ОРУДИЕ ДЛЯ ГЛУБОКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
TOOL FOR DEEP TILLAGE

Изобретение относится к сельскохозяйственной технике, в частности к почвообрабатывающим орудиям для глубокой безотвальной обработки подпахотного горизонта тяжелых по механическому составу и переуплотненных почв.
Известен объемный мелиоративный рыхлитель в виде пространственной конструкции, содержащей боковые наклонные режущие стойки криволинейной параболической конфигурации, соединенные между собой в нижней части лемехом [Патент РФ 2484610 С1, МПК А01В 15/00 (2006.01), А01В 13/10 (2006.01), 2011}.
Технический недостаток подобных рыхлителей: не учитываются закономерности обрушения (и разуплотнения) почвы при блокированном резании глубокого подпахотного горизонта, согласно которым волны деформации почвы проходят под углами 45° в продольном и поперечном направлениях; вследствие этого «выпуклости» стоек взаимодействуют с нетронутой почвой, что повышает энергоемкость рыхления.
Известно также орудие для глубокой обработки почвы, содержащее двухстоечный каркас, наклонные режущие стойки которого в нижней части соединены между собой лемехом, выполненным составным из наклоненного по ходу движения плоского ножа и четырехгранного клина [Патент РФ 2177680 С1, МПК А01В 13/08, 2000].
Технический недостаток такого орудия: не в полной мере учитываются особенности взаимодействия рабочего органа с глубоким подпахотным горизонтом почвы, вследствие чего при нерегламентированной ориентации наклонных режущих стоек, непомерной (в фронтальном направлении) ширине ножа и специфической конфигурации четырехгранного клина происходит поднятие нарушенного горизонта (фиг.1), что повышает энергоемкость глубокой обработки.
Техническая задача: всесторонний учет особенностей взаимодействия рабочего органа с почвой при блокированном резании подпахотного горизонта.
Технический результат: снижение удельной энергоемкости глубокой обработки почвы.
Согласно изобретению в орудии для глубокой обработки почвы наклонные режущие стойки ориентированы под углом 45° к вертикали и горизонтали, а наклоненный по ходу движения плоский нож и четырехгранный клин выполнены в виде жестко соединенного со стойками башмака и съемно закрепленного на нем долота, ширина которого равна ширине башмака и двукратной фронтальной толщине наклонных режущих стоек.
Орудие для глубокой обработки почвы изображено на чертежах, где на фиг.1 схематично показан общий вид орудия, вид спереди по ходу движения и формирующееся при этом гребнистое дно борозды; на фиг.2 - то же, вид сбоку - вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1.
Орудие для глубокой обработки почвы включает двухстоечный каркас с двумя наклонными режущими стойками 1 и 2. Верхние концы вертикальной части стоек известным образом соединены с рамой орудия (на чертежах не показано). Стойки в нижней части соединены между собой лемехом 3 (для данного орудия лемех название условное). Наклонные части 4 и 5 режущих стоек расположены оппозитно друг относительно друга и ориентированы под углом α=45° к вертикали и горизонтали. Лемех 3 выполнен составным - в виде жестко соединенного со стойками башмака 6 и съемно закрепленного на нем долота 7. Несущее функции ножа и клина долото 7 наклонено по ходу движения орудия и имеет скос «а» в своей передней части, формирующий угол крошения долота. Ширина В долота равна ширине башмака и двукратной фронтальной толщине b наклонных режущих стоек: В=2b. Наклонные части 4 и 5 режущих стоек имеют рабочее лезвие «б», острие которого направлено в сторону движения; рабочее лезвие термически упрочнено. Термическому упрочнению подвергнуто и долото 7 или, по крайней мере, его передняя режущая часть.
Орудие для глубокой обработки почвы обеспечивает рыхление (без оборота пласта) подпахотного горизонта. Рабочие органы почвообрабатывающих орудий взаимодействуют с почвой путем микроударов или вибрационного воздействия. Но в описываемом орудии при взаимодействии долота 7 с нетронутой почвой происходит блокированное резание - без выноса почвенной стружки на дневную поверхность. Вследствие этого на скосе «а» и на всей верхней плоскости долота 7 происходит сжатие почвы - мгновенное значение модуля упругости суглинистой почвы может достигать 40 МПа.
Сжатие происходит в основном за счет уменьшения объема почвенного воздуха. При вибрационном воздействии долота на почву сжатый воздух проявляет себя как высокоэластичная быстродействующая пружина. По этой причине на долоте (главным образом на его скосе «a») формируются ударные волны, которые распространяются по законам аэрогидродинамики со сверхзвуковой скоростью. В итоге формируется конус деформации почвы, вершина которого находится на конце долота, а ось I-I конуса направлена наименее энергоемким образом - вертикально вверх (фиг.2). Образующие конуса во всех направлениях формируются под углами β естественного откоса почвы, который, как известно, имеет значение 45°. Это означает, что расположенные под углами α=45° наклонные части 4 и 5 режущих стоек 1 и 2 соответственно скользят по «коридору», пробитому образующими конуса. За счет ударных волн внутри конуса происходит разуплотнение (и частичное обрушение) почвы. Вследствие этого наклонные части 4 и 5 и стойки 1 и 2 в целом движутся в разуплотненной почве.
При возникновении в почве описанных физических явлений, орудие формирует гребнистое дно борозды (фиг.1). В составе пахотного агрегата может быть 4; 5 и более представленных орудий, которые на виде в плане монтируются с перекрытием зоны действия. Вследствие этого при ширине междуследия М, соизмеримой с максимальной глубиной h обработки, происходит перекрытие следов движения конусов разуплотнения почвы. Рекомендуемые значения названных показателей: М=40 см; h=35-45 см.
При таком принципе формирования борозды режущие стойки 1 и 2 обеспечивают: стабильную работу лемеха 3, главным образом его долота 7; окончательное формирование гребней борозды с вычесыванием выступающих и свисающих сорняков. Наклонные части 4 и 5 стоек взаимодействуют со скосами гребней посредством своих рабочих лезвий «б», при этом происходит опускание отделившихся от нетронутой почвы сорняков. При наличии двухстоечного каркаса обеспечивается вычесывание сорняков по всему профилю борозды, исключаются деформации кручения, присущие одностоечным каркасам. Заданную износостойкость рабочих органов обеспечивает в основном термоупрочнение скосов «а» долота и лезвий «б» стоек.
Снижение удельной энергоемкости глубокой обработки почвы достигается за счет движения стоек 1 и 2 в предварительно разуплотненных почвенных горизонтах - пахотном и подпахотном. При этом границы следа движения конуса деформации совпадают с внешними обводами наклонных частей 4 и 5 стоек. Снижению удельной энергоемкости глубокой обработки почвы способствуют также геометрические особенности лемеха 3. В нем ширина В долота 7 равна ширине башмака 6, благодаря чему башмак не оказывает сопротивления при движении в почве. Определенное влияние на энергоемкость обрабатываемой почвы оказывает и названное соотношение ширины В долота и фронтальной толщины b наклонных частей 4 и 5 режущих стоек. Экспериментально установлено, что по мере возрастания ширины В долота (при прочих равных условиях) увеличивается тяговое сопротивление орудия, а при непропорциональном уменьшении ширины В (меньше двукратной толщины b) может исчезнуть эффект разуплотнения почвы за счет искажения описанного конуса деформации почвы.
При взаимодействии долота с почвой происходит разрушение плужной «подошвы», которая образуется при традиционной отвально-лемешной пахоте на глубину h=26-28 см; «подошва», как известно, препятствует интенсивному развитию корней растений. После глубокой обработки почвы влага дополнительно накапливается в углублениях дна борозды, туда же стремятся и подвижные элементы питания растений; находящаяся между гребнями почва становится рыхлой, влажной и относительно раздробленной.
Таким образом, описанное орудие обеспечивает снижение удельной энергоемкости глубокой обработки почвы и вносит свой вклад в развитие агротехнологий.