посевной комбинированный агрегат

Формула изобретения

Посевной комбинированный агрегат, содержащий установленные в межколесном пространстве трактора бункер для семян и удобрений с высевающими аппаратами, семяпроводы и загортачи, в качестве сошников использованы протекторы шин передних колес трактора с кольцевыми выступами, а в качестве прикатывающих катков - задние колеса трактора, отличающийся тем, что поверхность каждой шины образована вращением вокруг оси качения колеса внешней ветви конхоиды Никомеды, а обод колеса имеет форму полого тела, образованного вращением внутренней ветви конхоиды Никомеды вокруг той же оси, причем уравнение конхоиды Никомеды в полярной системе координат имеет вид

=a/cos _i+l,

где - полярный радиус;

а - расстояние от полюса конхоиды до его основания;

_i - угол поворота полярного радиуса в пределах от ₀ до ₀+2 ,

l - параметр конхоиды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к посевным агрегатам.

Известен посевной агрегат, содержащий снабженный гидросистемой с нагнетательной магистралью трактор и гидрофицированную сеялку, имеющую зернотуковый бункер, сошники, дозирующие гидронасосы, связанные с опорно-приводными колесами, и высевающие аппараты с приводом от гидромоторов, рабочие полости которых посредством регулятора расхода жидкости и редукционного клапана сообщены с нагнетательной полостью золотника включения, в котором, с целью расширения диапазона регулирования частоты вращения гидромоторов и уменьшения сопротивления перекатыванию опорно-приводных колес, нагнетательная полость регулятора расхода жидкости и всасывающие полости дозирующих гидронасосов сообщены с нагнетательной магистралью гидросистемы трактора (SU, авторское свидетельство №676205. М.кл.² А01С 7/00. "Посевной агрегат / Н.С.Порубаймих, П.Б.Сысолин, Ю.Л.Курзов и др. (СССР). - Заявка №2572293/30-15. Заявлено 18.01.1978. Опубл. 30.07.1979. Бюл. №28).

К недостаткам описанного посевного агрегата применительно к решаемой нами проблеме - посев зерновых колосовых культур в почву с низкой несущей способностью - относятся недопустимо большие удельные нагрузки на почву и колееобразование под колесами трактора и прицепной зернотуковой сеялки. При расстановке колес колесного трактора МТЗ-80 на колею 1400 мм и ширине захвата сеялки СЗТ-3,6, равной 3,6 м, - колея последней равна 4200 мм, то на поверхности поля остаются 4 следа от колес. Индивидуальный гидропривод каждого колеса сеялки не снижает нагрузок на почву. При удельном давлении на почву больше 0,6 кгс/см ² в этих полосах из-под колеи урожайность зерновых в 1,5-2,0 раза меньше, чем на контроле.

Известен также посевной агрегат, включающий навешенную на трактор с валом отбора мощности сеялку, содержащую раму, бороздообразующий каток с кольцевыми ребрами, который кинематически связан с высевающим аппаратом, в котором, с целью повышения качества высевных бороздок, каток снабжен механизмом привода; механизм привода выполнен в виде кинематической связи катка с валом отбора мощности трактора; механизм привода снабжен вариатором скорости (SU, авторское свидетельство №942616. М. кл.³ А01С 7/00. Посевной агрегат (Г.Б.Климов, Е.И.Пожилов, А.В.Прудников (СССР). Заявка №28922217/30-15. Заявлено 10.03.1980. Опубл. 15.07.1982. Бюл. №26).

В описанном посевном агрегате заслуживает внимание то, что семенные ложа готовятся кольцевыми ребордами бороздообразующего приводного катка. Упомянутый каток размещен в межколесном пространстве трактора. Однако нагрузки на колеса от веса трактора остаются недопустимо большими. Проблема снижения колееобразования под колесами трактора остается нерешенной.

Наиболее близким аналогом к заявленному объекту является посевной комбинированный агрегат, содержащий колесный трактор, бункер для семян и удобрений с высевающим аппаратом, семяпроводы, сошники, загортачи и прикатывающие катки, в котором, с целью обеспечения возможности раннего посева семян на переувлажненной почве и упрощения конструкции агрегата, протекторы шин передних колес трактора выполнены с кольцевыми выступами, выполняющими роль сошников, а бункер для семян и удобрений с высевающим аппаратом, семяпроводы и загортачи размещены в межколесном пространстве трактора, причем в качестве прикатывающих катков использованы задние колеса трактора (SU, авторское свидетельство №913962. М.кл.³ А01В 49/04, А01С 7/00. Посевной комбинированный агрегат / В.Б.Никитин, В.И.Фортуна, Е.А.Кочкин и др. (СССР). - Заявка 3001486/30-15. Заявлено 05.11.1980. Опубл. 23.03.1983. Бюл. 11).

К недостаткам описанного комбинированного агрегата применительно к решаемой нами проблеме - высев семян зерновых колосовых культур на почвах с низкой несущей способностью - относится то, что между спаренными шинами передних и задних колес образуется многократно переуплотненная перемычка (см. фиг.2 полного описания). Несмотря на двукратное увеличение опорной площади колес трактора в описанном комбинированном посевном агрегате, происходит недопустимое переуплотнение почвы. Кольцевые выступы шин спаренных передних колес и протекторы шин спаренных задних колес многократно переуплотняют почву. Всходы зерновых колосовых после прохода посевного агрегата находятся в угнетенном состоянии.

Описанный посевной комбинированный агрегат нами принят в качестве наиближайшего аналога. Однако известны пневматические колеса арочного типа со штампованными ободьями (см., например, Справочник конструктора сельскохозяйственных машин под редакцией инж. А.В.Красниченко (в двух томах). - М.: Машгиз, 1962. - 655 с. - Т.1. - С.356. фиг.11, с.364-367, фиг.13, табл.13).

Несмотря на то, что каждой арочной шине придают форму симметричного шарового слоя, а ее рабочей поверхности - сферическую поверхность - нагрузка от каждого колеса посевного агрегата приводит к локальному переуплотнению почвы и колееобразованию.

Сущность заявленного изобретения.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - высев семян зерновых колосовых культур в ранневесенний период на почвах с низкой несущей способностью.

Технический результат - повышение урожайности зерновых колосовых культур и снижение удельных нагрузок на почву при посеве.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном посевном комбинированном агрегате, содержащем установленные в межколесном пространстве трактора бункер для семян и удобрений с высевающими аппаратами, семяпроводы и загортачи, в качестве сошников использованы протекторы шин передних колес трактора с кольцевыми выступами, а в качестве прикатывающих катков - задние колеса трактора, согласно изобретению поверхность каждой шины образована вращением вокруг оси качения колеса внешней ветви конхоиды Никомеды, а диск колеса имеет форму полого тела, образованного вращением внутренней ветви конхоиды Никомеды вокруг той же оси, причем уравнение конхоиды Никомеды в полярной системе координат имеет вид

где - полярный радиус;

а - расстояние от полюса конхоиды до его основания;

_i - угол поворота полярного радиуса в пределах от ₀ до ₀+2 ,

l - параметр конхоиды.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 схематично представлен посевной комбинированный агрегат в рабочем положении, вид слева.

На фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, поперечный разрез диска, камеры и низкопрофильной шины переднего колеса трактора.

На фиг.3 показано поперечное сечение обода и внешнего контура шины колеса, образованных вращением внутренней и внешней ветвей конхоиды Никомеды.

На фиг.4 показан внешний профиль шины с указанием силы P давления на почву на элементарном участке и ее составляющих в направлении полярного радиуса _I и ее компонентов по оси OY - Q _y и по оси OX - Q_x в системе декартовых координат OXY.

На фиг.5 представлено распределение сил давления шины на почву, имеющей поверхность вращения с использованием внешней ветви конхоиды с эпюрой давления на почву по ширине колеса.

На фиг.6 изображена эпюра давления пневматического колеса арочного типа, имеющего сферическую поверхность.

Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения, заключаются в следующем.

Посевной комбинированный агрегат содержит установленные в межколесном пространстве трактора 1 бункер 2 для семян и удобрений с высевающими аппаратами 3, семяпроводы 4 и загортачи (на чертеже в силу известности прицепного шлейфа не показаны). В качестве сошников использованы протекторы 5 (фиг.2) шин 6 передних колес 7 трактора 1 с кольцевыми выступами. В качестве катков в посевном комбинированном агрегате применены шины 6 задних колес 8 трактора 1.

Вал 9 высевающих аппаратов 3 получает привод от дополнительного пневматического колеса 10, размещенного над левым задним колесом 8. Привод вала 9 высевающих аппаратов 3 имеет два цепных контура 11 и 12.

Дополнительное пневматическое колесо 10 установлено на поворотной балке 13, один конец которой шарниром 14 смонтирован на боковой стенке 15 бункера 2. На удаленном от шарнира 14 конце поворотной балки 13 смонтирована ступица 16 дополнительного колеса 10. Поворотная балка 13 имеет механизм 17 в виде силового гидроцилиндра для перевода дополнительного колеса 10 в рабочее и транспортное положения. Цепной контур 11 размещен на звездочках 18 и 19. Звездочка 18 сопряжена со ступицей 16 пневматического колеса 10. Цепной контур 12 размещен на звездочках 20 и 21. Звездочка 21 смонтирована посредством обгонной муфты на валу 9 высевающих аппаратов 3. Звездочки 19 и 20 образуют блок и в свободном вращении смонтированы на шарнире 14.

Каждое переднее (7) и заднее (8) колесо трактора 1 смонтировано на ступице 22 посредством монтажного диска 23. Диск 23 кольцевыми сварными швами соединен с ободом 24. Обод 24 для низкопрофильных шин 6 низкого давления имеет среднюю профилированную часть 25, внешнюю, профилированную часть 26, внутреннюю профилированную часть 27, окантовки 28 и 29 с кольцами 30. Внешняя профилированная часть 26 имеет отверстие 31 для вывода соска 32 пневматической камеры 33. При избыточном давлении воздуха в полости пневматической камеры 33 ее стенки плотно прилегают к внешней поверхности обода 24 и к внутренней поверхности пневматической шины 6. Окантовки 28, 29 с кольцами 30 удерживают шину 6 на ободе 24 и передают тяговое усилие от ступицы 22.

Поверхность 34 каждой шины 6 образована вращением вокруг оси качения колеса 7 (8) внешней ветви 35 конхоиды Никомеды. Обод 24 колеса 7 (8) имеет форму полого тела, образованного вращением внутренней ветви 36 конхоиды Никомеды вокруг той же оси. Уравнение конхоиды в полярной системе координат имеет вид

где - полярный радиус;

а - расстояние от полюса О (см. фиг.3, 4 и 5) конхоиды до его основания V - В-U;

_i - угол поворота полярного радиуса в пределах радиуса _I в пределах от ₀ (см. фиг.4) до ₀+2 ;

l - параметр конхоиды (см. фиг.3 и 4).

Определение конхоиды (конхе (греч.) - раковина). Даны точка О (полюс), прямая UV (основание) и отрезок l. Из полюса О (фиг.3) проводим произвольную прямую ON, пересекающую основание UV в точке N. На прямой ON откладываем в обе стороны от точки N отрезки NM=NM'=l. Геометрическое место точек М и М' называется конхоидой Никомеды. Линия, описываемая точкой М, лежащей на продолжение отрезка ON за точку N (т. M₁ на фиг.3, 4, 5) называется внешней ветвью 35 конхоиды. Линия, описываемая другой точкой М' (фиг.3), есть внутренняя ветвь 36 конхоиды Никомеды.

В прямоугольной системе координат ОХУ, совместив начало координат с полюсом О конхоиды и ось абцис ОХ направив по лучу OB, а точку В - проекция полости O - разместить на основание VU, то получим уравнение конхоиды, имеющей вид

где а (отрезок OB) есть расстояние от полюса О до основания VU;

l - параметр конхоиды;

x и у - координаты внешней и внутренней линий конхоиды в прямоугольной системе координат.

Уравнение в полярной системе (О - полюс; OX - полярная ось _i)

где угол _i меняется в реальной конструкции от какого-либо значения ₀ до ₀+2 .

Параметрические уравнения конхоиды:

х=а+lcos _i;

Конхоида симметрична относительно прямой OB (ось ОХ) пересекает обе ветви конхоиды в точках А и О (полюс для внутренней ветви в частном случае при а=l). Основание UV - асимптопа как для внутренней, так и для внешней ветвей. Форма конхоиды (внутренней ее ветви существенно зависит от соотношения между отрезками а=OB и l=NM' (фиг.3).

При принятом нами соотношении из конструктивных соображений l:а=1, петля внутренней ветви стягивается к полюсу О и превращается в точку возврата, а касательная в этой точке совпадает с ОХ.

Точки перегиба. На внешней ветви конхоиды имеются две точки перегиба: P и Q (см. фиг.3). Точкой возврата некоторой линии называется ее точка, где направление движения данной линии скачкообразно меняется на противоположное. Этой точкой для внутренней ветви является полюс О.

Свойство нормали MN' к внешней ветви конхоиды (см. фиг.4). Нормаль конхоиды MN' к ее точке М проходит через точку N' пересечения двух прямых NM' и ON' (фиг.4). Одна из них есть перпендикуляр к ОМ, проведенный через полюс О. Другая прямая N'N есть перпендикуляр к основанию UV, проведенный через точку N, где UV пересекается с ОМ.

Уравнение искомой (исходной) кривой в полярных координатах _i=f( ), т.е. плоской кривой, получающейся при увеличении или уменьшении длины радиуса - вектора каждой точки данной кривой на одну и ту же величину, то уравнение конхоиды в полярных координатах _i=f( _i)+l, где l - постоянная (параметр конхоиды). Конхоида Никомеды - это конхоида прямой линии x=а, а ее уравнение в полярных координатах принимает вид =(а/cos _i)+l, в декартовых координатах (х ²+y²)·(x-а)² =l²·х² (кривая четвертого порядка).

Определения касательной ST и нормали N'M позволяют правильно направить силы P и Q при воздействии элементарного участка площади на поверхности шины 6.

Чтобы построить касательную к конхоиде в ее точке М, соединяем последнюю с полюсом О (см. фиг.4). Через точку N пересечения прямых ОМ, UV проводим прямую N'N UV, а через полюс О - прямую ON' ОМ. Точку N' пересечения этих прямых соединяем с т. М. Прямая N'M будет нормалью к конхоиде. Проведя МТ N'M, получим искомую касательную ST. Только положением ST можно правильно выполнить годограф сил.

Радиус кривизны R в точке А внешней ветви конхоиды описывается уравнением

При l=а величины R_A=4a. Принимая величину а из опыта мирового машиностроения, определяем конструктивные параметры шины 6.

Таким образом в обозначенной т. М шина 6 на локальный участок поверхности поля воздействует усилием Р. Для графического анализа воздействия силы P от давления поверхностью шины 6 на участок поверхности поля лучше оперировать силой Q (фиг.4), которая направлена от полюса О конхоиды по радиус-вектору _i. Тогда величина

Q=Pcos ,

где - угол между нормалью N'М и радиусом - вектором ОМ, а Q_y и Q_x - составляющие силы от нагрузки колеса на элементарном участке.

Уплотнение почвы под колесом (7, 8) шиной 6 происходит суммарным воздействием составляющих Q₁, Q_x2 , Q_x3, ..., Q_x15= Q_x.

Однако боковые силы Q _y2, Q_y3, Q_y4 , ... Q_y15 взаимно уравновешиваются в силу особенностей поверхности шины 6, выполненной по внешней ветви конхоиды. Из эпюры давлений, показанной на фиг.5, становится очевидным, что распределение нормальных, боковых и тангенциальных составляющих элементарных сил от веса колеса и части силы веса трактора и касательного усилия от крутящего момента, передаваемого диском 24 на шину 6, происходит иначе, чем арочной шиной, имеющей сферическую поверхность (см. фиг.6). Эпюры давлений на почву под сравниваемыми серийно выпускаемыми и заявленными колесами, выполненными на основе экспериментальных данных плотномера ДорНИИ, показывают преимущества шин, имеющие поверхность вращения образованной кривой - конхоидой Никомеды. Расстояние от оси I-I вращения колеса (см. фиг.5) до основания VU конхоиды есть теоретический радиус качения колеса. Равное удаление l шины 6 от обода 24 при различных углах наклонах _i радиуса вектора _i от внутренней поверхности обеспечивает постоянную ее жесткость по ширине колеса. Этому условию соответствует только конхоида Никомеды.

Описанная форма поверхности шины 6 и обода 24 показывает преимущества заявленного объекта при работе посевного комбинированного агрегата на почвах с низкой несущей способностью, включая и рисовые чеки. Это также подтверждается при работе многоопорных дождевальных машин кругового и фронтального действия. Колея под колесами ДМ «Фрегат» в Волгоградской области достигает глубины 22...28 см при ширине обода 22 см. Колея под колесами ДМЭФ «Кубань-ЛК» достигает глубины 32...36 см при ширине канавы 0,58...0,62 м при работе на орошаемом участке со светло-каштановыми почвами. При уборке зерновых колосовых культур, кукурузы сеяных трав эти канавы из-под колес становятся непреодолимыми часто встречающимися препятствиями.

Описанная форма шин представляет интерес для автомобилей большой грузоподъемности, которые повреждают асфальтовое покрытие дорог в силу локальной и концентрированной нагрузки.

Посевной комбинированный агрегат работает следующим образом.

В бункер 2 для семян и удобрений автомобильным загрузчиком загружают семена, например озимой пшеницы сорта Дон-95, для посева на почвах с низкой несущей способностью, например после уборки риса без обработки почвы. Трактор 1 заезжает в рисовый чек. Силовым гидроцилиндром механизма 17 дополнительное колесо 10 поворотом балки 13 приводят в контакт с поверхностью 34 шины левого заднего колеса 8. Качение шины 6 заднего колеса 8 привод к вращению вала 9 высевающих аппаратов 3 через цепные контуры 11 и 12.

Семена высевающим аппаратом 3 из бункера 2 подаются в семяпроводы 4. При поступательном движении трактора 1 протекторами 5 шин 6 передних колес 7 в верхнем слое почвы формируются семенное ложе. В непосредственной близости от шин 6 задних колес 8 семяпроводами 4 семена распределяются в семенное ложе. Поверхностями 34 шин 6 задних колес 8 в силу своих конструктивных особенностей внедряются вглубь и в бок. При влажности почвы выше 30% поле после посева не выравнивают. Достаточное количество тепла и избыток влаги приводят к ускоренному появлению всходов. В каждом рисовом чеке независимо от его типа всходы находятся в ветрозащитном состоянии. В фазе кущения с устойчивым количеством сахаров растения уход на перезимовку. Этим достигается получение высоких урожаев при минимальных затратах ручного труда и материальных средств. При высокой цене ГСМ это приводит к высокому экономическому эффекту.