СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК A01B79/00 A01B49/02 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению и предназначено для обработки почвы при выращивании сельскохозяйственных культур и саженцев деревьев.

Известна борона /SU 597317, МПК A01B 19/02, 07.07.78/, включающая раму и рабочие органы, выполненные в виде спирали, закрепленные, по крайней мере, по два на одном общем держателе, при этом каждый держатель соединен с рамой спиральной пружиной. В данном техническом решении при встрече с препятствием происходит автоколебание рабочих органов, установленных на общем держателе за счет дополнительной спиральной стойки, что уменьшает забиваемость рабочих органов, но резко ухудшает стабильность хода рабочих органов при увеличении времени возврата в первоначальное положение (до встречи с препятствием).

Известны также способ предпосевной обработки почвы и устройство для его осуществления /RU 1743398, A01B 49/02, 1992, 06.30/. Способ включает в себя безотвальное рыхление почвы с последующим крошением и выравниванием, при этом операции осуществляют с переменной скоростью воздействия на почву в продольно-вертикальной плоскости. Кроме этого осуществляют дополнительное воздействие с переменной скоростью на частицы почвы в горизонтальной плоскости под острым углом к направлению рыхления, а диапазон частот воздействия на частицы почвы при крошении и выравнивании больше, чем диапазон частот воздействия на них при рыхлении. Способ обработки почвы осуществляют почвообрабатывающим орудием, содержащим последовательно установленные на раме ряды пружинных рыхлящих рабочих органов в виде лап и бороны, на брусьях которых закреплены пружинные зубья, при этом брусья борон расположены под углом к направлению движения орудия, а каждый из зубьев размещен под углом 10-20° к продольной оси орудия. За счет многовитковой пружины ход рабочего органа в вертикальном направлении увеличивается и соответственно уменьшается забиваемость рабочих органов (рыхлящих лап). Но при увеличении хода рабочего органа амплитуда автоколебаний увеличивается и уменьшается их частота из-за большого хода рабочего органа в вертикальном направлении. Это ухудшает качество обработки почвы (крошение пласта на мелкие почвенные агрегаты). Чизельные рабочие органы с указанными выше виткообразными упругими стойками дают низкую стабильность выполнения ими технологического процесса обработки почвы (отклонение средней глубины от заданной - более 25 мм).

Известно устройство для обработки почвы /US 3464498, МПК A01B 19/02, A01B 63/16, A01B 19/00, A01B 63/00, 1969.09.02/. Данное техническое решение обладает более высокой стабильностью хода, чем указанные выше технические решения, за счет установки над стойкой дополнительного упругого элемента в виде пластины. Но частота автоколебаний (частота вибраций) и вертикальный ход рабочего органа за счет жесткости стойки и пластины резко уменьшается, что приводит к частому забиванию рабочих органов, низкой амплитуде автоколебаний рабочих органов, и, как результат, ухудшению дробления почвы, т.е. ухудшению качества подготовки почвы под посев.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемым изобретениям в части альтернативного решения является способ сплошной обработки почвы и почвообрабатывающее орудие с рабочим органом, содержащим стойку с лапой, шарнирно закрепленной на раме с помощью переднего и заднего кронштейнов, соединенных цилиндрической пружиной, снабженной качающейся П-образной опорой, направляющим телескопическим звеном, винтовым регулировочным механизмом и упором /RU 2153788, МПК A01B 35/24, 2000.08.10/. За счет многовитковой пружины и сложных шарнирных механизмов ход рабочего органа в вертикальном направлении увеличивается, но при этом увеличивается амплитуда колебаний и уменьшается частота автоколебаний. Это, в свою очередь, снижает стабильность выполнения технологического процесса обработки почвы. Снижение частоты автоколебаний рабочих органов ухудшает качество крошения почвенного пласта на мелкие агрегаты, т.е. резко ухудшается структура почвы и требуются дополнительные рабочие органы для доизмельчения указанных почвенных агрегатов. Установка одного упругого элемента (связанного со стойкой) с одной стороны рамной конструкции дополнительно ухудшает частоту автовибраций и, как результат, ухудшает качество обработки почвы (образуется бесструктурная почва). Отклонение средней глубины от заданной составляет 20 мм и более. Это свидетельствует о том, что подобные рабочие органы, к примеру, не могут использоваться для предпосевной обработки почвы, поскольку при этом основание семенного ложа формируется гребнистым с высотой гребня 20 мм и более, а такая неравномерность обработки приводит к тому, что семена зерновых культур, попадающие на гребни и впадины основания семенного ложа, всходят крайне неравномерно, и это резко снижает урожай и ухудшает его качество, поскольку колебания по глубине основания семенного ложа достигают 20-25 мм и более, в то время как, к примеру, глубина семенного ложа под посев трав составляет всего 10-15 мм, а под посев крестоцветных - 20 мм. Кроме этого данное устройство обладает низкой надежностью при соударении рабочего органа с твердыми препятствиями (камнями и т.д.).

В качестве второго прототипа в части другого альтернативного решения принято устройство /FR 2845560 (A1), МПК A01B 21/08, A01B 61/04, A01B 21/00, 2004.04.16/ с рамой, навесной или прицепной, снабженное почвообрабатывающими орудиями, состоящими из, по меньшей мере, одного блока неприводных вращающихся дисков, связанных с рамой посредством стойки, выполненной в виде винтообразной пружины, причем каждая пружина содержит от 1,5 до 5 витков, которые располагаются бок о бок так, что образуют ряд витков вдоль линии, поперечной к шасси. Это конструктивное решение так же, как и в случае с использованием упругой витковой защиты чизельных рабочих органов по SU 1743398, позволяет увеличивать вертикальное отклонение рабочих органов, но резко уменьшает амплитуду автоколебаний. Данное техническое решение также обладает низкой надежностью при встрече с препятствием.

Задачей изобретения является интенсификация процесса обработки и улучшение качества дробления пласта почвы на мелкие агрегаты, а также повышение надежности работы устройства.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе обработки почвы, включающем безотвальное рыхление с крошением и выравниванием почвы рабочими органами в виде лап и/или дисков, обладающими возможностью циклического подъема и опускания при встрече с препятствием, обеспечиваемом, по меньшей мере, одним основным упругим элементом, установленным между и/или над рамой и рабочим органом по одну сторону от оси колебаний рабочего органа, согласно изобретению обеспечивают дополнительное перемещение рабочего органа по траектории, имеющей горизонтальную и вертикальную составляющую посредством поворотного механизма с одновременной интенсификацией колебаний рабочего органа с использованием силы упругости, по меньшей мере, двух дополнительных упругих элементов, первый из которых расположен относительно основного упругого элемента по другую сторону от оси колебаний рабочего органа и взаимодействует с поворотным механизмом, причем вектор результирующей силы сопротивления основного упругого элемента противоположен вектору результирующей силы сопротивления первого дополнительного упругого элемента, второй дополнительный упругий элемент расположен по одну сторону от оси колебаний рабочего органа с основным упругим элементом, причем вектор результирующей силы сопротивления основного упругого элемента имеет одинаковое направление с вектором результирующей силы упругого сопротивления второго дополнительного упругого элемента.

Поставленная задача решается также за счет того, что устройство для обработки почвы, содержащее последовательно установленные на, по меньшей мере, одной раме рабочие органы в виде лап и/или дисков с возможностью подъема и опускания их относительно рамы при встрече с препятствием, обеспечиваемой, по меньшей мере, одним основным упругим элементом, установленным по одну сторону от оси колебаний между и/или над рамой и рабочим органом, согласно изобретению содержит, по меньшей мере, один поворотный механизм, связанный с, по меньшей мере, одним дополнительным упругим элементом, расположенным по другую сторону от оси колебаний рабочего органа между и/или над рамой и рабочим органом и, по меньшей мере, один дополнительный упругий элемент, расположенный по одну сторону от оси колебаний рабочего органа с основным упругим элементом.

Кроме этого упругие элементы могут быть выполнены в виде, по меньшей мере, одной пластины, расположенной по обе стороны от оси колебаний, при этом часть упругого элемента, расположенная по ходу движения агрегата, за осью колебаний, является основным упругим элементом, а часть упругого элемента, расположенная с противоположной стороны от оси колебаний, является дополнительным упругим элементом.

Предложенные способ и устройство иллюстрируются следующими чертежами: на фиг.1 изображены базовые элементы устройства для осуществления способа с использованием рыхлящих лап (вид сбоку); на фиг.2 изображены базовые элементы устройства для осуществления способа с использованием дисков (вид сверху); на фиг.3 изображен рабочий орган в виде диска в статическом положении; на фиг.4 - рабочий орган в виде лапы с упругими элементами и поворотным механизмом, выполненными между рамой и рабочим органом; на фиг.5 - рабочий орган в виде лапы с упругими элементами и поворотным механизмом в наивысшей точке траектории перемещения рабочего органа после встречи с препятствием; на фиг.6 - рабочий орган в виде лапы с расположением основного и дополнительного упругих элементов, над рамой и рабочим органом, а дополнительного упругого элемента, выполненного со стороны основного упругого элемента - выше рамы, на уровне, ниже рамы (над рамой и под ней) и над рабочим органом; на фиг.7 - рабочий орган в виде лапы с расположением основного упругого элемента над рамой и рабочим органом, а дополнительных упругих элементов выше рамы, на уровне, ниже рамы (над рамой и под ней) и над рабочим органом; на фиг.8 - рабочий орган в виде лапы с расположением основного упругого элемента, над рабочим органом, над рамой, на уровне рамы и под рамой, (над рамой и под ней) дополнительного упругого элемента, расположенного перед осью колебаний рабочего органа - над рамой и рабочим органом, а дополнительно упругого элемента, расположенного за осью колебаний - под рамой и над рабочим органом.

Сущность способа обработки почвы заключается в следующем.

Почвообрабатывающим агрегатом с установленным на нем устройством предпосевной обработки почвы производят безотвальное рыхление с крошением и выравниванием почвы рабочими органами в виде лап и/или дисков, обладающими возможностью циклического подъема и опускания при встрече с препятствием. Возможность подъема обеспечивают, по меньшей мере, одним основным упругим элементом, установленным между и/или над рамой и рабочим органом по одну сторону от оси колебаний рабочего органа. Процесс обработки почвы улучшают за счет интенсификации колебаний рабочего органа, обеспечиваемой использованием первого и второго дополнительных упругих элементов. Интенсификация колебаний обусловлена использованием силы упругости первого дополнительного упругого элемента, причем направление вектора результирующей силы сопротивления основного упругого элемента противоположно направлению вектора результирующей силы сопротивления первого дополнительного упругого элемента. Дополнительное перемещение рабочего органа по траектории, имеющей горизонтальную и вертикальную составляющие, обеспечивают посредством поворотного механизма, взаимодействующего с первым дополнительным упругим элементом, что повышает надежность почвообрабатывающего устройства и дополнительно интенсифицирует процесс обработки почвы на требуемую глубину.

Интенсификация колебаний и дополнительная надежность работы рабочего органа обеспечивается, по меньшей мере, одним, вторым дополнительным упругим элементом, расположенным относительно оси колебаний рабочего органа на стороне основного упругого элемента, причем направление вектора результирующей силы упругого сопротивления второго дополнительного упругого элемента, например, при перемещении в результате соударении рабочего органа с препятствием (камень и т.д.) совпадает с направлением вектора результирующей силы основного упругого элемента.

Например, глубина предпосевной обработки почвы под посев мелкосемянных сельскохозяйственных культур в теплицах составляет: для рабочих органов в виде рыхлящих лап и дисков 0,01-0,1 м; глубина предпосевной обработки почвы под картофель составляет: для рыхлящих дисков 0,1-0,25 м; для рыхлящих лап 0,12-0,4 м; глубина предпосевной обработки почвы под посадку саженцев разных видов и возраста деревьев составляет: для рыхлящих дисков 0,2-1,4 м, для рыхлящих лап 0,25-2,1 м.

Элементы устройства для осуществления способа предпосевной обработки почвы представляют собой агрегат, на раме 1 (фиг.1) которого на стойках 2, имеющих в своем составе или отдельно от стоек 2 основной упругий элемент 3, устанавливаемый между и/или над рамой 1 и рабочим органом 4 в виде дисков (фиг.3) или в виде лап (фиг.4-8) между и/или над рамой 1 и лапой 9. Стойка 2 может обладать или не обладать упругими свойствами и выполняться поворотной (в случае выполнения стойки 1 разъемной) или неповоротной. Основной упругий элемент 3 устанавливается по одну сторону от оси колебаний 5 рабочего органа 4. Основной упругий элемент 3 может устанавливаться под рамой 1 (фиг.4, 5) или над ней (фиг.6, 7) или часть основного упругого элемента 3 устанавливается над рамой 1, часть - под рамой 1, а часть - на уровне рамы 1 (фиг.8). С противоположной стороны от оси колебаний 5 рабочего органа 4 (перед осью колебаний 5 по ходу движения агрегата) устанавливается первый дополнительный упругий элемент 6, связанный с поворотным механизмом 7. Верхняя часть поворотного механизма 7 (фиг.3, 4, 5, 6, 7, 8) выполнена в виде цилиндрического пальца 8, который охвачен, например, дугообразными окончаниями (не показаны) двух дополнительных упругих пластин - верхней 9 и нижней 10 дополнительного упругого элемента 6 или в виде отдельных дополнительных обхватов в т.ч. упругих (не показаны). Для усиления упругих свойств дополнительного упругого элемента 6 под нижней упругой пластиной 10 и/или над верхней пластиной 9 может устанавливаться, по меньшей мере, одна дополнительная упругая пластина 11, симметрично или ассиметрично оси колебаний 5. Нижняя часть поворотного механизма 7 также может быть выполнена в виде цилиндрического пальца 12, который вращается во втулке 13 или обхватах, аналогичных обхватам под палец 8 (не показаны). Втулка 13 или обхваты закреплены на опорной пластине 14, в нижней части которой устанавливается (с возможностью съема или без нее) нижнее окончание стойки 2, к которому крепится рабочий орган 4 со ступицей 15, выполненный, например, в виде диска.

Ступица 15 закрепляется к нижнему окончанию стойки 2 с помощью резьбовых соединений 16. Стойка 2, при установке на нее дисков, может выполняться поворотной вокруг вертикальной плоскости относительно рамы 1.

Правая часть опорной пластины 14 (фиг.3) и основной упругий элемент 3 закрепляются между собой, например, с помощью, по меньшей мере, одного второго дополнительного упругого элемента 17 или одной распорной втулки 17, пластины и/или шайб 18 и резьбовых соединений 19. Второй дополнительный упругий элемент 17 может выполняться из металлических или неметаллических материалов (металлических витковых пружин, неметаллических упругих втулок и т.д., фиг.3, 4, 6, 7, 8). Пластины основного упругого элемента 3 могут выполняться аналогично дополнительному упругому элементу 6. При этом основной 3 и дополнительный 6 упругие элементы могут выполняться таким образом, что левая часть пластин 9, 10 и 11 (относительно оси колебаний рабочего органа) заявляемого устройства являются дополнительным упругим элементом 6, а правая часть указанных пластин является основным упругим элементом 3. При этом центральная часть пластин 9, 10 и 11, например, с помощью резьбовых соединений 20 закрепляется к нижней части 21 верхнего окончания стойки 2.

Левые окончания дополнительного упругого элемента 6 и опорной пластины 14 соединены между собой тягами 22. Для осуществления поворота рабочего органа относительно рамы 1 вокруг вертикальной оси в раме 1 выполняется втулка (не показана), а на верхнем окончании стойки 2 закрепляется кронштейн 23. К нижней части опорной пластины 14 может крепиться, с помощью резьбовых соединений или иным образом, стойка 2 для рыхлящего рабочего органа 4 в виде лап (фиг.4, 5, 6, 7, 8).

В состав агрегата для предпосевной обработки почвы могут входить пассивноприводные рабочие органы, например спиральные противоэрозионные катки 24 (фиг.1, 2).

Способ предпосевной обработки почвы осуществляют следующим образом.

При встрече с препятствием рабочий орган 4 поднимается на высоту h_max. Подъем рабочего органа 4 обеспечивают, по меньшей мере, одним основным упругим элементом 3, установленным, к примеру, между рамой 1 и рабочим органом 4 по одну сторону от оси колебаний 5 рабочего органа 4. При этом обеспечивают дополнительное перемещение рабочего органа 4 по траектории, имеющей горизонтальную и вертикальную составляющие посредством поворотного механизма 7, с одновременной интенсификацией подъема рабочего органа 4. При этом преодолевается сила упругости основного упругого элемента 3 и дополнительного упругого элемента 6, расположенного с противоположной стороны от основного упругого элемента 3 относительно оси колебаний 5 рабочего органа 4 (перед осью колебаний 5 по ходу движения рабочего органа 4) и взаимодействующего с поворотным механизмом 7. При этом в результате расположения основного 3 и первого дополнительного 6 упругих элементов по разные стороны от оси колебаний 5 рабочего органа 4 вектор результирующей силы - F₁ сопротивления перемещению при встрече с препятствием основного упругого элемента 3 направлен противоположено вектору результирующей силы F₂ (фиг.3-8) упругого сопротивления перемещению первого дополнительного упругого элемента 6. В результате действия моментов разнонаправленных векторов сил F₁ и F₂ относительно оси колебаний 5, рабочий орган 4 возвращается в первоначальное положение и продолжает рыхление почвы на глубине h_обр. При этом в результате различной плотности почвенных агрегатов наблюдаются микроколебания рабочего органа от воздействия на рабочий орган, с одной стороны, переменных нагрузок, а с другой - действия моментов от упругих сил F₁ и F₂. Возникающие автоколебания интенсифицируются за счет взаимодействия дополнительного упругого элемента 6 с элементами поворотного механизма 7. При этом значительно увеличивается частота колебаний. В режиме автоколебаний высокой частоты (автовибраций) рабочий орган 4 работает до встречи с очередным препятствием, затем процесс повторяется.

Интенсификация колебаний и дополнительная защита рабочего органа 4 при встрече с препятствием (камни и т.д.) обеспечивается вторым дополнительным упругим элементом 17 (по меньшей мере, одним), расположенным относительно оси колебаний 5 на стороне основного упругого элемента 3, причем элемент 17 является дополнительным демпфером, предотвращающим выход из строя деталей основного упругого элемента 3 при встрече с препятствиями и дополнительно интенсифицирует автоколебания рабочего органа 4, дополняя упругие характеристики основного упругого элемента 3.

Процесс предпосевной обработки почвы или лущения стерни (ложный посев) завершают, к примеру, прикатыванием почвы спиральными противоэрозионными прикатывающими катками 24.

Таким образом, установка между и/или над рамой и рабочим органом первого и второго дополнительных упругих элементов 6 и 17 поворотного механизма 7 обеспечивает интенсификацию колебаний рабочего органа (значительно увеличивает частоту колебаний), что улучшает качество дробления пласта почвы и повышает надежность работы устройства за счет дополнительного демпфирования при встрече с препятствиями и, в результате, сохранения целостности рабочих органов.

Способ включает безотвальное рыхление с крошением и выравниванием почвы рабочими органами, обладающими возможностью циклического подъема и опускания при встрече с препятствием. При этом обеспечивают дополнительное перемещение рабочего органа по траектории, имеющей горизонтальную и вертикальную составляющие, с одновременной интенсификацией колебаний рабочего органа с использованием силы упругости дополнительных упругих элементов. Вектор результирующей силы сопротивления основного упругого элемента противоположен вектору результирующей силы сопротивления первого дополнительного упругого элемента и имеет одинаковое направление с вектором результирующей силы упругого сопротивления второго дополнительного упругого элемента. Способ осуществляют устройством, которое содержит последовательно установленные на, по меньшей мере, одной раме рабочие органы в виде лап и/или дисков. Устройство снабжено, по меньшей мере, одним основным упругим элементом, установленным по одну сторону от оси колебаний между и/или над рамой и рабочим органом. Устройство содержит также, по меньшей мере, один поворотный механизм, связанный с, по меньшей мере, двумя дополнительными упругими элементами. По меньшей мере один дополнительный упругий элемент расположен относительно основного упругого элемента по другую сторону от оси колебаний рабочего органа между и/или над рамой и рабочим органом. Другой дополнительный упругий элемент расположен по одну сторону от оси колебаний рабочего органа с основным упругим элементом. Такие технология и конструктивное выполнение позволят интенсифицировать процесс обработки и улучшить качество дробления пласта почвы на мелкие агрегаты, а также повысить надежность работы устройства. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ обработки почвы, включающий безотвальное рыхление с крошением и выравниванием почвы рабочими органами в виде лап и/или дисков, обладающими возможностью циклического подъема и опускания при встрече с препятствием, обеспечиваемой, по меньшей мере, одним основным упругим элементом, установленным между и/или над рамой и рабочим органом по одну сторону от оси колебаний рабочего органа, отличающийся тем, что обеспечивают дополнительное перемещение рабочего органа по траектории, имеющей горизонтальную и вертикальную составляющие, посредством поворотного механизма с одновременной интенсификацией колебаний рабочего органа с использованием силы упругости, по меньшей мере, двух дополнительных упругих элементов, первый из которых расположен по другую сторону от оси колебаний рабочего органа относительно основного упругого элемента и взаимодействует с поворотным механизмом, причем вектор результирующей силы сопротивления основного упругого элемента противоположен вектору результирующей силы сопротивления первого дополнительного упругого элемента, расположенного по другую сторону от оси колебаний рабочего органа, второй дополнительный упругий элемент расположен по одну сторону от оси колебаний рабочего органа с основным упругим элементом, причем вектор результирующей силы сопротивления основного упругого элемента имеет одинаковое направление с вектором результирующей силы упругого сопротивления второго дополнительного упругого элемента, расположенного с основным упругим элементом по одну сторону от оси колебаний рабочего органа.

2. Устройство для обработки почвы, содержащее последовательно установленные на, по меньшей мере, одной раме рабочие органы в виде лап и/или дисков с возможностью подъема и опускания их относительно рамы при встрече с препятствием, обеспечиваемой, по меньшей мере, одним основным упругим элементом, установленным по одну сторону от оси колебаний между и/или над рамой и рабочим органом, отличающееся тем, что содержит, по меньшей мере, один поворотный механизм, связанный с, по меньшей мере, одним дополнительным упругим элементом, расположенным относительно основного упругого элемента по другую сторону от оси колебаний рабочего органа между и/или над рамой и рабочим органом и, по меньшей мере, один дополнительный упругий элемент, расположенный по одну сторону от оси колебаний рабочего органа с основным упругим элементом.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упругие элементы выполнены в виде, по меньшей мере, одной пластины, расположенной по обе стороны от оси колебаний, при этом часть упругого элемента, расположенная по ходу движения агрегата за осью колебаний, является основным упругим элементом, а часть упругого элемента, расположенная с противоположной стороны от оси колебаний, является дополнительным упругим элементом.