ОРУДИЕ ДЛЯ ПОЧВОЗАЩИТНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ Российский патент 1998 года по МПК A01B13/16 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к орудиям для щелевания почвы, занятой посевами кормовых культур и противоэрозионной обработке.

Известен рабочий орган для щелевания почвы, содержащий стойку с ножом на фронтальной части, в котором, с целью снижения тягового сопротивления, криволинейно-вогнутая режущая кромка ножа выполнена в виде параболы с центром ее ветви на середине высоты стойки, при этом угол заточки ножа в верхней и нижней частях параболы уменьшается к центру ее ветви; величина угла заточки ножа уменьшается от 40 до 18^o (SU, авторское свидетельство, 1329634, A 01 B 13/16, 1987).

Минимально-допустимая толщина ножа из условий прочности стойки не может быть выполнена меньше 20 мм даже для высокопрочных конструкционных материалов, применяемых современным сельскохозяйственным машиностроением. Криволинейно-вогнутая режущая кромка ножа обеспечивает устойчивое выполнение вертикального среза на глубину до 45 - 50 см. Однако при орошении многолетних кормовых культур даже при малых поливных нормах 400 м³/га происходит быстрое набухание почвы и устьевая (верхняя) часть щели смыкается. По этой причине оросительная вода по локальным понижениям скатывается на участки с большими уклонами, одновременно производя смыв плодородного слоя. Из-за смыкания верхней части щели, равномерное распределение дождя по поверхности орошаемого поля становится проблематичной.

Известен также глубокорыхлитель, содержащий раму с навесным устройством, опорный каток и поярусно установленные рыхлительные рабочие органы, выполненные в верхних ярусах в виде стрельчатых лап, с шириной захвата, уменьшающейся от верхнего яруса к нижнему, выполненному в виде долота, в котором, с целью снижения энергоемкости процесса рыхления и повышения качества почвы, ширина каждой лапы определяется из соотношения

где
B_i - ширина захвата i-й лапы i-го яруса;
B₀ - ширина захвата лапы одного из ярусов;
ϕ - угол трения почвы о металл;
θ - угол скалывания пласта;
a_i - высота рабочей части стоек i-й лапы i-го яруса;
α - угол установки лапы к дну борозды (SU, авт. св., 1817947, A 01 B 13/16, 1993).

При рыхлении почвы на полях, занятых сельскохозяйственными культурами, происходит уничтожение корней растений ярусно установленными стрельчатыми лапами. Опорный каток, установленный за стойкой, не восстанавливает исходный профиль поверхности почвы. Им образуется почвенный вал достаточной высоты. При орошении слой осадков между смежными валами направляется в понижения, смывая на своем пути разрыхленные почвенные агрегаты, увеличивая эрозионные процессы.

Кроме этого известно орудие для противоэрозионной обработки почвы, включающее раму и последовательно по ходу движения орудия и поярусно установленные на ней рабочие органы, причем рабочий орган для нарезания второго яруса выполнен в виде щелереза, в котором, с целью снижения энергоемкости, орудие снабжено дополнительным щелерезом для нарезания третьего яруса, а рабочий орган для нарезания первого яруса выполнен также в виде щелереза, наклоненного в сторону движения орудия, при этом толщина каждого последующего щелереза и угол его наклона меньше, чем у предыдущего (SU, авт. св., 1155167, A 01 B 13/16, 1985 г.).

Самым существенным недостатком орудия является то, что после прохода орудия остается щель, заполненная почвой. Это снижает ее водоперехватывающие способности. Ярусно установленными щелерезами формируются стенки щелей с низкой плотностью. При незначительной подаче оросительной воды или задержания ливневых осадков, стенки щелей обрушиваются. Эти недостатки вытекают из-за того, что щелерезом сначала формируется широкая щель первой ступени. При движении щелереза второго яруса нарезается менее широкая щель, но большей глубины. Из-за постановки режущей кромки щелереза второго яруса под острым углом к направлению движения, почва с нижних горизонтов вытесняется в щель первого яруса. При проходе щелереза третьего яруса с еще меньшей толщиной, все пространство ступенчатой щели заполняется рыхлой почвой и грунтом. Плотность стенок формируемой щели низка, т.к. претерпевает лишь разовое уплотнение.

Кроме этого известен способ щелевания почвы, содержащий ступенчатое нарезание щели, в котором, с целью снижения энергоемкости процесса и повышения качества щелевания, нарезание первой ступени щели производится с рыхлением ее дна и нижней части стенок, а перед нарезанием второй ступени щели осуществляют смачивание разрыхленной почвы на дне нижней части стенок первой ступени щели. Устройство для щелевания почвы, включающее раму с опорными колесами и поярусно установленные на ней щелерезы, в котором, с целью снижения энергозатрат процесса и повышения качества щелевания, щелерезы установлены попарно, а пара щелерезов расположена фронтально, причем щелерезы в паре установлены параллельно друг другу и поярусно, при этом щелерез верхнего яруса снабжен установленным в его нижней части рыхлителем, который связан со щелерезом посредством шарнирной тяги (SU, авт. св., 1426480, A 01 B 13/16, 1988).

Для реализации этого способа непреложным условием является наличие действующей оросительной системы и любой конструкции дождевальной машины. Однако выполнить качественно щели при втором проходе просто невозможно. Трактор с устройством для щелевания почвы по упомянутому способу не может следовать по прежней колее. Это приводит к нарушению прежних щелей и к образованию почвенных валов, что недопустимо на полях под многолетними кормовыми культурами.

Наиболее близким устройством того же назначения к предлагаемому объекту по совокупности признаков является орудие для почвозащитной обработки почвы, содержащее последовательно установленные друг за другом щелерез и рабочий орган для рыхления стенок щели, в котором, с целью повышения степени крошения почвы по краям щели, рабочий орган для рыхления стенок щели выполнен в виде установленного на пружинной C-образной стойке наральника с полувинтовым отвальчиком; перед щелерезом установлен размещенный с ним в одной плоскости диск (авт. св., 1530108, A 01 A 13/16, 1989).

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного утройства, принятого за прототип, относится низкое качество поделки водопоглощающих щелей. Установленный впереди стойки и в одной плоскости с ним диск несомненно обеспечивает разрезание корней в почве и растительных остатков на поверхности поля. Установленный на пружинной C-образной стойке наральник с полувинтовым отвальчиком разрушает стенки щели. Рыхлая почва заполняет полость щели. При орошении дождеванием поверхностный влажный слой почвы, являясь водонепроницаемым экраном, закрывает входную часть щели. Потоки воды вдоль щели стекают в понижения поверхности поля, нарушая тем самым равномерное распределение искусственных осадков и, исключая доступ воды в корнесодержащие горизонты. Этим снижается эффективность орошения на посевах многолетних кормовых культур, и как следствие, и урожайность возделываемых культур.

Задача, на решение которой направлено изобретение, повышение водоперехватывающей способности щелей и эффективности распределения орошаемой воды по почвенным горизонтам.

Технический результат - снижение водной эрозии и повышение урожайности многолетних кормовых культур, таких как клевер, люцерна, и их смеси со злаковыми травами, и др.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для почвозащитной обработки почвы, включающем раму, навесное устройство и последовательно установленные на раме друг за другом дисковый нож и щелерез, снабженный стойкой и долотом, стойка щелереза выполнена гофрированной, причем сечение стойки и толщина гофр уменьшается по высоте стойки в направлении долота.

За счет того, что стойка выполнена гофрированной, достигается указанный выше технический результат.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах предлагаемого изобретения, позволил установить, что не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам предлагаемого изобретеения.

Следовательно. изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия изобретения требованию "изобретательского уровня" проведен дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками изобретения, результаты которого показывают, что изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники не выявлено влияния предусматриваемых существенными признаками изобретения преобразований на достижение технического результата.

Следовательно, изобретеение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

На фиг. 1 изображено орудие для почвозащитной обработки почвы, вид справа; на фиг. 2 - то же, вид в плане; на фиг. 3 - 6 - сечения, соответственно, А-А, Б-Б. В-В, Г-Г на фиг. 1, сечения гофр стойки в направлении от монтажной части к сменному долоту; на фиг. 7 - поперечное сечение щели после прохода щелереза и эпюра плотности почвы по глубине почвенных горизонтов; на фиг. 8 - поперечное сечение щели после полива дождеванием и эпюра водопроницаемости по высоте стенок щели.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, заключаются в следующем.

Орудие для почвозащитной обработки почвы (фиг. 1 и 2) содержит раму 1, навесное устройство 2, опоры 3 и 4, дисковый нож 5 и щелерез 6.

Рама 1 выполнена из переднего полого бруса 7 полых квадратного или круглого сечений с толщиной стенки не менее 10 - 12 мм. Передний полый брус 7 сварными швами соединен двумя изогнутыми продольными брусьями 8 и 9, выполненных из полосовой стали сечением 120х20 мм. Задние части 10 и 11 продольных брусьев 8 и 9 снабжены парами сквозных отверстий диаметром 28,8 мм для размещения пары крепежных болтов 12.

В средней части полого бруса 7 сварными швами закреплены две стойки 13 навесного устройства 2. Верхние части стоек 13 снабжены отверстиями 14 диаметром 30^+0,6 мм для установки пальца 15. Пальцем 15 соединяют верхнюю тягу навесной системы агрегатируемого трактора. Стойки 13 с концевыми участками переднего полого бруса 7 соединены двумя раскосами 16 и 17. На торцах полого бруса 7 кольцевыми сварными швами закреплены ступенчатые пальцы 18 и 19 диаметром 35_-0,6 мм для соединения нижних продольных тяг навесной системы трактора класса тяги 3 или 4 тонн силы. По высоте стоек 13 на их тыльной части сварными швами приварены две щеки 20 для крепления болтами 21 растяжки 22. Растяжка 22 выполнена из двух полос сечением 100х12 мм. На задней части растяжки 22 выполнена пара отверстий для установки крепежных болтов 23.

На внешних боковых стенках продольных брусьев 8 и 9 сварными швами закреплены в зеркальном отражении кронштейны 24 и 25 для установки опор 3 и 4. Каждая опора 3(4) содержит стойку 26, опорную пяту 27, фиксатор 28 положения опоры 3(4) и ограничитель 29 перемещения стойки 26.

Щелерез 6 содержит стойку 30 с верхней монтажной частью 31, фронтальной частью 32 с режущей кромкой 33, нижнюю часть 34 с закрепленными на ней посредством переходника 35 сменным долотом 36 и опорной пятой 37. Переходник 35 выполнен из пары -образных профилей, соединенных с нижней частью 34 стойки 30 посредством заклепок 38. В задней нижней части переходника 35 сварными швами закреплена пята 37. В передней части переходника 35 цилиндрическим штифтом 39 закреплен кронштейн 40 сменного долота 36. Верхняя монтажная часть 31 стойки 30 щелереза 6 снабжена двумя парами отверстий. Верхняя пара отверстий диаметром 25 мм соединена болтами 23 с растяжкой 22. Нижняя пара отверстий диаметром 28,8 мм соединена болтами 12 с задними частями 10 и 11 продольных брусьев 8 и 9 рамы 1.

Стойка 30 щелереза 6 выполнена гофрированной (фиг. 1, 3 - 6). Гофра 41 на фронтальной части 32 стойки 30 выполнена толщиной t₁ = 20 мм. Средняя гофра 42 выполнена толщиной t₂ = 30 мм.

В средней части стойки 30 толщина t₃ гофр 41 и 42 составляет 45 мм. В монтажной части 31 толщина гофр t₄ достигает 60 мм (фиг. 3). Монтажная часть 31 стойки 30 в местах сопряжений задних частей 10 и 11 продольных брусьев 8 и 9 и задней части растяжки 22 снабжена опорными втулками, обеспечивающими плотное прилегание гофр 41 - 43 к сопрягаемым поверхностям. Стойка 30 выполнена с переменным сечением. Сечение стойки 30 плавно уменьшается в направлении от монтажной части 31 к долоту 36.

Дисковый нож 5 размещен спереди щелереза 6. Режущая кромка 33 стойки 30 щелереза 6 и плоскость дискового ножа 5 размещены в одной плоскости. Дисковый нож 5 снабжен ступицей 44, в которой размещены ось, подшипники качения, сальниковые уплотнения, глухие и сквозные крышки. Ось дискового ножа 5 установлена на поводке 45, который сварными швами соединен со стойкой 46. Стойка 46 размещена во втулке 47, закрепленной на раме 1. Положение стойки 46 во втулке 47 зафиксировано стопорным болтом 48. Периферийная часть дискового ножа 5 снабжена режущей кромкой.

Орудие работает следующим образом.

Орудие пальцами 15, 18 и 19 навесного устройства 2 соединяют с тягами агрегатируемого трактора, настроенных по трехточечной схеме наладки. Блокировочные цепи нижних продольных тяг навески трактора в рабочем положении имеют провис в пределах 40 - 60 мм. Стойкой 46 при ослабленном стопорном болте 48 устанавливают во втулке 47 требуемое положение нижней части режущей кромки дисковго ножа 5. Глубина хода дискового ножа должна быть установленной в пределах 0,12 - 0,18 м. После перевода рамы 1 из транспортного положения в рабочее, режущая кромка сменного долота 36 врезается в пахотный горизонт и увлекает за собой стойку 30 щелереза 6. Режущая кромка 33 на фронтальной части 32 стойки 30 устремляется в щель, предварительно нарезанную дисковым ножом 5. При движении орудия с заданной рабочей скоростью, режущая кромка дискового ножа разрезает растительные и корневые остатки на поверхности поля и в верхнем слое почвы. Это исключает нависание корней и стеблей на режущей кромке 33 стойки 30. Режущая кромка 33 средней части стойки 30 выполняет вертикальное резание нижней части пахотного слоя и подпахотного горизонта.

Рассмотрим процессы образования щелей 51, 52, 53, 54 и 55 по глубине обрабатываемого слоя. Режущая кромка 33 (фиг. 1 и 6) на нижней части 34 стойки 30 щелереза 6, двигаясь вслед за долотом 36, в относительно рыхлом слое из-за деформации почвогрунта, разрезает вертикальный участок и гофрами 41 производит уплотнение стенок 56 щели 51. Ширина щели 51 после одноразового уплотнения гофрами 41 несколько меньше или равна толщине t₁ гофры 41.

Гофры 41 и 42 в средней части стойки 30 формируют две следующие ступени щелей - 52 и 53. Разноглубинность этих щелей 52 и 53 диктуется двумя факторами: а) увеличением толщины гофр 41 и 42 до размеров t₂ и t₃; б) увеличением сечения стойки 30 за счет наклонного среза ее задней части (фиг. 1, 5 и 4). Уплотнение стенок 57 и 58 щелей 52 и 53 происходит последовательно по времени в два этапа. Гофры 41 выполняют сначала щель шириной t₁, а затем гофры 42 расширяют щель 52 до ширины t₂. Это приводит к увеличению плотности почвы в нижнем горизонте и твердости стенок 57 и 58 в щелях 52 и 53. Аналогичным образом производится формирование стенок 59 и 60 щелей 54 и 55, с той лишь разницей, что уплотнение стенок в рыхлом верхнем горизонте без нарушения корней растений производят три-четыре раза. Описанная последовательность выполнения ступенчатых щелей 51 - 55 исключает образование прищелевых почвенных валиков.

Долото 36 в нижней части щели 49 (фиг. 7) выполняет дрену 50. Гофра 41 толщиной t₁ = 20 мм в почвогрунте выполняет узкую щель 51, которая соединяет полость дрены 50 с поверхностью поля. Гофры 41 - 43 выполняют ступенчатые щели 52 - 55, ширина которых увеличивается по мере уменьшения глубины щели 49 от 20 до 60 мм. Эпюра плотности стенок 56 - 60 щели 49 представлена на фиг. 7. Вслед за щелеванием посевов многолетних трав после скашивания надземной части проводят полив орошением дождевальными машинами. При орошении широкая часть 55 щели 49 перехватывает оросительную воду и по стенкам 55 - 60 направляет ее в дрену 50. Избыток влаги с поверхности поля по щелям 49 и дренам 50 равномерно распределяется по поверхности поля и в корнеобитаемых горизонтах. Зона увлажнения 61 после завершения полива по высоте щели 49 показана на фиг. 8. Разбухание почвы приводит к сужению ширины щели к ее минимальному размеру, обеспечивающему доступ влаги в нижние горизонты к концу полива. Этим достигается равномерное распределение осадков по поверхности поля и по глубине корнеобитаемого слоя, а также исключаются процессы водной эрозии почвы.

Орудие для почвозащитной обработки почвы с успехом может применяться в ландшафтном земледелии для увеличения почвенных запасов влаги на склонах, а также для повышения продуктивности естественных пастбищ и лугов. Обработка почвы может производиться в любой период проведения сельскохозяйственных работ.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий:
средство, воплощающее изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в сельскохозяйственном машиностроении;
для изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
средство, воплощающее изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение технического результата.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Использование: в сельскохозяйственном машиностроении, в частности в орудиях для щелевания почвы, занятой посевами кормовых культур и противоэрозионной обработке. Сущность изобретения: орудие содержит раму, навесное устройство, щелерез, дисковой нож и опоры. Новым в конструкции орудия является стойка щелереза. Она выполнена гофрированной. Сечение стойки щелереза, как и толщина гофр уменьшаются в направлении движения долота, установленного на нижнем конце стойки. 8 ил.

Орудие для почвозащитной обработки почвы, содержащее последовательно установленные друг за другом дисковый нож и щелерез, снабженный стойкой и долотом, отличающееся тем, что стойка щелереза выполнена гофрированной, причем сечение стойки и толщина гофр уменьшаются по высоте стойки в направлении долота.