РЫХЛИТЕЛЬ ПОЧВЫ Российский патент 1998 года по МПК A01B13/16 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к рабочим органам для глубокого рыхления орошаемых почв, насыщенных растительными и корневыми остатками.

Известен рабочий орган почвообрабатывающей машины, включающий стойку, режущее лезвие и упругий элемент, в котором с целью повышения эффективности крошения почвы в режиме автоколебаний рабочего органа его режущее лезвие закреплено на стойке посредством горизонтального шарнира с образованием равноплечего рычага, а упругий элемент подпружинивает его верхнее большее плечо [1].

Описанный рабочий орган неэффективен при глубоком рыхлении почвы, т.к. при больших нагрузках подпружиненный элемент, размещенный между стойкой и режущим лезвием, становится лишь упором.

Известен также рабочий орган кротователя, содержащий стойку, выполненную в виде щелереза с дренером на ее конце, в котором с целью снижения тягового сопротивления дренер имеет наконечник, опорный стакан и упругие стержни, одни из которых закреплены в опорном стакане, смонтированном на стойке, а другие расположены в наконечнике, причем один упругий стержень размещен соосно стакану и наконечнику и закреплен на последнем [2].

При работе на орошаемых почвах, насыщенных корневыми остатками, происходит забивание почвой и корнями пространства между упругими стержнями. В этом случае наконечник, дренер и стакан взаимно блокируются. Нависшие корни на дренере резко увеличивают тяговое сопротивление рабочего органа, а вместо дрен увеличивают тяговое сопротивление рабочего органа, а вместо дрен образуются большие открытые борозды.

Кроме этого, известен подпочвенный рыхлитель, включающий стойку-щелерез, снабженный долотом и закрылками, в котором с целью повышения емкости дна щели путем его рыхления и снижения энергоемкости рыхлитель снабжен установленным на носке и хвосте стойки-щелереза полозом с закрепленными на нем одна за другой стрельчатыми лапками с отгибом по вертикали; передние по ходу движения стрельчатые лапки размещены с отгибом вверх, а задние вниз [3].

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, относится низкая эффективность рыхления почв в орошаемом земледелии на полях, занятых многолетними сельскохозяйственными культурами, например люцерна, пастбища и др.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному объекту по совокупности признаков является рабочий орган для щелевания почвы, содержащий вертикально установленный нож, на боковых поверхностях которого выполнены ребра для уплотнения стенок, в котором с целью повышения равномерности уплотнения стенок щели по ее высоте за счет выполнения в стенках кротовин ребра выполнены в виде полуконусов, вершина которых размещена на лезвии ножа, при этом полуконусы, расположенные на одной боковой поверхности ножа, смещены по высоте относительно полуконусов, расположенных на другой боковой поверхности ножа, а диаметр основания полуконуса больше расстояния между смежными полуконусами [4].

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относятся низкое качество крошения почвы и забивание растительными и корневыми остатками.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - интенсивное крошение почвы на орошаемых полях из-под многолетних полевых культур.

Технический результат - снижение тягового сопротивления, самоочищение рабочего органа и высокая степень крошения переуплотненных пластов почвы на большой глубине.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном рабочем органе для рыхления почвы, включающем вертикально установленный нож, на боковых поверхностях которого выполнены деформаторы, рыхлитель снабжен долотом в виде выдвижного стержня на нижнем срезе и средствами для фиксации на ноже долота и деформаторов, при этом нож выполнен из двух соединенных между собой пластин с двугранными лезвиями по сторонам, режущие кромки которых совмещены и установлены с разновеликими углами наклона ее оси долота, деформаторы ножа содержат пассивные и упругие части, пассивные части на боковых поверхностях пластин образованы полыми полуэллипсоидами вращения, упругие части соединены средствами крепления в виде резьбовых пробок с вилками на одном конце и сопряжены с отверстиями на тыльной части ножа посредством осей, а с другой стороны - или с витками цилиндрических пружин растяжения, или пружин равного сопротивления, или косых пружин растяжения, причем диаметр пружин превалирует над наибольшим диаметром поперечного сечения пассивного деформатора.

За счет того, что рыхлитель снабжен дополнительными деформаторами в виде пружин растяжения и установленными за основными деформаторами, достигается указанный выше технический результат.

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

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна".

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

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен рыхлитель почвы, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид в плане; на фиг. 3 - то же, вид спереди; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 1, основной деформатор почвы в виде полого полуэллипсоида вращения и дополнительного деформатора в виде цилиндрической пружины растяжения; на фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 1, взаимное положение основного деформатора и дополнительного деформатора в виде пружин равного сопротивления; на фиг. 6 - разрез А-А на фиг. 1, последовательное размещение основного деформатора и дополнительного деформатора в виде косой пружины растяжения.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, заключаются в следующем.

Рыхлитель почвы (см. фиг. 1 - 3) содержит вертикально установленный нож 1, долото 2, основные деформаторы 3 и дополнительные деформаторы 4.

Нож выполнен из двух соединенных между собой пластин 5 и 6.

На фронтальной части 7 пластин 5 и 6 выполнены односторонние лезвия 8 и 9 (см. фиг. 4 - 6). Угол заточки лезвий 8 и 9 выполнен равным i₁ = 11 - 13^o. Режущие кромки 10, 11 и 12 лезвий 8 и 9 взаимно совмещены и образуют режущую кромку двугранного лезвия ножа 1 с углом заточки i₂ = 22 - 25^o.

Нижний обрез 13 ножа 1 снабжен долотом 2. Долото 2 выполнено в виде круглого выдвижного стержня 14. Лобовой участок 15 стержня 14 снабжен косым срезом, который образует режущую кромку долота 2. Долото 2 на нижнем срезе 13 ножа 1 закреплено средствами фиксации: двумя цилиндрическими штифтами 16 и 17, установленными с незначительным натягом в соосных отверстиях диаметром 12 мм пластин 5 и 6. Ось стержня 14 долота 2 наклонена под углом β = 6-8^° к горизонту. Косой срез лобового участка 15 выполнен под углом δ = 30-35^° к оси стержня 14 долота 2. Режущая кромка 10 нижней части ножа 1 наклонена к оси долота 2 под углом β₁= 25^°. Режущая кромка 11 в передней части ножа 1 наклонена к оси долота 2 под углом β₂= 55-60^°. Режущая кромка 12 в верхней части ножа 1 наклонена к оси долота 2 под тупым углом β₃, равным 135^o. Углы наклонов β₁,β₂ и β₃ режущих кромок 10, 11 и 12 выбраны с учетом условий работы ножа 1 рыхлителя почвы. Нижний участок ножа 1 работает в почвогрунте. Средний участок ножа 1 работает в почве, насыщенной корневыми остатками, расположенными в пахотном горизонте и почвогрунте. Верхний участок ножа 1 с режущей кромкой 12 помещен в верхнем рыхлом слое почвы, насыщенном растительными остатками, вегетирующими побегами растений и сорняками.

Верхняя часть ножа 1 снабжена тремя отверстиями 18, 19 и 20. Отверстия 18 и 20 выполнены диаметром 80 мм и предназначены для установки ножа 1 на бонках 21 рамы 22 почвообрабатывающего орудия. Отверстие 19 выполнено диаметром 32 мм для установки в нем крепежного болта 28 с соответствующими шайбами и гайкой 24. Межцентровое расстояние отверстий 18 и 20 выполнено равным 300 мм. Пластины 5 и 6 выполнены из листовой стали толщиной 10 мм. Лезвия 8 и 9 напылены износостойким особо прочным материалом c толщиной покрытия 0,6 - 0,8 мм.

В средней части ножа 1 со смещением от лезвий 8 и 9 выполнены путем локальной деформации части материала пластин 5 и 6 основные деформаторы 3. При сопряжении пластин 5 и 6 деформаторы 3 образуют полые пространства в виде полуэллипсоидов вращения, длинные оси которых ориентированы по горизонталям и совмещены с плоскостью сопряжения пластин 5 и 6. Внешняя поверхность деформаторов 3 плавно сопряжена с боковыми поверхностями пластин 5 и 6. Деформаторы 3 по высоте ножа 1 смещены друг от друга на расстояние 200 ± 1 мм. Со смещением назад от деформаторов 3 на задней части ножа 1 выполнены отверстия диаметром 20 мм для соединения с дополнительными деформаторами почвы 4. Дополнительные деформаторы 4 выполнены в виде цилиндрических витых пружин растяжения диаметром D₁, равным 150 - 200 мм (фиг. 4), или конических пружин равного сопротивления с наибольшим диаметром D₂ не больше 250 мм (фиг. 5), или косых цилиндрических пружин растяжения с диаметром кольца D₃ (см. фиг. 6). Дополнительные деформаторы 4 соединены с ножом 1 посредством резьбовых пробок 25. Резьбовые пробки 25 выполнены литыми. Ширина паза в вилке 26 равна 20 ± 0,5 мм. В вилке 26 резьбовой пробки выполнены соосные отверстия диаметром 20 мм. Резьбовые пробки 25 соединены с отверстиями ножа 1 осями 27 с номинальным отверстием, равным 20 мм. Осевое смещение осей 27 в отверстиях вилки 26 и ножа 1 ограничено обжатыми концами зенковок 28 на торцах оси 27 (см. фиг. 6). На внешней поверхности резьбовых пробок 25 выполнены полуцилиндрические канавки 29 (см. фиг. 4 - 6), на которых с натягом размещены несколько витков 30 передней части цилиндрических пружин растяжения. Диаметры пружин растяжения D₁, D₂ и D₃ дополнительного упругого деформатора 4 превалируют над наибольшим диаметром d₁ поперечного сечения основного пассивного деформатора 3.

Рыхлитель почвы работает следующим образом.

При опускании рамы 22 почвообрабатывающего орудия лобовой участок 15 долота 2 касается поверхности поля и своей режущей кромкой врезается в пахотный горизонт. Под весом рамы 22 и ножа 1 долото 2 заглубляется в плужную подошву орошаемого участка и разрушает ее. За счет наклонов лобового участка 15 долота 2 и режущей кромки 10 лезвий 8 и 9 нож 1 внедряется в подпахотный горизонт и втягивает за собой наклонные режущие кромки 11 и 12 в средней и верхней частях ножа 1. При достижении опорных устройств на раме 22 поверхности поля нож 1 принимает устойчивое рабочее положение. При движении ножа 1 в установившемся режиме режущая кромка 12 лезвий 8 и 9 на верхней части стойки разрезает стерню, растительные и корневые остатки, стебли сорняков и верхний пахотный слой почвы. Наклонная режущая кромка 12 несрезанные растительные остатки вовлекает в пахотный горизонт. При увеличении нагрузки на лезвия 8 и 9 последние разрезаются и остаются в почве, и режущая кромка 12 самоочищается. Режущая кромка 11 на средней части ножа 11 разрушает плужную подошву, разрезает корни и образует вертикальную щель шириной 2 см. При дальнейшем перемещении ножа 1 на стенки вертикальной щели начинают воздействовать ярусно расположенные пассивные деформаторы 3, которые своими поверхностями эллипсоидов вращения образуют цилиндрические дрены с уплотненными стенками. В эти дрены осями 27 через вилки 26 и резьбовые пробки 25 увлекаются дополнительные деформаторы почвы 4. Витки цилиндрических пружин растяжений упираются в стенки дрен и воздействуют на них в радиальных направлениях, производя разрыв почвенных структур, переплетенных корнями многолетних растений. Ярусное расположение упругих деформаторов почвы 4 над разрыхленной зоной почвы, образованной долотом 2, и под рыхлым, менее уплотненным верхним слоем почвы приводит к тому, что почвенные слои взрываются, т.к. почвенные структуры на растяжение требуют в 8 - 10 раз меньше усилий, нежели на сжатие. Нависшие корни растений за счет навивки витков 30 пружин по винтовой линии с поверхности деформаторов 4 сходят, не вызывая их забивание. Упругие деформаторы 4 в виде цилиндрической пружины растяжения, представленной на фиг. 4, целесообразно использовать на почвах с нормальной влажностью (не более 20 - 24%). Для увеличения эффективности воздействия упругих деформаторов 4 на переувлажненных почвах следует использовать пружины равного сопротивления (см. фиг. 5). Увеличивающийся диаметр витков 30 пружины по мере перемещения в дрене увеличивает степень воздействия на пласты почвы с корнями растений в них. При обработке пересушенных почв следует использовать косые цилиндрические пружины растяжения, которые своими витками воздействуют и в боковых направлениях.

Этим достигается высокая пористость во всем объеме разрыхленного грунта, обеспечивая свободный проход осадков в осенне-зимний период и оросительной воды сверху вниз на глубину 60 - 90 см в разрыхленную зону в период вегетационных поливов.

В орошаемом земледелии на светло-каштановых почвах при глубине рыхления 60 - 70 см плотность почвы после обработки снижается с 1,7 - 1,8 т/м³ до 0,8 - 0,9 т/м³. Тяговое сопротивление рабочих органов серийно выпускаемого щелевателя ЩН-2-140 по сравнению с описанным в 1,5 - 2,0 раза выше.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в сельскохозяйственном машиностроении;
для заявленного 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 заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость".

Использование: в сельскохозяйственном машиностроении, в частности в рабочих органах почвообрабатывающих машин для глубокого рыхления орошаемых почв, насыщенных растительными и корневыми остатками. Сущность изобретения: рыхлитель содержит вертикально установленный нож, деформаторы и долото на нижнем срезе. Деформаторы и долото на ноже закреплены средствами их фиксации. Нож выполнен из двух соединенных между собой пластин с двугранными лезвиями по сторонам. Режущие кромки лезвий совмещены и установлены с разновеликими углами наклона к оси долота. Деформаторы ножа содержат пассивные и упругие части. Пассивные деформаторы на боковых поверхностях пластин образованы полыми полуэллипсоидами вращения. Упругие деформаторы соединены средствами крепления в виде резьбовых пробок с вилками на одном конце и сопряжены с отверстиями на тыльной части ножа посредством осей, а с другой стороны - или с витками цилиндрических пружин растяжения, или пружин равного сопротивления, или косых пружин растяжения. Диаметр пружин превалирует над наибольшим диаметром поперечного сечения пассивного деформатора. 6 ил.

Рыхлитель почвы, содержащий вертикально установленный нож, на боковых поверхностях которого выполнены деформаторы, отличающийся тем, что рыхлитель снабжен долотом в виде выдвижного стержня на нижнем срезе и средствами для фиксации на ноже долота и деформаторов, при этом нож выполнен из двух соединенных между собой пластин с двугранными лезвиями по сторонам, режущие кромки которых совмещены и установлены с разновеликими углами наклона к оси долота, деформаторы ножа содержат пассивные и упругие части, пассивные части на боковых поверхностях пластин образованы полыми эллипсоидами вращения, упругие части соединены средствами крепления в виде резьбовых пробок с вилками на одном конце и сопряжены с отверстиями на тыльной части ножа посредством осей, а с другой стороны - или с витками цилиндрических пружин растяжения, или пружин равного сопротивления, или косых пружин растяжения, причем диаметр пружин превалирует над наибольшим диаметром поперечного сечения пассивного деформатора.