Комбинированный почвообрабатывающий агрегат

Полезная модель относится к сельскому хозяйству, в частности к комбинированным почвообрабатывающим агрегатам, применяемым для подготовки почвы к посеву, и может быть использована для вспашки почвы, водозадержания, измельчения крупных почвенных глыб, комков и стерни с выравниванием поверхности почвы в фермерских и крестьянских хозяйствах.
Хорошо известно, что для того, чтобы добиться наилучшей сельскохозяйственной производительности с участка земли, фермер должен культивировать почву, обычно посредством операции по обработке почвы. Общепринятые операции по обработке почвы включают вспашку, боронование и рыхление подпочвы.
Значительные земельные площади в России представляют собой насаждения многолетних трав, залежные земли, луга и пастбища. Эти угодья имеют высокое потенциальное плодородие, образовавшееся в течение многих лет путем накопления гумуса и разложения растительных остатков. Эффективная основная обработка задерненных почв возможна только плужными корпусами с винтовыми отвалами, обеспечивающими неразрывный оборот почвенного пласта. Кроме того, большое количество пахотных земель, выведенных из сельскохозяйственного оборота, залужаясь и задерняясь, также требуют обработки винтовыми корпусами. Применение винтовых плужных корпусов позволяет обеспечить полный оборот задерненного почвенного пласта и заделку растительных остатков, повысить биологическую активность почвы, уменьшить засоренность сорняками, улучшить водный режим и азотное питание растений. В конечном счете, это приводит к повышению урожайности сельскохозяйственных культур.
Обзор европейских систем обработки почвы с оборотом пласта показывает, что плужные корпуса винтового типа часто применяются как универсальные рабочие органы. Анализ агротехнических и энергетических показателей работы плужных корпусов показал, что винтовые рабочие поверхности обеспечивают лучшее качество вспашки как задерненных, так и старопахотных почв (см. Жигжитов А.В., автореферат диссертации, диссертация на тему: «Оборот пласта винтовой поверхностью плужного корпуса» 05.20.2001, http://tekhnosfera.com/oborot-plasta-vintovoy-poverhnostyu-pluzhnogo-korpusa#ixzz5H9r9tUnv).
о
Известны плуги с винтовыми отвалами их корпусов, которые   оборачивают полностью, т.е. на 180, подкапываемые части  на скоростях выше 15 км/ч, так и меньше. Указанные плужные корпуса винтового типа известны из патентов РФ - №405485, МПК  A01B 15/02 (2000.01), 1973, №1727555 МПК A01B 15/02 (2000.01),1992, № 2033001, МПК A01B 15/02 (2000.01), 1995 г.
Чтобы разбить глыбы и комья почвы, а также старый растительный материал, и обеспечить структуру почвы более пригодную для посева и для выравнивания её поверхности проводят боронование, возможно проведение других операций. И желательно всё это сделать за один проход агрегата.
В связи с этим, для подготовки почвы к посеву необходимо применять комбинированные почвообрабатывающие агрегаты.
Известен агрегат комбинированный почвообрабатывающий, содержащий раму с системой навески, опорные колеса с механизмом регулировки глубины обработки, дисковые батареи, плоскорежущие рабочие органы, транспортные колеса с гидрофицированным механизмом подъема и шлейф прикатывающих средств (см.патент РФ №2343657, МПК А01В 35/00, 49/02 (2006.01), 2009 г.).
Недостатком известного устройства являются большие энергетические затраты на приведение в движение в рабочем положении этого громоздкого агрегата. Кроме того, применяемые плоскорежущие рабочие органы не переворачивают подкапываемую часть земли.
Известно комбинированное орудие обработки почвы, агрегатируемое с имеющим навесную систему трактором. Включает раму и зубовую борону. Орудие имеет ударное устройство, кронштейны и опорно-приводные колеса (см. патент РФ №2340137, МПК А01В 49/02, 19/10 (2006.01), 2008 г.).
Недостатком известного устройства являются большие энергетические затраты на пахоту. Трактору приходится срезать пласты почвы, которые поросли корнями и ссохлись.
Известно прицепное комбинированное почвообрабатывающее орудие, включающее сницу, опорные колеса, раму, спаренные диски на пружинных С-образных стойках, рыхлители с лапами. Лапы рыхлителей снабжены двухсторонними трехгранными клиньями с гранями. Грани клиньев снабжены полушаровыми выступами (см.патент РФ №2310304, МПК А01В 49/02 (2006.01), 2007 г.).
Недостатками известного устройства является то, что на влажном грунте диски забиваются и их трудно чистить. На твердой (высохшей) поверхности диски недостаточно заглубляются. Нет переворачивания пластов почвы. Большие энергетические затраты на срезание пласта земли.
Известен комбинированный почвообрабатывающий агрегат, состоящий из рамы, навески, опорных колес, механизма регулирования глубины обработки, дисковых батарей, плоскорежущих лап, клиновых катков и цилиндрических катков с витками, снабженные зубьями (см. патент РФ на изобретение №2210198, МПК  7 A01B 49/02, 2003.).
К недостаткам известного комбинированного почвообрабатывающего агрегата следует отнести высокую металлоемкость, большие тяговые сопротивления, большой расход ТСМ и недостаточное измельчение верхнего слоя почвы цилиндрическими катками пассивного действия. Кроме того, применяемые плоскорежущие лапы не переворачивают подкапываемую часть земли.
Известно комбинированное почвообрабатывающее орудие, состоящее из рамы с опорными колесами, плоскорежущих лап, игольчато-дисковых батарей, кольчато-шпоровых катков и механизма регулирования глубины обработки (см. патент РФ на изобретение №2259699, МПК 7 A01B 49/02, 2004 г.).
К недостаткам известного комбинированного почвообрабатывающего орудия следует отнести низкую производительность, высокую металлоемкость, неудовлетворительное выравнивание поля после прохода орудия и необходимость дополнительного крошения почвенных глыб и комков, большой расход ГСМ. Кроме того, применяемые плоскорежущие лапы не переворачивают подкапываемую часть земли.
Как известно из примера, описанного в патенте РФ №36930, МПК A01B 5/00 (2000.01), 2003г. наиболее эффективной с точки зрения крошения почвы является пахота с фрезерованием.
Рыхление почвы на заданную глубину, одновременное измельчение растительной массы и отрывание корней растений от почвы, лишая их питательной среды, и заделка в верхний слой 0…12 см, как источника разлагаемого углерода вызывает практически взрывной характер повышения видового и количественного состава микроорганизмов, которые способствуют большому выделению в почву биологически активных веществ, повышающих ее плодородие, то есть идет взаимосвязь с живыми динамичными системами. Поэтому почвообрабатывающее орудие с активным приводом рабочих органов для обработки почвы с одновременной заделкой растительной массы в верхний слой почвы (0…12 см) способствует поддержанию и восстановлению плодородия почвы.
Применение комбинированного почвообрабатывающего агрегата обеспечивает сохранение запасов почвенной влаги за счет эффективного крошения почвы и выравнивания поверхности (уменьшается площадь испарения).
Известна комбинированная почвообрабатывающая машина, состоящая из ротора, рыхлящего и измельчающего почву; сепарирующей решетки, которая отражает стерневые остатки и присыпает их почвенной крошкой, проходящей через решетку; каток (см. патент США №3563191, МПК А01B 49/02, от 1971 г.).
Основной недостаток машины состоит в том, что при обработке почвы с повышенной влажностью, происходит залипание рабочих органов ротора, решетки и нарушение технологического процесса. Нет переворачивания пластов почвы.
Известен агрегат для освоения закустаренных земель,  состоящий из рамы с прицепом, рабочего органа, например фрезы, переднего - приводного и заднего - прикатывающего катков, механизма привода фрезы через ускоряющую передачу от опорно-приводного катка, например, известного планетарного механизма, установленного внутри опорно-приводного катка; при этом опорно-приводной каток снабжен шипами (см. а.с. СССР №370905, МПК А 01 В 49/02, А 01 В 33/08, 1973 г).
Основной недостаток почвообрабатывающего агрегата состоит в том, что при переувлажненной почве, каток с шипами залипает и технологический процесс нарушается. Нет переворачивания пластов почвы.
Известна комбинированная почвообрабатывающая машина, состоящая из рамы с навесным устройством, фрезы, грабельной решетки, опорно-приводного катка с шипами и механизма привода фрезы (см.патент РФ №2248684, МПК A01B 49/02 (2000.01), 2005 г.).
К недостаткам известной комбинированной машины следует отнести большое количество навесных агрегатов, низкую производительность, необходимость дополнительного прохода машины, большой расход ГСМ. Нет переворачивания пластов почвы
Известен комбинированный почвообрабатывающий агрегат, содержащий плуг, навеску, раму, измельчитель, снабженный механизмом привода.  Измельчитель выполнен в виде барабана, на цилиндрической поверхности которого установлены режущие ножи, изготовленные из рессорной стали, размещенные по касательной к окружности под углом 120° относительно друг друга.  Измельчитель установлен в подшипниковых опорах на раме с возможностью вращения вокруг своей горизонтальной оси. Передняя часть рамы шарнирно связана с кронштейном подвески измельчителя и несущим брусом плуга с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, а задняя ее часть соединена гибкой связью с кронштейнами подвески измельчителя с возможностью регулирования по высоте. Измельчитель снабжен механизмом привода от ведущей звездочки гусеницы трактора (см. патент РФ №125014, МПК A01B 49/00 (2006.01), 2013 г.).
Недостатком этого агрегата является то, что плуг не обеспечивает полный переворот задерненного почвенного пласта;  измельчитель распложен за плугом, что делает труднодоступным  подход к плугу и значительно увеличивает длину механизма привода измельчителя. Кроме того, переувлажненной почве барабан с режущими ножами  залипает и возможно нарушение технологического процесса. Агрегат имеет повышенную массу и, в связи с этим, требуется повышенное тяговое усилие.
Известен комбинированный почвообрабатывающий агрегат, содержащий плуг, навеску, механизм поворота, раму с опорным колесом, измельчитель, снабженный механизмом привода.  Измельчитель выполнен в виде барабана, на цилиндрической поверхности которого установлены зубья по ромбовидной схеме. Измельчитель прикреплен к раме с возможностью вращения вокруг своей горизонтальной оси, а рама шарнирно связана с механизмом поворота с возможностью перемещения в вертикальной плоскости и поворота в горизонтальной плоскости. Измельчитель снабжен механизмом привода от заднего колеса трактора с возможностью включения и выключения привода в зависимости от опускания и подъема плуга при движении трактора. Причем измельчитель расположен сбоку относительно плуга (см.  патент РФ  №61074, МПК A01B 49/02 (2006.01), 2007 г.). Данное решение принято за прототип.
Недостатком этого агрегата является то, что плуг не обеспечивает полный оборот задерненного почвенного пласта; при переувлажненной почве, барабан с режущими ножами  залипает и возможно нарушение технологического процесса; барабан имеет повышенную массу и, в связи с этим, требуется повышенное тяговое усилие, возможна потеря устойчивого прямолинейного движения.
Для повышения качества подготовки всех видов почв к посеву необходимо разработать комбинированный почвообрабатывающий агрегат, состоящий из плуга с активным рабочим органом, позволяющий выполнять несколько технологических операций одновременно: вспашку почвы с измельчением почвенных глыб, комков и стерни с выравниванием обрабатываемой поверхности с сохранением и восстановлением плодородия почвы, увеличение запасов влаги в корнеобитаемом слое, доступном для растений сельскохозяйственных культур.
Техническая проблема, решаемая полезной моделью – повышение эффективности обработки любых типов  почвы при  уменьшении массы агрегата для  снижения тягового усилия при обеспечении легкого управления и устойчивого прямолинейного движения агрегата, в том числе   при использовании агрегата для обработки почвы с  травостоем любой высоты и густоты стояния и залежных земель.
Поставленная техническая проблема решается за счет того, что   в известном  комбинированном почвообрабатывающем агрегате, содержащем раму плуга с плугом, выполненную с возможностью перемещения в вертикальной плоскости;  измельчитель,  снабженный механизмом привода с возможностью вращения на горизонтальном валу, установленном на раме с опорным колесом,  которая шарнирно соединена с боковой частью рамы плуга, в соответствии с  полезной моделью, на агрегате установлен  плуг с корпусом винтового типа;  измельчитель выполнен в виде блока фрез  с Г-образными ножами, установленных на общем горизонтальном  валу, при этом рама измельчителя установлена с возможностью вертикальной регулировки относительно рамы плуга вдоль направляющей, закрепленной на поперечинах рамы плуга.
Рама измельчителя   установлена с возможностью поворота в вертикальной плоскости.
Рама измельчителя установлена с возможностью вертикальной регулировки относительно рамы плуга вдоль направляющей, закрепленной на поперечинах указанной рамы.
Механизм привода измельчителя связан с валом отбора  мощности (ВОМ).
Механизм привода измельчителя выполнен в виде телескопической карданной передачи и редуктора.
Технический результат от использования всех существенных признаков полезной модели заключается в повышении эффективности обработки любых типов  почвы при  уменьшении массы агрегата для  снижения тягового усилия при обеспечении легкого управления и устойчивого прямолинейного движения агрегата, в том числе   при использовании агрегата для обработки почвы с  травостоем любой высоты и густоты стояния и залежных земель.
Выполнение агрегата, снабженного   плугом с корпусом винтового типа и измельчителем, выполненным в виде блока фрез  с Г-образными ножами, установленных на общем горизонтальном  валу, позволяет значительно повысить эффективность обработки любых типов  почвы при  уменьшении массы агрегата,  снижении тягового усилия и обеспечении легкого управления и устойчивого прямолинейного движения агрегата. При этом обеспечивается надежная работа агрегата  при обработке переувлажненной  почвы  и почвы с  травостоем любой высоты и густоты стояния, а также залежных земель. Кроме того, обеспечивается сохранение и увеличение запасов почвенной влаги после пахоты, сохранение и восстановление плодородия почвы с выравниванием её поверхности
Плуг с корпусом винтового типа обеспечивает полное переворачивание пластов почвы  и заделку растительных остатков, повышение биологической активности почвы, уменьшение засоренности сорняками, улучшение водного режима и азотное питание растений. Наличие влаги в почве обеспечивает жизнедеятельность микроорганизмов и повышает плодородие почвы. В конечном счете, это приводит к повышению урожайности сельскохозяйственных культур.
Благодаря размещению рамы измельчителя на боковой части рамы плуга со стороны вспаханного поля, улучшаются качественные показатели подготовки почвы к посеву: измельчаются крупные почвенные глыбы и комки, образовавшиеся после переворачивания почвы плугом, с одновременным выравниванием поверхности поля и мульчированием верхнего слой земли вместе с остатками растений. Блок фрез имеет более низкий вес, чем барабан и меньшую поверхность соприкосновения с почвой, что уменьшает вероятность залипания почвы.
Механизм привода измельчителя, связанный с валом отбора  мощности (ВОМ), позволяет получить стабильный крутящий момент, тем самым обеспечивая качественное измельчение почвенных глыб и комков, уменьшая тяговое сопротивление на перемещение агрегата. Кроме того, высокая скорость вращения фрез способствует сбрасыванию налипшей почвы при холостом ходе и самоочищению от частиц почвы под действием центробежной силы.
Фиг.1  -  комбинированный почвообрабатывающий агрегат, вид сверху;
Фиг.2  -  комбинированный почвообрабатывающий агрегат, вид сзади;
Фиг. 3 -  комбинированный почвообрабатывающий агрегат, вид сбоку.
Комбинированный почвообрабатывающий агрегат содержит плуг 1 с корпусом винтового типа, закрепленный на  раме 2 плуга. Плуг 1  может быть выполнен одно-, двух- или трехкорпусным. На приведенной схеме показан двухкорпусной плуг (см. фиг. 2). Рама 2 плуга   выполнена с   возможностью перемещения (поворота) в вертикальной плоскости совместно с рамой 3 измельчителя, шарнирно соединенной с боковой частью рамы 2 плуга со стороны вспаханного поля.  Измельчитель 4 выполнен в виде блока фрез 5 с Г-образными ножами 6, установленных на общем валу 7. Вал 7 закреплен в подшипниках на раме 3 измельчителя. Измельчитель 4  снабжен механизмом привода 8 с возможностью вращения блока фрез 5 на  горизонтальном валу 7.  Рама 3 измельчителя снабжена кожухом 9 и опорным колесом 10, расположенным в передней по ходу движения агрегата части рамы 3 измельчителя.
Рама 3 измельчителя  снабжена вертикальной стойкой 11 с расположенной в нижней части стойки осью 12.  Вертикальная стойка 11 подвижно соединена с направляющей 13, жестко  закрепленной на поперечинах  14, 15 рамы 2 плуга. К вертикальной стойке 11 присоединен подвижный конец домкрата 16, корпус которого с рукояткой вращения закреплен на направляющей 13.  За счет подвижного соединения стойки 11 с направляющей 13 рама 3 измельчителя имеет  возможность вертикальной регулировки относительно рамы 2 плуга вдоль направляющей 13 для регулировки глубины рыхления почвы. Вертикальное перемещение рамы 3, облегчено за счет установки домкрата 16 (возможно использование гидроцилиндра). Фиксация положения рамы 3 измельчителя  относительно рамы 2 плуга обеспечена винтовыми барашками 17, установленными на направляющей 13.
Рама 3 измельчителя 4  установлена с возможностью поворота в вертикальной плоскости относительно рамы 2 плуга вокруг оси 12, выполненной в нижней части стойки 11 для приведения измельчителя в транспортное положение (см. фиг. 3). Поворот рамы 3 с измельчителем 4 обеспечен механизмом поворота, выполненным в виде системы тяг 18, соединенных с гидроцилиндром 19.  Для повышения надежности удержания рамы 3 измельчителя в транспортном положении агрегат снабжен фиксирующим элементом, один конец которого закреплен на раме 2 плуга, а второй разъемно соединен с рамой 3 измельчителя.
Механизм привода 8 измельчителя 4  связан с валом отбора  мощности (ВОМ) и выполнен в виде телескопической карданной передачи 20 и редуктора 21. Передаточное отношение редуктора 21 механизма привода  8 подобрано таким образом, что обеспечивает оптимальное количество оборотов  блока фрез 5, за счет чего достигается  качественное измельчение почвенных глыб и комков, уменьшается тяговое сопротивление на перемещение блока фрез 5 измельчителя 4.
Поворот рамы 2 плуга совместно с рамой 3 измельчителя в транспортное положение осуществляется на угол до 45 ° с помощью гидроцилиндра (не показан), Который соединен с верхней частью раскосов 22. Рама 2 плуга снабжена регулируемым по высоте опорным колесом 23, установленным на её боковой части, для регулировки глубины обработки земли.
Комбинированный почвообрабатывающий агрегат работает следующим образом.
Перед началом вспашки почвы механизатор проводит следующие подготовительные работы:
1. Опускает агрегат в рабочее положение;
2. Освобождает фиксирующий элемент, соединяющий раму 3 измельчителя с рамой 2 плуга;
Включив рабочую передачу трактора, механизатор начинает процесс вспашки почвы,  обеспечивая полный оборот плугом 1 задерненного почвенного пласта и заделку растительных остатков, при этом блок фрез совершает холостой ход.
3. Перед вторым проходом  опускает с помощью гидроцилиндра раму 3 измельчителя  в рабочее положение.
При втором проходе агрегата, измельчитель 4 приводится в действие от механизма привода 8.   Блок фрез 5, закрепленный на валу 7 опускается на вспаханную полосу и, врезаясь примерно на половину (10-15 см) вспаханного слоя, совершает разрушение крупных почвенных глыб, комков с выравниванием борозд, а также мульчирование верхнего слоя почвы. Одновременно с этим происходит вспахивание второй полосы. При необходимости произвести холостой пробег осуществляется подъем рамы 2 плуга с рамой 3 измельчителя в транспортное положение. Фрезерование последней полосы, возможно двумя вариантами, либо вспахать лишнюю полосу или вывести  плуги 1 выше поверхности земли, а  блок фрез опустить на такое же расстояние с помощью описанных регулировок.
При встрече с труднопреодолимыми препятствиями для блока фрез, Г-образные ножи 6 фрез, отталкиваясь от препятствия, выталкивает фрезу вверх, при этом блок фрез вместе с опорным колесом 10 поднимается вверх, перескакивая это препятствие и продолжая рабочий процесс.
После окончания работы механизатор посредством гидравлической системы трактора поднимает раму 3  измельчителя в транспортное положение, закрепляет ее фиксирующим элементом, а затем поднимает  раму 2 плуга совместно с  рамой 3 измельчителя,  приводя тем самым агрегат в транспортное положение.
Экспериментальный образец комбинированного почвообрабатывающего агрегата изготовлен, испытан и показал высокие качества подготовки почвы к посеву.
Предлагаемая конструкция по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:
- позволяет обеспечить полный поворот задерненного почвенного пласта и заделку растительных остатков, повысить биологическую активность почвы, уменьшить засоренность сорняками, улучшить водный режим и азотное питание растений;
- способность проведения одновременно вспашки почвы с более эффективным измельчением крупных почвенных глыб и растительных остатков с выравниванием поверхности почвы, способствует поддержанию и восстановлению плодородия почвы, а также сохранению запасов почвенной влаги (уменьшается площадь испарения).
- имеет меньшие весовые характеристики агрегата, а значит меньшее тяговое сопротивление;
- имеет возможность работать на всех видах почв, в том числе на почвах склонных к налипанию к рабочим частям агрегата, а также на небольших по площади участках;
- обеспечивает легкое управление и устойчивое прямолинейное движение агрегата при обработке травостоя любой высоты и густоты стояния и залежных земель.