Ротаційне грунтообробне знаряддя та ніж роторного робочого органу

Предлагаемое техническое решение относится к сельскохозяйственной технике, в частности, к навесным почвообрабатывающим машинам с активным ротором и способно осуществлять полную предпосевную обработку почвы, включая глубокую вспашку, дренаж, крошение и перемешивание, заделку пожнивных остатков и выравнивание почвы перед посевом за один проход. Известно почвообрабатывающее орудие с ротационным рабочим органом [1] -прототип, которое имеет прямоугольную плоскую раму с опорными колесами, на которой размещены два ротора (вала) с рабочими органами. Роторы размещены друг за другом на консольных держателях и приводятся во вращение гидравлическими двигателями. При движении орудия вперед лапы рабочих органов описывают циклоиды, почвенная стружка вырезается первым ротором, отбрасывается на второй ротор, которым переворачивается и укладывается без поперечного смещения. Направление вращения ротора совпадает с направлением вращения колес трактора. Это орудие позволяет выполнять предпосевную обработку почвы, включая глубокую вспашку, дренаж, крошение и перемешивание, однако при этом происходит переворачивание срезанного слоя, что нежелательно, особенно при обработке почв с тонким гумусным слоем, так как неплодородные слои почвы оказываются сверху, кроме того, наличие двух роторов утяжеляет устройство, поэтому орудие и является полунавесным, и, следовательно, должно использоваться с тракторами увеличенной мощности. Известен также рабочий орган почвообрабатывающей машины [2] - прототип, который представляет собой установленные на залу ножи, выполненные в виде С-образных пластин, жестко соединенных между собой концами режущих кромок, образуя арку со стороны рабочей части ножа. Почвообрабатывающее орудие, снабженное таким рабочим органом, может производить вспашку и при этом измельчение растительных остатков. Однако, конструкция ножа в виде арки требует дополнительного устройства для его очистки, как, например, в прототипе, где для этой цели и лучшего измельчения растительных остатков и крошения комков имеется еще один Собразный нож, который выполняет роль противорежущего устройства, проходя между двумя пластинами первого. В противном случае машину нужно будет часть останавливать и очищать ножи вручную. Ясно, что дополнительные ножи со своими приводными элементами утяжеляют конструкцию рабочего органа, а, следоватепьно, для навесных почвообрабатывающих машин к тракторам среднего класса непригодны. Предлагаемые изобретения устраняют вышеперечисленные недостатки. Задачей первого изобретения является усовершенствование ротационного почвообрабатывающего орудия путем изменения подвески вала (ротора) на раме, что позволит уменьшить количество ножей при обеспечении той же ширины захвата, например, 2,4м, и тем самым снизить вес орудия и в результате обеспечить его применение как навесного орудия в качестве плуга для глубокой вспашки на тракторах средней мощности. Задачей второго изобретения является усовершенствование ножа ротационного рабочего органа путем такого соединения ножевых пластин между собой и изменения их конструкции, чтобы обеспечить возможность их колебательного движения для самоочищения от растительных остатков и почвы, что в результате позволит интенсифицировать крошение и перемешивание последних друг с др угом в процессе предпосевной обработки почвы, включая глубокую вспашку. Поставленная цель решается тем, что в почвообрабатывающем орудии, содержащем раму, на которой перпендикулярно направлению движения орудия расположены два горизонтальных приводных вала, установленные в опорах вращения, и закрепленные на валах роторные рабочие органы, согласно изобретению, оба вала расположены на одной из сторон рамы и закреплены в трех опорах вра щения, одна из которых является общей для валов и в которой последние установлены под углом a = 2 - 10° в горизонтальной плоскости, а приводные валы имеют расположенные с равным шагом фланцы, на каждом из которых под углом 120° друг к другу закреплены ножи роторного рабочего органа, причем рама представлена в видепространственной фермы, а задняя ее часть, огибающая орбиты вращения ножей, выполнена в виде решетки, кроме того, в ножах роторного рабочего органа, состоящих из двух С-образных пластин с режущими кромками, скрепленных между собой, согласно изобретению каждая пластина в верхней своей части имеет по меньшей мере один наружный волнообразный выступ, ниже которого пластины разъемно соединены между собой, а концы последних прикреплены к клиновидному наконечнику размещенному между пластинами и имеющему заостренный носок, выступающий за пределы пластан, а наконечник снабжен жестко прикрепленными к нему крыльями шириной b = 100 - 150мм в виде треугольных пластин с режущими кромками, расположенными под углом b = 30 - 40° к наконечнику. На фиг.1 изображена кинематическая схема ротационного почвообрабатывающего орудия; на фиг.2 - разрез А - А роторного рабочего органа; на фиг.3 - нож роторного рабочего органа, вид Б; на фиг.4 - разрез В - В на фиг.3; на фиг.5 - рама, вид сбоку; на фиг.6 - схема расчета t; на фиг.7 траектория двух оборотов вала с тремя ножами на каждом фланце при скорости трактора 2м/сек, глубине обработки почвы 0,4м и числе оборотов вала 2об/сек. Предлагаемое ротационное почвообрабатывающее орудие содержит раму 1, выполненную в виде пространственной фермы, которая имеет стволы 2 с расположенными в них с возможностью перемещения стержнями 3 с башмаками 4 на их концах. В верхней части рамы 1 расположены силовые распорные элементы 5, а в задней ее части силовые элементы набраны в виде решетки 19. Рама имеет проушины 6 для присоединения к задней подвеске трактора (не показан). В нижней части рамы 1 расположены опоры вращения 7, 8 (фиг.1), в которых установлены два горизонтальных приводных вала 9. Валы 9 закреплены таким образом, что одна из опор 8 является для обоих валов общей и в ней валы установлены под углом a = 2 - 10° в горизонтальной плоскости. Угол a выбран экспериментально из условия, оговоренного далее, а именно: - при a 10° величина бокового давления на ножи 11 при вхождении их в почву будет столь велика, что может быть нарушено условие прочности материала ножей 11, то есть они могут сломаться. Валы 9 имеют фланцы 10 (фиг.1), размещены по длине вала с равным шагом t = b + D × tga, где b - ширина размаха крыльев 18 наконечника 16 (выбирается из условия прочности материала крыльев, сплошности обработки и в зависимости от категории грунта); D - диаметр орбиты вращения ножей 11 роторного рабочего органа, выбирают из почвенно-климатических условий, то есть от плотности и влажности почвы, в зависимости от глубины обработки и прочности материала ножей. К каждому фланцу 10 прикреплены три ножа 11 роторного рабочего органа (совокупность вращающи хся элементов) под углом 120° друг к другу, причем ножи 11 на каждом последующем соседнем фланце 10 крепятся с угловым смещением 30°. Нож 11 (фиг.2, 3, 4) состоит из двух Собразных пластин 12 с режущими кромками 13, 14. Пластины 12 охватывают фланцы 10 с двух сторон. Пластины 12 каждого ножа в верхней своей части имеют по меньшей мере один наружный волнообразный выступ 15 и ниже его скреплены болтами 22. Выступы 15 выполняют роль пружин, способствующи х пластинам 12 совершать поперечные колебания под действием бокового давления почвы (эффект от угла a). В нижней части ножа 11 между пластинами 12 размещен клиновидный наконечник 16, который крепится к ним упомянутыми болтами 22. Наконечник 16 имеет заостренный носок 17, выступающий за пределы пластин 12 и снабжен жестко прикрепленными к нему крыльями 18 шириной b = 100 - 150мм (обоснование пределов приведено выше) в виде тре угольных пластин с режущими кромками, расположенными под углом b = 30 - 40° к наконечнику. Расположение режущи х кромок крыльев 18 под углом b способствует снижению сопротивления почвы при вхождении ножа 11 в почву, а пределы угла b выбраны по соображениям устойчивости режущих кромок крыльев 18 (близко к углу грани алмаза). Вал 9 связан с валом отбора мощности трактора традиционным набором приводных элементов: редуктора, муфт, звездочек, цепей и т.д. Предлагаемое изобретение работает следующим образом. Перед началом работы вручную выставляют посредством башмаков 4 требуемую глубину обработки почвы. При наличии гидропозиционера на тракторе эта работа выполняется автоматически. Включают привод ротационного почвообрабатывающего орудия (РПО), опускают раму 1 с роторным рабочим органом, пока башмаки не достигнут поверхности почвы, при этом вращающиеся ножи 11 погружаются в почву. Трактор начинает движение, при этом ножи 11 описывают циклоиды (фиг.7). При погружении каждого ножа 11 (фиг.6, 7) вначале в почву почти вертикально врезается заостренный носок 17 и режущие кромки крыльев 18, затем при дальнейшем погружении ножей 11 на ножи начинает действовать сила N = r × F × sina от бокового давления почвы, здесь r - удельное сопротивление почвы смятию, F - боковая площадь ножа 11, погруженная в почву, в проекции на плоскость, перпендикулярную направлению движения трактора. Под действием силы N происходит отклонение пластин 12 вокруг волнообразных выступов 15, пластины активно работают с почвой, причем на первой полуфазе работают грани 13 (зона смятия "Г"), а на второй - грани 14 (зона смятия "Е"), причем смятие происходит со скольжением, поэтому измельчение пожнивных остатков заостренными гранями происходит особенно интенсивно. Кроме этого заостренный носок 17 с режущими кромками крыльев 18 нарезают на дне борозды подобие резьбы с шагом, равным T × tga, где T - шаг циклоиды, при этом между траекториями каждого из трех ножей 11 на дне борозды остаются гребни h, а если учесть угловое смещение (30°) ножей 11 на соседних фланцах 10 то и между соседними рядами ножей на дне борозды будут образовываться гребни h. В результате после прохода РПО дно борозды становится чешуйчатым, состоящим из множества линз-углублений, в которых со храняется почвенная влага, а не стекает в сторону естественного уклона, подвергая почву водной эрозии. При выходе ножа 11 из почвы пластины 12 и клиновидный наконечник 16, освобождаясь от воздействия силы N, начинают совершать поперечные вынужденные колебания с частотой n, прямо пропорциональной числу оборотов вала 9, и амплитудой, величина которой зависит от геометрии волнообразных выступов 15, что приводит к самоочищению ножей от растительных остатков и почвы. Сравнительные расчеты показали, что при a = 5°, ширине захвата 2,4м, b = 110мм и D = 1000мм шаг фланцев t = 200мм и количество фланцев n = 14, а при установке вала 9 с a = 0°, при всех остальных одинаковых параметрах шаг t = b = 100мм и количество фланцев n = 22, что настолько утяжелило бы рабочий орган и, следовательно, все почвообрабатывающее орудие, что его невозможно было бы использовать в качестве навесного для трактора средства класса (мощность до 40кВт). Кроме того, при a = 0° и боковой силе N = 0, и несмотря на гибкость ножей не возникали бы их поперечные колебания, следовательно, самоочищение их не происходило бы.