СПОСОБ ЩЕЛЕВАНИЯ ПОЧВЫ ПО ПОСЕВАМ МНОГОЛЕТНИХ КОРМОВЫХ КУЛЬТУР И ПАСТБИЩ И ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИЙ АГРЕГАТ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR SOIL SLOTTING ALONG PERMANENT FEEDING CROPS AND PASTURES AND TILLAGE OUTFIT FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к технологиям повышения продуктивности посевов многолетних кормовых культур и пастбищ и снижения на них эрозионных процессов.
5
Известен способ щелевания почвы по озимым культурам, включающий нарезание щелерезом водоперехватывающих щелей с ярусно расположенными очаговыми резервуарами, в котором, с целью снижения повреждаемости растений и увеличения водопоглощения в зоне корней, при щелевании очаговые резервуары создают ниже узла кущения в зоне образования вторичных корней с размещением вытесняемой почвы в боковинах щелей и резервуарах (SU, авторское свидетельство №1604171 А1, М кл. A01B 13/16. Способ щелевания почвы по озимым культурам / В.П.Ермоленко, В.А.Федоров, Е.В.Полуэктов. И.Н.Листопадов (СССР). - Заявка №4404503/30-15; Заявлено 05.04.1988; Опубл. 07.11.1990, Бюл. №41 // Открытия. Изобретения. - 1990. - №41).
К недостаткам описанного способа щелевания почвы по озимым культурам, несмотря на схожесть решаемой технологической задачи, применительно к решаемой нами проблеме - повышение эффективности искусственных и естественных осадков на посевах многолетних кормовых культур и пастбищ - относится то, что узкая щель на входе закрывается стеблями и листьями озимых культур, а ливневые осадки скатываются в понижения поля, вызывая эрозию почвы.
-1
3
Известен способ щелевания почвы по посевам многолетних кормовых культур, включающий нарезание щелерезом водоперехватывающих щелей с ярусно расположенными очаговыми резервуарами и размещением вытесняемой почвы в боковинах щелей и резервуарах, в котором, с целью снижения энергоемкости процесса нарезки водопоглощающих щелей и увеличения объема очаговых резервуаров, очаговые резервуары формируют импульсным воздействием частотой 9-17 с с интервалом 12-18 см по высоте щели (SU, авторское свидетельство №1787343 A1, М кл. A01B 79/00, 13/16. Способ щелевания почвы по посевам многолетних кормовых культур и устройство для его осуществления / A.M.Салдаев (СССР). - Заявка №4927630/15; Заявлено 19.04.1991; Опубл. 15.01.1993, Бюл. №2 // Открытия. Изобретения. - 1993. - №2).
Описанный способ позволяет существенно увеличить объем очаговых резервуаров, но не решает проблему отвода ливневых осадков в их полости.
4
Известен способ щелевания почвы, содержащий ступенчатое нарезание щели, в котором, с целью снижения энергоемкости процесса и повышения качества щелевания, нарезание первой ступени щели производят с рыхлением ее дна и нижней части стенок, а перед нарезанием второй ступени щели осуществляют смачивание взрыхленной почвы на дне нижней части стенок первой ступени щели (SU, авторское свидетельство №1426480 А1 М.кл. A01B 13/16, 79/00. Способ щелевания почвы и устройство для его осуществления / А.П.Сапунков (СССР). - Заявка №4229543/30-15; Заявлено 09.03.1987; Опубл. 30.09.1988, Бюл. №36 // Открытия. Изобретения. - 1988. - №36).
К недостаткам описанного способа относятся низкое качество формирования щелей: отсутствие входа, рваные стенки, большой объем почвы в прищелевых валиках, большие энергозатраты и низкая производительность, большое количество поврежденных растений на посевах клевера и люцерны, переуплотнение верхнего слоя почвы при повторных проходах агрегата.
2
Известен рабочий орган машины для земляных работ, в котором, с целью предохранения рабочего органа от поломок при перегрузках, тыльная сторона коробчатого упора снабжена шарнирно-установленной на ней предохранительной планкой со срезным шплинтом (SU, авторское свидетельство №548237 А1, М кл. A01G 23/06. Рабочий орган машины для земляных работ / А.И.Панфилов, И.П.Власов (СССР). - Заявка №2338169/15; Заявлено 16.03.1976; Опубл. 28.02.1977, Бюл. №8 // Открытия. Изобретения. - 1977. - №8).
К недостаткам описанного рабочего органа относятся низкое качество щелей и большие энергозатраты на выполнение технологического процесса. Это вызвано отсутствием на стойке долота и режущей кромки на ее фронтальной части.
4
Известен также рабочий орган для щелевания почвы, в котором, с целью снижения тягового сопротивления, криволинейно-вогнутая режущая кромка ножа выполнена в виде параболы с центром ее ветви на середине высоты стойки, при этом угол заточки ножа в верхней и нижней частях параболы уменьшается к центру ее ветви; величина угла заточки ножа уменьшается от 40 до 18° (SU, авторское свидетельство №1329634 А2, М.кл. A01B 13/16. Рабочий орган для щелевания почвы / А.П.Сапунков (СССР). - Заявка №4063521/30-15; Заявлено 31.01.1986; Опубл. 15.08.1987, Бюл. №30 // Открытия. Изобретения. - 1987. - №30).
К недостаткам описанного рабочего органа для щелевания почвы применительно к решаемой нами проблеме относится неустойчивая глубина щели. Это вызвано отсутствием долота на нижнем участке стойки.
5
Кроме описанных, известен рабочий орган щелевателя, содержащий стойку, съемные элементы ножа и долото на нижнем обрезе стойки, в котором, с целью упрощения технологии изготовления, стойка выполнена в виде боковин и закрепленных с внутренней стороны каждой из них вкладышей с образованием между вкладышами паза, а каждый съемный элемент ножа выполнен в виде плоского косоугольного параллелепипеда и установлен в пазу стойки с возможностью его перемещения и фиксации, причем режущая кромка при остром угле верхнего съемного элемента размещена спереди режущей кромки при тупом угле последующего съемного элемента; долото снабжено продольным пазом; с целью расширения функциональных возможностей, нерабочие грани вкладышей верхнего съемного элемента в боковинах стойки размещены вертикально (SU, авторское свидетельство №1734586 A1, М.кл. A01B 35/26. Рабочий орган щелевателя / А.П.Сапунков, A.M.Салдаев (СССР). - Заявка №4818066/15; Заявлено 24.04.1990; Опубл. 23.05.1992, Бюл. №19 // Открытия. Изобретения. - 1992. - №19).
К недостаткам описанного рабочего органа относятся отсутствие поделки устья при нарезке узких щелей.
4
Известно устройство для щелевания почвы, включающее раму с опорными колесами и поярусно установленные на ней щелерезы, в котором, с целью снижения энергозатрат процесса и повышения качества щелевания, щелерезы установлены попарно, а пара щелерезов расположена фронтально, причем щелерезы в паре установлены параллельно друг другу и поярусно, при этом щелерез верхнего яруса снабжен установленным в его нижней части рыхлителем, который связан со щелерезом посредством шарнирной тяги (SU, авторское свидетельство №1426480 А1, М кл. A01B 13/16, 79/00. Способ щелевания почвы и устройство для его осуществления / А.П.Сапунков (СССР). - Заявка №4229543/30-15; Заявлено 09.03.1987; Опубл. 30.09.1988, Бюл. №36 // Открытия. Изобретения. - 1988. - №36).
Основным недостатком описанного устройства для щелевания почвы являются недопустимо высокие энергозатраты и низкое качество поделки щелей. Описанное устройство превращает большое количество корней и стеблей из-за плоской геометрии стоек щелерезов.
4
Известно орудие для почвозащитной обработки почвы, содержащее последовательно установленные друг за другом щелерез и рабочий орган для рыхления стенок щели, который выполнен в виде установленного на пружинной С-образной стойке наральника с полувинтовым отвальчиком; перед щелерезом установлен размещенный с ним в одной плоскости диск (SU, авторское свидетельство №1530108 A1, М кл. A01B 13/16, 49/02. Орудие для почвозащитной обработки почвы / П.Я.Захаров (СССР). - Заявка №4387928/30-15; Заявлено 04.03.1988; Опубл. 23.12.1989, Бюл. №47 // Открытия. Изобретения. - 1989. - №47).
Описанное орудие не приемлемо для щелевания посевов многолетних кормовых культур и пастбищ из-за полного уничтожения растений в полосах шириной от 0,45 до 0,87 м.
5
Известно устройство для щелевания почвы по посевам многолетних кормовых культур, содержащее раму, кронштейны навески, опорные колеса и рабочий орган для нарезки щелей и очаговых резервуаров в виде стойки и долота на нижнем участке, в котором рабочий орган выполнен в виде передней и задней вертикально расположенных стоек с симметрично расположенными в них горизонтальными прорезями, причем между стойками размещен вертикальный приводной вал, нижняя опора которого размещена в долоте, а на валу установлены горизонтально, поярусно и эксцентрично относительно него диски, торцевые поверхности которых выполнены криволинейными, а их периферийные кромки расположены по винтовой линии (SU, авторское свидетельство №1787343 A1, М кл. A01B 79/00, 13/16. Способ щелевания почвы по посевам многолетних кормовых культур и устройство для его осуществления / A.M.Салдаев (СССР). - Заявка №492763 0/15 Заявлено 19.04.1991; Опубл. 15.01.1993, Бюл. №2 // Открытия. Изобретения. - 1993. - №2).
Описанное устройство для щелевания почвы по посевам многолетних кормовых культур, принятое нами в качестве наиближайшего аналога, не решает проблему ввода ливневых осадков в очаговые резервуары.
Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - повышение эффективности искусственных и естественных осадков на посевах многолетних кормовых культур и пастбищ.
Технический результат - повышение урожайности сеянных кормовых культур и дикорастущих трав на пастбищах и снижение деградационных процессов почвы.
-1
Указанный технический результат в части технологии достигается тем, что в известном способе щелевания почвы по посевам многолетних кормовых культур и пастбищ, включающем нарезание щелерезом водоперехватывающих ступенчатых щелей с размещением вытесняемой почвы в боковинах щели, согласно изобретению увеличение объема верхней ступени щели и плотности ее стенок выполняют вибрационно-ударным воздействием по всей высоте стенки с частотой воздействия 10-20 c на погонный метр длины щели.
Указанный технический результат в части технического устройства достигается тем, что в известном почвообрабатывающем агрегате, включающем энергетическое средство, соединенном тягами гидронавесной системы с кронштейнами рамы щелереза, опорные колеса, рабочие органы для нарезки щелей, каждый в виде стойки с режущей кромкой на фронтальной части и долота на нижнем участке, имеющие привод вращения от вала отбора мощности энергетического средства деформаторы стенок щели, согласно изобретению установленный за рабочим органом для нарезки щелей каждый деформатор стенок щели верхней ступени выполнен в виде приводного вала, имеющего в сечении форму правильного многоугольника, на котором с возможностью демонтажа установлено полое тело, имеющее в сечении либо форму эллипса, либо форму круга, при этом ось симметрии полого тела смещена от оси вращения приводного вала; деформатор стенок щели выполнен в виде вертикального стержня, смонтированного кронштейнами на приводном валу, при этом ось симметрии стержня параллельна оси вращения приводного вала; ось симметрии стержня благодаря разновеликим кронштейнам установлена под углом к оси вращения приводного вала.
Изобретение поясняется чертежами.
Фиг.1 - почвообрабатывающей агрегат для нарезки ступенчатых щелей на посевах многолетних кормовых культур и пастбищ, вид в плане.
Фиг.2 - почвообрабатывающей агрегат для нарезки ступенчатых щелей на посевах многолетних кормовых культур и пастбищ, вид сбоку.
Фиг.3 - сечение А-А на фиг.1, вертикальный разрез приводного рабочего органа для формирования верхней ступени щели.
Фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.3, горизонтальное сечение приводного рабочего органа, имеющего форму эллипса, ось симметрии которого смещена от оси вращения рабочего органа (вариант конструктивного исполнения).
Фиг.5 - сечение Б-Б на фиг.3, горизонтальное сечение приводного рабочего органа, имеющего форму круга, ось симметрии которого смещена от оси вращения рабочего органа (вариант конструктивного исполнения).
Фиг.6 - сечение Б-Б на фиг.3, горизонтальное сечение приводного рабочего органа в виде ведущего вала и смещенного от его оси вращения деформатора стенок щели в виде цилиндра (вариант конструктивного исполнения).
Фиг.7 - место В на фиг.1, вид ступенчатой щели на виде в плане.
Фиг.8 - сечение Г-Г на фиг.2, вертикальный разрез ступенчатой щели и положение широкой ступени относительно плужной подошвы, разделяющей пахотный слой и подпахотный горизонт.
Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения, заключаются в следующем.
-1
2
3
3
2
3
2
2
3
3
3
Способ щелевания почвы по посевам многолетних кормовых культур и пастбищ включает нарезание щелерезом 1 водоперехватывающих ступенчатых щелей 2. Вытесняемую почву из щели 2 размещают вдавливанием в боковые стенки 3 и 4 щели 2. Для увеличения эффективности использования естественных и искусственных осадков многолетними сеяными кормовыми культурами и травами естественных пастбищ увеличивают объем верхней ступени 5 и плотности почвы в ее стенках 3 и 4. Уплотнение стенок щели 2 в верхней ступени 5 выполняют деформатором 6 вибрационно-ударным воздействием по высоте стенок 3 и 4 верхней ступени 5 с частотой воздействия 10…20 с на погонный метр длины щели 2. Верхнюю степень 5 выполняют на глубину 20…27 см выше плужной подошвы 7. Щель 2 щелерезом 1 нарезают на глубину 35…45 см. Ширина щели 2 в подпахотном горизонте 8 равна толщине стойки щелереза 1 и не превышает 16…24 мм. Плотность сложения почвы в пахотном слое 9 равна 0,9…1,2 г/см, тогда как в подпахотном горизонте 8 плотность сложения достигает значения 1,42…1,56 г/см. Площадь поперечного сечения щели 2 в нижней части 1,6×20 см, а площадь поперечного сечения щели 2 верхней ступени 5 после нарезки ступенчатых щелей 2 составляет 5,0×25 см. Плотные стенки 3 и 4 верхней ступени 5 исключают их обваливание и заиливание щели 2 при выпадении ливневых остатков и при поливе пастбищ поливными нормами 400…600 м/га Ступенчатые щели 2 перехватывают поверхностный сток воды и исключают водную эрозию. Весь объем выпавших осадков накапливается в пахотном слое 9. При шаге нарезки щелей 2 с шагом между ними 1,4 м водосбор на площади 1 га достигает 10000 м: 1,4 м = 7142,857 погонных метров × 0,0157 м × 1 т/м = 113,14 м. При интенсивности выпадения искусственных осадков 6 мм/мин и поливной норме 400 м/га вся оросительная вода без стока размещается на поверхности орошаемого массива. Уплотненные стенки 3 и 4 щелей 2 остаются в рабочем состоянии после 2 и 3 поливов. Таким образом, разовая нарезка щелей 2 после первого укоса способствует проведению вегетационных поливов в течение всего года.
Для выполнения указанных технологических операций при непрерывном движении почвообрабатывающего орудия с полной механизацией энергоемких операций предложен почвообрабатывающий агрегат (см. фиг.1 и 2).
Почвообрабатывающий агрегат включает энергетическое средство 10, соединенное тягами 11, 12, 13 гидронавесной системы с кронштейнами 14, 15, 16 рамы 17 щелереза 1, опорные колеса 18 и 19, рабочие органы для нарезки щелей 2 и деформаторы 6 стенок 3 и 4 щели 2.
Каждый рабочий орган щелереза 1 выполнен в виде стойки с режущей кромкой 20 на фронтальной части и долота 21 на нижнем участке стойки.
Деформаторы 6 стенок 3 и 4 щелей 2 имеют привод вращения от вала 22 отбора мощности энергетического средства 10.
Кинематическая цепь привода от вала 22 отбора мощности на деформаторы 6 стенок 3, 4 щелей 2 включает шарниры Гука 23, 24 на концах карданного телескопического вала 25, подвесного вала 26 и конического редуктора 27, соединенных промежуточным валом 28 с шарнирами Гука 29, 30. Выходной вал конического редуктора 27 снабжен четырехручьевым шкивом 31, который клиновыми ремнями 32 связан со шкивами 33 деформаторов 6.
Установленный за рабочим органом щелереза 1 для нарезки щелей 2 каждый деформатор 6 стенок 3, 4 щели 2 верхней ступени 5 выполнен в виде приводного вала 34 (фиг.3). Приводной вал 34 имеет в сечении форму правильного многоугольного (треугольник, квадрат, шестиугольник и др.) профиля. Приводной вал 34 на продольной балке рамы 17 щелереза 1 смонтирован посредством подшипниковых опор 35, опорных колец 36, стакана 37, стопорных колец 38 и ребер жесткости 39 (фиг.3).
Описанная конструкция приводного вала 34 обеспечивает высокую степень прочности, технической надежности и передачу больших моментов сил на деформатор 6.
На шлицевом хвостовике 40 приводного вала 3 смонтирован шкив 33 клиноременной передачи. Осевые перемещения шкива 33 на шлицевом хвостовике 40 ограничены с одной стороны буртиком 41, а с другой стороны - плоской шайбой 42, корончатой гайкой 43 и шплинтом 44 (фиг.3) на резьбовом участке 45.
Деформатор 6 на приводном валу 34 зафиксирован плоской шайбой 46, корончатой гайкой 47, шплинтом 48 на резьбовом 49 участке.
На приводном валу 34 с возможностью демонтажа установлено полое тело, имеющее в сечении либо форму эллипса (фиг.3 и 4), либо форму круга (фиг.5).
Ось 50 симметрии полого тела смещена от оси 51 вращения приводного вала 34 (фиг.3-5). Полое тело деформатора 6 образованного фланцами 52 и трубой 53 круглого или эллиптического сечения. Деформатор 6 стенок 3, 4 щели 2 выполнен в виде вертикального стержня 54, смонтированного на приводном валу кронштейнами 55. Ось симметрии 50 стержня 54 параллельна оси 51 вращения приводного вала 34.
Для поделки стенок 3, 4 верхней ступени 5 щели 2 наклонными к горизонту ось симметрии 50 стержня 54 благодаря разновеликим кронштейнам 55 установлена под углом к оси 51 вращения приводного вала 43 (фиг.6). Это увеличивает стойкость стенок 3 и 4.
Почвообрабатывающий агрегат для щелевания почвы по посевам многолетних кормовых культур и пастбищ работает следующим образом.
-1
-1
Тягами 11-13 раму 17 щелереза 1 соединяют посредством кронштейнов 14-16 и пальцев в них с энергетическим средством 10. Далее шарнир Гука 23 телескопического карданного вала 25 соединяют с шлицевым хвостовиком вала 22 отбора мощности энергетического средства 10. Частота вращения вала 22 отбора мощности - 9 с (540 мин).
Далее тягами 11-13 гидронавесной системы средства 10 раму 17 поднимают в транспортное положение. Проверяют техническое состояние щелерезов 1, деформаторов 6, средств крепления и узлов привода деформаторов 6. Далее раму 17 опускают до соприкосновения с поверхностью технологической площадки. Далее на малых оборотах двигателя внутреннего сгорания энергетического средства 10 включают привод вала 22 отбора мощности. При вращении вала 22 получают вращение на виде сзади по часовой стрелке шарниры Гука 23, 24 карданного телескопического вала 25, подвесной вал 26, шарниры Гука 29 и 30 промежуточного вала 28 и приемный вал конического редуктора 27. Нижний выходной вал конического редуктора 27 шлицевой втулкой соединен с шлицевым хвостовиком 40 среднего приводного вала 34. Верхний выходной вал конического редуктора 27 четырехручьевым шкивом 31 и клиновыми ремнями 32 связан со шкивами 33 левого и правого приводных валов 34 (см. фиг.1). Проверяют равномерность натяжения ремней 32 и состояние подшипниковых опор 35 в стаканах 37 на продольных балках рамы 17.
На обрабатываемом массиве долголетнего пастбища на рабочей скорости тягами 11-13 раму 17 приводят в рабочее положение. Долота 21 стоек щелерезов 1 врезаются в пахотный слой 9. При движении агрегата долота 21 стоек врезаются в плужную подошву 7, разрушают ее и каждая стойка врезается в подпахотный горизонт 8. Фронтальной режущей кромкой 20 стойки пахотный слой 9 и горизонт 8 разрезают вертикально, образуя узкую щель 2. Опорными колесами 18 и 19 устанавливают заданную глубину щели 2. Для стабильного выполнения процесса нарезки щелей 2 верхней тягой 13 раму 17 выставляют в рабочем положении в строго горизонтальное положение. Этим существенно снижают энергозатраты на выполнение технологического процесса.
Образование верхней ступени 5 щели 2 может быть выполнено при пассивном и активном воздействиях деформаторов 6 стенок 3 и 4.
При движении агрегата каждой стойкой щелереза 1 нарезается узкая щель 2, равная толщине стойки щелереза 1. Деформатор 6 без принудительного привода вращения к направлению движения устанавливается как флюгер: ось симметрии 50 полой трубы 53 круглого или эллипсовидного сечения (фиг.3, 4 и 5) устанавливается за осью вращения 51 приводного вала 34. В данном случае ширина верхней ступени 5 принимается равной диаметру трубы 53 (фиг.5) или меньшего диаметра эллипса (фиг.4). Вытесняемая почва из ступени 5 вдавливается в стенки 3 и 4 (фиг.8) щели 2.
При активном воздействии деформаторов 6 стенки 3 и 4 верхней ступени 5 щели 2 формируются вибрационно-ударным воздействием либо трубы 53 (фиг.3, 4 и 5), либо стержня 54 (фиг.6).
-1
-1
5
1
5
1
При частоте вращения вала 22 отбора мощности энергетического средства 10 9 с и передаточном отношении конического редуктора 27, равном 2,2 частота приводного вала 34 составила 19,8 с. При поступательной скорости средства 10 3,6 км/ч (1 м/с) на каждые 5 см приходится по одному вибрационно-ударному импульсу со стороны деформатора 6 на слой почвы как в стенке 3, так и в противолежащей стенке 4. Ширина верхней ступени 5 щели 2 увеличивается многократно и равна В=d+2е. Здесь В - ширина ступени 5; d - диаметр трубы 53 (фиг.5); е - расстояние между осями 50 и 51 (фиг.3, 4 и 5).
2
2
3
Ширина щели 2 в ступени 5 при использовании деформатора 6, изображенного на фиг.6, равна d/2+е, где d - диаметр стержня 54. Таким образом в пахотном слое 9 (фиг.8) формируется широкая верхняя ступень 5 щели 2 с уплотненными стенками 3 и 4. Описанные ступенчатые щели 2 способны аккумулировать от 200 до 600 м оросительной воды или ливневых осадков без размыва верхнего почвенного слоя 9. Выпавшие осадки за счет нижней ступени щели 2 при разрушении плужной подошвы поступают в подпахотный горизонт 8, увеличивая этим доступные запасы почвенной влаги. Указанные выше агротехнические операции позволяют на 30…40% повысить урожайность кормовых культур и трав на пастбищах.