КОМБИНИРОВАННОЕ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОРУДИЕ ДЛЯ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ СОЛОНЦОВЫХ ПОЧВ Российский патент 2005 года по МПК A01B49/02 A01B13/10 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению и может быть использовано для основной обработки солонцовых почв в режиме закрытой борозды (под покровом), а также для поверхностной обработки почвы методом фрезерования.

Наибольшее распространение для основной обработки солонцовых почв получили почвообрабатывающие орудия, имеющие активный рабочий орган типа фрез, которые работают с полным заглублением в почву (режим закрытой борозды) на глубину, обеспечивающую сохранность гумусового слоя. Известно большое количество таких орудий (см. кн. В.К.Шаршак, В.В.Сконодобов. Подпокровные фрезерователи для мелиорирования солонцовых почв. - Издательство Ростовского университета, 1986 г., с.11-27). Качество обработки почвы этими почвообрабатывающими орудиями следует оценивать по соответствию агротехническим требованиям, главным из которых является качество перемешивания генетических (солонцового и подсолонцового) горизонтов (см. кн. Технология по мелиорации и возделыванию сельскохозяйственных культур на солонцовых почвах Северного Кавказа. Рекомендации // Кол. авторов / Центр научно-технической информации, пропаганды и рекламы. - М., 1990, с.10, п.5). С точки зрения качества перемешивания эти орудия имеют недостаточную эффективность.

Известны почвообрабатывающие орудия с двумя фрезбарабанами, которые по сравнению с однофрезерными обладают лучшей перемешивающей способностью. В качестве прототипа принято "Почвообрабатывающее орудие" по а.с. №470259, А 01 В 49/02, основным недостатком которого является отсутствие указаний на параметры рабочего органа, без чего невозможно его эффективное использование. Например, встречное вращение фрез (по а.с. дисков) может быть обеспечено различным сочетанием направлений вращения верхней и нижней фрез соответственно:

1) "сверху-вниз" - "снизу-вверх" (по часовой стрелке);

2) "снизу-вверх" - "сверху-вниз" (против часовой стрелки).

Однако показания качества обработки почвы при этом значительно отличаются друг от друга.

Авторами предполагаемого изобретения на специальном стенде были проведены исследования процесса чистого перемешивания генетических горизонтов солонцовых почв одно- и двухфрезерными безвальными горизонтальными рабочими органами.

Качество перемешивания определялось известным методом "шашек". Энергетические параметры процесса фиксировались специальными самопишущими ваттметрами, а скорости вращения фрез - электронными тахометрами. Диапазон изменения скоростей от 100 до 600 об/мин. Скорость подачи почвогрунта (поступательная скорость фрезерования) для всех опытов была постоянной и равной 0,5 м/с. Тип принятой почвы - средний суглинок влажностью 18-20%. Исследования однофрезерного рабочего органа проводились с фрезой диаметром 290 мм при направлении вращения фрезы "снизу-вверх"; двухфрезерного - с фиксированной верхней фрезой диаметром 145 мм и переменными нижними фрезами различных диаметров (145, 170 и 195) и при их встречном направлении вращения.

Экспериментальные данные получены в виде осциллограмм, числовых таблиц и фотоснимков. Обработку полученных данных проводили по известным методикам с применением ЭВМ. Надежность опытов принималась 0,99, необходимое число измерений 5-7. При этом коэффициент вариации не превышал 18%, а точность опытов 11%.

За критерий качества перемешивания принимали равную вероятность нахождения меченых частиц в любом произвольном объеме перемешанного грунта. При делении для подсчета всего объема на три горизонтальных слоя идеальным считалось нахождение 21 частицы в каждом слое (при предварительной закладке в верхний "солонцовый" слой тремя разноцветными слоями 63 меченых частиц). Для полученных данных расчетная доверительная граница качества равна ± 3.

По результатам исследований получены графики зависимости количества меченых частиц в каждом из трех слоев: для однофрезерного органа - от частоты вращения фрезы и для двухфрезерного - от соотношения линейных скоростей верхней и нижней фрез Кλ , а также графики энергозатрат на перемешивание.

Использование двухфрезерного рабочего органа позволило получить, с точки зрения обработки солонцовых почв, ряд дополнительных преимуществ к основным из которых относятся следующие.

1. Формирование между встречновращающимися фрезбарабанами единого потока из раздробленных частиц, принадлежащих к различным генетическим горизонтам, приводит к дополнительному их крошению и смешиванию, особенно при неравенстве скоростей исходных потоков (т.е. если V₁≠_V2).

2. Наилучшее качество перемешивания наблюдалось у двухфрезерного рабочего органа при наличии относительной скорости между перемешиваемыми потоками, определяемой отношением линейных скоростей фрез, равным 1,1... 1,2, при одинаковой угловой скорости вращения фрезбарабанов, имеющих неодинаковые диаметры.

3. В случае, если сумма диаметров фрезбарабанов D₁ и D₂ превышает толщину разрабатываемого слоя H, т.е. D₁+D₂&γτ;_{Н, то образуется так называемая зона "перекрытия" Δ h, равная Δ h=D1+D2-Н, в которой интенсивность воздействия со стороны ножей в два раза выше при меньшей в два раза подаче на нож.}

4. С точки зрения энергоемкости процесса целесообразно использование двухфрезбарабанного рабочего органа при зоне "перекрытия" Δ h, равной 20-25% от толщины обрабатываемого слоя. При указанном соотношении диаметров фрезбарабанов суммарная мощность, затрачиваемая на работу двух фрез, не будет превышать мощности одной фрезы, работающей в таких же условиях. Таким образом, возможно существенное улучшение качества обработки солонцовых почв, не сопровождаемое ростом энергозатрат.

5. Плавная без толчков работа фрезбарабанов обеспечивается при свободном прохождении почвенных комков максимального размера d_max между вращающимися фрезбарабанами. Так как максимальный размер почвенного комка не превышает подачи на нож фрезы S_П (толщины стружки), равной

где V₀ - поступательная скорость почвообрабатывающего орудия;

ω - вращательная скорость фрезбарабана;

n - число ножей фрезбарабана,

то необходимый зазор между фрезбарабанами Δ α лежит в пределах Δ α =(1,5... 2,5)S_п.

6. Минимальная мощность на фрезерование, а также минимальный размер гребнистости дна борозды после прохода почвообрабатывающего орудия при вращении нижнего фрезбарабана в направлении "снизу-вверх" (против часовой стрелки).

Известно (смотри книгу М.Б.Минкин и др. "Солонцы юго-востока Ростовской области". - Издательство Ростовского университета, 1980, с.187-189), что недостаток углекислого газа СО₂ отрицательно сказывается на плодородии почв, поэтому авторами предлагается принудительное внесение углекислого газа в зону работы фрезбарабанов, что будет способствовать как насыщению почвы углекислым газом, так и его равномерному распределению в обработанном слое. В качестве источника углекислого газа предлагается использовать выхлопной газ двигателя трактора, так как он содержит большое количество СO₂. Для очистки газов от вредных примесей применяется фильтр.

Во избежание избыточного давления в выхлопной магистрали трактора предполагается газораспределительное устройство, расположенное за лемехом в зоне максимального разрыхления почвы.

Технология мелиорирования солонцовых почв (см. кн. М.Б.Минкин и др. Солонцы юго-востока Ростовской области. - Издательство Ростовского университета, 1980 г., с.153) предполагает, помимо разрушения и перемешивания генетических горизонтов, мероприятия по дополнительному влагоудержанию за счет нарезки щелей и посева культур-освоителей.

В настоящее время эти мероприятия осуществляются по раздельной технологии соответствующими орудиями. Это приводит к многократному прохождению сельскохозяйственной техники по обрабатываемой площади, что способствует уплотнению почвы, снижению порозности почвы и, как следствие, уменьшению влагопроницаемости и ухудшению условий протекания реакций обмена, а также снижению всхожести культур-освоителей.

Предлагаемое орудие устраняет эти недостатки за счет выполнения всех требуемых по технологии операций за один проход почвообрабатывающего агрегата, состоящего из тягового трактора и комбинированного почвообрабатывающего орудия.

Целью изобретения является повышение качества перемешивания солонцового слоя с подсолонцовым и эффективности основной обработки солонцовых почв.

Указанная цель достигается тем, что подрезающий лемех установлен перед фрезбарабанами и заглублен на глубину, равную половине толщины обрабатываемого слоя, и, установленным непосредственно за ним газораспределительным устройством, связанным трубопроводом через фильтр с выхлопной трубой двигателя трактора, при этом корпус редуктора привода выполняет роль щелевателя и имеет заостренную переднюю торцевую кромку, а высевающий аппарат установлен за фрезбарабанами, которые вращаются во встречном направлении с одинаковой угловой скоростью, но имеют неодинаковые диаметры, суммарная величина которых превышает толщину обрабатываемого слоя почвы, причем первым по ходу движения орудия установлен верхний фрезбарабан, вращающийся по направлению часовой стрелки, в свою очередь нижний фрезбарабан установлен с отставанием от верхнего на величину, превышающую значение подачи на нож фрезбарабанов и с угловым смещением ножей фрезбарабанов, равным половине угла установки ножей, при том что отношение диаметров фрезбарабанов, расстояние между осями их вращения и угловое смещение определяются из отношений:

D₁=(0,5... 0,6)H, D₂=H-D₁+Δ h, Δ h=(0,15... 0,25)Н,

α =0,5(D₁+D₂)+Δ α , Δ α =(1,5... 2,5)S_п, D₁/D₂=1,1... 1,2, Δ ϕ =0,5· ϕ _у,

где D₁, D₂ - диаметры фрезбарабанов, соответственно верхнего и нижнего;

H - толщина обрабатываемого слоя почвы;

Δ h - зона перекрытия;

α - межосевое расстояние между барабанами;

Δ α - зазор между фрезбарабанами;

S_п - подача на нож фрезбарабана;

Δ ϕ - угловое смещение ножей фрезбарабанов;

ϕ _у - угол установки ножей фрезбарабанов, равный

z - число ножей фрезбарабанов.

На фиг.1 показаны графики качества перемешивания и затраченной мощности: а - двухфрезерный орган; б - однофрезерный. На фиг.2 представлено почвообрабатывающее орудие, вид сбоку. На фиг.3 изображен разрез редуктора привода, вид сверху.

Сущность изобретения заключается в создании между двумя встречновращающимися фрезбарабанами, верхний из которых вращается в направлении "сверху-вниз", а нижний - "снизу-вверх", дополнительного потока из раздробленных частиц, принадлежащих к различным генетическим горизонтам, за счет обеспечения необходимого зазора между фрезбарабанами и неравенства линейных скоростей исходных потоков, а также устранении переуплотнения почвы за счет одновременного выполнения всех требуемых по технологии операций за один проход почвообрабатывающего агрегата.

Почвообрабатывающее орудие включает раму 1 с установленными на ней опорными колесами 2, редуктором привода 3 и расположенными в нижней его части фрезбарабанами верхнего 4 диаметром D₁ и нижнего 5 диаметром D₂. Рама 1 шарнирно соединена с тяговым трактором 6. Редуктор привода 3 имеет связь в виде трансмиссионного вала 7 с валом отбора мощности тягового трактора 6. Лемех 8 расположен впереди редуктора привода 3. Непосредственно за ним находится газораспределительное устройство 9, связанное с выхлопной системой двигателя 10 трактора 6 через магистраль трубопровода 11 со встроенным в нее фильтром 12. Позади редуктора привода 3 расположена сеялка 13.

Нижняя часть редуктора привода 3 фрезбарабанов 4 и 5 заглублена относительно верхней кромки поля, обозначенной жирной линией 14, на глубину, обеспечивающую сохранность гумусового слоя. Толщина обрабатываемого слоя почвы Н определена вертикальной проекцией между верхней точкой фрезбарабана 4 и нижней точкой фрезбарабана 5 и устанавливается за счет опорных колес 2.

Фрезбарабаны 4 и 5, расположенные в нижней части редуктора привода 3, с расстоянием между осями их вращения α , обеспечивающим зазор между барабанами Δ α , равный (1,5... 2,5)· S_п, где S_п - подача на нож фрезбарабана.

Диаметры фрезбарабанов D₁=(0,5... 0,6)H и D₂=H-D₁+Δ h, где Δ h - зона перекрытия", равная (0,15... 0,25)H и являющаяся размером по вертикали между нижней точкой фрезбарабана 4 и верхней точкой фрезбарабана 5.

Редуктор привода 3 выполняет роль щелевателя и имеет заостренную переднюю торцевую кромку 15.

Почвообрабатывающее орудие работает следующим образом.

При движении тягового трактора 6 по поверхности поля 14 и связанного с ним почвообрабатывающего орудия, рама 1 которого опирается на опорные колеса 2, а фрезбарабаны 4 и 5 вращаются от вала отбора мощности 7 через редуктор привода 3, корпус которого посредством заостренной передней торцевой кромки 15 нарезает щель, в направлении вращения соответственно: верхнего фрезбарабана 4 "сверху-вниз" и нижнего 5 - "снизу-вверх". Лемех 8, расположенный перед редуктором привода 3, взрыхляет почву. За лемехом 8 образуется зона, свободная от почвы, а установленное газораспределительное устройство 9, связанное трубопроводом 11 через фильтр 12 с выхлопной трубой двигателя 10 трактора 6, при работе двигателя трактора насыщает почву углекислым газом СО₂.

Вращение фрезбарабанов 4 и 5 обеспечивает крошение и перемешивание солонцового слоя толщиной Н. При этом между встречновращающимися фрезбарабанами 4 и 5 формируется единый поток из раздробленных частиц, принадлежащих к различным генетическим горизонтам, что приводит к дополнительному их крошению и смешиванию, обеспечиваемый разницей в линейных скоростях V₁ и V₂ исходных потоков при одинаковой угловой скорости вращения фрезбарабанов, имеющих неодинаковые диаметры.

Величина зазора Δ α между фрезбарабанами 4 и 5 и относительное угловое смещение их ножей, равное половине угла установки ножей, обеспечивает свободное прохождение почвенных комков максимально возможных размеров d_mах=S_п.

Зона "перекрытия" Δ h способствует повышенному дроблению и перемешиванию почвенных горизонтов за счет того, что в ней интенсивность воздействия ножей фрезбарабанов 4 и 5 в 2 раза выше при меньшей в 2 раза подаче на нож S_п, в сравнении с интенсивностью воздействия вне зоны "перекрытия", за счет обеспечения необходимого зазора между фрезбарабанами и неравенства линейных скоростей исходных потоков, получаемых за счет обработки слоя почвы толщиной Н двумя фрезбарабанами с указанными выше кинематическими и геометрическими соотношениями, и способствует более качественному дроблению и перемешиванию при суммарных затратах мощности, не превышающих затраты мощности на один фрезбарабан.

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению и может быть использовано для основной обработки солонцовых почв в режиме закрытой борозды (под покровом), а также для поверхностной обработки почвы методом фрезерования. Почвообрабатывающее орудие содержит раму, лемех с установленными за ним поярусно фрезбарабанами, имеющими ножи, механизм привода фрезбарабанов в виде редуктора и высевающий аппарат. Нижняя часть редуктора заглублена вместе с фрезбарабанами в почву. Фрезбарабаны выполнены с возможностью встречного вращения. Фрезбарабаны установлены с зазором относительно друг друга, вращаются с одинаковой угловой скоростью и имеют неодинаковые диаметры. Суммарная величина диаметров больше толщины обрабатываемого слоя. Лемех установлен перед фрезбарабанами и заглублен на глубину, равную половине толщины обрабатываемого слоя. Непосредственно за лемехом установлено газораспределительное устройство, связанное через фильтр с выхлопной трубой двигателя трактора. Отношение диаметров фрезбарабанов, расстояние между осями их вращения и угловое смещение определяются по соответствующим зависимостям. Такое конструктивное выполнение позволит повысить качество основной обработки солонцовых почв. 3 ил.

Комбинированное почвообрабатывающее орудие для основной обработки солонцовых почв, содержащее раму, подрезающий лемех, установленные за лемехом поярусно фрезбарабаны с ножами, механизм привода фрезбарабанов, имеющий редуктор, нижняя часть которого заглублена вместе с фрезбарабанами в почву, и высевающий аппарат, отличающееся тем, что подрезающий лемех установлен перед фрезбарабанами и заглублен на глубину, равную половине толщины обрабатываемого слоя, и снабжен установленным непосредственно за ним газораспределительным устройством, связанным трубопроводами через фильтр с выхлопной трубой двигателя трактора, при этом корпус редуктора имеет заостренную переднюю торцевую кромку для формирования щели, а высевающий аппарат установлен за фрезбарабанами, выполненными с возможностью вращения во встречном направлении с одинаковой угловой скоростью и имеющими неодинаковые диаметры, суммарная величина которых превышает толщину обрабатываемого слоя почвы, причем первый по ходу движения орудия установлен верхний фрезбарабан, вращающийся по направлению часовой стрелки, а нижний фрезбарабан установлен с отставанием от верхнего на величину, превышающую значение подачи на нож фрезбарабанов и с угловым смещением ножей фрезбарабанов, равным половине угла установки ножей, при этом отношение диаметров фрезбарабанов, расстояние между осями их вращения и угловое смещение определяются из соотношений

D₁=(0,5...0,6)H; D₂=(H-D₁+Δh; Δh=(0,15...0,25)Н;

a=0,5(D₁+D₂)+Δa; Δa=(1,5...2,5)S_п; D₁/D₂=1,1...1,2; Δφ=0,5·φ_у,

где D₁, D₂ - диаметры фрезбарабанов, соответственно верхнего и нижнего;

Н - толщина обрабатываемого слоя почвы;

Δh - зона перекрытия;

a - межосевое расстояние между барабанами;

Δa - зазор между фрезбарабанами;

S_п - подача на нож фрезбарабана;

Δφ - угловое смещение ножей фрезбарабанов;

φ_у - угол установки ножей фрезбарабанов, равный Δφ=360°/z;

z - число ножей фрезбарабанов.