ОРУДИЕ ДЛЯ ПОДЕЛКИ ИСКУССТВЕННЫХ ВОДОСБОРОВ Российский патент 2007 года по МПК A01C5/04 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к техническим средствам для поделки искусственных водосборов при формировании лесопастбищ на аридных территориях.

Известен рабочий орган ямокопателя, состоящий из цилиндрического кожуха, штанги, наконечника, радиальных и боковых ножей, в котором с целью повышения качества подготовки посадочных мест за счет обеспечения реверсивной работы рабочий орган ямокопателя снабжен осями, шарнирно установленными на штанге и кожухе, на которых жестко закреплены попарно радиальные и боковые ножи с симметрично расположенными режущими кромками; на кожухе установлены регулируемые ограничители поворота, выполненные в виде упоров; радиальные ножи выполнены трапецеидальной формы (SU, авторское свидетельство №7848222, М. кл. А01С 5/04, 07.12.1980).

К недостаткам описанного рабочего органа ямокопателя применительно к решаемой нами проблеме относится малый объем приствольного круга для водосбора, а также наличие вероятности заклинивания радиальных ножей в цилиндрическом кожухе.

Известно устройство для бурения посадочных ямок, содержащее шнековый бур с приводом, смонтированный в кожухе с окнами, в зоне которых расположены выбрасыватели грунта, в котором с целью исключения беспорядочного разбрасывания грунта вокруг ямки каждый выбрасыватель грунта выполнен в виде зубчатого колеса, ось которого смонтирована на кожухе, причем зубья зубчатых колес расположены в окнах с возможностью взаимодействия с витками шнека (SU, авторское свидетельство №1005686, М. кл. А01С 5/04,23.03.1983).

К недостаткам данного устройства для бурения посадочных ямок относятся низкая эксплуатационная надежность шнекового бура и зубчатых колес для удаления грунта. Описанное устройство не способно формировать кольцевую лунку вокруг посадочной ямки.

Известен также рабочий орган для выкопки посадочных ям, включающий приводную стойку, закрепленный в нижней ее части режущий элемент, транспортирующий элемент, установленный на стойке над режущими элементами, и центрирующий наконечник, в котором с целью снижения энергозатрат на выкопку путем транспортировки почвы без взаимодействия со стенками забоя режущий элемент установлен к горизонтальной плоскости под углом 40-45°, рабочая поверхность транспортирующего элемента - под углом 35-40°, а расстояние вдоль стойки между режущим и транспортирующим элементами определяется из выражения

L=(0,3-0,5)H,

где L - расстояние между режущими элементами;

Н - рабочая длина стойки.

Транспортирующий и режущий элементы выполнены в виде установленных на кронштейнах дисков со свободной осью вращения; с целью расширения технологических возможностей путем выкопки ям различных диаметров одним рабочим органом, в кронштейнах режущего и транспортирующего элементов выполнены радиальные пазы, в которых размещены оси дисков с возможностью фиксированного перемещения; на кронштейнах режущего элемента под дисками ближе к стойке установлены лемешки (SU, авторское свидетельство №1632384, М. кл. А01С 5/04, 07.03.1991).

К недостаткам описанного рабочего органа для выкопки посадочных ям относятся большие энергозатраты на двухфазное выполнение технологического процесса. Большие скорости резания не позволяют сформировать приствольный валик достаточной высоты.

Известна машина для подготовки посадочных площадок, включающая подрезающий почву нож с установленным за ним шнековым буром, закрепленным на раме, в которой с целью повышения качества подготовки посадочных площадок заданного профиля рама машины установлена на опорных колесах, обод которых имеет кривизну, описанную различными радиусами из центра, совпадающего с осью вращения колеса (SU, авторское свидетельство №414959. М. кл. А01С 5/04, А01В 13/16, Е02F 5/02, 15.11.1974).

Недостатком описанной машины применительно к решаемой нами проблеме является срезка верхнего корненасыщенного слоя, приводящая к дефляции почвы и уничтожению кормовых растений. Выполненные ямы под посадку саженцев не способны аккумулировать естественные осадки.

Известен также рабочий орган для подготовки посадочных площадок, выполненный в виде шнекового бура, имеющего горизонтально расположенный нож, в котором с целью повышения качества подготовки посадочных площадок путем укладки гумусного слоя почвы на дно посадочных ям нож снабжен отвалом и соединен с валом бура посредством связанных между собой кронштейна и обгонной муфты, установленной на валу бура, причем нож шарнирно закреплен на кронштейне, который снабжен упором, контактирующим с отвалом ножа (SU, авторское свидетельство №755233. М. кл. А01С 5/04, 15.08.1980).

К недостатку вышеуказанного рабочего органа, принятого в качестве прототипа, относится то, что отвал производит лишь засыпку посадочной ямы, но не формирует вокруг нее лунку для водосбора.

Известно орудие для образования лунок, включающее вращающуюся вертикальную стойку с ножами и поводок с катком, контактирующим с поверхностью образованного вокруг лунки почвенного валика, в котором с целью улучшения контакта катка с поверхностью почвенного валика независимо от величины заглубления стойки с ножами поводок катка шарнирно прикреплен к стойке с возможностью перемещений в вертикальной плоскости, проходящей через ось стойки, а каток шарнирно прикреплен к поводку на оси, параллельной оси крепления поводка; поверхность катка выполнена по типу гиперболоида вращения; поводок подпружинен относительно стойки (SU, авторское свидетельство №407541. М. кл. А01С 5/04, А01В 49/02, 10.12.1973).

Это орудие нами принято в качестве наиближайшего аналога.

К недостаткам описанного орудия несмотря на возможность формирования вокруг посадочной ямы почвенного валика относятся малая площадь водосбора выполненной лунки, сам валик имеет большую степень неравномерности по высоте. Геометрия и форма диаметрально разнесенных ножей приводят к большим энергозатратам и заклиниванию в грунте в донной части посадочной ямки.

Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено изобретение, - сбор и концентрация естественных осадков в зоне посадочного места саженцев при формировании саванных редкостойных древесно-кустарниковых насаждений для изменения микроклимата территории.

Технический результат - высокая производительность труда и низкая себестоимость поделки искусственных водосборов при формировании лесопастбищ в субаридных и аридных регионах.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном орудии для поделки искусственных водосборов, содержащем вращающуюся вертикальную стойку с ножами, наконечником в нижней части и поводком с упором, контактирующим с поверхностью лунки, согласно изобретению, между наконечником и ножами на стойке размещены витки шнекового бура, каждый упомянутый нож снабжен выполненными единой деталью транспортирующими и режущими элементами, при этом транспортирующие элементы закреплены перпендикулярно к диаметрально ориентированным поводкам, а сопряженные с ними режущие элементы - под углом к поводкам, нижние кромки транспортирующих и режущих элементов имеют лезвия, рабочие кромки которых ориентированы вдоль образующей конической поверхности лунки искусственного водосбора; каждый упор выполнен в виде лыжи, смонтирован на конце поводка с возможностью переустановки по высоте вертикальной стойки; ножи на вертикальной стойке закреплены с возможностью демонтажа; полевой обрез на удаленном от оси вращающейся вертикальной стойки конце транспортирующего элемента выполнен с наклоном к оси стойки, причем угол наклона полевого обреза выполнен равным или меньше угла естественного откоса почвы из слоя верхнего горизонта.

Изобретение поясняется чертежами

На фиг.1 изображено диаметральное сечение лунки искусственно созданного водосбора.

На фиг.2 схематично представлено орудие для поделки искусственных водосборов, вид справа.

На фиг.3 - то же, вид в плане.

На фиг.4 показана действующая модель орудия для поделки искусственных водосборов (фото).

На фиг.5 - то же, при выполнении технологического процесса (фото).

На фиг.6 представлена лунка искусственного водосбора, сформированного моделью орудия (фото).

Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения, заключаются в следующем.

Орудие для поделки искусственных водосборов (см. фиг.2 и 3) содержит раму 1 с кронштейнами навески 2, 3 и 4, червячно-цилиндрический редуктор 5, карданный телескопический вал 6 с шарнирами Гука 7 и 8 по концам и вращающуюся вертикальную стойку 9 с ножами 10 и 11, наконечником 12 в нижней части стойки 10. На стойке 9 установлены диаметрально ориентированные поводки 13 и 14 с упорами 15. Упоры 15 контактируют с конической поверхностью 16 (фиг.1) лунки искусственного водосбора. Между наконечниками 12 и ножами 10 и 11 на стойке 9 размещены витки шнекового бура 17.

Каждый упомянутый нож 10 (11) снабжен выполненными единой деталью транспортирующим элементом 18 и режущим элементом 19. Транспортирующие элементы 18 закреплены перпендикулярно к диаметрально ориентированным поводкам 13, 14. Сопряженные с ними режущие элементы 19 смонтированы под углом к поводкам 13 и 14. Нижние кромки транспортирующих элементов 18 и режущих кромок 19 имеют лезвия 20 и 21. Рабочие кромки 22 и 23 лезвий 20 и 21 ориентированы вдоль образующей 24 конической поверхности 16 (см. фиг.1) лунки искусственного водосбора. Ножи 10 и 11 на вертикальной стойке 9 закреплены с возможностью демонтажа. Вертикальная стойка 9 в червячно-цилиндрическом редукторе 5 зафиксирована фасонными гайками на резьбовой части 25. Крутящий момент от червячного колеса редуктора 5 передается на шлицы 26 в верхней части стойки 9 (см. фиг.2). Полевой обрез 27 на удаленном конце элемента 19 от оси вращающейся вертикальной стойки 9 выполнен с наклоном к оси симметрии стойки 9. Угол наклона ϕ (см. фиг.1 полевого обреза 27 выполнен равным или меньше угла естественного откоса почвы из слоя верхнего горизонта 28 (фиг.1). Каждый упор 15 выполнен в виде лыжи и смонтирован на конце поводка 13 (14) с возможностью переустановки по высоте вертикальной стойки 9.

Орудие для поделки искусственных водосборов работает следующим образом.

Перед началом работы раму 1 орудия посредством пальцев и тяг 29, 30, 31 гидронавесной системы трактора 32 соединяют с кронштейнами 2, 3 и 4. Карданный вал 6 шарниром Гука соединяют с валом отбора мощности (ВОМ) трактора 32. Тягами 29-31 гидронавесной системы трактора 32 раму 1 поднимают в транспортное положение. Упоры 15 на диаметрально противоположных концах поводков 13 и 14 устанавливают по высоте, при которой обеспечивается оптимальная величина заглубления лезвий 20 и 21 режущих элементов в зависимости от типа и состояния почвогрунта. Далее проверяют техническое состояние наконечника 12, витков шнека бура 17, рабочих кромок 22 и 23 лезвий 20 и 21 транспортирующих 18 и режущих 19 элементов. Включают ВОМ агрегатируемого трактора 32 и на малых частотах (оборотах) вращения проверяют работу узлов привода вертикальной стойки 9.

При выезде на пастбище отведенное под реконструкцию саванными древесными насаждениями, на поле отмечают согласно принятой схеме посадки центры лунок искусственных водосборов. Механизатор устанавливает орудие так, чтобы наконечник 12 бура 17 находился над центром лунки, и переводит гидронавесную систему трактора в положение опускания. Наконечник под весом орудия внедряется в верхний горизонт 28 почвы. Далее включают ВОМ трактора 32. При вращении вертикальной стойки 9 наконечник 12 врезается в почву верхнего слоя, а витки шнекового бура 17 выполняют посадочное место 33 в виде полого цилиндра диаметром d₁ и глубиной h₂ от поверхности пастбища. При заглублении ямобура 17 на глубину (h₂-h₁) в работу вступают транспортирующие элементы 18 на поводках 13 и 14. Рабочими кромками 22 лезвий 20 вынутый грунт шнековым буром 17 из посадочного места 33 смещается на периферию. Одновременно с этим рабочие кромки 22 лезвий 20 разрабатывают слой почвы верхнего горизонта 28 и также смещают почвенные агрегаты на периферию. После заглубления наконечника 12 и ямобура 17 начинают действовать рабочие кромки 23 лезвий 21 и режущие элементы 19 ножей 10 и 11. Ими формируется конусная часть 34 лунки для искусственного водосбора. Почва и грунт с поверхностей режущих элементов 19 ножей 10 и 11 сходит на поверхность пастбища. Полевыми обрезами 27 режущих элементов 19 формируется кольцевой вал 35 вокруг посадочного места 33, увеличивая общую глубину лунки до h₃. Диаметр d₂ конусной части на поверхности лунки является превалирующим параметров при сборе естественных осадков. В осенне-зимний период в условиях аридной зоны выпадает наибольшее количество осадков в виде дождя, инея, снега, льда. Жидкие осадки стекают в цилиндрическое посадочное место 33 и аккумулируются в нем. По мере оттаивания верхнего горизонта влага перераспределяется в нижние горизонты. Посадку древесных насаждений ранней весной ведут либо саженцами с комом земли либо без него. В период вегетации растений поверхность 16 лунки заполняется листьями, переносимыми ветром, остатками травянистой растительности. Этим достигается мульчирование поверхности лунки. Выпадающие ливневые летние осадки аккумулируются в лунке, а мортмасса уменьшает интенсивность иссушения верхнего слоя. Благодаря искусственно созданному микроклимату саженцы укореняются и трогаются в рост. Кольцевой вал сдерживает прорастание сорной растительности на конической поверхности 16 лунки.

Определим объем лунки искусственно созданного водосбора под посадку древесного насаждения.

При диаметре бура d₁=0.3 м и глубине посадочного места 33 h₁=0,3 м объем вынутого грунта, учитывая плотность его сложения γ=1,3 т/м³, составит:

а объем посадочного места 33 равен V₁'=21 л.

Объем конусной части 34 лунки искусственного водосбора при d₂=2,5 м, d₁=0,3 м и h₂-h₁=0,6-0,3=0,3 м имеем:

или 556,5 л.

Объем рыхлой почвы составит V₂'=1,3-0,5565=0,7235 м³.

Приняв для упрощения расчетов угол естественного откоса (ϕ=45°, d₂=2,5 м, на основе равенства объема вынутого грунта из посадочного места 33 и конусной части 34 лунки объему кольцевого вала 35 получим, что его высота составит 0,21 м, а объем пространства внутри кольцевого вала будет равен:

Общий объем искусственного водосбора:

V_B=V₁'+V₂+V₃=0,0021+0,5565=1,119=1,6776 м³.

Площадь водосбора составляет F_B=πd₃ ³/4=5,765 м², высота слоя вмещаемых осадков равна 290 мм. Для аридной зоны это соответствует годовой сумме осадков. Таким образом, заявленное орудие для поделки искусственных водосборов способно накапливать все выпадающие естественные осадки без их стока и тем самым создать оптимальные условия произрастания древесных насаждений.

Орудие содержит вращающуюся вертикальную стойку с ножами, наконечником в нижней части и поводком с упором, контактирующим с поверхностью лунки. Между наконечником и ножами на стойке размещены витки шнекового бура. Каждый нож снабжен выполненными единой деталью транспортирующим и режущим элементами. Транспортирующие элементы закреплены перпендикулярно к диаметрально ориентированным поводкам. Сопряженные с транспортирующими режущие элементы расположены под углом к поводкам. Нижние кромки транспортирующих и режущих элементов имеют лезвия. Рабочие кромки лезвий ориентированы вдоль образующей конической поверхности. Каждый упор выполнен в виде лыжи и смонтирован на конце поводка с возможностью переустановки по высоте вертикальной стойки. Ножи на вертикальной стойке закреплены с возможностью демонтажа. Полевой обрез на удаленном от оси вращающейся вертикальной стойки конце транспортирующего элемента выполнен с наклоном к оси симметрии стойки. Угол наклона полевого обреза выполнен равным или меньше угла естественного откоса почвы из слоя верхнего горизонта. Такое конструктивное выполнение позволит обеспечить при минимальных энергозатратах высокую производительность труда. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Орудие для поделки искусственных водосборов, содержащее вращающуюся вертикальную стойку с ножами, наконечником в нижней части и поводком с упором, контактирующим с поверхностью лунки, отличающееся тем, что между наконечником и ножами на стойке размещены витки шнекового бура, а каждый упомянутый нож снабжен выполненными единой деталью транспортирующим и режущим элементами, при этом транспортирующие элементы закреплены перпендикулярно к диаметрально ориентированным поводкам, а сопряженные с ними режущие элементы - под углом к поводкам, причем нижние кромки транспортирующих и режущих элементов имеют лезвия, рабочие кромки которых ориентированы вдоль образующей конической поверхности.2. Орудие по п.1, отличающееся тем, что каждый упор выполнен в виде лыжи и смонтирован на конце поводка с возможностью переустановки по высоте вертикальной стойки.3. Орудие по п.1, отличающееся тем, что ножи на вертикальной стойке закреплены с возможностью демонтажа.4. Орудие по п.1, отличающееся тем, что на удаленном от оси вращающейся вертикальной стойки конце транспортирующего элемента выполнен полевой обрез с наклоном к оси симметрии стойки, причем угол наклона полевого обреза выполнен равным или меньше угла естественного откоса почвы из слоя верхнего горизонта.