СПОСОБ ПОЧВООБРАБОТКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК A01B7/00 A01B15/16 A01B23/06 

Предлагаемое изобретение относится к почвообрабатывающим технологиям с использованием дисковых почвообрабатывающих орудий, которые могут осуществлять основную обработку почвы, боронование, лущение и другие операции.

Рабочим органом в таких орудиях являются сферические диски, которые могут быть вырезными или круглыми (без вырезов).

Сферические диски устанавливаются на раме орудия фронтальными рядами по направлению рабочего движения при почвообработке, батарейно на общем валу или на автономных стойках.

В зависимости от вида работ диски подбирают по диаметру и придают им угол атаки α, характеризующий величину поворота диска от направления движения и угол β, характеризующий наклон диска к вертикальной плоскости. Угол атаки диска α является величиной переменной и зависит от физико-механических свойств почвы, таких как влажность, плотность, твердость, задернелость почвы, а также от предшествующей обработки, рельефа местности и прочее. Чем прочнее почва, тем должен быть больше угол α. Максимальное значение угла α в реальных условиях выполнения технологического процесса составляет 35°, минимальное 5°. Угол β способствует лучшему заглублению диска в почву и зависит от радиуса кривизны диска. В основном он является постоянным и составляет 10…20°.

Известны способы почвообработки, в которых используются сферические диски, установленные рядами на раме почвообрабатывающего орудия и имеющие угол атаки α и угол наклона диска к вертикальной плоскости β.

Плуг-лущильник дисковый (см. Св-во на полезную модель №147977, А01В 7/00 от 23.02.2000) содержит раму, диски, регулятор угла атаки. Диски установлены рядами на автономных стойках, а регулятор угла атаки дисков в рядах выполнен в виде рычага, жестко соединенного со стойкой диска и шарнирно с траверсой, параллельной к балке со стойками дисков и винтовой парой, обеспечивающей продольное перемещение траверсы.

Реализованный способ в этом устройстве имеет тот недостаток, что изменения физико-механических свойств почвы при почвообработке могут быть настолько значительными, что требуется постоянное изменение угла атаки дисков. Выставленный же заранее зафиксированный в начале почвообработки угол атаки всех дисков не обеспечивает условия оптимальности этого параметра и поэтому качество почвообработки снижается.

Известен способ почвообработки, реализованный в устройстве (см. А.С. СССР №1491357, А01В 21/08 от 23.03.87). В реализованном способе диски также имеют механизм регулировки угла атаки дисков, который при регулировке поворачивает диски всего ряда синхронно. Угол атаки дисков выставляется до начала работы почвообрабатывающего орудия и жестко фиксируется. В бороне у дисков отсутствует угол наклона диска к вертикальной плоскости β.

Недостатком реализованного способа является то, что изменяющиеся свойства почвы по длине рабочего хода могут не соответствовать фиксированному значению установленного угла атаки дисков α, что снижает качество обработки почвы.

Известен способ почвообработки (см. пат. РФ №2185044, А01В 21/08 от 04.07.2000) - прототип, реализованный в устройстве. Способ также реализует механизм регулировки угла атаки сферических дисков на автономных стойках бороны, закрепленных на поперечных балках рамы. Диски имеют угол наклона к вертикальной плоскости β. Недостатком способа также является то, что регулировка угла атаки дисков скоммутирована на одной тяге, поворачивающей все диски ряда синхронно на один и тот же угол атаки, который жестко фиксируется. Далее этот угол атаки может быть изменен только при остановке работы бороны. При этом борону необходимо поднять над поверхностью почвы так, чтобы диски не касались ее и после этого произвести перенастройку угла атаки дисков.

Очевидно, что изменение физико-механических свойств почвы, которое наблюдается даже на одном поле, требует постоянной регулировки угла атаки дисков, что практически в указанном устройстве не выполнимо.

Фиксированный и одинаковый угол атаки всех дисков при изменении свойств почвы приводит к разрегулировке бороны, что снижает качество обработки почвы.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение качества почвообработки.

Указанный технический результат достигается тем, что осуществляют согласование непостоянства свойств почвы и непостоянства угла атаки диска орудия. Это достигается за счет выполнения сферического диска волнистым.

Волна сферического диска плавно изменяет установленный ему заранее на почвообрабатывающем орудии, например, дисковой бороне угол атаки влево и вправо от исходного значения в режиме повторяющихся отклонений, обеспечивая требуемый диапазон углов атаки диска, который задан в диске геометрией волны, при этом волна диска, начиная с режущей кромки диска, убывая к центру диска, переходит в его сферу.

Более подробно сущность изобретения будет описана ниже на примере дисковой бороны, в которой диски выполнены сферическими, периферийная часть поверхности которого выполнена волнистой и волнистость этой части убывает к центру сферы и переходит в сферу.

На фиг.1 представлен схематический чертеж дисковой бороны со сферическими дисками.

На фиг.2 представлен схематический чертеж волнистого сферического диска (вид сбоку).

На фиг.3 представлен вариант исполнения волнистого сферического диска.

Борона по фиг.1 состоит из рамы 1 с поперечными балками 2, на которых на автономных стойках (на фиг.1 не показаны) установлены сферические диски 3, имеющие разный угол атаки α.

Сферический диск по фиг.2 содержит сферу 4 с крепежными отверстиями 5 и повторяющуюся по всему периметру диска волну 6, которая с приближением к центру диска убывает по амплитуде и длине и переходит в сферическую поверхность без волнистого изгиба.

Периферийные нижние точки В, С, Д повторяющейся волны 6 образуют торцовую плоскость диска, которая установлена к линии направления движения бороны F под углом атаки α=15°.

На фиг.3 волна диска выполнена в виде «восьмерки» при виде сбоку. Возможно исполнение и другого вида волны. Задаваясь геометрией волны, можно обеспечить любое изменение угла атаки.

Работает борона со сферическими дисками по фиг.1 следующим образом.

Известно, что на любом поле имеются увлажненные низины, пересушенные, твердые возвышенности, почвы с повышенным содержанием глины или песков, с различным количеством пожнивных остатков и т.д.

Известно, что для каждого случая, для дисков необходим свой угол атаки α, который теоретически и практически трудно подобрать. Как показывает практика, диапазон углов атаки 5…35° охватывает все случаи непостоянства свойств почвы.

Очевидно, что и диски бороны должны охватывать этот диапазон углов α. В этом случае измельчение почвы и пожнивных остатков будет наиболее эффективным. Однако в этом случае все диски бороны (см. фиг.1) или их группы должны иметь свой персональный угол атаки α и с некоторой заданной дискретностью закрывать диапазон 5…35°. При этом на каждый дискретный угол α должно быть несколько десятков дисков. Такая борона будет иметь большие габариты и массу.

Определить количество дисков, необходимое для каждого конкретного угла атаки, осуществить при этом необходимую балансировку боковых сил бороны, которые неизбежно будут осуществлять разворот и рыскание бороны, что приведет к браку в почвообработке, в известных устройствах практически невозможно.

Настройка всех дисков бороны на некоторый осредненный угол атаки снижает качество почвообработки. К тому же определить этот угол тоже сложно, так как даже для одного поля определить осредненные физико-механические непостоянства почвы невозможно. Предложенное изобретение заключается в следующем. Сделав сферический диск волнистым, при вращении диска во время почвообработки, волна будет менять текущее значение угла атаки α в наперед заданном диапазоне, например 5…35°. Установив на почвообрабатывающее орудие, например на дисковую борону, определенное количество волнистых сферических дисков, где каждая волна заменяет количество дисков большее, чем количество дисков с некоторым дискретным углом α, можно в любой момент времени обеспечить в пределах этого диапазона необходимое количество дисков, эффективно работающих именно на реальное непостоянство свойств почвы. Для этого необходим параметрический ряд дисков, в котором приведены для различных диаметров дисков свои радиусы сферы, количество волн и диапазон углов α.

Ясно, что волна диска (выпуклая и вогнутая часть) уменьшается от периферии к центру в виде клина, который плавно переходит в сферу.

При уменьшении волны происходит уменьшение амплитуды и длины волны, при этом плавно изменяется и угол атаки волны α, то есть каждая выклинивающаяся к центру диска волна представляет собой плавно изменяющийся по величине угол атаки самого диска. Такого невозможно достичь простым набором обычных сферических дисков с дискретным изменением их угла атаки на почвообрабатывающем орудии, так как это потребует очень большого количества дисков.

В предложенном способе каждая волна приравнивается к бесконечному набору обычных сферических дисков с их расположением под разным углом атаки α в одном и другом направлении от исходного значения (см. фиг.2).

Волнистые диски, вращаясь асинхронно, в любой момент времени обеспечивают осредненный диапазон углов атаки, который соответствует осредненному диапазону значений физико-механических свойств почвы. Таким образом, осуществляется постоянное и синхронное согласование диапазона углов атаки α с диапазоном разных свойств почвы, что и обеспечивает повышение качества почвообработки.

При этом волнистая поверхность сферы диска может быть выполнена, например, только на величину погружения диска в почву. Покажем это на следующем примере. Глубина обработки почвы зависит от режима работы диска плуга, бороны или лущильника и может составлять 5-20 см.

Волны диска расположены на поверхности сферы клиновидными лучами, расходящимися от центра сферы к его периферии. Клин можно сделать усеченным и он будет переходить в сферу на разном расстоянии от его центра и иметь форму трапеции.

Усеченный клин может переходить в сферу на расстоянии 5-20 см от рабочей кромки диска и будет превращен в трапецию.

Таким образом, различное конструктивное исполнение волнистости, а именно полный клин и усеченный клин, придает диску много новых положительных качеств по прогнозируемому диапазону угла атаки, обороту и крошению почвы.

Рабочая кромка диска имеет волнистую форму за счет выполнения периферийной части поверхности сферического диска волнистой. В связи с тем, что вся борона эффективно закрывает весь диапазон углов атаки, то в любой момент времени она будет работать в оптимальном и эффективном режиме, чем обеспечит достижение технического результата, то есть улучшение качества почвообработки.

Такая борона приобретает новые качества. Борона становится универсальной. Отпадает необходимость настройки бороны.

В связи с асинхронностью возникновения на разных дисках разных углов атаки, а следовательно, и разных боковых сил, разворачивающие борону силы поглощают друг друга. Происходит компенсация сил, приводящих к бочению и рысканию бороны во время работы. Задаваясь геометрией волны, ее периодом и амплитудой, можно обеспечить любое изменение угла атаки диска α, его плавное изменение по лучу в пределах заданного угла, например, слева направо и обратно, через исходное значение, то есть через линию, по которой изначально выставлен диск. Такая работа диска по фиг.2 представляет собой следующее.

Пусть диск изначально поставлен по нижним точкам волны В, С, Д как по плоскости под углом атаки α=15° к направлению движения. При заглублении в почву и повороте диска вокруг своей оси на участке a₁ угол α₁ составит 5°. На участке a₂ угол α₂ составит 30° на участке а₃ угол α₃ составит 5° на участке a₄ угол α₄ составит 30°. Таким образом, каждая волна диска может иметь свой диапазон углов атаки, который зависит от величины кривизны волны. Эта кривизна может быть выполнена, например, по радиусу R₁ (см. фиг.2) и все волны диска одинаковы. При вращении диска и его работе в почве угол атаки α будет меняться в пределах 5…30°. Однако кривизна волны может быть другой и углы будут другие. Работа диска будет определяться формой волны, а количество повторяющихся изменений угла атаки влево и вправо от исходного значения за один оборот каждого диска равно количеству волн на этом диске.

Работа диска по фиг.3 отличается тем, что изменение угла атаки диска будет происходить более медленно, что будет способствовать более качественной обработке пласта почвы.

Описанный и заявляемый способ почвообработки и устройство для его осуществления обеспечивает достижение технического результата, а именно: повышается качество почвообработки, повышается эффективность работы дискового почвообрабатывающего орудия, которое становится универсальным, упрощается его обслуживание.

Способ включает обработку почвы установленными под углом атаки сферическими дисками, периферийная часть поверхности которых выполнена волнистой для обеспечения плавно повторяющихся изменений угла атаки дисков влево и вправо от исходного значения угла атаки дисков. Устройство содержит установленные под углом атаки сферические диски, имеющие режущую кромку. Периферийная часть поверхности каждого сферического диска выполнена волнистой. Волна диска, начиная с режущей кромки, выполнена убывающей к центру диска с переходом в сферу. Такие технология и конструктивное выполнение позволят повысить качество обработки почвы при снижении энергоемкости процесса и повышении эффективности работы дисков почвообрабатывающего орудия. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ обработки почвы, включающий обработку почвы установленными под углом атаки сферическими дисками, отличающийся тем, что обработку почвы осуществляют сферическими дисками, периферийная часть поверхности которых выполнена волнистой для обеспечения плавно повторяющихся изменений угла атаки дисков влево и вправо от исходного значения угла атаки дисков.

2. Устройство для обработки почвы, содержащее установленные под углом атаки сферические диски, имеющие режущую кромку, отличающееся тем, что периферийная часть поверхности каждого сферического диска выполнена волнистой, при этом волна диска, начиная с режущей кромки, выполнена убывающей к центру диска с переходом в сферу.