ДИСКО-ПЛОСКОРЕЗ ПОЛОСНЫЙ ГЛУБОКОРЫХЛИТЕЛЬ
STRIP DISC SUBSURFACE CHISEL CULTIVATOR

Заявленное изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, преимущественно к почвообрабатывающим орудиям с пассивными рабочими органами, и может быть использовано в сельском хозяйстве для паровой и послеуборочной обработки пахотного слоя почвы с одновременным разрушением плужной подошвы.
Известно почвообрабатывающее орудие, включающее раму с серьгой, брусья левый и правый, установленные внутренними концами на раме шарнирно, а наружными концами опирающиеся на колесные каретки. Наружные концы брусьев также соединены с рамой тягами. К брусьям посредством поводков подвижно закреплены дисковые батареи, состоящие из вала, на котором установлены вогнуто-выпуклые диски, разделенные распорными втулками (Лущильник дисковый гидрофицированный ЛДГ-10. Руководство по сборке и эксплуатации).
Недостатками указанного технического решения почвообрабатывающего орудия является то, что при обработке почвы с достаточно большим количеством пожнивных остатков, а также растущей растительностью происходит их наматывание на единую ось батареи дисков и последующее забивание ее почвой, что делает агрегат неработоспособным. Приходится останавливать почвообрабатывающее орудие и очищать его рабочие органы от забившейся между дисками растительной массы и земли. Известно также почвообрабатывающее орудие «культиватор-плоскорез», включающее раму, опирающуюся на регулируемые опорные колеса, на раме смонтированы посредством болтовых соединений стойки с плоскорежущими лапами, на которых установлены правый и левый лемеха с долотом. На верхней задней части у всех стоек неподвижно закреплен кронштейн с регулировочным винтом, который устанавливает рабочий угол плоскорежущих лап (техническое описание и инструкция по эксплуатации культиватора-плоскореза КПШ-9).
Глубина обрабатываемой почвы этим орудием изменяется от 7 до 18 см. Таким образом обрабатывается только пахотный слой почвы. Следовательно, недостатком этого почвообрабатывающего орудия являются также невозможность разрушения плужной подошвы.
Наиболее близким к изобретению является почвообрабатывающее орудие, принятое нами за прототип, включающее раму, с закрепленными на ней в несколько рядов поперечными брусьями, на которых смонтированы подвижно вертикальные стойки с осями на концах и установленные на осях с возможностью вращения сферические диски, при этом диски имеют регулируемый угол атаки и расположены фронтально по ширине захвата, кроме того, диски на первом и втором брусьях установлены вогнутой или выпуклой сторонами соответственно в противоположные стороны и образуют первый парный ряд дисков, в последующих соседних парных рядах диски установлены соответственно противоположно относительно дисков первого парного ряда, а каждый последующий диск смещен в поперечном направлении относительно предыдущего диска в сторону необработанной первым рядом дисков междисковой полосы земли на величину, равную частному от деления междискового расстояния t на количество рядов поперечных брусьев n, при этом они имеют наклон к вертикальной плоскости (патент RU №2185044, A01B 21/08). Глубина, на которую данным орудием обрабатывается почва, составляет 5-18 см, то есть обрабатывается только пахотный слой почвы.
Недостатком указанного выше орудия является невозможность разрушения плужной подошвы, которая повсеместно образована в результате многократных проходов по полям тракторов, комбайнов и другой мобильной техники. В плотной и твердой подпахотной почве существенно снижается жизнедеятельность почвенной микрофлоры, нарушен водно-воздушный обмен пахотного слоя почвы с более глубинной, что приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур до 20-40%. Недостатком данного почвообрабатывающего орудия также является то, что в процессе работы, несмотря на установку специальных уплотнителей, в зазор между внутренними диаметрами подшипников скольжения и верхней частью вертикальных стоек с осями на концах попадает пыль, частицы почвы, мелкий песок и т.д. Это приводит к заклиниванию данного подшипникового узла, делая его неподвижным. Часто исправить это не удается. Приходится полностью срезать данный подшипниковый узел вместе с вертикальной стойкой и менять их на новые.
Целью изобретения является устранение указанных выше недостатков, а так же обеспечение одновременно с обработкой пахотного слоя почвы, разрушение плужной подошвы и улучшение водно-воздушного обмена пахотного и подпахотного слоев земли; увеличение функциональных возможностей орудия; упрощение процедуры переоборудования (по потребности пользователя); повышение надежности почвообрабатывающего орудия и снижение себестоимости выполняемых работ.
1
1
3
3
/
a
/
a
/
а
/
a
4
4
4
4
Цель изобретения достигается тем, что известное почвообрабатывающее орудие включает в себя раму с закрепленными на ней поперечными брусьями, на которых подвижно смонтированы вертикальные стойки с осями на концах и установленные на осях с возможностью вращения сферические диски. При этом диски имеют регулируемый угол атаки α и расположены на поперечных брусьях фронтально по ширине захвата. Кроме того, диски на первом и втором брусьях расположены вогнутыми или выпуклыми сторонами соответственно в противоположные стороны и образуют парный ряд дисков. В последующих парных рядах диски установлены соответственно противоположно относительно первого парного ряда, а каждый последующий диск смещен в поперечном направлении относительно предыдущего диска в сторону необработанной земли на величину, равную частному от деления междискового расстояния а на количество поперечных брусьев n. При этом диски имеют наклон к вертикальной плоскости под углом β. Согласно изобретению, на раме закреплены регулируемые передние и задние колеса, причем передние используются только в рабочем режиме. Передние колеса, вертикальные стойки с осями на концах и установленных на осях с возможностью вращения сферические диски являются съемными. Междисковое расстояние а на каждом поперечном брусе равно 400 или 640 мм. Подшипники скольжения вертикальных стоек с осями на концах выполнены в виде двух подшипниковых шайб, закрепленных неподвижно и соосно на верхней и нижней стенках поперечных брусьев. Причем диаметр нижних подшипниковых шайб больше диаметра верхних подшипниковых шайб. Верхняя часть вертикальных стоек с осями на концах выполнена ступенчатой под верхние и нижние подшипниковые шайбы соответственно. Вертикальные стойки в подшипниковых шайбах закрепляются посредством шайб и болтов, причем диаметр шайб больше диаметра отверстий верхних подшипниковых шайб. Длина ступенчатой части вертикальных стоек выполнена таковой, что после их установки в подшипниковых шайбах поперечных брусьев и закрепления посредством шайб и болтов получаем крепежный узел, жесткость которого соответствует жесткости при использовании подшипниковых втулок. Между подшипниками скольжения вертикальных стоек дисков на каждом втором поперечном брусе парных рядов дисков неподвижно закреплены пары кронштейнов с отверстиями. В кронштейны можно устана вливать стойки щелеватели, на нижних концах которых смонтированы неподвижно каналообразователи или рыхлительные элементы. Причем длина стоек щелевателей такова, что обеспечивает образование щелей и каналов или разрыхленных полос в необработанной почве на глубину от 250 мм до 500 мм. Изменение глубины работы рабочих органов может регулироваться углом атаки α, передними и задними колесами, а также несколькими парами отверстий в стойках щелевателях с интервалом 50 мм. Начиная от крайнего левого подшипника скольжения одного из двух первых поперечных брусьев первого или второго парных рядов дисков на расстоянии  от него, неподвижно закреплен первый кронштейн с отверстиями, затем вправо от этого кронштейна через два подшипника скольжения. Так же на расстоянии  от последнего подшипника скольжения из двух неподвижно закреплен второй кронштейн с отверстиями, и так - до конца данного поперечного бруса. Далее на оставшемся первом поперечном брусе первого или второго парных рядов дисков, также начиная от крайнего левого подшипника скольжения на расстоянии , неподвижно закреплен первый на этом поперечном брусе кронштейн с отверстиями, затем вправо через два подшипника скольжения на расстоянии  от последнего из двух подшипников скольжения так же закреплен неподвижно второй кронштейн с отверстиями, и так - до конца этого поперечного бруса. На кронштейны с отверстиями посредством болтовых соединений установлены стойки с плоскорежущими лапами. На стойках смонтированы правые и левые лемеха и долота, причем у каждой стойки в верхней задней части неподвижно закреплен кронштейн с регулировочным винтом для установки рабочего угла плоскорежущей лапы.
Указанные отличия являются существенными, так как использование в почвообрабатывающем орудии съемных вертикальных стоек с осями на концах и установленных на осях с возможностью вращения сферических дисков, установка взамен этих стоек на кронштейнах с отверстиями стоек с плоскорежущими лапами, на которых смонтированы правые и левые лемеха и долота, позволяет расширить функциональные возможности почвообрабатывающего орудия, увеличив тем самым его годовую загрузку, что позволит существенно снизить амортизационную составляющую его применения в себестоимости производимой продукции. Введение в почвообрабатывающее орудие щелевателей с каналообразователями или разрыхлительных элементов с изменяемой глубиной обработки почвы позволяет образовывать в плужной подошве щели с каналами на дне щели или взрыхление полосы в почве на различной глубине. Что обеспечит подвод на различных глубинах дождевой или иной воды в плотную и твердую плужную подошву, которая пропитывает ее в летне-осенний период, делая влажной, сырой, а в осенне-зимний период такая почва замерзает, вспучивается и расширяется, разрыхляя тем самым плужную подошву, которая после оттаивания сохраняет разрыхленное состояние, имея при этом монолитную структуру, которая в первой половине лета, когда воздух, особенно сухой, обеспечивает резкое снижение выноса влаги из почвы в результате воздухообмена между почвой и воздухом. Это позволяет растениям более успешно пережить засуху этого периода до начала дождей, в то время как сплошное глубокое рыхление плужной подошвы формирует ее структуру глыбистой, имеющей повышенный воздухообмен, что приводит к значительно большему выносу влаги из почвы. Использование конструкции подшипников скольжения в виде двух подшипниковых шайб, в которых диаметр отверстия верхних подшипниковых шайб меньше, а диаметр нижних больше, закрепленных неподвижно и соосно соответственно на нижней и верхней стенках поперечных брусьев, а так же изготовление монтажной части вертикальных стоек ступенчатой, где верхний установочный диаметр ступенчатой части вертикальной стойки соответствует диаметру верхней подшипниковой шайбе, и соответственно, нижний установочный диаметр монтажной части вертикальной стойки равен диаметру отверстия нижней подшипниковой шайбе, позволяет после сборки этих деталей получить узел, жесткость которого соответствует жесткости при использовании цельной подшипниковой втулки, а так же по причине того, что подшипниковые шайбы по длине гораздо короче подшипниковых втулок, исключить заклинивание в результате попадания в зазор между подшипниковыми шайбами и ступенчатой частью вертикальных стоек пыли, частичек почвы, мелкого песка и т.д. Такая конструкция подшипникового узла также обеспечивает быструю разборку и сборку при необходимости ремонта и смены рабочих органов.
Предлагаемое почвообрабатывающее орудие позволяет создать условия для разрушения плужной подошвы естественным холодом в зимний период года, при этом в целом тратится в 6-8 раз меньше энергии, чем при традиционном способе разрушения плужной подошвы - глубоким рыхлением.
Использование этого низкоэнергоемкого подхода для разрушения плужной подошвы позволяет разрабатывать конструкции высокопроизводительных почвообрабатывающих орудий для разрушения плужной подошвы и использовать их повсеместно.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена схема расстановки в почвообрабатывающем орудии дисков и стоек щелевателей.
На фиг.2 изображена схема расстановки в почвообрабатывающем орудии стоек с плоскорезными лапами и стоек щелевателей.
На фиг.3 изображено почвообрабатывающее орудие, вид с боку с дисками и стойками щелевателями.
На фиг.4 изображено почвообрабатывающее орудие, вид с боку с плоскорежущими лапами и стойками щелевателями.
На фиг.5 показан дисковый рабочий орган.
На фиг.6 показана стойка щелевателя с каналообразователем.
На фиг.7 показана стойка щелевателя с рыхлительными элементами.
На фиг.8 показана стойка с плоскорежущей лапой, с установленными лемехами и долотом.
Почвообрабатывающее орудие содержит раму 1, прицеп 2, передние съемные колеса 3, задние транспортные колеса 4, поперечные брусья 5, с закрепленными в них неподвижно подшипниками скольжения 6; выполненными в виде верхних подшипниковых шайб 7 и нижних подшипниковых шайб 8, в которых установлены вертикальные стойки 10 с осями 11 и закреплены посредством шайб 12 и болтов 13. На вертикальных стойках 10 с осями 11 установлены с возможностью вращения сферические диски 14. На верхних концах каждой стойки 10 сферических дисков 14 закреплены поводки 15, которые, в свою очередь, шарнирно соединены с тягой 16, установленной с возможностью перемещения и фиксации вдоль поперечных брусьев 5. Сферические диски 14 установлены с изменяемым углом атаки α и углом наклона β. Одновременно с подшипниками скольжения 6 на каждом втором поперечном брусе 5 парных рядов дисков 14, неподвижно, между соседними подшипниками скольжения 6 закреплены парные кронштейны с отверстиями 17, в которых установлены стойки щелеватели 18 или 19, на нижних концах которых неподвижно смонтированы соответственно каналообразователи 20 или рыхлительные элементы 21, причем длина стоек щелевателей такова, что обеспечивает образование щели и канала или разрыхленной полосы в почве, необработанной дисками, на глубину от 250 до 500 мм. Глубина регулируется изменением угла атаки дисков α, передними и задними колесами и несколькими парами отверстий в стойках щелевателях 18 и 19 с интервалом 50 мм. Расстояние между стойками щелевателями 18 и 19 выбирается исходя из имеющихся данных о величине осадков в виде дождя в данной местности. Например: по результатам исследований ученых Сибирского отделения Россельхозакадемии в зоне Западной Сибири величина осадков во второй половине лета и в начале осени такова, что позволяет промочить монолитный слой почвы между ближайшими щелями на 300-800 мм. Поэтому нами принят гарантированный вариант - толщина слоя промачиваемой почвы кратна 200-260 мм.
Почвообрабатывающее орудие работает следующим образом. Перед началом работы, в зависимости от требуемой глубины обработки почвы и состояния агрофона (наличие растительных остатков, влажности, плотности почвы и т.д.), путем перемещения тяг 16 и поворотом стоек 10 со сферическими дисками 14 посредством поводков 15 устанавливается угол атаки α сферических дисков 14. В зависимости от прогнозируемых параметров, послеуборочных осадков или на основе среднестатистических годовых осадков выбирается расстояние установки стоек щелевателей 18 или 19, причем в более засушливых зонах обработку почвы следует осуществлять стойками с каналообразователями 20, а если зона обработки почвы менее подвержена весенне-летней засухе, лучше использовать стоки щелеватели 19 с рыхлительными элементами 21.
При движении орудия вперед, благодаря тому, что сферические диски 14 на первом и втором поперечных брусьях 5 установлены вогнутыми или выпуклыми сторонами соответственно в противоположные стороны, происходит отделение каждым последующим сферическим диском 14 почвенного пласта от монолита и перемещением его в сторону борозды. Наклон сферических дисков 14 к вертикальной плоскости на угол β обеспечивает крошение отрезанного пласта почвы и его сдвиг, а также заделку пожнивных остатков. Таким образом, происходит обработка пахотного слоя почвы. Разрушение плужной подошвы осуществляется стойками щелевателями 18 или 19 соответственно с каналообразователями 20 или рыхлительными элементами 21, которые устанавливаются в парных кронштейнах с отверстиямим 17, закрепленных на вторых брусьях парных рядов дисков. Глубина работы стоек устанавливается исходя из плотности почвы и тяговых возможностей трактора от 250 мм до 500 мм. В образованные щели с каналами или в взрыхленные полосы почвы проникает дождевая или иная вода, пропитывающая плужную подошву, делая ее влажной и сырой. В осенне-зимний период такая почва замерзает, расширяясь, разрыхляется, а в весенне-летний период оттаивает, сохраняя при этом разрыхленную структуру. Это позволяет растениям развивать корневую систему в этой части почвы, а дождевой или иной воде в последующем легче просачиваться в ее более глубокие слои. При засухе это наоборот обеспечивается подвод почвенной воды к корням растений из более глубоких слоев почвы.
При необходимости взамен демонтированных вертикальных стоек 10 с осями 11 и установленных на осях с возможностью вращения сферических дисков 14, на первых поперечных брусьях 5 первого и второго парных рядов сферических дисков 14 на кронштейны 22 с отверстиями устанавливаются стойки 23 с плоскорежущими лапами 24, на которых установлены правый и левый лемеха 25 и долота 26 (фиг.4 и 8). На стойках 23 также неподвижно закреплены кронштейны 27 с регулировочными винтами 28 для установки рабочего угла плоскорежущих лап 24. Рабочий процесс с этими рабочими органами почвообрабатывающего орудия аналогичен выше описанному, за исключением того, что перед началом работы посредством винтовых механизмов 29 и 30 регулировки глубины работы рабочих органов соответственно передних колес 3 и задних колес 4 устанавливается заданная глубина обработки почвы. Такое почвообрабатывающее орудие лучше применять для обработки полей в степных зонах с недостаточным и неустойчивым увлажнением и почвами, склонными к ветровой эрозии, а также при отсутствии на полях больших скоплений пожнивных остатков.
Таким образом, предлагаемое почвообрабатывающее орудие позволяет создать условия для разрушения плужной подошвы с использованием эффекта расширения в процессе замерзания влажной почвы, причем замораживание осуществляется естественным холодом, то есть без специальных затрат, что позволяет снизить энергозатраты на разрушение плужной подошвы в 6-8 раз по сравнению с глубоким рыхлением.
Разрушение плужной подошвы обеспечивает восстановление водно-воздушного обмена верхних (пахотных) и более глубоких слоев почвы и грунта, увеличивает коэффициент инфильтрации в 2-3 раза, а в засушливый период обеспечивает подвод грунтовых вод посредством капилляров к корням растений, в результате чего повышается урожайность сельскохозяйственных культур до 20-40%.