рабочий орган почвообрабатывающего орудия

Формула изобретения

1. Рабочий орган почвообрабатывающего орудия, содержащий режущие, направляющие и защитные элементы, отличающийся тем, что, по крайней мере, режущие элементы дополнительно снабжены неподвижно закрепленными на рабочей поверхности защитными керамическими вставками или накладками, причем отношение ширины каждой из них к длине находится в диапазоне 0,2-5, а вылет защитных элементов над основой рабочего органа находится в диапазоне 0-5 мм.

2. Рабочий орган по п.1, отличающийся тем, что защитные керамические вставки или накладки имеют в плане форму круга, овала, правильного или неправильного многоугольника, а в сечении - форму прямоугольника, трапеции или криволинейной фигуры.

3. Рабочий орган по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что защитные керамические вставки или накладки закреплены на поверхности режущих элементов механически, клеем, пайкой или выполнены плазменным напылением.

4. Рабочий орган по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что защитные керамические вставки или накладки, расположенные на передней носовой части режущего элемента, имеют максимальные размеры и заточку острия для уменьшения абразивного износа элементов рабочего органа, расположенных за ним.

5. Рабочий орган по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что его режущие элементы установлены неподвижно или с возможностью вращения относительно несущей рамы почвообрабатывающего орудия.

6. Рабочий орган по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что его направляющие элементы снабжены дополнительным износостойким покрытием толщиной 0,1-1,5 мм на основе металлических легированных сплавов, металлокерамических или углеродсодержащих соединений, алмазного напыления или керамики с низким коэффициентом трения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике для обработки почвы, например, в сельском хозяйстве, преимущественно к рабочим органам почвообрабатывающих орудий с жестко закрепленной режущей частью, и может найти применение при создании машинных плугов, дисковых борон, культиваторов и других почвообрабатывающих орудий различного назначения.

Известно устройство рабочих органов плуга для вспашки под зерновые и овощные культуры, содержащее лемех, нож, полевую доску с пяткой, отвал плужный корпус и средства крепления плуга (см. Техническая энциклопедия, изд. “Советская энциклопедия”, М., 1932 г., т.16, статья “Плуги”, с.739).

Несмотря на большое разнообразие почвообрабатывающих орудий и, в частности, плугов, их рабочие органы во всех случаях испытывают значительный абразивный износ при трении о почву. Поэтому режущие части плуга обычно изготавливают из высокопрочных сортов стали, поверхностные слои подвергают закалке, наплавке и т.п. Несмотря на это, срок службы рабочих органов почвообрабатывающего орудия такого типа, как правило, недостаточен, например, наработка лемеха составляет величину менее 10 га.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является рабочий орган почвообрабатывающего орудия, содержащий режущие, направляющие и защитные элементы и средства их крепления (см. Ю.И.Воронов, Л.Н.Ковалев, А.Н.Устинов Сельскохозяйственные машины. М., ВО “Агропромиздат”, 1990 г., с.9 - прототип).

Материалом для упомянутых элементов является сталь различных сортов, а для защитных элементов наиболее изнашиваемых областей рабочих органов применяют более износостойкие накладные или наплавляемые элементы. В частности, для сохранения остроты и повышения износостойкости лезвия плуга промышленность выпускает лемеха, тыльная сторона которых вдоль режущей кромки на ширину 25 мм упрочнена твердым сплавом. У таких лемехов твердый нижний слой изнашивается медленнее верхнего, вследствие чего он выступает вперед, образуя лезвие достаточной остроты.

Недостатком такого почвообрабатывающего орудия являются сравнительно невысокие ресурс и надежность защитных, режущих и отвальных частей плуга, работающих в тяжелых условиях абразивного износа при глубокой вспашке почвы с удельным сопротивлением, превышающим 10-15 Н/см².

Решаемой задачей изобретения является создание современного, надежного, многофункционального и эффективного машинного почвообрабатывающего орудия с высокими ресурсом и износостойкостью его рабочих органов в различных, в том числе тяжелых условиях эксплуатации на суглинистых и песчаных почвах, а также при значительной глубине вспашки.

Указанная задача решается тем, что в рабочем органе почвообрабатывающего орудия, содержащем режущие, направляющие и защитные элементы, согласно изобретению, по крайней мере, режущие элементы дополнительно снабжены неподвижно закрепленными на рабочей поверхности защитными керамическими вставками или накладками, причем отношение ширины каждой из них к длине находится в диапазоне 0,2-5, а вылет защитных элементов над основой рабочего органа находится в диапазоне 0-5 мм.

Кроме того, защитные керамические вставки или накладки могут иметь в плане форму круга, овала, правильного или неправильного многоугольника, а в сечении - форму прямоугольника, трапеции или криволинейной фигуры.

Кроме того, защитные керамические вставки или накладки могут быть закреплены на поверхности режущих элементов механически, клеем, пайкой или выполнены плазменным напылением.

Кроме того, защитные керамические вставки или накладки, расположенные на передней носовой части режущего элемента, могут иметь максимальные размеры и заточку острия для уменьшения абразивного износа элементов рабочего органа, расположенных за ним.

Кроме того, режущие элементы могут быть установлены неподвижно или с возможностью вращения относительно несущей рамы почвообрабатывающего орудия.

Кроме того, направляющие элементы могут быть снабжены дополнительным износостойким покрытием толщиной 0,1-1,5 мм на основе металлических легированных сплавов, металлокерамических или углеродсодержащих соединений, алмазного напыления или керамики с низким коэффициентом трения.

Такое выполнение рабочего органа почвообрабатывающего орудия, упрочненного керамикой, позволяет кардинально повысить износостойкость наиболее нагруженных режущих и отвальных элементов большинства типов почвообрабатывающих орудий для различных видов обрабатываемых почв за счет того, что абразивному износу при такой конструкции устройства подвергаются прежде всего именно керамические защитные элементы орудия.

Износ стальной основы между керамическими вставками на рабочих поверхностях при этом во много раз снижается благодаря экранирующему действию защитных вставок, при котором частицы грунта действуют на промежуточные стальные элементы почвообрабатывающего орудия с меньшим нормальным усилием, а дополнительное защитное покрытие на направляющих элементах орудия снижает необходимое тяговое усилие и дополнительно повышает его надежность.

Отношение ширины каждого из защитных элементов к длине должно находиться в оптимальном диапазоне 0,2-5 в силу того, что в противном случае керамические вставки или накладки являются неустойчивыми к ударным рабочим нагрузкам.

Вылет защитных керамических элементов над основой рабочего органа более 5 мм нецелесообразен по прочностным соображениям, а заглублять их в тело рабочего органа нежелательно по причине увеличивающегося износа.

Толщину дополнительного покрытия на направляющих поверхностях орудия практически нецелесообразно выполнять менее 0,1 мм, а ее превышение сверх 1,5 мм технологически сложно и дорого.

Зазор между защитными керамическими элементами вдоль выбранного направления, их форма и размеры выбираются из технологических соображений и по результатам практических испытаний в различных условиях эксплуатации, а способы крепления керамических элементов к металлическим изделиям достаточно хорошо изучены.

Конкретный пример выполнения рабочих органов плуга с защитными керамическими элементами показан на прилагаемых чертежах (фиг.1, 2), на которых даны общий вид лемеха плуга с отвалом и их поперечное сечение.

Лемех 1 плуга и отвал, состоящий из двух деталей - грудь 2 и крыло 3, укреплены с помощью соответствующих отверстий и крепежных элементов на стойке корпуса плуга (не показаны). На рабочей поверхности режущего элемента (лезвия) лемеха 1 преимущественно с его тыльной стороны установлены керамические вставки или накладки 3, 4, 5 прямоугольной, трапецеидальной или иной в плане формы. Выделенный защитный керамический элемент 5 на передней части (острие) лемеха 1 имеет специальную заточку и особое крепление в теле лемеха 1. Его размеры максимальны, толщина, вылет и геометрия могут отличаться от параметров других защитных элементов.

Аналогичные керамические защитные элементы 6 иной формы установлены на лицевой поверхности передней части 2 отвала.

На свободной лицевой направляющей поверхности передней части 2 и крыла 3 отвала также имеется более тонкое износостойкое покрытие 7, нанесенное преимущественно напылением, например, слоем керамики с низким коэффициентом трения толщиной 0,5 мм. Зоны размещения этого покрытия на лемехе и отвале очерчены пунктирными линиями 8, 9.

Керамические вставки 3, 4, 5 в конкретном примере выполнения плуга имеют толщину порядка 3-10 мм, ширину 10-40 мм и среднюю длину 25-70 мм, для элемента 5 в носовой части лемеха размеры, как правило, наибольшие, в данном случае 8х40х70.

При этом расстояние между защитными элементами вдоль лезвия лемеха может составлять от 5 до 30 мм и более. Расположение и геометрические размеры керамических пластин или накладок могут различаться в зависимости от условий износа и типа почвообрабатывающего орудия. Накладки 6 на лицевой поверхности груди 2 отвала в данном случае имеют форму круга диаметром 20 мм, толщиной 4-6 мм и расположены в шахматном порядке.

В зависимости от условий работы каждого из элементов плуга должны определяться, соответственно, геометрические параметры и место установки вставок или накладок в зоне максимального износа.

Защитные элементы 3, 4, 5, 6 могут монтироваться в теле лемеха 1 и передней части 2 отвала в пазах глубиной, примерно равной или меньшей толщины вставок, и шириной как с применением клеев, так и механически с использованием, например, болтовых соединений, схемы ласточкиного хвоста и др. В областях 8, 9 лемеха и отвала плуга покрытие 7 может быть нанесено, в частности, плазменным напылением керамических слоев, в частности, двуокиси алюминия толщиной 0,3-1 мм.

Следует также отметить, что указанные защитные пластины 3, 4, 5, 6 и покрытие 7 могут быть размещены на режущих, опорных или отвальных частях неподвижных или вращающихся рабочих органов почвообрабатывающих орудий других типов и назначения.

Рабочий орган почвообрабатывающего орудия на примере плуга функционирует следующим образом.

Основное направление движения плуга в почвенном слое осуществляется вдоль нижней режущей кромки лемеха 1 вперед к его заостренной части, поэтому частицы почвенного слоя движутся преимущественно вдоль его длинной стороны лемеха 1, а в области отвала 2, 3 - по сложной траектории снизу вверх. Вдоль указанных направлений поверхности рабочих органов установлены вставки или накладки 3...6 из керамических материалов, обладающих в 3...10 раз более высокими характеристиками абразивного износа, чем основной металл плуга. При его работе значительную часть пути слои почвы контактируют непосредственно с керамической поверхностью вставок или накладок 3...5. Эта часть пути может составлять от 10 до 60% и более для различных траекторий движения почвенных слоев и для различных типов вставок или накладок.

В данном случае защищенность рабочих частей плуга максимальна. В областях между пластинами 3...6 абразивному износу подвергается непосредственное стальное несущее тело рабочих органов плуга 1, 2, 3.

Износ этих частей зависит прежде всего от траектории движения частиц обрабатываемой почвы и сравнительно мал именно при указанных соотношениях ширины и длины защитных элементов. Для предложенного устройства важную роль играет и вылет защитных элементов за геометрические границы стальной поверхности лемеха 1 и частей отвала 2, 3. В большинстве случаев он может быть нулевым или иметь незначительную величину 0-5 мм.

Поскольку лемех 1 для подрезания пласта почвы берет на себя более 50% тягового усилия, а отвал - около 10%, следует рассчитывать площади защитных элементов 3...6, зазоров между ними и способов крепления исходя из условий их работы.

В результате внедрения упрочненных керамическими защитными элементами рабочих органов машинных плугов снижается стоимость обработки сельскохозяйственных площадей и повышается производительность труда при невысоких капитальных затратах. Выпуск подобных плугов, а также иных сельскохозяйственных орудий с керамическими защитными элементами может быть налажен в условиях обычных предприятий по производству сельскохозяйственной техники.