Устройство для поделки водопоглощающих щелей и аэрации почвы

 

Область применения: сельскохозяйственное машиностроение, в частности рабочие органы для поделки в почве водопоглощающих и противоэрозионных щелей. Сущность изобретения: устройство содержит щелерез, в верхней части которого закреплен уширитель, а в нижней - долото. Устройство снабжено механизмом навески щелереза на раму. Щелерез выполнен в виде плоского многоугольника с отверстием в центральной части. В отверстии размещен уширитель в виде полого замкнутого кольца. Торцевые грани многоугольника снабжены лезвиями с режущими кромками и опорными площадками. В опорных площадках выполнены отверстия для установки долот. Долото выполнено в виде ступенчатого тела вращения. Внешняя поверхность долота образована частью сферы, сопряженной с внешней его стороны цилиндрическим хвостовиком. Торцевая поверхность долота выполнена со сферическим углублением с радиусом сферы меньшим, нежели радиус сферы внешней поверхности. Режущая кромка долота образована пересечением сферических поверхностей. 7 з.п. ф-лы. 10 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности, к сельскохозяйственному машиностроению, и может быть использовано в борьбе с эрозией почв путем образования в почве и почвогрунте водопоглощающих щелей.

Известен рабочий орган щелевателя, выполненный в виде стойки с плавно вогнутой передней частью, заканчивающейся подрезающим носком, в котором, с целью сохранения естественной структуры грунта стенок-щелей, стойка выполнена с параллельными боковыми стенками и снабжена наклонно установленными в вертикальной плоскости на подрезающем носке ножами, которые смещены относительно друг друга по горизонтали и имеют скошенные внутрь лезвия [1] Описанный рабочий орган имеет существенные конструктивные и технологические недостатки и не отвечает требованиям, предъявляемым современным многоукладным сельскохозяйственным производством. Наклонно установленные к стойке (1, в скобах приведены позиции, приведенные в полных описаниях источников информации) ножи (3) подрезают узкую, равную по ширине щель как в пахотном горизонте, так и в почвогрунте. В орошаемом земледелии эта щель после первого полива, а на светло-каштановых почвах даже при поливной норме 200 м³/га полностью заиливаются. По этой причине начинается сток оросительной воды, что приводит к водной эрозии.

Абразивный износ носка (2) стойки (1) и ножей (3) в силу монолитного, сварного изготовления рабочего органа щелевателя приводит к полной выбраковке. Рабочий орган массой более 80 кг из высококачественной конструкционной стали подлежит выбраковке. Срок службы описанного рабочего органа не превышает 20.30 га.

Известен также рабочий орган для щелевания почвы, содержащий вертикально установленный нож, на боковых поверхностях которого выполнены ребра для уплотнения стенок щели, в котором, с целью повышения равномерности уплотнения стенок щели по ее высоте за счет выполнения в стенках кротовин, ребра выполнены в виде полуконусов, вершина которых размещена на лезвии ножа, при этом полуконусы, расположенные на одной боковой поверхности ножа, смещены по высоте относительно полуконусов, расположенных на другой боковой поверхности ножа, а диаметр основания полуконуса больше расстояния между смежными полуконусами [2] К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства относится низкая эксплуатационная надежность описанного рабочего органа. По мере износа носка ножа (1) и лезвия (2) резко возрастает тяговое сопротивление рабочего органа. При радиусу закругления лезвия (2) свыше 12 мм рабочий орган не выполняет рабочий процесс. Реставрация стойки ножа (1) невозможна по причине размещения ребер (3) в виде полуконусов на боковых стенках (4 и 5). Ребра (3) размещены в нижней части ножа (1), где плотность почвы достигает 2,0.2,3 г/см³, тогда как в пахотном горизонте плотность почвы не превышает 1,3.1,5 г/см³. Рыхлая почва с пахотного горизонта заиливает при орошении весь объем щели.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному объекту по совокупности признаков является устройство для нарезки водоотводящих борозд, включающее установленные на раме щелерез, в верхней части которого закреплен уширитель, а в нижней долото, и бороздователь-уплотнитель, выполненный в виде катков, в котором, с целью повышения устойчивости стенок борозд, уширитель выполнен в виде закрепленных на боковой поверхности щелереза пластин, причем рабочие поверхности катков и пластин, размещенных с каждой стороны щелереза, расположены на конической поверхности, ось которой расположена на оси вращения катков; долото установлено шарнирно и снабжено механизмом регулирования угла его наклона; каждый из конических катков выполнен секционным [3] Это устройство нами принято за прототип.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относятся сложность конструкции, большое тяговое сопротивление, большая металлоемкость, невозможность замены быстроизнашивающихся деталей. Описанным устройством производится уплотнение только верхней части стенки щели на дневной поверхности почвы.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, повышение стойкости водопоглощающих щелей и срока службы рабочего органа для их поделки.

Технический результат повышение эффективности щелевания почвы в орошаемом земледелии и надежности выполнения технологического процесса путем поделки щелей лезвиями и уширителями, наиболее полно отвечающими физико-механическим свойствам почвы и растений.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве, включающем установленные на раме щелерез, в верхней части которого закреплен уширитель, а в нижней долото, оно снабжено механизмом навески щелереза на раму, щелерез выполнен в виде плоского многоугольника с отверстием в центральной части многоугольника, в котором размещен уширитель, выполненный в виде полого замкнутого кольца, закрепленного сварными швами по периметру центрального отверстия щелереза, торцевые грани многоугольника в последовательном сочетании снабжены лезвиями с режущими кромками и опорными площадками в местах сопряжения лезвий, при этом в радиальной плоскости, направленной к центру многоугольника, на середине каждой опорной площадки выполнено радиальное отверстие для установки в нем долота в виде ступенчатого тела вращения, внешняя поверхность которого образована частью сферы, сопряженной с внешней его стороны цилиндрическим хвостовиком с полукруглой канавкой по периметру хвостовика, торцевая поверхность ступенчатого тела вращения выполнена с сферическим углублением с радиусом сферы меньшим, нежели радиус сферы внешней поверхности, а режущая кромка долота образована пересечением его сферических поверхностей, боковые плоскости со смещением от опорных площадок к центру щелереза снабжены парами цилиндрических отверстий для установки штифтов, фиксирующих положение долота в рабочем положении, а между этими отверстиями прямоугольный паз для демонтажа долота, и по одному дополнительному отверстию большего диаметра для опорной втулки, парами которых щелерез смонтирован на раме щелереза, при этом срезы опорных площадок выполнены по форме внешней поверхности долота; на внешней периферийной кромке долота выполнена угловая канавка с наполнителем из износостойкого материала; угол между касательными к образующим внешней сферы и внутренней сферы долота не превышает 15^o.18^o; поднутрение, образованное сферической поверхностью меньшего радиуса, на торцевой части долота не превышает 5^o.8^o; механизм навески щелереза на раму выполнен в виде оси, установленной на боковой грани балки рамы, и снабженного возможностью вращения и смещения вдоль оси ролика с полукруглой канавкой на внешней поверхности, сопряженного с внутренней поверхностью уширителя щелереза, и разнесенными по длине балки пары сегментов, закрепленными на балке рамы и сопряженными с свободными опорными площадками щелереза, а также пары болтов в соосных отверстиях балки рамы и щелереза посредством опорных втулок; щелерез образован из двух разнотолщинных и разнокачественных листов с отверстиями в центре, периферийные кромки листов выполнены по сторонам разновеликих многоугольников и снабжены лезвиями с режущими кромками путем односторонней заточки боковой поверхности листа на торцевой грани многоугольника, многоугольник из качественной стали выполнен с большей толщиной и большим периметром, недели многоугольник из низкокачественной стали с меньшей толщиной, многоугольники сопряжены боковыми гранями таким образом, что сопрягаемые боковины образуют лезвия, обращенные вне плоскости сопряжения, при этом внутренние кромки центральных отверстий разнотолщинных листов, образующие при сопряжении уширитель щелереза, снабжены полукруглыми отбортовками, направленными в сторону сопряжения боковых плоскостей и взаимно соединены замкнутым сварным швом; радиальные отверстия на торцевых гранях опорных площадок образованы путем локальной выпрессовки полуцилиндрических выпуклостей на местах боковин щелереза; лезвия с режущими кромками щелереза из листа высококачественной стали подвержены объемной закалке.

За счет того, что щелерез выполнен в виде многоугольника и снабжен уширителем, а фронтальные участки многоугольника снабжены лезвиями, достигается указанный выше технический результат.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня", заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображено устройство для поделки водопоглощающих щелей и аэрации почвы, вид сбоку.

На фиг. 2 то же, вид спереди.

На фиг. 3 сечение В-В на фиг. 2, размещение долота в радиальном отверстии на опорной площадке щелереза.

На фиг. 4 сечение А-А на фиг. 1, диаметральное сечение щелереза, выполненного из двух разнотолщинных и разнокачественных стальных листов с лезвиями и режущими кромками на периферийных гранях и с уширителем в центре.

На фиг. 5 сечение А-А на фиг. 1, диаметральное сечение щелереза, выполненного из одинарного листа с двугранными лезвиями на периферийных гранях и с уширителем в центре отверстия, выполненного в виде замкнутого полого кольца.

На фиг. 6 сечение Б-Б на фиг. 1, размещение долота в одном из радиальных отверстий на опорных площадках щелереза, при этом радиальное отверстие образовано путем локальной выдавки на разнотолщинных боковинах щелереза.

На фиг. 7 узел I на фиг. 6, угловое углубление на периферийной кромке долота, заполненное износостойким наполнителем.

На фиг. 8 сечение Г-Г на фиг. 1, соединение верхней части щелереза с балкой рамы.

На фиг. 9 сечение Д-Д на фиг. 1, фрагмент механизма навески щелереза на раму орудия.

На фиг. 10 поперечное сечение водопоглощающей щели с приведенными эпюрами плотности почвы и зоной увлажнения по глубине щели.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, заключаются в следующем.

Устройство для поделки водопоглощающих щелей и аэрации почвы (см. фиг. 1 и 2), включающее установленный на раме 1 щелереза 2, в верхней части которого закреплен уширитель 3, а в нижней долото 4. Щелерез 2 на раме 1 установлен посредством механизма навески 5.

Щелерез 2 выполнен в виде плоского многоугольника с отверстием 6 в центральной части многоугольника. В центральном отверстии 6 размещен уширитель 3. Уширитель 3 выполнен в виде полого замкнутого кольца 7, закрепленного сварными швами по периметру центрального отверстия 6 щелереза 2. Торцевые грани многоугольника в последовательном сочетании снабжены лезвиями 8 с режущими кромками 9 и опорными площадками 10 в местах сопряжения лезвий 8. В радиальной плоскости, направленной к центру многоугольника на середине каждой опорной площадки 10 выполнено радиальное отверстие 11 для установки в ней долота 4. Долота 4 (см. фиг. 3, 6 и 7) выполнено в виде ступенчатого тела вращения, внешняя поверхность которого образована частью сферы 12, сопряженной с внешней его стороны цилиндрическим хвостовиком 13 с полукруглой канавкой 14 по периметру хвостовика 13.

Торцевая поверхность 15 ступенчатого тела вращения выполнена с сферическим углублением с радиусом сферы меньшим, нежели радиус сферы внешней поверхности 12. Режущая кромка 16 долота 4 образована пересечением его сферических поверхностей 12 и 15. На внешней периферийной кромке 16 долота 4 выполнена угловая канавка 17 с наполнителем из износостойкого материала. Угол между касательными к образующим внешней сферы 12 и внутренней сферы 15 долота 4 находится в пределах 15^o.18^o. Поднутрение на торцевой части долота 4, образованное сферической поверхностью 15 меньшего радиуса, не превышает величины 5^o.8^o. Это позволяет по всему периметру получить кольцевое лезвие с углом резания в пределах 20^o.25^o, обеспечивающее устойчивое резание почвогрунта. Со смещением от опорных площадок 10 к центру щелереза 2 выполнены пара цилиндрических отверстий 18 для размещения в них штифтов 19, фиксирующих положение долота 4 посредством полукруглой канавки 14 в радиальном отверстии 11. Между цилиндрическими отверстиями 18 на боковой грани щелереза 2 выполнен прямоугольный паз 20 для демонтажа долота 4. В этой же радиальной плоскости ближе к центру многоугольника выполнено отверстие 21 большего диаметра для установки опорной втулки 22 (см. фиг. 8). Пара отверстий 21 позволяет монтировать щелерез 2 на раме 1. Срезы опорных площадок 10 соответствуют внешней сферической поверхности 12 долота 4.

Щелерез 2 может быть образован из двух разнотолщинных и разнокачественных листов 23 и 24 с отверстиями 25 в центре многоугольника (см. фиг. 1 и 4). Периферийные кромки листов 23 и 24 выполнены по сторонам разновеликих многоугольников и снабжены лезвиями 26 и 27 с режущими кромками 28 и 29. Режущие кромки 28 и 29 образованы путем односторонней заточки боковых поверхностей листов 23 и 24. Угол заточки лезвий 26 и 27 не превышает 15^o. Многоугольник 24 из качественной стали выполнен с большей толщиной и с большим периметром, нежели многоугольник 23 с меньшей толщиной из стали 3. Многоугольники 23 и 24 сопряжены боковыми гранями таким образом, что сопрягаемые боковины образуют ступенчатые лезвия, обращенные вне плоскости сопряжения. Внутренние кромки 30 и 31 центральных отверстия 25 разнотолщинных листов 23 и 24 образуют уширитель 3 щелереза 2. Внутренние кромки 30 и 31 снабжены взаимно направленными полукруглыми отбортовками, которые в местах сопряжения соединены замкнутым сварным швом. Образованная отбортовками кромок 30 и 31 полость является уширителем 3, который плавно сопряжен с внешними боковыми плоскостями щелереза 2. Радиальные отверстия 11 на торцевых гранях опорных площадок 10 образованы путем локальной выпрессовки полуцилиндрических выпуклостей 32 и 33 на листах 23 и 24 боковины щелереза 2. Лезвия 26 с режущими кромками 28 боковины из листа 23 большей толщины подвержены по всей периферии многоугольника объемной закалке до 50.65 HRCэ.

Механизм навески 5 (см. фиг. 1, 8 и 9) щелереза 2 на раму 1 выполнен в виде оси 34, установленной на боковой грани балки рамы 1, и ролика 35. Ролик 35 снабжен возможностью вращения и смещения вдоль оси 34. Периферийная поверхность ролика 35 выполнена с полукруглой канавкой 36. Полукруглая канавка 36 ролика 35 соответствует внешней поверхности уширителя 3 щелереза 2. По длине балки рамы 1 сварными швами закреплены пара сегментов 37. Выпуклые поверхности сегментов 37 сопряжены с опорными площадками 10 щелереза 2. Щелерез 2 с рамой 1 дополнительно соединен парой болтов 38 с гайками 39. Болты 38 установлены в сквозных отверстиях в балке рамы 1 и в одной из пары отверстий 21 с опорными втулками 21. Сегменты 37 воспринимают вертикальные и горизонтальные нагрузки и этим исключают срез крепежных болтов 38.

Устройство для поделки водопоглощающих щелей и аэрации почвы работает следующим образом.

При движении агрегатируемого трактора с навешенным оружием режущей кромкой 9 лезвий 8 разрезается вертикальная щель в пахотном и подпахотном горизонтах. Долото 4 на нижнем участке щелереза 2 разрезает плужную подошву на глубине a (см. фиг. 10), а затем щелерез 2 увлекает в почвогрунт на глубину H. На совмещенном графике с поперечным сечением щели показана плотность почвы в стенках щели и увлажнение почвы по глубине щели на светло-каштановой почве при поливной норме 200 м³/га на посевах третьего года люцерны. После того, как долото 4 своей режущей кромкой 16 займут горизонтальное положение, щелерез 2 совершает устойчивое движение по глубине поделки щели. После разрезания вертикальной щели лезвиями 8, в работу вступает уширитель 7. Перемещение уширителя 7 вслед за лезвиями 8 приводит к повторному уплотнению стенок щели.

Ширина щели в пахотном горизонте увеличивается с 18 мм до 33 мм. После прохода фронтальной части уширителя 3, происходит релаксация почвы в стенках щели при прохождении соответствующих участков центральным отверстием 6 щелереза 2. Обвалившаяся почва стенок щели вновь вдавливается в стенки щели задней кольцевой частью уширителя 3. Вслед за уширителем 3 перемещаются лезвия 8 на задней части щелереза. Наклонные лезвия 8 с режущей кромкой 9 на фронтальной части щелереза обеспечивает полное разрезание растительных и корневых остатков, их вовлечение в пахотный горизонт и армирование ими стенок щели. Этим достигается стойкость водопоглощающих щелей против водной эрозии при орошении многолетних посевов трав и кормовых угодий.

Рабочий процесс нарезки водопоглощающих щелей щелерезом из разнотолщинных листов 23 и 24 осуществляется аналогичным образом.

Для аэрации почвы поделку щелей производят в позднеосенний период. За осенне-зимний период через поры стенок щели происходит проникновение атмосферного кислорода в почвенные слои. По мере оттаивания снега в весенний период, щели перехватывают снеговую воду и направляют ее в нижележащие горизонты, предотвращая водную эрозию почвы при массовом таянии снега.

При поделке щелей наиболее интенсивно изнашиваются режущая кромка 16 долота 4 и режущие кромки 9 и 29 на нижних частях щелереза 2. При достижении режущих кромок 9 и 29 закруглений радиусом более 5 мм, щелерез 2 переставляют в новое положение. Для этого навесной системой агрегатируемого трактора раму 1 переводят в транспортное положение. Цилиндрические штифты 19 извлекают из отверстий 18. В прямоугольный паз 20 устанавливают плоский клин из ЗИП орудия. При внедрении клина, одна из его граней воздействует на торцевую часть цилиндрического штифта 13, который смещает долото 4 вдоль оси радиального отверстия 11. Далее освобождают гайки 39 на болтах 38 и гайку на оси 34. Головки болтов 38 смещают от балки рамы 1. Усилием руки щелерез 3 сначала на ролике 35 смещают вдоль оси 34 на толщину сегментов 37, а затем вращают щелерез 3 по часовой или против часовой стрелки. После поворота щелереза 3 на угол 120^o, его смещают в исходное положение так, чтобы опорные площадки 10 оказались напротив сегментов 37. Далее затягивают гайки 39 на болтах 38 и гайку на оси 34. Долото 4 устанавливают в новое отверстие 11 таким образом, чтобы острая режущая кромка 16 была направлена в сторону движения щелереза 3. Затем цилиндрическими штифтами 19 в отверстиях 18 посредством полукруглой канавки 14 фиксируется цилиндрический штифт 13 в рабочем положении.

После шести перестановок в новые рабочие положения щелереза 3, подлежат реставрации режущие кромки 9 и 29.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий: средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в сельскохозяйственном машиностроении; для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов; средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Формула изобретения

1. Устройство для поделки водопоглощающих щелей и аэрации почвы, включающее установленный на раме щелерез, в верхней части которого закреплен уширитель, а в нижней долото, отличающееся тем, что оно снабжено механизмом навески щелереза на раму, щелерез выполнен в виде плоского многоугольника с отверстием в центральной части многоугольника, в котором размещен уширитель, выполненный в виде полого замкнутого кольца, закрепленного сварными швами по периметру центрального отверстия щелереза, торцевые грани многоугольника в последовательном сочетании снабжены лезвиями с режущими кромками и опорными площадками в местах сопряжения лезвий, при этом в радиальной плоскости, направленной к центру многоугольника, на середине каждой опорной площадки выполнено радиальное отверстие для установки в нем долота в виде ступенчатого тела вращения, а внешняя поверхность которого образована частью сферы, сопряженной с внешней его стороны цилиндрическим хвостовиком с полукруглой канавкой по периметру хвостовика, торцевая поверхность ступенчатого тела вращения выполнена со сферическим углублением с радиусом сферы, меньшим радиуса сферы внешней поверхности, а режущая кромка долота образована пересечением его сферических поверхностей, причем на боковых плоскостях со смещением от опорных площадок к центру щелереза выполнены пары цилиндрических отверстий для установки штифтов для фиксирования положения долота в рабочем положении, а между этими отверстиями прямоугольный паз для демонтажа долота, и по одному дополнительному отверстию большего диаметра для опорной втулки, при этом щелерез смонтирован на раме посредством пары опорных втулок, а срезы опорных площадок выполнены по форме внешней поверхности долота.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на внешней периферийной кромке долота выполнена угловая канавка с наполнителем из износостойкого материала.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что угол между касательными к образующим внешней сферы и внутренней сферы долота не превышает 15 18^o.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что поднутрение, образованное сферической поверхностью меньшего радиуса на торцевой части долота, не превышает 5 8^o.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что механизм навески щелереза на раму выполнен в виде оси, установленной на боковой грани балки рамы, и снабжен средством для обеспечения вращения и смещения щелереза вдоль оси ролика с полукруглой канавкой на внешней поверхности, сопряженного с внутренней поверхностью уширителя щелереза, разнесенными по длине балки парой сегментов, закрепленных на балке рамы и сопряженных со свободными опорными площадками щелереза и парой болтов в соосных отверстиях балки рамы и щелереза посредством опорных втулок.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что щелерез образован из двух разнотолщинных и разнокачественных листов с отверстиями в центре, периферийные кромки листов выполнены по сторонам разновеликих многоугольников и снабжены лезвиями с режущими кромками путем односторонней заточки боковой поверхности листа на торцевой грани многоугольника, а многоугольник из качественной стали выполнен с большей толщиной и с большим периметром многоугольника, из низкокачественной стали с меньшей толщиной, причем многоугольники сопряжены боковыми гранями с образованием лезвия, обращенных вне плоскости сопряжения, при этом внутренние кромки центральных отверстий разнотолщинных листов, образующие при сопряжении уширитель щелереза, имеют полукруглые отбортовки, направленные в сторону сопряжения боковых плоскостей, и взаимно соединены замкнутым сварным швом.

7. Устройство по пп. 1 и 6, отличающееся тем, что радиальные отверстия на торцевых гранях опорных площадок образованы путем локальной выпрессовки полуцилиндрических выпуклостей на листах боковин щелереза.

8. Устройство по пп. 1 и 6, отличающееся тем, что лезвия с режущими кромками щелереза подвержены объемной закалке из листа с высококачественной сталью.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10