Разработки и обоснование конструкции рабочего органа для поверхностной и мелкой обработки почвы

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК 631.316.022.4

РАЗРАБОТКИ И ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ РАБОЧЕГО ОРГАНА ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ И МЕЛКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ

WORKING BODY FOR SURFACE AND SHALLOW SOIL CULTIVATION CONSTRUCTION DEVELOPMENT AND SUBSTANTIATION

C.E. Греков, соискатель A.H. Цепляев, доктор сельскохозяйственных наук, профессор В.Г. Абезин, доктор технических наук, профессор

ФГОУ ВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия

S.E. Grekov, A.N. Tseplyaev, A.G. Abezin

Volgograd state agricultural academy

Приведен анализ существующих рабочих органов для поверхностной и мелкой обработки почвы, разработанных авторами, дано обоснование варианта конструкции, обеспечивающего выполнение агротехнических требований, предъявляемых к данным видам обработки почвы и обеспечивающего минимальные энергетические затраты.

Existed working bodies for surface and shallow soil cultivation worked out by the authors analysis is given in the article, construction variant, providing fulfillment of agrotechnical requirements asserted to such kinds of cultivation and providing minimal energetic consumption, substantiation is given here.

Ключевые слова: поверхностная, мелкая, сорняки, рыхление, стрельчатая, плоскорежущая, обволакивание, ранневесеннее, предпосевная.

Key words: surface, shallow, weeds, loosening, lancet, flat, encapsulation, early spring, presowing.

Поверхностная и мелкая обработка необходимы для рыхления почвы, уничтожения проростков сорняков, подготовки почвы для посева, ухода за парами, создания условий для выполнения работ на повышенных скоростях и высококачественной уборки урожая [4].

Известные рабочие органы для поверхностной и мелкой обработки почвы не отвечают агротехническим требованиям по обеспечению рыхления почвы без выноса нижних слоев на поверхность, выравниванию поверхности поля, полному уничтожению проростков и всходов сорняков, устойчивому выполнению технологического процесса без обволакивания рабочих органов растительными остатками, сохранению на поверхности поля стерневых и растительных остатков, снижению числа проходов машин по полю и улучшению структурности почвы [1, 2, 3, 5].

При проведении исследований по разработке и обосновании

конструкции рабочего органа для поверхностной и мелкой обработки почвы нами разработаны конструкции рабочих органов, которые в значительной степени отвечают агротехническим требованиям.

На разработанные конструкции оформлены заявки на изобретения и получены положительные результаты формальной экспертизы и экспертизы по существу.

Анализ данных конструкций приводится в настоящей статье.

Предотвращение обволакивания стойки растительными остатками возможно при использовании дискового ножа, который установлен в створе стойки рабочего органа.

Рабочий орган (рис. 1) смонтирован на вертикальной стойке 1, выполненной в виде вилки, между боковинами которой установлен вертикальный дисковый нож 2. Дисковый нож смонтирован на оси с помощью подшипников, установленных в ступицах 3. К ступице 3 с левой стороны дискового ножа 2 закреплена наклонная стойка 4 левой стрельчатой полулапы 5. Стрельчатая полулапа 5 установлена в горизонтальной плоскости под углом у, обеспечивающим подрезание сорняков скользящим резанием и имеет угол крошения а, позволяющий производить рыхление почвы без перемешивания ее слоев. Носок лапы 5 вынесен вперед относительно оси дискового ножа. С правой стороны дискового ножа 2 к стойке 3 с помощью наклонной стойки 6 закреплена правосторонняя стрельчатая полулапа 7, носок которой установлен на уровне оси дискового ножа. Стрельчатая полулапа 7 также установлена под углом у и имеет угол крошения а. Стойки 4, 6 для снижения сопротивления почвы выполнены двухгранными с острым ребром, направленным в стороны движения рабочего органа.

Рабочий орган для предпосевной и поверхностной обработки почвы работает следующим образом.

При движении по поверхности почвы дисковый нож 2 разрезает слой почвы на глубину «а», превышающую глубину обработки плоскорежущими рабочими органами, выполненными в виде стрельчатых полулап 5, 7. Это превышение обеспечивает полное перерезание сорняков, встречающихся по направлению движения рабочего органа и предотвращает обволакивание стоек 4, 6

растительными остатками. Стрельчатые полулапы 5, 7 подрезают пласт в горизонтальной плоскости, и, благодаря углу крошения а, производят рыхление подрезанного пласта без перемешивания слоев почвы. Установка стрельчатых полулап 5, 7 в горизонтальной плоскости под углом у к направлению движения обеспечивает подрезание сорняков скользящим резанием и не допускает обволакивания лезвий полулап 5, 7 растительными остатками. Лезвия полулап 5, 7 имеют верхнюю заточку, а нижняя часть лезвия имеет наплавку твердым износостойким сплавом, поэтому при работе происходит самозатачивание лезвий. Двухгранная форма стоек 4, 6 стрельчатых полулап обеспечивает обтекание почвы и снижение сопротивления обработки. Для получения равномерной глубины обработки рабочие органы должны быть

закреплены на грядилях, имеющих параллелограммную навеску. Обработка рабочим органом позволяет создавать мульчирующий слой в верхнем горизонте почвы, полное уничтожение сорняков и предотвращает вынос эрозионно-опасных частичек почвы вместе с влажным нижним слоем.

К недостаткам рабочего органа относятся сложность конструкции, высокая стоимость, а также возможность забивания сорняками в сопряжении между лапами и стойкой.

Рисунок 1 - Рабочий орган с отклоненной назад стойкой

Этот недостаток устранен в разработанной конструкции рабочего органа (рис. 2) для поверхностной обработки почвы, который включает вилкообразную стойку 1, на которой установлен дисковый нож 2 с помощью кронштейнов 3. К кронштейнам 3 закреплены односторонние плоскорежущие лапы 4, имеющие в нижней части режущее лезвие 5, а впереди носок 6, установленный под углом ф трения движения сорняков

о лезвие носка. Лезвия носков 6 имеют одностороннюю заточку 7 у левой лапы с левой стороны, у правой лапы 8 - с правой стороны.

Рисунок 2 - Рабочий орган с вертикальной стойкой

С правой стороны дискового ножа 2 установлена односторонняя плоскорежущая лапа 8 с режущим лезвием 9. Режущее лезвие 9 имеет верхнюю заточку и наплавку нижней части твердым износостойким сплавом. Режущие лезвия 5, 9 имеют угол крошения а, обеспечивающий

крошение почвы без перемешивания и выноса нижних слоев на поверхность. Режущие лезвия 5, 9 установлены под углом у к направлению движения, который установлен из выражения у < 90-ф, где - ф угол трения сорняка о лезвие лапы. Дисковый нож 2 заглублен относительно лезвия лапы на величину «8», обеспечивающую полное перерезание сорняков.

Рабочий орган для поверхностной обработки почвы работает следующим образом. При движении рабочий орган заглубляется, при этом дисковый нож разрезает почву в вертикальной плоскости на глубину, превышающую расположение лезвий 5, 9 на величину «8», что обеспечивает перерезание всех растительных остатков.

При встрече с носками 6 почва отводится от дискового ножа 2 и поступает на режущие лезвия 5, 9. Установка носка под углом ф способствует сходу почвы и сорняков без обволакивания. При этом, благодаря углу крошения а, почвенный пласт разрушается и без перемешивания сходит с лезвий 5, 9. Встречающиеся по фронту сорняки подрезаются лезвиями 5, 9 и благодаря углу установки у к направлению движения, подрезание происходит со скольжением, что предотвращает обволакивание лезвий 5, 9 растительными остатками и снижает тяговое сопротивление рабочего органа.

Воздействие односторонних плоскорежущих лап 4, 8 на почву обеспечивает создание мульчирующего слоя в верхнем горизонте агрономически ценными почвенными фракциями, полное механическое уничтожение сорняков, исключение выноса эрозионно-опасных частичек почвы вместе с влажным нижним слоем.

Упрощение конструкции и снижение ее стоимости обеспечивает рабочий орган (рис. 3) для поверхностной обработки почвы, включающий стойку 1, с носком 2, заточенным лезвием 3, которое имеет одностороннюю заточку 4. К нижней части стойки 1 сопряжено с нижней кромкой лезвия 3 закреплена стрельчатая плоскорежущая полулапа 5. Продолжением стойки 1 служит хвостовик 6. Для крепления рабочего органа к почвообрабатывающему орудию служит держатель 7, закрепленный к стойке 1. Правая сторона лезвия 3 имеет наплавку 8 твердым износостойким сплавом. С правой стороны стойки

1 к хвостовику 6 закреплена стрельчатая плоскорежущая полулапа 9. Стрельчатые плоскорежущие полулапы 5, 9 имеют верхнюю заточку лезвий и наплавку нижней части твердым износостойким сплавом.

Глубина обработки «а» рабочим органом не должна превышать высоты лезвия 3.

Для отвода нависших стеблей сорняков служит ребро 10.

Рабочий орган для поверхностной обработки почвы работает следующим образом. Об установившемся движении при обработке почвы, насыщенной сорняками, первым в работу вступает наклонная к горизонту под углом ф рабочая кромка стойки 1 с лезвием 3.

Стебель и корни сорной растительности за счет угла наклона лезвия 3 и поступательного перемещения рабочего органа скользят

сверху вниз из-за отсутствия опоры для резания. При достижении поверхности поля стебель притормаживается. За счет силы инерции покоя и трения о поверхность верхнего сухого слоя почвы стебель приобретает упругую опору и разрезается лезвием 3 на две равные или неравные части. В случае нависания корней сорняков или посторонних предметов, последние за счет угла наклона лезвия, 3 к горизонту увлекаются в нижние слои почвы и попадают под воздействие стрельчатых плоскорежущих полулап 5, 9, перерезаются их режущими лезвиями и размещаются в разрыхленном слое почвы для перегнивания и улучшения структуры почвы. Высокорослые сорняки отводятся от стойки 1 ребром 10 и укладываются на поверхность поля.

Рисунок 3 - Рабочий орган с пассивным ножом

Размещение стрельчатых плоскорежущих полулап на разном удалении от держателя 7 предотвращает обволакивание рабочего органа растительными остатками, повышает качество крошения, полное механическое уничтожение сорняков, а односторонняя заточка лезвия 3 и лап 5, 9 с наплавкой твердым износостойким сплавом другой стороны обеспечивает самозатачивание лезвий и упрощает техническое обслуживание.

К недостаткам данного рабочего органа относятся обволакивание лезвий полулап 5, 9 растительными остатками, что приводит к повышению тягового сопротивления и энергоемкости обработки почвы.

Уменьшение возможности обволакивания лезвий полулап

обеспечивает рабочий орган (рис. 4) для поверхностной обработки почвы, который включает ножевидную стойку 1 с носком 2, установленным под углом ф трения движения сорняков о носок 2. Передняя кромка носка 2 имеет заточенное лезвие 3 с односторонней заточкой 4. К ножевидной стойке 1 в сопряжении нижней кромки заточенного лезвия 3 закреплена левая стрельчатая плоскорежущая полулапа 5. Продолжением ножевидной стойки 1 служит пятка 6, к которой закреплен держатель 7, с правой стороны заточное лезвие 3 имеет наплавку 8 твердым износостойким сплавом. К пятке 6 с правой стороны закреплена правая стрельчатая плоскорежущая полулапа 9. Носок 2 сопряжен с держателем 7 отводным ребром 10. Левая 5 и правая 9 стрельчатые плоскорежущие полулапы имеют зубчатые лезвия 11с верхней заточкой 12 и наплавкой нижней поверхности твердым износостойким сплавом.

Рисунок 4 - Рабочий орган с зубчатыми полулапами

Рабочий орган для поверхностной обработки почвы работает следующим образом.

Глубина обработки почвы «а» рабочим органом не должна превышать высоты заточенного лезвия 3.

При движении рабочего органа, заглубленного на величину «а» по поверхности поля, насыщенного сорняками, первым вступает в работу наклонная к горизонту под углом ф заточенное лезвие 3. Стебли и корни сорной растительности за счет угла наклона лезвия 3 и поступательного перемещения рабочего органа скользят сверху вниз из-

за отсутствия опоры для резания. При достижении поверхности поля сорная растительность притормаживается. За счет силы инерции покоя и трения о поверхность верхнего сухого слоя почвы стебель приобретает упругую опору и разрезается лезвием 3 на две равные или неравные части. Слой почвы на глубине «а» разрезается в вертикальной плоскости, а стрельчатые плоскорежущие полулапы 5, 9 производят подрезание пласта и корней сорняков в горизонтальной плоскости.

При этом зубчатые лезвия 11 полулап обеспечивают динамическое ударное воздействие на корни сорняков и нижний слой почвы, что способствует полному перерезанию корневой системы и качественному рыхлению верхнего слоя почвы.

Слой почвы, подрезанный в горизонтальной плоскости по углу крошения а, поднимается на высоту Н и сбрасывается на дно подрезанной лапой борозды без оборота и выноса нижних влажных слоев на поверхность.

Установка зубчатых лезвий полулап 5, 9 под углом у

обеспечивает резание сорняков со скольжением, предотвращает обволакивание лезвий растительными остатками и создает мульчирующий слой в верхнем горизонте почвы.

Кроме того, верхняя заточка лезвий полулап и наплавки нижней части твердым износостойким сплавом обеспечивает самозатачивание лезвий и постоянное качественное рыхление почвы и полезное подрезание сорняков.

Выводы:

1. Анализ разработанных конструкций показывает, что все они недостаточно отвечают агротехническим требованиям, необходима их доработка, а также проведение теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию их оптимальных параметров.

2. Наиболее приемлемым вариантом рабочего органа необходимо считать рабочий орган с активными стрельчатыми полулапами, снижающими возможность зависания сорняков.

Библиографический список

1. Абезин, В.Г. Ресурсосберегающая почвозащитная технология механизированного возделывания и уборки бахчевых культур: учебное пособие / В.Г. Абезин; Колм. гос. ун-т; Элиста, 1993. - 120 с.

2. Греков, С.Е. Обоснование оптимальных параметров рабочего органа для поверхностной обработки почвы / С.Е. Греков. - Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование,- 2010. - №3 (19). - С. 198-205.

3. Греков, С.Е. Энергосберегающая технология поверхностной обработки почв / С.Е. Греков, А.Н. Цепляев, В.Г. Абезин. - Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование,- 2010,- №3 (19).- С. 171-177.

4. Земледелие / Г.И. Баздынов, А.В. Захаренко, В.Г. Лошаков и др.; Под ред. Г.И. Баздынова. - М.: Колос С, 2008. - 607 с.: ил. - (учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений).

5. Цепляев, А.Н. Агрохимические и технические решения по совершенствованию

возделывания бахчевых культур в неорошаемом земледелии: дис. ... доктора

сельскохозяйственных наук: 06.01.01 / Цепляев Алексей Николаевич. - Волгоград, 1998. - 375 с.

E-mail: mshaprov@bk.ru