S - площадь верхнего лемеха 1, м².

Площадь верхнего лемеха 1 определяют по формуле:

При b_л=360 мм, γ_в=30°:

Тогда: F_п=20000⋅0,056=1120 Н.

Усилие, с которым верхний лемех 1 давит на почву:

где m - масса стрельчатой лапы и части секции, кг;

а - ширина наральника, м;

K_н - удельное сопротивление нижнего слоя почвы, Н/м²;

ρ - насыпная плотность почвы, кг/м³.

При m=28 кг; α=0,020 м; h=0,06 м; k_н=30000Н/м²; ρ=1000 кг/м³; S=0,056m²:

Следовательно, F_Д<F_n и верхний лемех 1 будет свободно перемещаться по поверхности почвы, не заглубляясь в нее.

Обоснование параметров наральника 6.

Угол установки нижней части наральника 6 к горизонтальной плоскости β. Он определяется углом трения ϕ_p растительности по стальной поверхности наральника 6:

β≤ϕ_p.

При ϕ_p=26, β=26°.

Нижняя часть наральника 6, до крепления его к стойке 5, выполнена криволинейной: заход под 26° к горизонтали, выход к стойке под 90°. Далее наральник 6 выполнен по поверхности Мебиуса. Это обеспечивает сброс со стойки 5 поднятой растительности. Лента Мебиуса используется потому, что она плоская, без кривизны и впадин, что позволяет свободно перемещаться по ней растительности. Высоту наральника 6 «α» можно определить, исходя из равенства кинетической и потенциальной энергии при подъеме растительной массы.

где V - скорость рабочего движения культиватора, м/с.

Отсюда:

При V=3 м/с

Принимают α=0,23 м.

Технологический процесс работы двухъярусной почвообрабатывающей стрельчатой лапы (Фиг. 3) осуществляется следующим образом.

В процессе движения нижний лемех 7 заглубляется в почву на установленную глубину h. Верхний лемех 1 реакцией почвы удерживается на поверхности. Он срезает надземную часть сорняков, которая попадая на криволинейный наральник 6, сбрасывается им со стойки 5, выравнивается поверхность. Нижний лемех 7 подрезает корневую систему сорняков. Наконечник 9 способствует заглублению в почву и легко меняется после износа на новый наконечник 9. Клюв 10 делает выемку почвы, что предохраняет от излишнего истирания и забивания головки болтов крепления нижнего лемеха 7 к стойке 5. Подпочвенная часть стойки 5 воздействует на почву и во взаимодействии с пружинными зубьями 11 крошит ее, образуя мелкокомковатый слой (фиг. 4).

Определяют критерий технологичности лап КТ.

Критерий технологичности рабочих органов, устройств и машин оценивается долей операций, которые выполняются в соответствии с агротехническими требованиями:

где n_с - число операций, выполняемых в соответствии с агротехническими требованиями;

n₀ - общее число операций, выполняемых рабочим органом (машиной).

Как видно из таблицы (см. фиг. 5) предлагаемая почвообрабатывающая стрельчатая лапа обеспечивает коэффициент технологичности К_Т=1,0, тогда как существующая лапа всего К_Т=0,4.

Двухъярусная почвообрабатывающая стрельчатая лапа с двумя лемехами 1,7 по сравнению с другими техническими решениями не образует бороздки после стойки 5, создается выровненная поверхность, обеспечивается стабильная глубина обработки и мелкокомковатая структура верхнего слоя.