УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И ПОСЕВА И СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
DEVICE FOR SOIL TILLAGE AND SOWING AND METHOD OF SOIL TREATMENT

Изобретение относится к устройствам в области сельскохозяйственного машиностроения, предназначенным для высококачественной обработки почвы и посева дражированных семян. По желанию потребителя высевающий аппарат можно отсоединить.
Известен комбинированный агрегат для рыхления почвы и посева злаковых культур (авт.св. SU №1782370, А01В 49/06, 1992), выбранный за прототип, содержащий раму, ротор-рыхлитель, два катка цилиндрической формы и сеялку. Недостатками этой конструкции являются наличие только одного ротора-рыхлителя, нерациональная форма его зубьев, а также некомпактность конструкции.
Известна также комбинированная почвообрабатывающая машина (авт.св. SU №1466672, А01В 49/00, 1989), содержащая последовательно установленные на раме фрезбарабан и сепарирующий транспортер с размещенным над ним комкодавителем. Основным недостатком указанной машины является наличие движущихся элементов, работающих в почве, в условии абразивного изнашивания. Кроме того, для качественной обработки почвы при воздействии одного фрезбарабана необходима его высокая частота вращения, которая приводит к большой энергоемкости процесса.
Задачей изобретения является получение нужной структуры почвы в результате ее обработки с осуществлением одновременного посева, а также уменьшение трудоемкости замены рабочих органов.
Поставленная задача решается тем, что у предлагаемой машины шесть роторов, причем окружная скорость зубьев каждого последующего ротора больше в сравнении с предыдущим в среднем на 10%. Под роторами расположен двухкаскадный сепаратор. Сепарация почвы сочетается с отделением камней и других примесей, а камнесборник, кроме прямого назначения, также уплотняет почву после посева в нее дражированных семян. Конструкция машины позволяет быстро заменить рабочие органы.
Новые существенные признаки:
- в отверстиях рамы на подшипниках скольжения последовательно установлены шесть роторов с зубчатыми дисками, причем зубчатые диски последнего ротора развернуты;
- валы роторов установлены на фланцевых соединениях;
- профиль передних поверхностей зубьев зубчатых дисков развернут по спирали Архимеда по формуле p=(180-220)φ;
- поступление вращающего момента на зубчатые диски происходит за счет трения между ними и шлицевыми втулками;
- передача выполнена так, что окружная скорость зубьев каждого последующего ротора больше в сравнении с предыдущим в среднем на 10%;
- двухкаскадный сепаратор набран из пластин первого каскада и пластин второго каскада, разделенных кольцами;
- сечение пластин выполнено треугольным с сужением книзу;
- на выходе из шестого ротора установлена отбойная решетка;
- полозы шарнирно присоединены с обеих сторон рамы с возможностью управления их положением посредством гидроцилиндров через рычаги;
- камнесборник смонтирован на раме, присоединенной к раме машины;
- снизу рамы камнесборника присоединено днище с антифрикционной накладкой;
- днище установлено с возможностью управления его положением посредством гидроцилиндров;
- штоковые полости гидроцилиндров управления положением днища камнесборника соединены с гидроаккумулятором;
- в отверстиях рамы камнесборника на подшипниках скольжения установлена щетка, приводимая во вращение от последнего ротора через цепную передачу;
- корпус высевающего аппарата шарнирно присоединен к раме камнесборника с возможностью регулирования усилия прижатия к почве посредством регуляторов;
- к корпусу высевающего аппарата приварены сошники, в отверстия которых входят кольца заделки семян;
- внутри корпуса установлена перфорированная труба со шнеком, имеющим прерывистые витки, расположенные в промежутках между отверстиями в перфорированной трубе;
- перфорированная труба приклеена, а шнек прикреплен к раструбам, соединенным через проставки со звездочками цепных передач;
- проставки установлены на подшипниках, напрессованных на опоры, к которым изнутри приклеены труба подачи и труба возврата семян;
- труба подачи семян соединена с вентилятором и имеет установленный на ней датчик подачи;
- труба возврата семян соединена с автоматически управляемым затвором и имеет установленный на ней датчик возврата;
- диаметр трубы возврата меньше диаметра трубы подачи;
- затвор закреплен на семенном ящике, на котором установлен датчик уровня;
- датчики связаны с блоком управления, а блок управления - с затвором и дисплеем.
Перечисленные новые существенные признаки достаточны во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Совокупность известных и существенных отличительных признаков заявляемого агрегата не известна из уровня техники и не вытекает из него очевидным образом.
Новый технический результат заключается в том, что использование предлагаемой машины для высококачественной обработки почвы и посева позволит произвести предпосевную обработку почвы путем разделения ее на фракции и посев за один проход агрегата. При этом будет создана послойная структура пахотного горизонта, позволяющая увеличить урожайность сельскохозяйственных культур.
На фиг.1 показана схема машины, вид сбоку; на фиг.2 - схема машины, вид спереди; на фиг.3 - разрез А-А; на фиг.4 - ротор, разрез Б-Б; на фиг.5 - высевающий аппарат, сечение В-В; на фиг.6 - схема процесса обработки почвы; на фиг.7 - схема посева с последующим уплотнением почвы; на фиг.8 - агрегатирование машины; на фиг.9 - блок-схема управления дозированием семян; на фиг.10 - варианты агрегатирования; на фиг.11 - вариант агрегатирования с комбинированным агрегатом обработки почвы [заявка на изобретение №2008120426/12 (024034)].
К раме 1 машины (фиг.1, 2) присоединены: спереди - рамка навески 19, сзади - рама камнесборника 7. К раме также приварены боковины 13 с ножами 18. Внизу боковины соединены стяжными болтами 15 с гайками 16, которые скрепляют пластины первого каскада 22 и пластины второго каскада 28 (фиг.3, 4) сепаратора через кольца 23 (фиг.2). К раме прикреплена отбойная решетка 27 (фиг.3), а к раме камнесборника присоединено днище 8 (фиг.1, 3) с антифрикционной накладкой 9, управляемое гидроцилиндрами камнесборника 5. Внутри камнесборника имеется щетка 6. К раме камнесборника также шарнирно присоединен высевающий аппарат, содержащий сошники 11, кольца заделки семян 10 и регуляторы 4. Семена в высевающий аппарат поступают по трубе подачи 2, а возвращаются по трубе возврата 24 (фиг.1,2). Гидроцилиндры полозов 30 (фиг.4) через рычаги 29 управляют полозами 14. В отверстиях рамы установлены подшипники скольжения 31. В левых (по ходу) подшипниках скольжения установлены резьбовые шипы 32 с резьбовыми фланцами 33, а в правых - шлицевые фланцы 37. К каждому шлицевому фланцу винтами 35 прикреплен фланец ротора 36, приваренный к валу ротора 25. На шлицах вала ротора установлены шлицевые втулки 26, а между ними, свободно, зубчатые диски 3. Набор шлицевых втулок и зубчатых дисков сжат пружиной 34. Вращающий момент на ротор поступает через шлицевой фланец, прикрепленный болтом 39 к валу 38, передачу 17 (фиг.1, 2), карданный вал 21, редуктор 20 от вала отбора мощности трактора. Вращение на щетку и высевающий аппарат поступает с последнего вала ротора через цепные передачи 12. Вращающий момент на шнек 44 (фиг.5) и перфорированную трубу 45 высевающего аппарата поступает с двух сторон через звездочки 40, проставки 41 и раструбы 43. Перфорированная труба со шнеком вращается в корпусе 46, а проставки - на подшипниках 42, установленных на опорах 47.
При агрегатировании машины на технологическую площадку трактора устанавливают семенной ящик 52 (фиг.8) с затвором 50, соединенным с вентилятором 49, а также гидроаккумулятор 56. К вентилятору присоединена труба подачи, а к затвору - труба возврата. На семенном ящике установлен датчик уровня 53, на трубе подачи - датчик подачи 54, а на трубе возврата - датчик возврата 55. В кабине расположен блок управления 51 и дисплей 48.
Машину используют для обработки физически спелой почвы после вспашки, или другой основной обработки. При желании ее можно использовать без высевающего аппарата (фиг.10б) и без камнесборника и высевающего аппарата (фиг.10а). Сняв рамку навески, редуктор и установив удлинитель рамы 57 (фиг.11), машину можно использовать совместно с комбинированным агрегатом обработки почвы [заявка на изобретение №2008120426/12 (024034]. При таком агрегатировании производят все почвообрабатывающие операции и посев дражированными семенами с уплотнением почвы за один проход агрегата.
Перед началом работы дражированные семена засыпают в семенной ящик. Приподняв машину, механизатор подстилает под высевающий аппарат пленку или брезент и, включив вал отбора мощности и вентилятор, заполняет высевающий аппарат семенами.
При работе машины применяют строго определенную передачу, поскольку частота вращения ВОМ фиксированная. Окружная скорость концов зубьев первого ротора немного превышает поступательную скорость агрегата. Передаточное отношение от ротора к ротору выбрано таким, что окружная скорость концов зубьев каждого следующего ротора превышает окружную скорость концов зубьев предыдущего ротора в среднем на 10%, чтобы пласт почвы при перемещении в машине растягивался.
На краю поля механизатор опускает машину, переключает штоковые полости гидроцилиндров камнесборника на гидроаккумулятор, включает вентилятор, вал отбора мощности, передачу и начинает движение. Зубчатые диски роторов взрыхляют, измельчают и продвигают почву (фиг.6). Профиль передних поверхностей зубьев выполнен так, что комки почвы, извлеченные на поверхность, попадают между зубьев соседних роторов и разрушаются трением и деформацией среза, камни, которые могут встретиться в верхнем слое пахотного горизонта, соскальзывают с зубьев и продвигаются от ротора к следующему ротору, а растительные остатки, нависшие на зубьях, снимают зубья следующего ротора. Этим обеспечена максимальная скорость продвижения камней и растительных остатков, а также самоочищение зубьев. Зубчатые диски последнего ротора развернуты. Здесь оставшиеся комки почвы продвигаются полузажатыми между зубьями и пластинами второго каскада и разрушаются трением. Почва сепарируется через решетки двух каскадов. Зубчатые диски последнего ротора выталкивают камни, истрепанные растительные остатки и корни в камнесборник. Оттуда большую часть растительных остатков и корней вращающаяся щетка выметает на поверхность поля. По мере накопления камней механизатор их выгружает в установленных местах.
Корпус высевающего аппарата (фиг.7) скользит по поверхности просепарированной почвы, копируя и слегка выравнивая ее. Сошники раздвигают почву и уплотняют ложе для семян. Дражированные семена из семенного ящика через затвор поступают к вентилятору, где их подхватывает воздушный поток и транспортирует по трубе подачи в высевающий аппарат. Внутри высевающего аппарата семена транспортирует шнек во взаимодействии с воздушным потоком. Витки шнека не сплошные, а прерывистые, только в промежутках между отверстиями перфорированной трубы «Л». Они подталкивают семена к отверстиям вращающейся перфорированной трубы. Диаметр трубы возврата меньше диаметра трубы подачи для создания избыточного давления в высевающем аппарате. Из отверстия перфорированной трубы семя перемещается в отверстие сошника под действием силы тяжести и избыточного давления в высевающем аппарате, создаваемого вентилятором. Воздушный поток, вырывающийся вместе с семенем, препятствует опусканию следующего, вышерасположенного семени, исключая сдваивание. Семя скатывается по отверстию сошника на почву. Поскольку расстояние h несколько меньше диаметра семени d, фаска «М» сошника вдавливает семя в почву, фиксируя его, а кольцо заделки семян засыпает его почвой. Днище камнесборника от воздействия веса камней и давления гидроаккумулятора прижимается к поверхности почвы антифрикционной накладкой, скользит по ней, окончательно заделывает семена, выравнивает и уплотняет почву. Гидроаккумулятор поддерживает постоянное давление днища на поверхность почвы независимо от веса камней в камнесборнике. Антифрикционная накладка уменьшает силу трения днища о почву и предохраняет его. Выметенные из камнесборника растительные остатки и корни покрывают поверхность поля, препятствуя испарению влаги из почвы.
Неиспользованные семена возвращаются к затвору по трубе возврата. Количество возвращаемых семян должно быть минимально необходимым. Количество подаваемых и возвращаемых семян контролируют датчики. Сигналы с датчиков поступают на блок управления. Он обрабатывает информацию и, при необходимости, изменяет положение затвора, увеличивая или уменьшая подачу семян из семенного ящика. Информация о ходе процесса дозирования и наличии семян в семенном ящике выведена на дисплей.
В конце гона механизатор выключает вентилятор, отключает штоковые полости гидроцилиндров камнесборника от гидроаккумулятора, отключает вал отбора мощности и поднимает машину. Уровень обработанной почвы выше уровня необработанного поля. Для выравнивания машины служат полозы. Они также воспринимают избыточную вертикальную нагрузку. Обработку поля ведут челночным способом, поэтому после каждого прохода механизатор с помощью гидроцилиндров полозов меняет их положение, поднимая один и опуская другой на заранее установленную высоту, зависящую от свойств почвы.
Самоочищение щелей между пластинами первого каскада и пластинами второго каскада сепаратора обеспечено как продвижением почвы, так и тем, что пластины первого каскада и пластины второго каскада имеют треугольное сечение с сужением книзу. В случае попадания в машину крупных камней или других посторонних предметов зубчатые диски начинают проворачиваться относительно шлицевых втулок. Это предохраняет их от повреждений.
Заменяя набор шлицевых втулок на роторах на более широкие или более узкие, можно изменять расстояние между зубчатыми дисками, следовательно варьировать степень измельчения почвы в зависимости от ее физико-механических свойств. Заменяя кольца на более широкие или узкие, можно изменять расстояние между пластинами первого каскада и пластинами второго каскада сепаратора, варьируя тонкость сепарации почвы. Поставив пластины второго каскада другой формы, можно создать дополнительные каскады более тонкой сепарации почвы. Регуляторами можно изменять давление высевающего аппарата на почву, обеспечивая заглубление сошников, если веса высевающего аппарата с семенами для этого недостаточно. Регулируя давление в гидроаккумуляторе, изменяют степень уплотнения почвы после посева.
При большом износе зубьев зубчатых дисков или поломке возникнет необходимость их замены. Любой ротор можно вынуть, не разбирая передачи (фиг.4). Для этого закручивают резьбовой фланец до упора I, выкручивают винты II, резьбовой шип III и вынимают ротор IV. Открутив резьбовой фланец и сняв пружину, можно заменить зубчатые диски. Монтаж ротора производят в обратном порядке, установив его на центрирующий поясок «К». Замену элементов щетки проводят аналогично.
Известен способ обработки почвы, включающий воздействие на почву зубьями последовательно установленных ротационных мотыг (роторов) и вычесывание сорняков (RU 2148899 С1, 20.05.2000). Недостатком указанного способа является невозможность создания послойной структуры пахотного горизонта с нужными параметрами почвенных агрегатов.
Задачей изобретения является получение высококачественной обработки почвы, которая выражается в создании послойной структуры пахотного горизонта с нужными параметрами почвенных агрегатов, удалении камней, уничтожении сорняков, предотвращении их оживления и размножения.
Поставленная задача решается активным многократным воздействием на почву зубьев роторов, в сочетании с многокаскадной сепарацией почвы и отделением от нее камней, корней и сорных растений.
Новые существенные признаки:
- воздействие на почву зубьями роторов осуществляют многократно с разрушением извлеченных на поверхность и попадающих между зубьями соседних роторов комков почвы и трением и деформацией среза;
- производят не менее чем двухкаскадную сепарацию почвы, в процессе которой отделяют камни и прочие крупные предметы и складируют в камнесборнике;
- истрепанные корни и остатки сорных растений выметают на поверхность поля.
Перечисленные новые существенные признаки достаточны во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Совокупность известных и существенных отличительных признаков заявляемого способа не известна из уровня техники и не вытекает из него очевидным образом.
Новый технический результат заключается в том, что при использовании предлагаемого способа обработки почвы получается послойная структура пахотного горизонта, позволяющая увеличить урожайность сельскохозяйственных культур, поскольку развитие растений будет происходить в соответствии с требованиями агротехники их возделывания. Применение такого способа обработки почвы позволит очистить пахотный горизонт от камней и сорных растений.
На фиг.6 показана схема процесса обработки почвы. Крупные частицы почвы, извлекаемые из почвенного массива зубьями одного ротора, скользят между ним и соседними зубьями следующего ротора. При скольжении крупные частицы почвы испытывают деформацию среза. Их разрушение происходит как путем трения, так и за счет напряжений среза.
Чтобы создать наилучшие условия для развития растений, нужно, чтобы размер почвенных агрегатов не превышал 10 мм. По вертикали пахотного горизонта должна быть неоднородная структура почвы: внизу почвенные частицы могут быть крупнее, а вверху они должны быть меньше. Такой результат можно получить многокаскадным сепарированием почвы. При этом получается послойная структура пахотного горизонта. Слой «Ф», насыщенный органическими частицами, остается без обработки. Слой «X» состоит, в основном, из более крупных почвенных агрегатов. Слой «Ц» состоит из малых почвенных агрегатов. Путем подбора оптимальных для данной почвы конструктивных и режимных параметров машины можно получить нужное сочетание почвенных агрегатов по вертикали пахотного горизонта. При необходимости можно создать еще слои с более тонкой сепарацией почвы.
Слой «Ч» образован истрепанными корнями и остатками сорных растений, выметенными на поверхность поля. Заделка корней и остатков корнеотпрысковых растений в почву по существующим технологиям обработки почвы приводит к их размножению. По предлагаемому способу обработки почвы истрепанные корни и остатки растений, выброшенные на поверхность поля, быстро засыхают и погибают. Органика остается на поле, но она безвредна и защищает почву от высыхания.