Ротационный плуг. 
Ротационный плуг

Технологический процесс обработки почвы почвообрабатывающими машинами протекает в очень сложных условиях, зависящих от почвенных и климатических факторов, выбранных режимов работы и конструкционных параметров рабочих органов и орудий в целом. Вспашка почвы лемешно-отвальными плугами является одной из энергоемких операций сельскохозяйственного производства. При этом в условиях небольших площадей (0,10−0,20 гектара), ограниченных межевыми границами, изгородями или деревьями, использование тракторов с лемешно-отвальными плугами затруднено, и в некоторых случаях, эти участки приходится обрабатывать вручную. Поэтому на таких участках актуально использование орудий с фронтально расположенными рабочими органами.

Основная часть. В качестве исполнительных органов ротационного плуга предлагаются ротационные рабочие органы (РРО) с эллиптическими лопастями. Ротационный рабочий орган с эллиптическими лопастями был предложен в качестве альтернативы существующим конструкциям ротационных рабочих органов с целью повышения качества обработки почвы при одновременном снижении ее удельной энергоемкости [1]. Он состоит из ступицы, на которой закреплены одинаковые эллиптические лопасти, каждая из которых представляет собой четверть пластины, ограниченной эллипсом (рис. 1).

Лезвия малых полуосей эллиптических лопастей расположены в одной вертикальной плоскости, а сами эллиптические лопасти составляют с ней угол. Если спроецировать все эллиптические лопасти на указанную плоскость, получится круг радиуса r, равный малой полуоси эллипса.

Рисунок 1. Макетный образец рабочего органа с эллиптическими лопастями.

На основании результатов теоретических и лабораторных исследований [2, 3, 4, 5, 6] определены рациональные конструкционные параметры рабочего органа с эллиптическими лопастями по критериям минимальных энергозатрат: угол наклона эллиптической лопасти; диаметр м; количество эллиптических лопастей на 1 рабочий орган — 4; режим работы для основной обработки почвы: относительное заглубление (, где — глубина обработки почвы, — радиус ротационного рабочего органа); кинематический параметр (, — угловая скорость вращения радиус ротационного рабочего органа, — поступательная скорость движения агрегата) .

С целью снижения энергозатрат основной обработки почвы предложена конструкция ротационного плуга (рыхлителя) [7]. Ротационный плуг (рис. 2) для основной обработки почвы на участках, ограниченных межевыми границами, состоит из навески 1, соединенной с корпусом 3 агрегата через болт 15. К корпусу 3 ротационного плуга с помощью фланцев 18 присоединяется вал 6, в одном из фланцев 18 установлен корпусной подшипник 19, способный компенсировать начальный перекос вначале работы вала 6. К валу 6 крепятся ступицы 7, смещенные по фазе. С помощью устройства изменения взаимного расположения и фиксации ступиц на валу 10, в пазы 8 ступицы 7 жестко устанавливаются эллиптичские рабочие органы 2.

а).

б).

Рисунок 2. Схема ротационного плуга а) вид сбоку; б) вид сверху

Привод рабочего органа с осуществляется от ВОМ трактора через редуктор, связанный с гитарой шестерен 4, защищенных в свою очередь защитным кожухом 12. Механизм регулировки глубины обработки почвы — лыжи 11, связанные через шток 9 с гидроцилиндром 5, установленный на боковой стороне корпуса 3. Механизм, обеспечивающий изменение ширины захвата — гидроцилиндр 20, связанный с корпусом и навеской орудия. Ротационный плуг содержит плоский диск 13 с монтажным отверстием 21, посредством которого соединяется с опорой крепления 14 к корпусу 3, глубина хода диска регулируется вращением регулировочного винта 16 рукояткой 17. Плоские диски 13 кинематически связаны с валом 6 звездочками 23, соединяемые между собой цепью 22.

В зависимости от типа почв и функционального назначения (основная, предпосевная или междурядная обработка почвы) ротационного плуга предварительно жестко устанавливаются под определенный угол эллиптические рабочие органы 2 на ступицах крепления 7 (рис. 3, а). Качество обработки почвы (оборот пласта и его крошение), а также величина энергозатрат процесса зависит в основном от кинематического параметра и угла отклонения большой полуоси эллиптической лопасти РРО. Схема для определения геометрических параметров эллиптической лопасти РРО показана на рисунке 3, б. Режим работы РРО с эллиптическими лопастями обеспечивает максимальное подталкивающее усилие.

а) б).

Рисунок 3. Конструктивные параметры эллиптических лопастей: а) схема размещения эллиптических лопастей на ступице; б) схема определения геометрических параметров эллиптических лопастей РРО

Вертикальное положение ротационного плуга поддерживается гидравлически, то есть с приложением давления гидравлики, получаемого от трактора. Управление положением осуществляется двумя подъемными штангами, левой и правой. В начале загона с помощью навески 1 опускают рабочие органы 2 на почву. Для регулировки глубины обработки следует поднять или опустить копирующие лыжи 11 при помощи гидроцилиндра 5, а ширина захвата орудия регулируется с помощью гидроцилиндра 20.

На рисунке 3, б — 1 — наклонная плоскость; 2 — плоскость вращения малой полуоси; 3 — эллипс; 4 — цилиндр; 5 — эллиптическая лопасть; - начальный угол отклонения большой полуоси; - ширина захвата эллиптической лопасти; r — радиус основания цилиндра; - радиус основания цилиндра; - большая полуось эллипса.

Далее включают ВОМ, приводящий рабочие органы 2 во вращение и они одновременно перемещаются поступательно по ходу движения рыхлителя. При движении ротационного плуга рабочие органы 2, вращаясь, осуществляют интенсивное разрушение связей между частицами почвы и их дробление. При выходе эллиптических рабочих органов из почвы во взаимодействии с ее частицами находится большая полуось (задняя кромка) лопасти, при вращательном движении которых и под действием силы тяжести почвенных частиц происходит дополнительное крошение последних. В связи с тем, что глубина обработки почвы регулируется с помощью гидроцилиндров 5, а к штоку 9 в нижней части закреплены копирующие лыжи, то они осуществляют копирование рельефа почвы, что позволяет обрабатывать почву на склонах. Регулирование частоты вращения осуществляется сменой гитарой шестерен и режимом работы ВОМ трактора.

Рабочие органы эллиптической формы работают в движущем режиме, создают при этом подталкивающие усилие, повышают производительность и уменьшают расход топлива на единицу обрабатываемой площади. Курсовая устойчивость ротационного плуга и дополнительное подталкивающее усилие обеспечивается за счет двух плоских дисков 13, установленных впереди корпуса 3, приводимых в движение с помощью кинематической связи со звездочками 23. Подъем ротационного плуга осуществляется гидросистемой трактора через навеску 1. Применение такого рода эллиптических лопастей в качестве рабочих органов ротационного плуга снижает вероятность возникновения плужной подошвы, за один проход осуществляется основная и предпосевная обработка почвы. В зависимости от взаимного расположения ступиц 7 на валу 6 получаем ротационный плуг для междурядной обработки технических культур. При вращательном движении вала и вхождении режущих кромок в почву происходит интенсивное разрушение связей между частицами почвы и их дробление, получается шероховатый неуплотненный подслой, значительно увеличивающий влагоемкость и фильтрационные свойства почвы. Создает оптимальную плотность почвы благодаря высокой степени крошения, повышает ее биологическую и биохимическую активность, улучшает все физические свойства почвы, что способствует повышению урожайности культур.

В результате проведенных исследований разработаны конструкции ротационных плугов (рыхлителей) для основной обработки почвы. При этом на участках, ограниченных межевыми границами в условиях Чувашской Республики в основном используются тракторы тягового класса 1,4, в частности, МТЗ-80, 82 и т. п. Рекогносцировочные испытания подтвердили возможность основной обработки почвы ротационных плугов на базе рабочих органов с эллиптическими лопастями в агрегате с трактором тягового класса 1,4 при ширине захвата м (рис. 4, 5).

Рисунок 4. Ротационный плуг, имеющий гидравлический привод.

Рисунок 5. Ротационный плуг, имеющий механический привод.

При этом ротационные плуги оснащаются 9 блоками рабочих органов, имеют как гидравлический, так и механический привод. Для снижения динамических нагрузок, оказываемых на ротационный плуг, ступицы рабочих органов устанавливаются на вал со смещением по фазе.

ротационный плуг рыхлитель.

• 1. Патент № 2 495 552 Российская Федерация, МПК А01 В 33/02, А01 В 33/10. Рабочий орган почвообрабатывающего орудия / Акимов А. П., Федоров Д. И., Павлов И. А., Чегулов В. В., Никифоров И. В.; заявители и патентообладатели Акимов А. П., Павлов И. А. — 2 012 107 544/13: заявл. 10.04.2012; опубл. 20.10.2013, Бюл. № 29. — 4 с.
• 2. Федоров, Д. И. Расчет мощности привода ротационного лопастного рабочего органа почвообрабатывающей машины / Д. И. Федоров, А. П. Акимов, Ю. В. Константинов // Тракторы и сельхозмашины. — 2012. — Вып. 5. — С. 27−32.
• 3. Федоров, Д. И. Методика расчета сопротивления и момента сопротивления резанию почвы / Д. И. Федоров, А. П. Акимов, Ю. В. Константинов // Тракторы и сельхозмашины. — 2013. — Вып. 3. — С. 32−35.
• 4. Выбор рациональных параметров лопастного ротационного рабочего органа на основе его кинематического анализа / Д. И. Федоров [и др.] // Тракторы и сельхозмашины. — 2015. — Вып.1. — С. 36−39.
• 5. Федоров, Д. И. Применение программного обеспечения при лабораторных исследованиях рабочего органа-движителя с эллиптическими лопастями для обработки почвы / Федоров Д. И., Акимов А. П., Мазяров В. П. // Продовольственная безопасность и устойчивое развитие АПК: сб. тр. Международной науч.-практич. конф. — Чебоксары: Чувашская государственная сельскохозяйственная академия, 2015. — С. 667−671.
• 6. Федоров, Д.И. К вопросу об использовании программного обеспечения при проведении исследований почвообрабатывающих рабочих органов / Д. И. Федоров // Новые технологии науки, техники, педагогики высшей школы: сб. тр. Международной науч.-практич. конф. -М: ФГБОУ ВО «Московский политехнический университет», 2017. С. 305−310.
• 7. Патент № 2 569 977 Российская Федерация, МПК А01 В 33/02. Ротационный рыхлитель / Федоров Д. И., Акимов А. П., Чегулов В. В., Федорова И. В.; заявитель и патентообладатель ООО «Эллипс-ЧПИ». — 2 014 132 531/13: заявл. 06.08.2014; опубл. 10.12.2015, Бюл. № 34. — 8 с.