RU2740414C1 - Soil cultivation implement with inertia exciter - Google Patents

Soil cultivation implement with inertia exciter Download PDF

Info

Publication number
RU2740414C1
RU2740414C1 RU2020127040A RU2020127040A RU2740414C1 RU 2740414 C1 RU2740414 C1 RU 2740414C1 RU 2020127040 A RU2020127040 A RU 2020127040A RU 2020127040 A RU2020127040 A RU 2020127040A RU 2740414 C1 RU2740414 C1 RU 2740414C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
crank
axis
rotation
gear wheel
vibrator
Prior art date
Application number
RU2020127040A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Мирбатович Яхин
Ильфат Ирфанович Алиакберов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Казанский ГАУ)
Priority to RU2020127040A priority Critical patent/RU2740414C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2740414C1 publication Critical patent/RU2740414C1/en

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01B—SOIL WORKING IN AGRICULTURE OR FORESTRY; PARTS, DETAILS, OR ACCESSORIES OF AGRICULTURAL MACHINES OR IMPLEMENTS, IN GENERAL
    • A01B11/00—Ploughs with oscillating, digging or piercing tools driven or not
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01B—SOIL WORKING IN AGRICULTURE OR FORESTRY; PARTS, DETAILS, OR ACCESSORIES OF AGRICULTURAL MACHINES OR IMPLEMENTS, IN GENERAL
    • A01B35/00—Other machines for working soil not specially adapted for working soil on which crops are growing
    • A01B35/32—Other machines for working soil not specially adapted for working soil on which crops are growing with special additional arrangements

Abstract

FIELD: agriculture.
SUBSTANCE: invention relates to the agriculture. Tillage tool with an inertia exciter comprises a welded frame, support wheels, working elements, an inertial vibration exciter made in the form of a hinged pendulum vibrator of directed action with a drive. Pendulum vibrator is equipped with a crank, which is rigidly fixed on the drive shaft. One of gear wheels, rotation axis of which is shifted relative to crankshaft rotational axis, is made with pin. Crank and spike of gear wheel are hinged to each other by means of connecting rod, forming a generally flat four-link kinematic chain, link lengths are matched by the following expressions: l4<l2<l3; (l3-l2+l4)<l1<(l3+l2-l4), where l1 is the crank length, l2 is the connecting rod length, l3 is the length equal to the gear wheel rotation axis offset relative to the stud axis, l4 is the length equal to the gear wheel rotation axis displacement relative to the crank axis of rotation.
EFFECT: reduced power consumption of technological process of soil treatment and simplified design of pendulum dipole.
1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к отрасли сельскохозяйственного машиностроения, в частности к почвообрабатывающим машинам и орудиям со вспомогательными устройствами, предназначенными для снижения тягового сопротивления агрегатов.The invention relates to the field of agricultural engineering, in particular to tillage machines and implements with auxiliary devices designed to reduce the traction resistance of the units.

Известны почвообрабатывающие орудия, снабженные различными механическими вибровозбудителями, предназначенными для генерации вынуждающих сил, следовательно, для снижения тягового сопротивления почвообрабатывающих орудий (патенты РФ на изобретения №2005334, А01В 35/20, опубл. 15.01.1994 и №2304371, А01В 11/00, опубл. 20.08.2007, Бюлл. №23; патент РФ на полезную модель №112582, А01В 11/00, опубл. 01.20.2112).Known tillage implements equipped with various mechanical vibration exciters designed to generate forcing forces, therefore, to reduce the traction resistance of tillage tools (RF patents for inventions No. 200534, A01B 35/20, publ. 15.01.1994 and No. 2304371, A01B 11/00, publ. 20.08.2007, bull. No. 23; RF patent for a useful model No. 112582, А01В 11/00, publ. 01.20.2112).

Недостатками известных конструкций являются низкая эффективность работы вибровозбудителей и высокая их энергоемкость.The disadvantages of the known designs are the low efficiency of the vibration exciters and their high energy consumption.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению по своей сущности и достигаемому результату является почвообрабатывающее орудие (патент РФ №2415526, А01В 35/32, А01В 39/28, опубл. 10.04.2011, Бюлл. №10), которое содержит сварную раму, опорные колеса, рабочие органы, инерционный вибровозбудитель, выполненный в виде шарнирного маятникового вибратора направленного действия с приводом от вала отбора мощности (ВОМ) трактора. Вибратор в свою очередь состоит из двух одинаковых кинематически связанных зубчатых колес с дебалансами, вращающихся с постоянной угловой скоростью в противоположных направлениях, следовательно, генерирует постоянную направленную возмущающую силу.The closest technical solution to this invention in its essence and the achieved result is a tillage tool (RF patent No. 2415526, А01В 35/32, А01В 39/28, publ. 04/10/2011, bull. No. 10), which contains a welded frame, support wheels, working bodies, an inertial vibration exciter made in the form of a directional articulated pendulum vibrator driven from the tractor power take-off (PTO) shaft. The vibrator, in turn, consists of two identical kinematically connected gears with unbalances, rotating at a constant angular velocity in opposite directions, therefore, generates a constant directed disturbing force.

Недостатком прототипа является высокая энергоемкость вибратора и сложность его конструкции, т.к. для осуществления привода от ВОМ трактора требуется дополнительная механическая передача (редуктор или мультипликатор).The disadvantage of the prototype is the high energy consumption of the vibrator and the complexity of its design, tk. for the drive from the tractor PTO shaft, an additional mechanical transmission (reducer or multiplier) is required.

Задачей, на решение которой направлено изобретение является создание силового импульса в направлении поступательного движения агрегата путем внутрициклового изменения угловой скорости вращения дебалансов.The problem to be solved by the invention is to create a force impulse in the direction of the translational movement of the unit by means of an intracycle change in the angular speed of rotation of the unbalances.

Технический результат - снижение энергоемкости и упрощение конструкции маятникового вибратора.The technical result is to reduce energy consumption and simplify the design of the pendulum vibrator.

Это достигается тем, что в известном почвообрабатывающем орудии, содержащим сварную раму, опорные колеса, рабочие органы, инерционный вибровозбудитель, выполненный в виде шарнирного маятникового вибратора направленного действия с приводом, маятниковый вибратор снабжен жестко закрепленным на валу привода кривошипом, а одно из зубчатых колес, ось вращения которого смещена относительно оси вращения кривошипа, выполнено с шипом, причем кривошип и шип зубчатого колеса шарнирно соединены между собой при помощи шатуна, образуя в целом плоскую четырехзвенную кинематическую цепь, длины звеньев которой согласуются по следующим выражениям:

Figure 00000001
где
Figure 00000002
- длина кривошипа,
Figure 00000003
- длина шатуна,
Figure 00000004
- длина, равная величине смещения оси вращения зубчатого колеса относительно оси шипа,
Figure 00000005
- длина, равная величине смещения оси вращения зубчатого колеса относительно оси вращения кривошипа. Кроме того, привод вибратора выполнен в виде гидромотора, снабженного дросселем-расходомером.This is achieved by the fact that in a known tillage implement containing a welded frame, support wheels, working bodies, an inertial vibration exciter made in the form of a hinged pendulum vibrator with a drive, the pendulum vibrator is equipped with a crank rigidly fixed to the drive shaft, and one of the gear wheels, the axis of rotation of which is displaced relative to the axis of rotation of the crank is made with a spike, and the crank and spike of the gear wheel are pivotally connected to each other by means of a connecting rod, forming a generally flat four-link kinematic chain, the lengths of the links of which are consistent according to the following expressions:
Figure 00000001
Where
Figure 00000002
- the length of the crank,
Figure 00000003
- connecting rod length,
Figure 00000004
- length equal to the displacement of the axis of rotation of the gear wheel relative to the axis of the spike,
Figure 00000005
- length equal to the value of the displacement of the axis of rotation of the gear wheel relative to the axis of rotation of the crank. In addition, the vibrator drive is made in the form of a hydraulic motor equipped with a throttle-flow meter.

На фиг. 1 изображено почвообрабатывающее орудие в рабочем положении; на фиг. 2 - кинематическая схема маятникового вибратора, на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2, на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3.FIG. 1 shows a tillage implement in working position; in fig. 2 is a kinematic diagram of a pendulum vibrator, FIG. 3 - section a-a in Fig. 2, FIG. 4 - section b-b in Fig. 3.

Почвообрабатывающее орудие (фиг. 1) состоит из сварной рамы 1, механизма навески 2, опорных колес 3, механизма 4 регулировки глубины обработки, рабочих органов 5, шарнирно закрепленного на раме 1 маятникового вибратора 6 направленного действия и механизма его привода - гидромотора 7 (фиг. 3), снабженного дросселем - расходомером 8. На валу 9 гидромотора 7, который своим фланцем крепится к корпусу 10 вибратора, жестко закреплен кривошип 11 (фиг. 4), а кинематически связанные между собой одинаковые зубчатые колеса 12 и 13, выполненные с дебалансами соответственно 14 и 15, установлены на подшипниковых опорах 16. В то же время, одно из зубчатых колес вибратора, например, зубчатое колесо 13 выполнено с шипом 17. Ось вращения зубчатого колеса 13 конструктивно смещена относительно оси вращения кривошипа 11 на величину, равную длине четвертого звена

Figure 00000006
В свою очередь кривошип 11 и шип 17 шарнирно соединены между собой при помощи шатуна 18 (фиг. 4). С точки зрения курса теории механизмов в результате такого шарнирного соединения звеньев образуется плоская четырехзвенная кинематическая цепь. Она может быть двухкривошипным и в то же время преобразовать постоянную угловую скорость гидромотора 7 в неравномерное угловое вращение дебалансов 14 и 15, лишь при согласовании длин звеньев по следующим выражениям:
Figure 00000007
где
Figure 00000008
- длины первого, второго, третьего и четвертого звеньев кинематической цепи.The tillage tool (Fig. 1) consists of a welded frame 1, a linkage mechanism 2, support wheels 3, a mechanism 4 for adjusting the depth of processing, working bodies 5, pivotally fixed on the frame 1 of a pendulum vibrator 6 of directional action and a mechanism for its drive - a hydraulic motor 7 (Fig. . 3), equipped with a throttle - a flow meter 8. On the shaft 9 of the hydraulic motor 7, which is attached to the vibrator housing 10 with its flange, the crank 11 is rigidly fixed (Fig. 4), and the same gears 12 and 13, kinematically connected to each other, made with unbalances 14 and 15, respectively, are mounted on bearing supports 16. At the same time, one of the gears of the vibrator, for example, the gear 13 is made with a spike 17. The axis of rotation of the gear 13 is structurally displaced relative to the axis of rotation of the crank 11 by an amount equal to the length of the fourth link
Figure 00000006
In turn, the crank 11 and the spike 17 are pivotally connected to each other by means of a connecting rod 18 (Fig. 4). From the point of view of the course of the theory of mechanisms, as a result of such a hinge connection of the links, a flat four-link kinematic chain is formed. It can be double-crank and at the same time convert the constant angular velocity of the hydraulic motor 7 into an uneven angular rotation of the unbalances 14 and 15, only when the lengths of the links are coordinated according to the following expressions:
Figure 00000007
Where
Figure 00000008
- the lengths of the first, second, third and fourth links of the kinematic chain.

Работает почвообрабатывающее орудие следующим образом. При поступательном движении агрегата рабочие органы 5 внедряются в почву на необходимую глубину обработки. Включается в работу гидромотор 7, подключенный к гидросистеме трактора (на фиг. 3 условно не показана). Частота вращения гидромотора 7 устанавливается посредством дросселя-расходомера 8. Крутящий момент от гидромотора 7 передается через кривошип 11, шатун 18 на зубчатое колесо 13. В связи с тем, что зубчатое колесо 13 кинематически связано с зубчатым колесом 12 их дебалансы 15 и 14 благодаря конструктивной особенности четырехзвенной кинематической цепи начинают вращаться с неравномерной за оборот угловой скоростью в противоположных направлениях. Неравномерный характер вращения дебалансов 14 и 15 обеспечивает генерацию неравномерной за оборот направленной вынуждающей силы маятникового вибратора.The tillage tool works as follows. With the forward movement of the unit, the working bodies 5 are introduced into the soil to the required processing depth. The hydraulic motor 7, connected to the tractor hydraulic system, is switched on (not shown in Fig. 3). The frequency of rotation of the hydraulic motor 7 is set by means of the throttle-flow meter 8. The torque from the hydraulic motor 7 is transmitted through the crank 11, the connecting rod 18 to the gear 13. Due to the fact that the gear 13 is kinematically connected with the gear 12, their unbalances 15 and 14 due to the structural features of the four-link kinematic chain begin to rotate with an uneven angular velocity per revolution in opposite directions. The uneven rotation of the unbalances 14 and 15 ensures the generation of an uneven directed driving force of the pendulum vibrator per revolution.

Максимальное значение вынуждающей силы соответствует максимальному значению угловой скорости дебалансов, которая достигается при угле поворота кривошипа ϕ=0°(360°) (фиг. 4) и вычисляется по формуле:

Figure 00000009
где ω - угловая скорость кривошипа, с-1;
Figure 00000010
- отношение длины четвертого звена к длине первого звена (кривошипа).The maximum value of the driving force corresponds to the maximum value of the angular velocity of the unbalances, which is achieved at the angle of rotation of the crank ϕ = 0 ° (360 °) (Fig. 4) and is calculated by the formula:
Figure 00000009
where ω is the angular velocity of the crank, s -1 ;
Figure 00000010
- the ratio of the length of the fourth link to the length of the first link (crank).

Минимальное значение вынуждающей силы соответствует минимальному значению угловой скорости дебалансов, которая достигается при угле поворота кривошипа ϕ=180° и вычисляется по формуле:

Figure 00000011
The minimum value of the driving force corresponds to the minimum value of the angular velocity of the unbalances, which is achieved at a crank angle ϕ = 180 ° and is calculated by the formula:
Figure 00000011

Разность максимального и минимального значений вынуждающей силы, генерируемой вибратором, создает дополнительный силовой импульс в направлении поступательного движения агрегата, причем шарнирное закрепление вибратора на раме позволяет менять направление этого импульса в продольно-вертикальной плоскости.The difference between the maximum and minimum values of the driving force generated by the vibrator creates an additional force impulse in the direction of the translational movement of the unit, and the hinged attachment of the vibrator to the frame allows you to change the direction of this impulse in the longitudinal-vertical plane.

Предлагаемое техническое решение задачи позволяет при прочих равных условиях снизить энергоемкость вибратора, а, следовательно, энергоемкость технологического процесса обработки почвы. Рассмотрим это на конкретном примере.The proposed technical solution to the problem allows, other things being equal, to reduce the energy intensity of the vibrator, and, consequently, the energy intensity of the technological process of soil cultivation. Let's consider this with a specific example.

Исходные расчетные данные для обоих вариантов одинаковые: масса дебалансов m=4,95 кг; эксцентриситет массы дебаланса е=0,05 м; частота вращения вала привода (кривошипа) n=750 мин-1. Угловая скорость привода (кривошипа), которая является постоянным параметром: ω=πn/30=3,14⋅750/30=78,5 с-1.The initial calculated data for both options are the same: the mass of the unbalances m = 4.95 kg; eccentricity of the unbalance mass e = 0.05 m; rotational speed of the drive shaft (crank) n = 750 min -1 . The angular speed of the drive (crank), which is a constant parameter: ω = πn / 30 = 3.14⋅750 / 30 = 78.5 s -1 .

Прототип. Величина вынуждающей силы, создаваемой двумя дебалансами маятникового вибратора:Prototype. The magnitude of the driving force created by the two unbalances of the pendulum vibrator:

F=2mω2e=2⋅4,95⋅78,52⋅0,05=3050,3 Н.F = 2mω 2 e = 2⋅4.95⋅78.5 2 ⋅0.05 = 3050.3 N.

Предлагаемое техническое решение. При выбранных исходных параметрах кинематической цепи:

Figure 00000012
Figure 00000013
Figure 00000014
Figure 00000015
Figure 00000016
максимальная угловая скорость вращения дебалансов:Proposed technical solution. With the selected initial parameters of the kinematic chain:
Figure 00000012
Figure 00000013
Figure 00000014
Figure 00000015
Figure 00000016
maximum angular velocity of unbalance rotation:

Figure 00000017
Figure 00000017

Следовательно, максимальная вынуждающая сила вибратора, возникающая при вращении двух дебалансов:Consequently, the maximum driving force of the vibrator arising from the rotation of two unbalances:

Figure 00000018
Figure 00000018

Таким образом, внутрицикловое изменение угловой скорости дебалансов в течение периода (одного оборота) позволяет при прочих равных условиях увеличить величину вынуждающей силы в виде импульса в 4 раза (12201,2/3050,3=4). Следовательно, для получения вынуждающей силы дебалансов вибратора прототипа, равной 3050,3 Н, в предлагаемом техническом решении угловую скорость вращения дебалансов можно снизить в 2 раза, что приведет к резкому снижению энергоемкости технологического процесса. Кроме того, использование в качестве привода вибратора гидромотора упрощает конструкцию, поскольку отпадает использование дополнительных механических передач.Thus, the intracycle change in the angular velocity of the unbalances during a period (one revolution) allows, all other things being equal, to increase the value of the driving force in the form of an impulse by 4 times (12201.2 / 3050.3 = 4). Therefore, in order to obtain the driving force of the unbalances of the prototype vibrator equal to 3050.3 N, in the proposed technical solution, the angular speed of rotation of the unbalances can be reduced by 2 times, which will lead to a sharp decrease in the energy intensity of the technological process. In addition, the use of a hydraulic motor vibrator as a drive simplifies the design, since the use of additional mechanical transmissions is eliminated.

Claims (2)

1. Почвообрабатывающее орудие с инерционным вибровозбудителем, содержащее сварную раму, опорные колеса, рабочие органы, инерционный вибровозбудитель, выполненный в виде шарнирного маятникового вибратора направленного действия с приводом, отличающееся тем, что маятниковый вибратор снабжен жестко закрепленным на валу привода кривошипом, а одно из зубчатых колес, ось вращения которого смещена относительно оси вращения кривошипа, выполнено с шипом, причем кривошип и шип зубчатого колеса шарнирно соединены между собой при помощи шатуна, образуя в целом плоскую четырехзвенную кинематическую цепь, длины звеньев которой согласуются по следующим выражениям:
Figure 00000019
где
Figure 00000020
- длина кривошипа,
Figure 00000021
- длина шатуна,
Figure 00000022
- длина, равная величине смещения оси вращения зубчатого колеса относительно оси шипа,
Figure 00000023
- длина, равная величине смещения оси вращения зубчатого колеса относительно оси вращения кривошипа.1. A soil cultivating tool with an inertial vibration exciter containing a welded frame, support wheels, working bodies, an inertial vibration exciter made in the form of an articulated pendulum vibrator of directional action with a drive, characterized in that the pendulum vibrator is equipped with a crank gear rigidly fixed to the drive shaft, and one of wheels, the axis of rotation of which is displaced relative to the axis of rotation of the crank, is made with a spike, and the crank and spike of the gear wheel are pivotally connected to each other by means of a connecting rod, forming a generally flat four-link kinematic chain, the lengths of the links of which are consistent according to the following expressions:
Figure 00000019
Where
Figure 00000020
- the length of the crank,
Figure 00000021
- connecting rod length,
Figure 00000022
- length equal to the displacement of the axis of rotation of the gear wheel relative to the axis of the spike,
Figure 00000023
- length equal to the value of the displacement of the axis of rotation of the gear wheel relative to the axis of rotation of the crank. 2. Почвообрабатывающее орудие по п. 1, отличающееся тем, что привод вибратора выполнен в виде гидромотора, снабженного дросселем-расходомером.2. The tillage tool according to claim 1, characterized in that the vibrator drive is made in the form of a hydraulic motor equipped with a throttle-flow meter.
RU2020127040A 2020-08-11 2020-08-11 Soil cultivation implement with inertia exciter RU2740414C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127040A RU2740414C1 (en) 2020-08-11 2020-08-11 Soil cultivation implement with inertia exciter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127040A RU2740414C1 (en) 2020-08-11 2020-08-11 Soil cultivation implement with inertia exciter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2740414C1 true RU2740414C1 (en) 2021-01-14

Family

ID=74183800

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020127040A RU2740414C1 (en) 2020-08-11 2020-08-11 Soil cultivation implement with inertia exciter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2740414C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3448813A (en) * 1966-09-29 1969-06-10 Thelmer A Rogers Tractor mounted vibrating plow
US3935712A (en) * 1975-01-16 1976-02-03 Koehring Company Cable laying vibratory plow assembly
RU2415526C1 (en) * 2009-10-09 2011-04-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный аграрный университет" Tillage outfit
RU2635931C2 (en) * 2012-09-27 2017-11-17 Айрис Сочиета'А Респонсабилита' Ламитата Advanced plow

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3448813A (en) * 1966-09-29 1969-06-10 Thelmer A Rogers Tractor mounted vibrating plow
US3935712A (en) * 1975-01-16 1976-02-03 Koehring Company Cable laying vibratory plow assembly
RU2415526C1 (en) * 2009-10-09 2011-04-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный аграрный университет" Tillage outfit
RU2635931C2 (en) * 2012-09-27 2017-11-17 Айрис Сочиета'А Респонсабилита' Ламитата Advanced plow

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6829986B2 (en) Compactor
RU2348467C1 (en) Vibroactuator
US4087982A (en) Vibratory plow
RU2635931C2 (en) Advanced plow
RU2740414C1 (en) Soil cultivation implement with inertia exciter
US3627056A (en) Vibrating plow with balanced forces
CN203537757U (en) Deep ploughing machine
RU188091U1 (en) SOIL PROCESSING UNIT
RU2415526C1 (en) Tillage outfit
CN2296608Y (en) Miniature multipurpose tiller
RU2762411C1 (en) Tools for packing soil
CN202005127U (en) Straw returning machine for rotary tillage in dry land
RU2762409C1 (en) Tools for packing soil
CN217363703U (en) Mini-tiller with soil leveling function
RU2762408C1 (en) Tools for packing soil
EP0024901B1 (en) Cultivating implement
WO1987004893A1 (en) Subsoil aerator
GB1563448A (en) Vibratory plough
RU112582U1 (en) SOIL PROCESSING MACHINES FOR IMMEDIATE SOIL TREATMENT
CN215121811U (en) Quick grass remover
SU1523643A1 (en) Working member of ripper
SU671758A1 (en) Soil-working machine working member
JPH0522481B2 (en)
RU2197811C2 (en) Digging tool
SU1477263A1 (en) Soil-working motor tiller