Рабочий орган орудия для безотвальной обработки почвы
Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности, к рабочим органам орудий для безотвальной обработки почвы. Рабочий орган включает стойку и закрепленную на ней плоскорежущую лапу. Рабочая поверхность выполнена двоякой выпуклостью вверх кривизны: отрицательной - в подрезающей части и положительной - в рыхлящей части. Образующая рабочей поверхности лапы, расположенная в поперечно вертикальной плоскости, проходящей перпендикулярно продольной оси лапы через ее верхнюю точку (вершину), расположенной передней части стойки, выполнена в виде плавно сопряженных участков логарифмической спирали: отрицательной - в подрезающей части и положительной - в рыхлящей части. Режущая кромка каждого крыла лапы имеет контур прямолинейной формы. Рабочая поверхность лапы снабжена ножом, расположенный в продольно вертикальной плоскости, проходящий по оси лапы, выполненный в виде пластины, высота которой определяется по формуле
.
При этом длина контура режущей кромки лапы определяется из
выражения 
.
Режущая кромка каждого крыла лапы по контуру выполнена зубчатой, причем длина прямолинейной передней кромки каждого зуба определяется из зависимости
,
а тыльная кромка каждого зуба расположена перпендикулярно к контуру режущей кромки лапы и находится из геометрических зависимостей 
.
.
Передняя кромка каждого зуба и нож имеют заточку по периферии. Такое конструктивное выполнение позволит повысить качество обработки почвы и снизить энергоемкость рыхления, а предлагаемые уравнения - определить основные параметры лапы с учетом физико-механических свойств почвы.
Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к рабочим органам орудий для безотвальной обработки почвы.
Известен почвообрабатывающий рабочий орган для безотвальной обработки почвы, содержащий стойку и рыхлительную лапу с прямолинейным режущим лезвием, вырезами по форме трапеции [1].
Недостатками данного рабочего органа являются значительная энергоемкость процесса рыхления, а такое выполнение зубьев режущего лезвия препятствует условию скользящего резания почвы и скольжению сорняков по нему. Это приводит к накоплению и наволакиванию растений, в целом к забиванию рабочих органов и тем самым снижению качества обработки почвы.
Также известен рабочий орган орудия для безотвальной обработки почвы, включающий стойку и закрепленную на ней плоскорежущую лапу, рабочая поверхность которой выполнена двоякой гауссовой выпуклостью вверх кривизны: отрицательной - в зоне резания и положительной - в зоне крошения, причем главный горизонтальный очерк поверхности имеет переменную по знаку кривизну с меньшим углом раствора лапы на ее носке [2].
Недостатками данного рабочего органа являются низкое качество обработки почвы и значительная энергоемкость рыхления. Предлагаемая геометрическая форма рабочей поверхности лапы не спроектирована с учетом заданных деформаций и физико-механических свойств почвы.
Известен рабочий орган орудия для безотвальной обработки почвы, включающий стойку и закрепленную на ней плоскорежущую лапу, рабочая поверхность которой выполнена двоякой выпуклостью вверх кривизны: отрицательной - в подрезающей части и положительной - в рыхлящей части и снабжена радиально установленными ножами, решетом, причем образующая рабочей поверхности лапы, расположенная в продольно вертикальной плоскости, проходящей по оси лапы, выполнена в виде плавно сопряженных участков логарифмической спирали, а режущая кромка каждого крыла лапы имеет контур двоякой кривизны, образованный плавно сопряженными участками логарифмической спирали: отрицательной в зоне, прилегающей к носку лапы, и положительной в зоне конца крыла лапы. При этом режущая кромка каждого крыла лапы выполнена зубчатой, причем передняя кромка каждого зуба имеет прямолинейную форму, а тыльная кромка каждого зуба выполнена прямолинейной и расположена перпендикулярно к касательной, соответствующей точке контура [3].
Недостатками данного рабочего органа являются сложность выполнения криволинейной конструкции режущей кромки лапы, быстрый износ и поломка зубьев, решето увеличивает энергоемкость рыхления.
Задачей предлагаемой полезной модели является устранение указанных недостатков.
Технический результат - повышение качества обработки почвы и подрезания сорняков, а также снижение энергоемкости процесса рыхления почвы.
Указанный технический результат достигается тем, что в рабочем органе орудия для безотвальной обработки почвы, включающий стойку и закрепленную на ней плоскорежущую лапу, рабочая поверхность которой выполнена двоякой выпуклостью вверх кривизны: отрицательной - в подрезающей части и положительной - в рыхлящей части и снабжена радиальными ножами, установленными параллельно ее продольной оси лапы и плавно огибающими ее поверхность, причем образующая рабочей поверхности лапы, расположенная в поперечно вертикальной плоскости, проходящей перпендикулярно продольной оси лапы через ее верхнюю точку (вершину), расположенной передней части стойки, выполнена в виде плавно сопряженных участков логарифмической спирали: отрицательной - в подрезающей части и положительной - в рыхлящей части, причем режущая кромка каждого крыла лапы имеет контур прямолинейной формы. При этом нож, расположенный в продольно вертикальной плоскости, проходящий по оси лапы, выполнен в виде пластины, высота которой определяется по формуле
,
где 
- глубина обработки почвы;
- коэффициент вспушенности;
- угол крошения;
i - текущий полярный угол;
- угол (внешнего) трения почвы по стали.
Длина контура режущей кромки лапы определяется из выражения
,
где L - вылет носка рабочего органа относительно стойки;
1 - угол установки лапы к дну борозды.
Режущая кромка каждого крыла лапы по контуру выполнена зубчатой, причем длина прямолинейной передней кромки каждого зуба определяется из зависимости
,
где 
3 - половина угла раствора передней кромки зуба;
2а/ - ширина зуба,
при этом тыльная кромка каждого зуба расположена перпендикулярно к контуру режущей кромки лапы и находится из геометрических зависимостей
,
,
Кроме того, передняя кромка каждого зуба имеет одностороннюю заточку по периферии, а нож - двустороннюю.
На фиг.1 - изображен предложенный рабочий орган, вид сверху;
на фиг.2 - рабочий орган, вид сбоку;
на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2 - схема образования рабочей поверхности лапы;
на фиг.4 - показана схема построения зубчатой режущей кромки лапы;
Рабочий орган орудия для безотвальной обработки почвы (фиг.1 и фиг.2) содержит стойку 1, закрепленную на ней плоскорежущую лапу 2. Рабочая поверхность лапы 2 выполнена двоякой выпуклостью вверх кривизны: отрицательной - в подрезающей 3 части и положительной - в рыхлящей 4 части и снабжена радиальным ножом 5, установленным параллельно ее продольной оси лапы 2 и плавно огибающим ее поверхность. Образующая 6 (фиг.3) рабочей поверхности лапы 2, расположенная в поперечно вертикальной плоскости, проходящей перпендикулярно продольной оси лапы 2 через ее верхнюю точку К
(вершину, фиг.2), расположенной передней части стойки 1, выполнена в виде плавно сопряженных участков логарифмической спирали: отрицательной - в подрезающей части 3 и положительной - в рыхлящей части 4. Зубчатая режущая кромка каждого крыла 7 лапы 2 имеет контур 8 прямолинейной формы.
Нож 5, расположенный в продольно вертикальной плоскости, проходящий по оси лапы, выполнен в виде пластины, высота которой определяется по формуле
,
где - глубина обработки почвы;
- коэффициент вспушенности;
- угол крошения;
i - текущий полярный угол;
- угол (внешнего) трения почвы по стали.
Длина контура 8 режущей кромки 7 лапы 2 определяется из выражения
,
где L - вылет носка рабочего органа относительно стойки;
1 - угол установки лапы к дну борозды.
Режущая кромка каждого крыла 7 лапы 2 по контуру выполнена зубчатой, причем длина прямолинейной передней кромки 9 каждого зуба 10 определяется из зависимости
,
где 3 - половина угла раствора передней кромки зуба;
2a/ - ширина зуба,
при этом тыльная кромка 11 каждого зуба 10 расположена перпендикулярно к контуру 8 режущей кромки 7 лапы 2 и находится из геометрических зависимостей
Также для лучшего разрыва связи пласта почвы и подрезания сорняков нож 5 имеет двустороннюю, а передняя кромка 9 каждого зуба 10 имеет одностороннюю заточку по периферии.
Для построения проекции зубчатой режущей кромки 7 плоскорежущего рабочего органа в плане сначала построим контур 8 зубчатой режущей кромки 7 лапы 2 (фиг.4). Для этого от носка О лапы 2 под углом у=90° - из условия нормального схода почвы и сорняков с рабочего органа, проведем прямую линию OK равную длине контура 8 зубчатого лезвия лапы - 
, которую находим из полученного нами выражения [4]:
где 1 - угол установки лапы к дну борозды, град.;
L - вылет носка рабочего органа относительно стойки, см.
Значение L также определяем из полученного нами формулы [4]:
где - глубина обработки почвы, см;
- угол крошения почвы, град.;
- угол трения почвы по стали, град.
- угол, определяющий логарифмическую часть профиля рабочей поверхности лапы, рад.
После чего используя известные формулы Бабицкого Л.Ф. [5] определяем количество зубьев Z на контуре 8 режущей кромки 7 лапы 2. Далее разделив значение на количество зубьев Z получим отрезки OA, АВ, ВС, СД, ДК равные между собой и ширине 2·а, шагу S. Дальше от точек А, В, С, Д проводим перпендикуляры (например, ВВ, СС и др.) к контуру 8 зубчатого лезвия 7 лапы 2, а также проведем лучи (например, луч CP) под углом скользящего резания к продольной оси лапы 2 до пересечения с линией (например, ВВ). Здесь точка В показывает конец тыльной 11 и начало передней 9 кромок зуба 10, а линии ВС и ВВ - соответственно являются искомой величиной длины передней кромки 9 (3) и тыльной кромки 11 (T)зуба 10.
Тогда, значение 3 может быть найдено из геометрических зависимостей:
Значение T может быть найдено из таких геометрических зависимостей:
или 
Из уравнений (3; 4 и 5) видно, что значения 3 и T имеют взаимную связь и зависят от ширины (2а) и половины угла раствора передней кромки 9 (3) зуба 10.
Устройство работает следующим образом:
При движении рабочего органа орудия по возделываемой площади в подрезающей 3 части лапы 2, выполненной с отрицательной кривизной участка логарифмической спирали, угол резания которой имеет минимальное значение, происходит подрезание пласта почвы и сорняков в вертикальной плоскости. При этом за счет выполнения контура режущей кромки 7, проходящей по концам зубьев 10, прямолинейной формы, подрезание пласта почвы и сорняков осуществляется и в горизонтальной плоскости со скольжением и минимальной энергоемкостью процесса резания. Под действием зубьев 10, зоны деформации почвы, которых смыкаются, происходит также разрыв связи почвы в межзубовом пространстве. Далее подрезанный почвенный пласт, поднимаясь по рабочей поверхности, вступает на рыхлящую часть 4 с положительной кривизной участка логарифмической спирали, которая имеет максимальное значение угла крошения. Такое переменное по направлению воздействие рабочей поверхности лапы 2 приводит к интенсивному крошению почвы без увеличения тягового сопротивления рабочего органа. При этом нож 5 дополнительно способствуют разрыву связи пласта почвы на рабочей поверхности лапы 2.
Выполнение режущей кромки каждого крыла лапы зубчатой по контуру прямолинейной формы, расположения ее под углом скользящего резания (скольжения) способствует уменьшению отброса почвы и обеспечивает скользящее резание и деформацию почвы с наименьшим сопротивлением благодаря плавному обтеканию и сходу почвы с режущей кромки.
Наличие ножа 5 двустороннюю, а передней кромки 9 каждого зуба 10 односторонней заточки по периферии способствует лучшему разрыву связи пласта почвы и подрезания сорняков.
Использование заявленного рабочего органа позволяет повысить качество обработки почвы, снизить энергоемкость процесса рыхления без передачи значительных динамических нагрузок на базовую машину.
Источники информации:
1. SU 600976, А01В 35/26, 1978 г.
2. SU 49692, А01В 35/20; 39/20, 1974 г.
3. RU 2395184, А01В 35/20; 35/26; 39/20, 2010 г.
4. Булгариев Г.Г. Обоснование и определение некоторых параметров лапы культиватора / Г.Г.Булгариев, Г.В.Пикмуллин, И.К.Рахимов // Современные технические вопросы агропромышленного комплекса: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Казань: Издательство Казанского ГАУ, 2008. - Т.75. - Ч.4. - С.10-13.
5. Бабицкий Л.Ф. Исследование и обоснование геометрических параметров рабочих органов культиваторов для противоэрозионной обработки почв. Л.Ф. Бабицкий Диссертация канд. техн. наук. - Мелитополь, 1979.
1. Рабочий орган орудия для безотвальной обработки почвы, включающий стойку и закрепленную на ней плоскорежущую лапу, рабочая поверхность которой выполнена двоякой выпуклостью вверх кривизны: отрицательной - в подрезающей части и положительной - в рыхлящей части и снабжена радиальными ножами, установленными параллельно ее продольной оси лапы и плавно огибающими ее поверхность, причем образующая рабочей поверхности лапы, расположенная в продольно вертикальной плоскости, проходящей по оси лапы, выполнена в виде плавно сопряженных участков логарифмической спирали, при этом зубчатая режущая кромка каждого крыла лапы имеет контур двоякой кривизны, образованный плавно сопряженными участками логарифмической спирали: отрицательной в зоне, прилегающей к носку лапы, и положительной в зоне конца крыла лапы, отличающийся тем, что образующая рабочей поверхности лапы, расположенная в поперечно вертикальной плоскости, проходящей перпендикулярно продольной оси лапы через ее верхнюю точку (вершину), расположенную в передней части стойки, выполнена в виде плавно сопряженных участков логарифмической спирали: отрицательной - в подрезающей части и положительной - в рыхлящей части, причем режущая кромка каждого крыла лапы имеет контур прямолинейной формы.
2. Рабочий орган по п.1, отличающийся тем, что нож, расположенный в продольно вертикальной плоскости, проходящий по оси лапы, выполнен в виде пластины, высота которой определяется по формуле
где a - глубина обработки почвы;
- коэффициент вспушенности;
- угол крошения;
i - текущий полярный угол;
- угол (внешнего) трения почвы по стали.
3. Рабочий орган по п.1, отличающийся тем, что длина контура режущей кромки лапы определяется из выражения
где L - вылет носка рабочего органа относительно стойки;
1 - угол установки лапы к дну борозды.
4. Рабочий орган по п.3, отличающийся тем, что режущая кромка каждого крыла лапы по контуру выполнена зубчатой, причем длина прямолинейной передней кромки каждого зуба определяется из зависимости
где 3 - половина угла раствора передней кромки зуба;
2а/ - ширина зуба,
при этом тыльная кромка каждого зуба расположена перпендикулярно к контуру режущей кромки лапы и находится из геометрических зависимостей
5. Рабочий орган по п.4, отличающийся тем, что передняя кромка каждого зуба имеет заточку по периферии.
6. Рабочий орган по п.2, отличающийся тем, что режущая кромка ножа имеет двустороннюю заточку.
