RU189316U1 - Рама плуга - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к почвообрабатывающим орудиям, а например - многокорпусным плугам общего назначения. Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении эксплуатационной надежности и долговечности работы устройства за счет повышения жесткости несущего бруса и его сопротивляемости разнонаправленным изгибающим, вибрационным и динамическим, в том числе ударным, нагрузкам. Решение технической задачи заключается в том, что в раме плуга, содержащей соединенные между собой брусья, один из которых является несущим, снабжен кронштейнами для установки рабочих органов и выполнен из трубчатого профиля, а по его концам расположены торцевые пластины, причем вдоль несущего бруса на всю его длину размещен соединенный с ним дополнительный брус меньшего диаметра, дополнительный брус размещен внутри несущего и выполнен из сталефибробетонной смеси. В верхней части несущего бруса может быть выполнен временный люк для заливки в полость несущего бруса сталефибробетонной смеси. Стальные элементы фибры могут быть выполнены волнообразной формы с утолщениями по концам, а также с изогнутыми концами. Такое выполнение рамы почвообрабатывающего орудия позволяет существенно повысить технико-экономические показатели рамы почвообрабатывающего орудия за счет повышения прочностных характеристик несущего бруса при его работе на изгиб, при воздействии вибрационной и динамической нагрузки, при этом позволяет уменьшить затраты на изготовление за счет снижения стоимости материалов и уменьшения трудоемкости изготовления. 3 з.п. ф-лы, 6 илл.

Description

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к почвообрабатывающим орудиям, а именно - к многокорпусным плугам общего назначения для работы в различных почвенно-климатических условиях.

Известен аналог к предлагаемому техническому решению - рама почвообрабатывающего орудия - плуга навесного усиленного ПНУ-8×40, производства компании ОАО «Светлоградагромаш», информация о котором представлена в сети Интернет по адресу http://www.svetagromash.ru/plugi-navesnye/pny-8x40p.html, содержащая соединенные между собой в треугольник поперечный, продольный и диагональный брусья, на диагональном, несущем брусе по его длине установлены кронштейны П-образного сечения для крепления стоек плужных корпусов, жестко соединенные с брусом пластинами, расположенными на его верхней и нижней гранях, причем над диагональным брусом размещен посредством стоек - стальных полос, дополнительный брус. Брусья выполнены из трубы прямоугольного сечения.

Недостатком аналога является невысокая жесткость рамы для работы на больших нагрузках. Соединяющие дополнительный брус и диагональный брус стальные полосы вместе с несущим диагональным брусом обладают определенной жесткостью в основном только в плоскости, проходящей через диагональный и дополнительный брусья, однако в процессе вспашки почвы рама, особенно ее консольная часть, испытывает изгибающие нагрузки в разных плоскостях, а также крутильные нагрузки, что приводит к деформациям рамы, снижает ее эксплуатационную надежность. Кроме того, наличие над диагональном брусом надстройки в виде дополнительного бруса и связей, делает конструкцию громоздкой, утяжеляет ее, что ухудшает эксплуатационные качества, в процессе работы снижается стабильность положения корпусов плуга.

Еще одним недостатком конструкции является то, что вся нагрузка от рабочих органов воспринимается диагональным брусом через кронштейны, а дополнительный же брус воспринимает нагрузку опосредованно, через связи (полосы), что не обеспечивает раме плуга работу как единой жесткой конструкции.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению (прототипом) является рама почвообрабатывающего орудия, а именно - плуга (см. патент на полезную модель №174972 по МПК А01В 15/14), содержащая соединенные между собой в треугольник поперечный, продольный и диагональный брусья, один из которых, диагональный, является несущим и снабжен кронштейнами для крепления рабочих органов. Несущий брус выполнен трубчатого профиля, из квадратной трубы, снабжен кронштейнами для установки рабочих органов, а по его концам расположены торцевые пластины, причем вдоль несущего бруса на всю его длину размещен соединенный с ним дополнительный брус меньшего диаметра в виде коробчатой трубы, прикрепленный к несущему брусу стойками из отрезков швеллера.

Недостатком прототипа является недостаточная, для работы на больших нагрузках, жесткость рамы. Во время работы плуга при вспашке сухих твердых почв по причине значительных величин реакции почвы происходит скручивание и изгибание несущего бруса, особенно его консольной части, в результате чего плуг становится неработоспособным. Это обусловлено тем, что нагрузки с плужных корпусов передаются сначала только на диагональный брус и только затем - на стойки, соединяющие его к дополнительному брусу. Соединяющие дополнительный брус и диагональный брус стойки обладают определенной жесткостью, но при наличии больших изгибающих и крутильных нагрузок на раму в процессе вспашки сухих и твердых почв этого оказывается недостаточным, деформации несущего бруса приводят к снижению стабильности положения корпусов плуга. Опыт эксплуатации данной рамы плуга в разных регионах страны показал, что в результате воздействия высоких изгибающих нагрузок на раму происходит отрыв стоек, соединяющих дополнительный брус с несущим.

Кроме того, у известного устройства усиление диагонального (несущего) бруса происходит лишь в одной плоскости, в которой располагается как несущий, так и дополнительный брус, при том, что изгибающие нагрузки, воздействующие на раму плуга, действуют в разных направления. Таким образом в известном устройстве не обеспечивается сопротивляемость нагрузкам во всех направлениях, то есть равнопрочность конструкции несущего бруса.

Недостатком конструкции является также ее громоздкость, выражающаяся в надстройке над несущим брусом в виде дополнительного бруса и ряда стоек, сложность транспортирования из-за увеличения габаритов, а также не эстетичность внешнего вида устройства.

Для эффективной и надежной работы рамы плуга необходимо повысить жесткость сечения несущего бруса и его способность сопротивлению изгибающим нагрузкам во всех направлениях, а система: диагональный и дополнительный брус должна работать как единая цельная и жесткая конструкция.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении эксплуатационной надежности рамы плуга за счет повышения жесткости несущего бруса и его сопротивляемости разнонаправленным изгибающим и скручивающим воздействиям, а также вибрационным и динамическим (в т.ч. ударным) нагрузкам.

Это достигается тем, что в раме плуга, содержащей соединенные между собой брусья, один из которых является несущим, снабжен кронштейнами для установки рабочих органов и выполнен из трубчатого профиля, а по его концам расположены торцевые пластины, причем вдоль несущего бруса на всю его длину размещен соединенный с ним дополнительный брус меньшего диаметра, отличающаяся тем, что дополнительный брус размещен в полости несущего бруса, соединен с ним по всей внутренней поверхности бруса и выполнен из сталефибробетонной смеси.

Элементы стальной фибры могут быть выполнены волнообразной формы;

Элементы стальной фибры могут иметь утолщения по концам;

Элементы стальной фибры могут иметь изогнутые концы.

Размещение дополнительного бруса в полости несущего бруса, плотное прилегание и даже соединение поверхностей брусьев по всей их длине, обеспечивает надежную и жесткую связь несущего и дополнительного брусьев, и их совместную работу в процессе эксплуатации устройства. Выполнение дополнительного бруса из стелефибробетонной смеси обеспечивает образование единой цельной конструкции, состоящей из несущего и дополнительного брусьев за счет хорошей адгезии бетона и металла. Применение сталефибробетонной смеси на основе стальной фибры обеспечивает высокие прочностные характеристики формируемого дополнительного бруса, так как каждый фиброэлемент бетонной смеси имеет прочностные характеристики, сопоставимые с характеристиками высокопрочной стальной арматуры. Малые размеры элементов фибры придают бетонной смеси текучесть и пластичность, что позволяет им равномерно распределиться по всему объему бетона, армируя все его тело, а также беспрепятственно и полностью заполнить полость несущего бруса. Выполнение элементов фибры волнообразной формы, с утолщениями по концам и с изогнутыми концами обеспечивает улучшенное сцепление фибры с бетонной смесью. Причем все эти конструктивные особенности одновременно может иметь каждый из элемент фибры, то есть - и волнообразную форму и утолщения по концам и изогнутость концов. Кроме того используемая металлическая фибра может состоять одновременно из элементов разной формы.

Использование сталефибробетонной смеси на основе стальной фибры позволяет значительно улучшить технико-экономические характеристики конструкции, учитывая, что сталефибробетон обладает уникальными прочностными характеристиками при работе на изгиб, на вибрационную и ударную нагрузку, а также высокой прочностью на сжатие. Совместная работа дополнительного бруса с несущим стальным брусом позволяет создать высокопрочную и жесткую систему: несущий брус - дополнительный брус, которая способная выдержать деформирующие нагрузки, действующие на несущий брус во всех направлениях.

На фиг. 1 изображен вид рамы сверху.

На фиг. 2 изображен продольный разрез несущего бруса.

На фиг. 3 изображен вид «А-А» по фиг. 2;

На фиг. 4. изображен элемент стальной фибры волнообразной формы;

На фиг. 5 изображен элемент стальной фибры с утолщениями по концам;

На фиг. 6 изображен элемент стальной фибры с изогнутыми концами.

Рама плуга (см. фиг. 1) содержит соединенные между собой в треугольник поперечный 1, продольный 2 и диагональный, несущий 3 брусья. На поперечный брус 1 приварен кронштейн 4 для крепления рамы почвообрабатывающего орудия к зацепному устройству трактора (не показан на чертеже). Диагональный, несущий брус 3 может иметь (как один из вариантов исполнения конструкции, но не обязательно) в задней части консольный участок 5. На диагональном брусе 3 установлены кронштейны 6 для крепления рабочих органов, например - стоек плужных корпусов. Кронштейны 6 соединены пластинами 7, расположенными на верхней и нижней гранях диагонального бруса 3. По концам несущего бруса 3 установлены торцевые пластины 8.

Полость несущего бруса 3, через временный люк 9 в верхней части несущего бруса, заполняется сталефибробетонной смесью 10 на основе стальной фибры 11.

Стальная фибра 11 может быть выполнена волнообразной формы (фиг. 4), по концам элемента фибры могут быть выполнены утолщения (фиг. 5), элементы фибры могут иметь изогнутые концы (фиг. 6). Причем все эти конструктивные особенности одновременно может иметь каждый из элемент фибры, то есть - и волнообразную форму и утолщения по концам и изогнутость концов. Кроме того используемая стальная фибра может состоять одновременно из элементов разной формы.

Если несущий брус 3 еще не смонтирован в раму, то заполнять его полость сталефибробетонной смесью можно через один из его торцов. Для чего временно демонтируют с одного конца бруса торцевую пластину 8, брус 3 поднимают и устанавливают в вертикальное положение. В открытый торец несущего бруса заливают сталефибробетонную смесь 10. После этого устанавливают торцевую пластину 8. Несущий брус 3 опускают в горизонтальное положение. Схватывание сталефибробетонной смеси 10 происходит в течении 60 минут, через две недели бетон набирает прочность 60-70% от проектной, а полное отверждение бетона происходит на 28 сутки. Для уменьшения сроков созревания бетона можно осуществлять его тепловой прогрев в тепловой камере при температуре 60-100°С в течении примерно 20 часов. В этом случае скорость отверждения бетона существенно увеличивается, бетон набирает 60-70% проектной прочности после прогрева, что позволяет несущий брус 3 монтировать в раму плуга с установкой кронштейнов 6 и другой оснастки.

Пример осуществления устройства.

Несущий брус 3 выполнен из квадратной стальной трубы 15×15 см и толщиной стенки 6 мм. Длина несущего бруса - 6 метров.

Объем внутренней полости несущего бруса составляет 0, 1 м³ или 100 литров.

Для изготовления несущего бруса рамы плуга можно применить готовую сталефибробетонную смесь заводского приготовления. В московском регионе стеклофибробетонную смесь автомиксерами (объемом от 4 до 8 м³) поставляют заказчикам несколько предприятий (см., например: http://alliance-ltd.narod.ru/baz/fibrobeton.html и другие), причем стоимость готовой сталефибробетоной смеси не намного отличается от стоимости обычной бетонной смеси и составляет от 4,0 т.р. до 6,0 т.р. за м³ (речь идет о высокопрочном бетоне класса В40 и марки М550).

Однако учитывая, что внутренний объем одного несущего бруса составляет всего 0,1 м³, то объем автомиксера в 4-8 м³ соответствует объему 40-80 несущих брусьев. Разового изготовления такого большого количества несущих брусьев обычно не требуется. При этом необходимо также учесть, что время схватывания сталефибробетонной смеси - около 60 минут, и может оказаться чисто технологически сложно осуществить заполнение одновременно всех 40 или 80 брусьев в течении короткого времени. Поэтому более рациональным будет изготовление сталефибробетонной смеси непосредственно на месте производства рам плугов в объеме, достаточным для изготовления одного или нескольких брусьев. В продаже имеется готовая сухая сталефибробетонная смесь у ряда производителей (см. например, https://armmiks-spb.ru/catalog/dry-building-mixes/universalnye-suhie-smesi/armmiks-sfb), расфасованная в мешках по 25 и 50 кг. Однако в примере осуществления устройства будет показано изготовление ее на месте производства рамы плуга, следующим образом:

1. Приобретаются компоненты для изготовления сталефибробетонной смеси.

Состав сталефибробетонной смеси:

- портландцемент марки М500 по ГОСТ 31108-2003;

-песок промытый и просеянный с размером частиц не более 3 мм по ГОСТ 22551-77, не содержащий примесей и загрязнений;

- мелкозернистый гранитный щебень фракции 5-10 мм, просеянный и промытый;

- стальная фибра, с изогнутыми концами, диаметром 1 мм, длиной элементов 30-40 мм, имеющая прочность на растяжение не менее 600 Мпа. Приобретаем у производителя стальной фибры АО «Росфибра» (см.

http://www.rosfibra.ru/news/news-articles/stalefibrobeton/), поставка от 100 кг.;

- вода обычная, водопроводная.

- можно также использовать химическую добавку - пластификатор С-3, улучшающие подвижность, текучесть и пластичность готовой смеси. Добавка С-3 должна быть по ГОСТ 24211-2003. Однако в нашем примере пластичность и текучесть смеси, учитывая, что готовая смесь сразу же подается в полость несущего бруса, достигается незначительным увеличением количества воды.

Пропорции компонентов для изготовления сталефибробетонной смеси следующие (на один брус, то есть на 0,1 м³ в процентах):

- вода	-18 литров;
- цемент	- 45 кг;
- песок	- 80 кг;
- щебень	- 80 кг;
- стальная фибра	- 10 кг;

- если добавляется пластификатор С-3, то его количество составляет 0,8% от массы цемента.

2. Устанавливается переносная бетономешалка объемом барабана 260 литров, например марки PRORAB ЕСМ 260, с мощным электродвигателем 1.8 кВт. Объема 260 литров достаточно для изготовления фибробетонной смеси на два несущих бруса.

3. Загружают компоненты смеси (без воды и фибры) в бетономешалку. Тщательно перемешивают в течение 3-5 минут, потом постепенно добавляют стальную фибру, также перемешивают в течении 3 минут. После этого постепенно добавляют воду и перемешивают 5 минут.

4. Готовую жидкую сталефибробетонную смесь заливают или через временный люк 9 горизонтально установленного полого несущего бруса 3 или, если имеется такая технологическая возможность, через открытое торцевое отверстие (до установки торцевой пластины 8). Для этого несущий брус должен быть установлен вертикально. Учитывая, что смесь быстро начинает загустевать, для исключения образования пустот заполнение бруса должно выполняться в течение 10-15 минут. Дополнительно брус можно провибрировать, установив на верхнюю грань несущего бруса на несколько минут плоскую строительную виброрейку. Это обеспечит полное и плотное заполнение полости бруса.

5. После полного заполнения бруса, временный люк 9 или торцевую пластину 8 заваривают, брус перемещают на склад для набора сталефибробетоном проектной прочности. Нормативную (или проектную) прочность СФБ набирает в течение 28 суток. Однако уже на 12-15 сутки СФБ набирает 60-70% проектной прочности и несущий брус можно устанавливать на стенд для соединения с другими брусьями с образованием рамы, для крепления кронштейнов и установки другой оснастки.

Для уменьшения сроков созревания сталефибробетона можно осуществить его прогрев в тепловой камере при температуре 60-100°С в течении примерно 20 часов. В этом случае скорость отверждения бетона существенно увеличивается, бетон набирает 60-70% проектной прочности уже после прогрева, что позволяет несущий брус 3 монтировать в раму плуга с установкой кронштейнов 6 и другой оснастки.

При необходимо рецептура СФБ смеси может быть скорректирована с учетом условий изготовления (например, если на производстве температура воздуха ниже +10°С). В этом случае добавляют пластификаторы и замедлители схватывания раствора.

Полученный после набора прочности сталефибробетон СФБ обладает следующими характеристиками:

1. Плотность - 2300 кг/м³.

2. Прочность на сжатие - не менее 800 кг/см2 (80 Мпа), что соответствует марки бетона М800 или классу В 60;

3. Модуль упругости - 1,9×10⁴ МПа.

По сравнению с обычным бетоном у сталефибробетона ударная стойкость, прочность на изгиб, на растяжение и на сжатие существенно выше. Это обеспечивается тем, что высокопрочные элементы стальные фибры армирует бетон по всему объему.

При размещении такого бруса в стальной квадратной трубе (в полости несущего бруса), обеспечивается долговечная работа и эксплуатационная надежность рамы плуга в любых почвенно-климатических условиях.

Повышение эксплуатационной надежности рамы плуга за счет повышения жесткости несущего бруса обусловлено не только размещением в его полости дополнительного бруса из сталефибробетона (СФБ), что само по себе достаточно эффективно, но и тем, что за счет хорошего сцепления (адгезии) бетона с металлом несущего бруса и стальной фибры по всей их поверхности, проявляется синергетический эффект от совместной работы наружного и внутреннего элементов, образуется единая монолитная конструкция, обеспечивающая их совместную работу по сопротивлению воздействия внешней нагрузки от рабочих органов плуга, так как любые нагрузки на несущий брус одномоментно будут восприниматься и высокопрочным дополнительным внутренним брусом.

По сравнению с прототипом, при равных весовых характеристиках, стоимость дополнительного бруса из сталефибробетонной смеси примерно в 20 раз меньше по затратам материалов и примерно во столько же раз меньше по трудоемкости и затратам на изготовление. Не требуется высококвалифицированные сварщики для соединения посредством стоек дополнительного горизонтального бруса к основному, несущему.

При этом прочностные характеристики образованной системы: стальной несущий брус + сталефибробетонный дополнительный брус обеспечивают высокую сопротивляемость всем видам действующих на раму нагрузкам.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о том, что при реализации полезной модели поставленная задача: повышение надежности работы рамы плуга за счет повышения сопротивления изгибающим напряжениям, достигаемая созданием жесткой, цельной и высокопрочной системы: несущий брус - дополнительный брус, решена, а заявленный технический результат- повышение эксплуатационной надежности и долговечности работы устройства - достигнут.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле полезной модели признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения заявленного технического результата.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий: - объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к области сельскохозяйственного машиностроения и предназначен для использования в качестве силовых рам почвообрабатывающих орудий, например плугов.

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке и известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость», согласно существующим в законодательстве требованиям.

Claims (4)

1. Рама плуга, содержащая соединенные между собой брусья, один из которых является несущим, снабжен кронштейнами для установки рабочих органов и выполнен из трубчатого профиля, а по его концам расположены торцевые пластины, причем вдоль несущего бруса на всю его длину размещен соединенный с ним дополнительный брус меньшего диаметра, отличающаяся тем, что дополнительный брус расположен внутри несущего бруса и выполнен из сталефибробетонной смеси.

2. Рама плуга по п. 1, отличающаяся тем, что элементы стальной фибры выполнены волнообразной формы.

3. Рама плуга по п. 1, отличающаяся тем, что элементы стальной фибры имеют утолщения по концам.

4. Рама плуга по п. 1, отличающаяся тем, что элементы стальной фибры имеют изогнутые концы.

Images