МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ КОМБИНИРОВАННОЕ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОРУДИЕ Российский патент 2011 года по МПК A01B35/00 

Предлагаемое изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, преимущественно к почвообрабатывающим орудиям с пассивными рабочими органами, и может быть использовано в сельском хозяйстве для послеуборочной обработки почвы и паров с одновременным разрушением плужной подошвы, а также предпосевной обработки.

Известно дисковое почвообрабатывающее орудие, включающее раму с закрепленными на ней в несколько рядов поперечными брусьями, на которых смонтированы подвижно вертикальные стойки с осями на концах и установленные на осях с возможностью вращения сферические диски, при этом диски имеют регулируемый угол атаки и расположены фронтально по ширине захвата, кроме того, диски на первом и втором брусьях установлены вогнутой или выпуклой сторонами соответственно в противоположные стороны и образуют первый парный ряд дисков, в последующих парных рядах диски установлены соответственно противоположно относительно дисков первого парного ряда, а каждый последующий диск смещен в поперечном направлении относительно предыдущего диска в сторону необработанной первым рядом дисков междисковой полосы земли на величину, равную частному отделения междискового расстояния на количество рядов, при этом диски имеют наклон к вертикальной плоскости (Патент RU №22185044).

Недостатком указанного выше орудия является не возможность разрушения плужной подошвы (плотная и твердая подпахотная почва), которая повсеместно образована в результате многократного прохода по полю тракторов, комбайнов и другой мобильной техники. В плотной и твердой подпахотной почве существенно снижена жизнедеятельность почвенной микрофлоры, нарушен воздушно-водный обмен пахотного слоя почвы с более глубинной, что приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур до 20-40%.

Известно почвообрабатывающее орудие, являющееся наиболее близким к изобретению по достигаемому технологическому результату, включающее раму с навесным устройством, на которой последовательно установлены друг за другом дисковые ножи и щелерезы (Патент RU №2179381).

Данное технологическое решение позволяет формировать в почве, в том числе и в плужной подошве, щели. Существенным недостатком этого орудия является то, что по краям щелей образуются достаточно высокие валы, которые при выпадении дождя или таянии снега препятствуют или даже полностью предотвращают стекание в щель воды, а отсутствие на дне щели дренажного расширения уменьшает объем воды, который может быть накоплен в щелях и использован для насыщения водой твердой и плотной плужной подошвы. Известны также устройства, в которых вместо щелерезов устанавливаются для борьбы с плужной подошвой плоскорежущие или стрельчатые лапы. Недостатком этих рабочих органов являются высокие энергозатраты, что делает нецелесообразным их использование в массовом масштабе и особенно в наше время при высокой стоимости энергоносителей. К недостаткам вышеуказанного способа обработки почвы и орудий следует отнести и то, что у них нет операций и рабочих органов для предотвращения или существенного снижения почвенной эрозии и создания условий для лучшего впитывания дождевой или иной воды в почву и препятствующих ее испарению.

Целью изобретения является снижение энергозатрат, повышение производительности почвообрабатывающих агрегатов при разрушении плужной подошвы с одновременной обработкой пахотного слоя почвы, улучшения водно-воздушного обмена пахотного слоя почвы и подпахотных слоев земли за счет совмещений операций обработки пахотного слоя почвы (дискования, культивации, боронования, вспашки и т.д.) и щелевания плужной подошвы с образованием дренажных каналов, в которые через образованные щели в период дождя или таяния снега стекает вода, пропитывающая плотные и твердые слои почвы (плужной подошвы), которые в осенне-зимний период замерзают, вспучиваясь, расширяются, разрушая тем самым плужную подошву, что в весенне-летний период после оттаивания почвы обеспечивает восстановление капиллярных связей и, как результат, улучшение вводно-воздушного обмена пахотного слоя и более глубоких слоев почвы и грунта, а также обеспечение условий по существенному снижению почвенной эрозии, по улучшению впитываемости дождевой или иной воды в почву и предотвращения ее испарения и многофункциональности почвообрабатывающего орудия за счет сменных рабочих органов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном почвообрабатывающем орудии, включающем раму с закрепленными на ней несколькими поперечными брусьями, на которых смонтированы подвижно вертикальные стойки с осями на концах и установленные на осях с возможностью вращения сферические диски, при этом диски имеют регулируемый угол атаки и расположены на поперечных брусьях фронтально по ширине захвата, кроме того, диски на смежных поперечных брусьях расположены вогнутыми или выпуклыми сторонами соответственно в противоположные стороны, и каждый диск смещен относительно смежных дисков в сторону необработанной земли, при этом диски имеют наклон к вертикальной плоскости, согласно изобретению, на всех поперечных брусьях неподвижно закреплены парные кронштейны с отверстиями, в которых могут устанавливаться стойки со стрельчатыми лапами и стойки щелевателей, причем в стойках стрельчатых (культиваторных) лап имеются несколько пар отверстий, позволяющих изменять глубину обработки почвы от 50 мм до 300 мм с интервалом 50 мм, а у стоек щелевателей на нижних концах смонтированы каналообразователи, причем длина стойки такова, что обеспечивает образование щели и канала (дренажа) в почве, не обработанной предыдущим рабочим органом орудия (плужной подошве), глубиной до 500 мм с расстояниями между щелями 400-800 мм, за последним поперечным брусом на раме смонтирована подвижно в вертикальной плоскости посредством параллелограммных механизмов рамка, на которой установлены с возможностью поворота оси с пружинными зубьями, угол установки которых к вертикальной плоскости регулируется посредством тяги и талрепа, причем каждый из рабочих органов (вертикальные стойки с осями на концах и установленные на осях с возможностью вращения сферические диски, стрельчатые (культиваторные) лапы, стойки щелевателей с каналообразователями) могут использоваться отдельно друг от друга или в любой их комбинации, при этом почвообрабатывающее орудие может работать как дисковая борона, либо дисковая борона плюс щелеватель, либо дисковая борона плюс рыхление стрельчатыми лапами на большей глубине, чем дискованием, как культиватор, либо культиватор плюс щелеватель, либо только щелеватель, рамка с осями и пружинными зубьями может быть заменена винтовым катком.

Орудие позволяют создать условия для разрушения плужной подошвы с использованием естественного холода, дают возможность резко снизить энергозатраты на ее разрушение, тем самым обеспечивают возможность разработки и изготовления высокопроизводительных почвообрабатывающих орудий для разрушения плужной подошвы повсеместно.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображено предлагаемое почвообрабатывающее орудие с дисковыми рабочими органами, установленными на первом и втором поперечных брусьях, а на третьем поперечном брусе установлены стойки щелевателей с каналообразователями и рамкой с осями и пружинными зубьями, вид сбоку;

На фиг.2 - то же, вид сверху;

На фиг.3 - то же, с катком вместо рамки с зубьями, вид сбоку;

На фиг.4 изображено орудие со стрельчатыми (культиваторными) лапами, установленными на первом и втором поперечных брусьях, а на третьем поперечном брусе установлены стойки щелевателей с каналообразователями и рамкой с осями и пружинными зубьями, вид сбоку;

На фиг.5 - то же, что на фиг.4, с катком вместо рамки с зубьями, вид сбоку;

На фиг.6 изображено орудие с дисковыми рабочими органами, установленными на первом и втором поперечных брусьях, а на третьем поперечном брусе установлены стойки со стрельчатыми лапами, глубина обработки почвы которых несколько ниже, чем дисков, и каток вид с боку;

На фиг.7 изображено орудие со стрельчатыми лапами, установленными посредством стоек на первом и втором поперечных брусьях, а на третьем поперечном брусе также установлены стрельчатые лапы на большую глубину обработки почвы и каток, вид сбоку;

На фиг.8 изображено орудие с дисковыми рабочими органами, установленными на первом и втором поперечных брусьях, а на третьем поперечном брусе установлены на стойках стрельчатые лапы глубиной обработки почвы несколько глубже, чем диски, и рамкой с осями и пружинными зубьями, вид сбоку;

На фиг.9 изображено заявляемое почвообрабатывающее орудие с дисковыми рабочими органами, установленными на всех поперечных брусьях, и рамкой с осями и пружинными зубьями, вид сбоку;

На фиг.10 изображено орудие со стрельчатыми лапами на стойках, установленных на всех поперечных брусьях, и рамкой с осями и пружинными зубьями, вид сбоку;

На фиг.11 изображено орудие, в котором на первом и втором поперечных брусьях установлены стойки щелевателей с каналообразователями на глубине 500 мм, а на третьем поперечном брусе смонтированы стойки со стрельчатыми лапами, работающими на глубине 100-150 мм, и винтовой или конусный каток;

На фиг.12 показан дисковой рабочий орган, вид сбоку;

На фиг.13 показана стрельчатая лапа со стойкой, вид сбоку;

На фиг.14 показана стойка щелевателя с каналообразователем, вид сбоку.

Почвообрабатывающее орудие содержит раму 1, прицеп 2, колеса передние 3, колеса задние 4, поперечные брусья 5, на поперечных брусьях 5 установлены неподвижно в определенном порядке парные кронштейны 6 с отверстиями, в которых могут устанавливаться стойки щелевателя 13 с каналообразователями 14 или стойки 21 (фиг.4) со стрельчатыми лапами 22, в поперечных брусьях 5 (фиг.1) смонтированы в определенном порядке подшипники скольжения 7, в которых установлены стойки 8, нижняя часть которых заканчивается осями 9, на которых установлены с возможностью вращения сферические диски 10. На верхнем конце каждой стойки 8 жестко закреплен поводок 11, который в свою очередь шарнирно соединен с тягой 12, установленной с возможностью перемещения и фиксации вдоль поперечных брусьев 5, количество тяг 12 соответствует количеству поперечных брусьев 5. Сферические диски 10 установлены с изменяемым углом атаки α (фиг.2) и углом наклона β (фиг.12). Угол атаки изменяется путем перемещения тяги 12 в ту или иную сторону, при этом шарнирно соединенные с ней поводки 11 поворачиваются, поворачивая стойки 8 и вместе с ними сферические диски 10. При комплектации почвообрабатывающего агрегата согласно фиг.1 сферические диски расположены на первом и втором поперечных брусьях 5 фронтально по ширине захвата, при этом сферические диски 10 на первом и втором поперечных брусьях 5 расположены вогнутыми или выпуклыми сторонами соответственно в противоположные стороны и каждый сферический диск 10 смещен относительно смежных сферических дисков в сторону необработанной земли, а на третьем поперечном брусе 5 в парных кронштейнах 6 посредством отверстий установлены стойки щелевателей 13 с каналообразователями 14, при этом расстояние между стойками щелевателей и 13 составляет 400 мм или 800 мм, глубина щелевания 350-500 мм. За последним поперечным брусом 5 на раме 1 посредством удлинителей через параллелограммные механизмы 15 подвижно смонтирована рамка 16, на которой с возможностью вращения посредством тяги 17 и талрепа 18 установлены оси 19, на которых закреплены пружинные зубья 20.

Почвообрабатывающее орудие в варианте фиг.1 работает следующим образом. Перед началом работы, в зависимости от требуемой глубины обработки почвы и состояния агрофона (наличие растительных остатков, влажности, плотности почвы и т.д.) путем перемещения тяги 12 и поворота стоек 8 со сферическими дисками 10 посредством поводков 11 устанавливается угол атаки сферических дисков 10. При движении орудия вперед, благодаря тому, что сферические диски 10 на первом и втором поперечных брусьях 5 установлены вогнутыми или выпуклыми сторонами соответственно в противоположные стороны, происходит отделение каждым последующим сферическим диском 10 почвенного пласта от монолита и перемещение его в сторону борозды, на что тратится значительно меньше энергии, чем сдвигание его в сторону монолита, то есть необработанной части поля, а наклон сферических дисков 10 к вертикальной плоскости на угол β обеспечивает отрезание пласта почвы его крошение и сдвиг, а также заделку пожнивных остатков, таким образом происходит обработка пахотного слоя почвы (взамен дискования может проводиться культивация почвы (см. фиг.4, 5)). Для разрушения плужной подошвы на третьем поперечном брусе 5 установлены стойки щелевателя 13 с каналообразователями 14, длина которых такова, что обеспечивает образование щелей и каналов в необработанной предыдущими рабочими органами почве (плужной подошве), в которые во время дождя или таяния снега стекает вода, заполняющая каналы и пропитывающая впоследствии твердую и плотную почву, делая ее мягкой и насыщенной влагой. В осенне-зимний период такая почва, замерзая, расширяется, вспучиваясь, а в весенне-летний период оттаивает, сохраняя при этом взрыхленную структуру, что позволяет растениям развивать корневую систему в этой части почвы, а дождевой и снеговой воде легче просачиваться в глубь почвы, при засухе, наоборот, обеспечивается подвод капиллярной почвенной воды к корням растений. Присоединение к раме 1 почвообрабатывающего орудия посредством параллелограммных механизмов 15 рамки 16 с пружинными зубьями 20, угол установки которых регулируется талрепом 18 через тяги 17, установленных на осях 19, позволяют проводить поверхностное мульчирование почвы до размеров почвенных агрегатов 0,2-3 мм с плотностью 0,75-0,85 г/см² с уплотнением под поверхностного слоя почвы до плотности 1,0-1,1 г/см² и размерами почвенных агрегатов от 0,5 до 5 мм с вычесыванием пожневных остатков и сорных растений на поверхность поля, а также выравнивание поверхности, что препятствует активному испарению почвенной влаги. Если на обрабатываемом поле незначительное количество пожнивных остатков, то взамен рамки 16 с осями 19 и пружинными зубьями 20 можно использовать конусный или винтовой каток 23 (фиг.3), который производит подповерхностное уплотнение почвы до 1,0 - 1,1 г/см² с размером почвенных агрегатов 0,5-5 мм, а поверхностный слой мульчируется до 0,75-0,85 г/см² с размером почвенного агрегата 0,2-3 мм, вычесывая при этом из него пожнивные остатки и сорняки, укладывая их на поверхность поля, создавая тем самым настил из пожнивных остатков и сорняков, аналогичный луговой или лесной подстилке, которая обеспечивает хорошее просачивание воды в почву и препятствует ее испарению.

Для степных зон земледелия, где имеется в почве острая нехватка воды, лучше использовать почвообрабатывающее орудие, согласно фиг.5, в котором на первом и втором брусьях 5 в парных кронштейнах 6 установлены стрельчатые (культиваторные) лапы 22 посредством стоек 21. Расположение стрельчатых лап 22 таково, что они обеспечивают полную обработку поверхности поля, то есть подрезание сорняков и рыхление почвы. Глубина обработки почвы может изменяться от 50 мм до 300 мм с интервалом 50 мм посредством парных отверстий в стойках 21 стрельчатых лап 22. На третьем поперечном брусе 5 установлены стойки щелевателей 13 с каналообразователями 14. За третьим поперечным брусом 5 присоединен к раме 1 посредством параллелограммных механизмов 15 каток 23. Технология работы данного почвообрабатывающего орудия и орудия фиг.1 аналогичны.

В лесостепных зонах, где влаги в почве значительно больше, чем в степных зонах, могут применяться почвообрабатывающие орудия (фиг.7 и 8), где взамен стоек щелевателей 13 с каналообразователями 14 могут для обработки плужной подошвы использоваться стойки 21 со стрельчатыми лапами 22. При этом проводится разноглубинная полосная обработка, например мелкая обработка глубиной 100-150 мм и шириной 400-800 мм и глубокая 250-350 мм шириной 300-400 мм. В этом случае дождевая или снеговая вода более свободно, чем при щелевании, проникает в полосу с глубокой обработкой почвы и пропитывает необработанную часть, которая также в осенне-зимний период замерзает, расширяясь, а в весенне-летний период оттаивает, имея уже значительно более рыхлую структуру почвы. Недостатком здесь является то, что в глубоко разрыхленной полосе почвы в результате более активного воздухообмена происходит более быстрое выветривание накопленной за осеннее-зимний период воды, что для степных зон земледелия является неприемлемым.

Лучше для степных зон земледелия, где имеется острая нехватка влаги в почве, использовать почвообрабатывающее орудие (фиг.11), в котором на первом и втором поперечных брусьях 5 установлены стойки щелевателя 13 с каналообразователями 14, при этом расстояние между ними по фронту составляет 300-400 мм. На третьем поперечном брусе 5 установлены стойки 21 со стрельчатыми лапами 22, которые подрезают сорняки и взрыхляют почву на глубине 100-150 мм, на раме 1 за третьим поперечным брусом 5 смонтированы посредством удлинителей и параллелограммных механизмов 15 катки 23, которые производят подповерхностное уплотнение почвы на глубину 10-60 мм, измельчают и вспушивают поверхностный слой почвы, при этом вычесывая из него сорняки и пожнивные остатки, укладывая их на поверхность поля, образуя тем самым на поверхности поля настилку из сорняков и пожнивных остатков аналогичную луговой или лесной подстилке, которая способствует хорошему впитыванию в почву дождевой или снеговой воды, препятствует ее испарению и исключает почвенную эрозию.

Таким образом, предлагаемое многофункциональное комбинированное почвообрабатывающее орудие в сравнении с известными обеспечивает снижение энергозатрат и повышение производительности при разрушении плужной подошвы посредством обеспечения ввода воды в монолит плужной подошвы через образуемые щели с каналами, где происходит насыщение твердой и плотной почвы водой, которая ее размягчает, а в осенне-зимний период, замерзая, такая почва расширяется, вспучиваясь, что в весенне-летний период после оттаивания придает почве в плужной подошве значительно более рыхлую структуру. Разрушение плужной подошвы обеспечивает восстановление водно-воздушного обмена верхних и более глубоких слоев почвы, увеличение коэффициента инфильтрации в 2-3 раза, запас продуктивной влаги, в результате чего повышается урожайность сельскохозяйственных культур на 15-25%. Вычесывание сорных растений и пожнивных остатков из верхнего слоя почвы с их укладкой на поверхность поля обеспечивает снижение или даже полное исключение эрозии почвы, создание условий для лучшего впитывания в почву дождевой или иной воды и уменьшения ее испарения.

Орудие включает раму с закрепленными на ней несколькими поперечными брусьями. На брусьях смонтированы подвижно вертикальные стойки с осями на концах. На осях с возможностью вращения установлены сферические диски, которые имеют регулируемый угол атаки, наклон к вертикальной плоскости и расположены фронтально по ширине захвата. Диски на смежных поперечных брусьях расположены вогнутыми или выпуклыми сторонами соответственно в противоположные стороны. Каждый диск смещен относительно смежных дисков в сторону необработанной земли. На всех поперечных брусьях неподвижно закреплены парные кронштейны с отверстиями. В отверстиях кронштейнов могут быть установлены стойки стрельчатых (культиваторных) лап или стойки щелевателей. В стойках стрельчатых (культиваторных) лап выполнено несколько пар отверстий, позволяющих изменять глубину обработки почвы от 50 мм до 300 мм с шагом 50 мм. На нижних концах стоек щелевателей смонтированы каналообразователи. Длина стойки щелевателя такова, что обеспечивает образование щели и канала (дренажа) в почве необработанной предыдущим рабочим органом орудия (плужной подошве) глубиной до 500 мм, с расстояниями между щелями 400 мм-800 мм. За последним поперечным брусом на раме смонтирована рамка с пружинными зубьями или каток. Рамка смонтирована подвижно в вертикальной плоскости посредством параллелограммных механизмов. Зубья установлены на оси с возможностью поворота оси, а угол установки зубьев к вертикальной плоскости выполнен регулируемым посредством тяги и талрепа. Каждый из предложенных рабочих органов может использоваться отдельно друг от друга или в любой комбинации. Такое конструктивное выполнение позволит повысить качество обработки почвы путем разрушения плужной подошвы с одновременной обработкой пахотного слоя и улучшением вводно-воздушного обмена в пахотном слое. 14 ил.

Почвообрабатывающее орудие, включающее раму с закрепленными на ней несколькими поперечными брусьями, на которых смонтированы подвижно вертикальные стойки с осями на концах и установленные на осях с возможностью вращения сферические диски, которые имеют регулируемый угол атаки и расположены фронтально по ширине захвата, кроме того, диски на смежных поперечных брусьях расположены вогнутыми или выпуклыми сторонами соответственно в противоположные стороны, а каждый диск смещен относительно смежных дисков в сторону необработанной земли, при этом диски имеют наклон к вертикальной плоскости, отличающееся тем, что на всех поперечных брусьях неподвижно закреплены парные кронштейны с отверстиями, в которых могут быть установлены стойки стрельчатых (культиваторных) лап или стойки щелевателей, причем в стойках стрельчатых (культиваторных) лап выполнено несколько пар отверстий, позволяющих изменять глубину обработки почвы от 50 до 300 мм с шагом 50 мм, а у стоек щелевателей на нижних концах смонтированы каналообразователи, причем длина стойки щелевателя такова, что обеспечивает образование щели и канала (дренажа) в почве, необработанной предыдущим рабочим органом орудия (плужной подошве), глубиной до 500 мм, с расстояниями между щелями 400 мм-800 мм, за последним поперечным брусом на раме смонтирована рамка с пружинными зубьями или каток, причем рамка смонтирована подвижно в вертикальной плоскости посредством параллелограммных механизмов, а зубья установлены на оси с возможностью поворота оси, причем угол установки зубьев к вертикальной плоскости выполнен регулируемым посредством тяги и талрепа, причем каждый из предложенных рабочих органов может использоваться отдельно друг от друга или в любой комбинации.