Способ и устройство основной роторной вертикально-штыревой обработки почвы
METHOD AND APPARATUS FOR PRIMARY ROTARY VERTICAL PIN TILLAGE

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству и сельскохозяйственному машиностроению, в частности, к технологии основной глубокой роторной вертикально-штыревой обработки почвы с использованием роторных и ротационных почвообрабатывающих орудий.
Способ и устройство основной роторной вертикально-штыревой обработки почвы, включающий в состав роторного вертикально-штыревого глубокорыхлителя раму с прицепным устройством, для присоединения к трактору с креплением к раме основных ведущих приводных колес валами закрепленными в подшипниковых устройствах на раме представляющих колеса увеличенного заданного диаметра с заостренными грунтозацепами жестко закрепленными на внешнем ободе ведущих колес, входящих в почвенный слой под собственным весом глубокорыхлителя при его движении по почве, обеспечивающими жесткое сцепление ведущих колес с почвой для привода с помощью открытого двухступенчатого редуктора штифтового и клиноременного зацепления расположенного выше вала вращения основного ведущего колеса, имеющего на внутренней поверхности обода колес равномерно распределенными с определенным заданным шагом горизонтальные штифты находящимся в постоянном зацеплении с зубчатыми звездочками с закрепленными на них шкивами с нарезанными по их периметру одноручьевыми клиновыми пазами, расположенными на свободно вращающихся валах в подшипниках, закрепленных на раме вблизи ведущих колес, передающих с помощью клиноременных передач, энергию вращения на одноручьевые рабочие шкивы, закрепленные на валах роторных рыхлителей почвы, имеющих штыри длинной до 35 и более сантиметров изогнутыми по ходу вращения роторного рыхлителя, закрепленные по периметру цилиндрического глубокорыхлителя в сторону движения тракторного агрегата с определенным шагом, предназначенные для вертикального скалывания почвенного слоя до заданной глубины и перемещения и дробления крупных комков почвы.
Противоположными концами основные ведущие колеса на валах свободно вращаются в подшипниках, закрепленных в подшипниковых устройствах на раме роторного глубокорыхлителя.
При движении тракторного агрегата по полю под действием силы тяжести штыревого глубокорыхлителя заостренные грунтозацепы ведущих колес входят в почву и приводят во вращение два двухступенчатых редуктора, с одной штифтовой и другой клиноременной ступенями, расположенных первой ступенью на внутренней стороне ведущих колес, имеющих горизонтально закрепленные штифты равномерно расположенные на внутренней стороне обода ведущих колес, находящихся в постоянном зацеплении с зубчатыми звездочками с присоединении к ним шкивами с одноручьевыми клиновыми пазами нарезанными по периметру шкивов, закрепленными на свободно вращающихся валах в подшипниках, закрепленных на раме в подшипниковых устройствах вблизи приводных колес, представляющих другую клиноременную ступень редукторов, передающей с помощью клиноременной передачи вращение на одноручьевые шкивы с нарезанными по их периметру клиновыми пазами, закрепленные на валах роторных рыхлителей почвы, вращающиеся с большей скоростью по отношению к зубчатым звездочкам и прикрепленных к ним шкивам большего диаметра при дальнейшем снижении вращения по отношению к вращающимися основным приводным колесам.
С помощью штифтов приводного колеса, находящихся в постоянном зацеплении с зубчатыми звездочками, с жестко закрепленными на них одноручьевыми шкивами с нарезанными по их периметру клиновыми пазами, передающими вращение клиноременной передачей на одноручьевые шкивы с нарезанными по их периметру клиновыми пазами, закрепленными на валах роторных рыхлителей почвы, вращающихся с большей скоростью, по отношению к вращению ведущих колес и зубчатых звездочек приводного шкива по отношению к шкивам роторных рыхлителей почвы имеющих еще большую скорость вращения, разрыхляющих почву на заданную глубину до 35 и более сантиметров, причем скорость вращения 2-х роторов клиновыми ремнями, имеющими специальное натяжное устройство, регулирующее ширину горизонтального захвата для вертикального скалывания почвы при значительном снижение дополнительного заданного тягового усилия тракторного агрегата в 2 и более раза в сравнении с прямым приводом ротора от ведущих колес обеспечивающих проскальзывания ремней в случае попадания в рыхлитель больших камней и других крупных и твердых предметов, перескакивая через них и предотвращая поломку жесткого штифтового зацепления, основного приводного редуктора.
Точкой опоры наружной поверхности ведущих колес с грунтозацепами предназначенными для жесткого сцепления колес с почвой и исключения их проскальзывания по почве является обрабатываемый слой почвы при приводе роторного глубоко-рыхлителя почвы двухступенчатым штифтовым и клиноременным редуктором.
Сущность устройства для роторной вертикально-штыревой обработки почвы поясняется на чертежах, где на:
фиг. 1 представлена установка для роторной вертикально-штыревой обработки почвы, вид сбоку;
фиг. 2 представлена установка для роторной вертикально-штыревой обработки почвы, вид сверху.
На фигурах обозначено: основные ведущие колеса 1, роторные рыхлители 2, рама 3, транспортные колеса 4, ведомые валы со звездочками 5, клиноременная передача 6, гидравлический привод 7, натяжитель клиноременной передачи 8, прицепное устройство 9, штифтовой механизм 10, грунтозацепы 11, фланцы со штырями 12.
Устройство и порядок работы устройства для роторной вертикально-штыревой обработки почвы фиг. 1, фиг. 2.
Глубокорыхлитель специальным устройством 9 рамы 3 цепляется за прицепное устройство трактора и с помощью резиновых транспортных колес 4 и специального гидравлического устройства 7 переводится в транспортное или рабочее положение.
Глубина почвообработки регулируется специальным гидравлическим приводом 7, обеспечивающим так же движение агрегата в транспортном положении.
Для обработки почвы используется роторные рыхлители 2 в несколько раз меньшего диаметра в сравнении с диаметром ведомого одноручьевого клиноременного шкива, жестко присоединенного к зубчатым звездочкам, закрепленным на ведомых валах 5, находящихся в постоянном зацеплении с основными ведущими колесами 1 роторных глубокорыхлителей почвы, с закрепленными на них штырями, которые с помощью заостренных грунтозацепов 10 основных ведущих колес 1 при движении по полю вращают ведомые валы с зубчатыми звездочками с закрепленными на них одноручьевыми шкивами, которые клиноременной передачей приводят во вращательное движение одноручьевые шкивы роторов глубокорыхлителей 2, обеспечивая проскальзывания ремней в шкивах в случае попадания в роторный глубокорыхлитель больших камней и других больших и твердых предметов, перескакивая через них и предотвращая поломку жесткого штифтового зацепления, основного штифтового редуктора ведущих колес и ведомых зубчатых звездочек, с прикрепленными шкивами с помощью которых клиноременной передачей передается вращение на роторные штыри скалывающие, смещающие и разрыхляющие почву, на заданную глубину до 35 и более сантиметров.
Преимущественные данные признаки заключаются в использовании принципа рычагов Архимеда основанной на отношении разницы в длине радиуса основных приводных колес 1, соответственно по отношению к диаметром промежуточного зубчато-шкивого устройства ведомых зубчатых звездочек 5 и прикрепленных к ним одноручьевых шкивов, увеличенных диаметров к более меньшему диаметру одноручьевых шкивов с нарезанными клиновыми пазами, прикрепленных к зубчатым звездочкам, передающих усиленную энергию посредством клинового ремня одноручьевым шкивам, закрепленным на валах роторных рыхлителей и более коротким штырям роторного рыхлителя почвы. Во сколько раз длина радиуса ведущих и ведомых колес глубокорыхлителя больше длины штырей роторного глубокорыхлителя во столько раз снижается тяговое усилие на рыхление почвы. Например, при длине радиуса 160 см приводных колес диаметром 320 сантиметров + длинна радиуса 40 см ведомых колес диаметром 80 см к длине штырей роторного барабана 20 сантиметров от точки опоры наружной поверхности барабана тяговое усилие снижается кратно отношению этих длин (160+40:20=10) в 10 раз в сравнении с основной плужной обработкой почвы и в 2 раза в сравнении с глубокорыхлителем имеющим одноступенчатый привод.
При этом исключается дальнейшее рыхление почвы на этой технологической операции, позволяющее в зависимости от диаметра приводных и ведомых колес двухступенчатого редуктора, многократно снизить усилие и снизить энергозатраты и многократно сократить расход топлива на основную и другие виды обработки почвы и при попадании крупных предметов, камней железных и деревянных предметов, находящихся в земле, попадающих в роторный глубокорыхлитель, при его движении по почве клиновые ремни проскальзывают на шкивах и позволяют перескакивать ротору штыревого рыхлителя через них, без поломки первой штифтово-зубчатой ступени редуктора.
Роторный глубокорыхлитель почвы (фиг. 1) состоит из рамы 3 ведущих приводных колес 1 заданного диаметра с заостренными грунтозацепами 11 расположенных на внешней столоне колеса соединенных специальным штифтовым устройством 10, расположенным по внутренней стороне колеса со специальной зубчатой звездочкой, жестко закрепленной с одноручьевым шкивом расположенных на ведомых валах 5. Роторы глубокорыхлителя 2 состоят из валов, на которых неподвижно установлены фланцы со штырями с прикрепленными к ним одноручьевыми шкивами.
Концы валов роторов глубокорыхлителя через подшипниковые узлы установлены на раму 3 (фиг. 2). Штыри на фланцах 12 закреплены по кругу, изогнуты по ходу вращения ротора, имеют длину до 35 и более сантиметров и при горизонтальном движении позволяют вертикально скалывать почву и разрушать почвенный слой до заданной глубины обработки почвы.
С помощью такого открытого редуктора, имеющего штифтово-зубчатые и клиноременные ступени, с помощью одноручьевых клиновых шкивов расположенных на зубчатой звездочке передают усиленное вращение клиноременными передачами 6 клиновым шкивам 5 жестко закрепленным на звездочках и на валах, приводящих во вращение роторы глубокорыхлителя.
При движении тракторного агрегата по полю под действием силы тяжести штыревого глубокорыхлителя заостренные грунтозацепы 11 колес 1 входят в почву и за счет специального штифтового механизма 10, расположенного на внутренней стороне основных приводных колес 1, посредством зубчатых звездочек и клиноременных передач 6. приводят во вращение ведомые валы 5 с закрепленными на нем зубчатыми звездочками и шкивами с клиновыми пазами передающими клиновым ремнем вращение на валы ротора глубокорыхлителя 2. Штыревые роторы 2 вращается за счет разных диаметров приводного механизма колеса и фланца усиливающих энергию вращения, заставляя ротор вращаться с более высокой скоростью по отношению к вращению приводных колес, зубчатых звездочек и шкивов, закрепленных на звездочках, и разрыхляют почву на заданную глубину до 35 и более сантиметров.
При этом величина ширины горизонтального захвата для вертикального скалывания почвы регулируется соотношением диметров основных приводных колес 1 и диаметра ведомых зубчатых звездочек и клиноременных шкивов закрепленных на звездочках к диметрам шкивов 6 вала глубокорыхлителя 2.
Изобретение относится к сельскохозяйственному производству и сельскохозяйственному машиностроению в частности к технологиям обработки почвы с использованием роторных рыхлителей почвы.
Известны устройства для рыхления почвы роторного типа содержащие раму на которой смонтированы 4 барабана и блоки роторных дисков. Батареи установлены в два ряда (RU 2486731 С1 МГК А01В 35/26, А01В 21/08, А01В 39/18).
К недостаткам описанного орудия относится недостаточно глубокое рыхление почвы и большие затраты топлива на обработку.
Известно устройство ротационный рыхлитель-полольщик, включающий установленные посредством поводков блоки дисков с ножами на т-образном кронштейне и включают две ступицы, к которым закреплены с помощью державок сменные прямоугольные ножи, установленные под углом 25-30° к направлению радиуса, причем нож направлен в сторону движение ротационного рыхлителя-полольщика, блоки дисков с ножами, установленными на т-образном кронштейне образуют секцию ротационного рыхлителя-полольщика, две секции которого соединенные с помощью горизонтальной пластины и установленные в первом ряду, соединяются шарнирно с рамой ротационного рыхлителя-полольщика короткими поводками, а две секции, соединенные с помощью горизонтальной пластины и установленные в первом ряду, соединены шарнирно с рамой ротационного рыхлителя-полольщика короткими поводками, а две секции, соединенные с помощью горизонтальной пластины и установленные во втором ряду, соединяются шарнирно с рамой длинными поводками, секции первого и второго ряда установлены перекрытием образующим полностью обработанную зону, число секции в рядах выбирается в зависимости от тяговых свойств, трактора (RU 2483506 С1 МПК А01В 21/08).
К недостаткам данного орудия относится сложность конструкции повышенное тяговое сопротивление и энергетические затраты, подрезание и неполное удаление многолетних сорняков из почвы.
Известен патентный документ US 2199954 А, МПК А01В 33/02, опубл. 07.05.1940.
Известен патентный документ US 4552223 А, МПК А01В 33/06, опубл. 12.11.1985.
К недостаткам в заявленных патентах относятся сложность конструкции, повышенное тяговое сопротивление и высокие энергетические затраты.
Известны способы обработки почвы включающие поверхностное многократное воздействие на почвы зубьями роторов и разрушение комков почвы трением соседних зубьев при двухкаскадной обработке почвы (RU 2407259 С1 МПК А01В 49/06, А01В 79/02).
К недостаткам данных способов относятся высокие энергетические затраты на многократное воздействие на почву зубьев при двухкаскадной обработке почвы.
Известен способ и устройство основной глубокой вертикально-штыревой обработки почвы (Патент РФ №2671480) включающий трактор содержащий переднюю раму с прикрепленной к ней дополнительной рамой, содержащей два роторных барабана, противоположные концы которых жестко прикреплены к ступицам задних колес трактора, при этом к прицепу трактора присоединена рама с задним роторным барабаном для межколесной обработки почвы, причем внутри роторных барабанов посредством стаканов, имеющих отверстия по длине расположены почвообрабатывающие штыри с отверстиями для регулирования глубины обработки почвы до 35 см и более и перевода в транспортное положение посредством совмещения и фиксации отверстий штифтами, причем на рамах роторных барабанов дополнительно закреплены гребенчатые подпружиненные подвижные решетки для окончательного разрушения поднятых штырями комков почвы.
Применение такого способа и устройства обработки почвы позволяет улучшить структуру почвы очистить ее от сорняков и многократно снизить затраты на обработку почвы, но к сожалению не может быть использовано в производстве по проведенным расчетам из-за большого веса 9 тонн по предложенным параметрам и размерам изложенных в патенте. Затраты на перекатывание такого орудия превысят затраты на почвообработку.
Известен способ и устройство основной глубокой роторной вертикально-штыревой обработки почвы (патентный документ №2732021 от 10.09.20 г.), включающее в состав раму с прицепным устройством, для присоединения к трактору с закрепленными на раме решетками, для окончательного разрушения крупных комков почвы через гребенчатые решетки штырями длинной до 35 закреплением по периметру глубокорыхлителя. У такого устройства ширина захвата и скалывания штырями вертикального почвенного слоя регулируется одноступенчатым штифтовым редуктором передающим вращение валам ротора глубокорыхлителя от вращающихся приводных колес, штифтовым редуктором посредством штифтов, размещенных на внутренней поверхности приводных колес, находящихся в постоянном зацеплении со штифтами, размещенными вертикально на торцевых фланцах валов глубокорыхлителя, имеющих уменьшенный диаметр по отношению к приводным колесам, которые свободно вращаются в подшипниках, прикрепленных к раме, и с помощью заостренных грунтозацепов, закрепленным жестко на внешнем ободе колеса, которые при работе полностью входят в почвенный слой под собственным весом глубокорыхлителя и открытым штифтовым редуктором осуществляется привод от закрепленных штифтов на внутренней поверхности приводных колес, находящимися в постоянном зацеплении со штифтами, закрепленными на валах роторов, передающих таким одноступенчатым штифтовым редектором энергию вращения штырям, закрепленным по кругу на валах ротора и изогнутым по ходу вращения ротора в сторону движения тракторного агрегата.
Применение такого способа и устройства обработки почвы позволяет улучшить структуру почвы очистить ее от сорняков и многократно снизить затраты на обработку почвы, но к сожалению не может быть использовано в производстве. Производственные испытания такого устройства показали не возможность использования такого устройства при наличии в почве больших камней, металлических и других предметов, которые ввиду жесткого соединения штифтов применяемых в штифтовом редукторе для привода глубокорыхлителя, вызывали постоянные поломки редуктора, в виду жесткого штифтового зацепления и не позволяли перескакивать ротору через это препятствие и вызывали периодические поломки штифтов редуктора роторного глубокорыхлителя почвы не позволяли организовать постоянную бесперебойную работу такого агрегата.
Данный способ и почвообрабатывающее орудие принято в качестве ближайшего аналога.
Сущность изобретения заключается: В снижении тягового сопротивления для сбережения топливо-энергетических ресурсов и исключения поломки штифтово-зубчатой ступени двухступенчатого редуктора при агрегатировании роторных глубокорыхлителей почвы, путем использования приводных колес глубокорыхлителя увеличенного диаметра с заостренными грунтозацепами, предназначенными для передачи вращения штифтово-зубчатой ступенью редуктора промежуточным зубчатым звездочкам, встроенными в основные ведущие приводные колеса с жестко прикрепленной на ней шкивами с верезанной по их периметру клиновыми пазами для клиноременной передачи усиленной энергии вращения на шкивы, с вырезанным по периметру клиновыми пазами, закрепленными на валах роторных глубокорыхлителей почвы, передающим энергию вращения штырям, вертикально входящим в почву, для ее скалывания и рыхления и полного уничтожение сорняков и их проростков при их выкапывании на поверхность почвы, в том числе из колеи передних и задних колес трактора.
Технологический и технический результат роторной вертикально-штыревой обработки почвы, заключается в том, что глубокорыхлитель специальным устройством расположенным на раме цепляется за специальное прицепное устройство трактора и с помощью прицепа двигается по полю с использованием системы одновременно вращающихся приводных колес, увеличенного заданного диаметра с заостренными грунтозацепами, предназначенными для привода промежуточных свободно вращающихся ведомых зубчатых звездочек с прикрепленным к ним клиноременными шкивами жестко соединенных со свободно вращающими валами, закрепленными в подшипниковых устройствах на раме глубокорыхлителя, приводящих клиновыми ремнями во вращение клиновые шкивы роторов глубокорыхлителя состоящих из валов с закрепленными на нем штырями длинной до 35 сантиметров для заданной глубины обработки почвы.
Противоположными концами колеса и валы свободно вращаются на двух подшипниках закрепленных в подшипниковых устройствах на раме глубокорыхлителя. Под действием силы тяжести штыревого глубокорыхлителя заостренные грунтозацепы приводных колес входят в почву и с помощью специальных двух двухступенчатых штифтово-клиноременных редукторов приводят во вращение от приводных колес первыми штифтово-зубчатыми ступенями, посредством промежуточных зубчатых звездочек с закрепленным на них шкивами, представляющим из себя приводные шкивы с нарезанными на них по периметру шкивов клиновыми пазами, передающими усиленную энергию вращения второй клиноременной ступенью редуктора на закрепленные на валах ротора глубокорыхлителя шкивы меньшего диаметра, с нарезенными по периметру клиновыми пазами для клиноременного привода роторных рыхлителей почвы, которые заостренными штырями разрыхляют почву на заданную глубину до 35 и более сантиметров, и вытаскивают и вычесывают сорняки особенно многолетних растений из глубоких слоев почвы на ее поверхность.
Для обработки почвы используется роторный штыревой рыхлитель с закрепленными на нем одноручьевым нарезанным клиновым пазом в несколько раз меньшего диаметра основных приводных колес заданного диаметра в сравнении с заданным диаметром ведомых звездочек и жестко прикрепленным к ним шкивам с клиновыми пазами для клиноременного привода других шкивов с клиновыми пазами для передачи усиленной энергии вращения заостренным штырям роторного глубокорыхлителя почвы.
Положительный эффект достигается тем, что при данном способе и данном устройстве работает принцип рычагов Архимеда, созданных увеличенными диаметрами приводных колес, и входящих с ними в зацепление промежуточных звездочек с прикрепленными к ним клиноременными шкивами передается многократно усиленная энергия вращения двумя двухступенчатыми редукторами на клиноременные шкивы глубокорыхлителя с заостренными штырями, закрепленными по периметру цилиндрического глубокорыхлителя изогнутыми в сторону движения тракторного агрегата, разрушающими обрабатываемую почву, с выкапыванием сорняков на поверхность.
Под действием веса штыревых глубокорыхлителей и двухступенчатых редукторов, вращающих заостренные штыри ротора, которые заглубляются в почву, вертикально скалывают и разрыхляют почвенный слой. При попадании камней и твердых предметов, которые глубокорыхлители не могут выкопать за счет клиноременного привода пробуксовывающего на таких предметах, перескакивает через них за счет движения трактора, исключая поломку штифтов первой штифтово-зубчатой ступени привода глубокорыхлителей. Другие более мелкие предметы и камни глубокорыхлители выбрасывают на поверхность почвы.
Новый технологический и технический результат предлагаемого способа обработки почвы заключается в том, что в результате такой почвообработки, получается мелкоструктурный пахотный слой в гумусном горизонте, позволяющий сохранить влагу, избавиться от сорняков и соответственно увеличить урожайность сельскохозяйственных культур. При этом многократно снижаются металлоемкость и энергетические затраты в 10 и более раз и экономятся топливно-энергетические ресурсы в несколько раз на основной обработке почвы. С помощью резиновых транспортных колес и специального гидравлического устройства глубокорыхлитель переводится в транспортное или рабочее состояние.
Применение такого способа глубокого вертикально-штыревого рыхления почвы в пахотном горизонте позволяет полностью отказаться от плужной и другой конно-тракторной тяги почвообрабатывающих сельскохозяйственных орудий, используемых на всех других видах обработки почвы. Исключить противоречия «запрягания» трактора в сельскохозяйственные плуги, исключить постоянное увеличение веса трактора и почвообрабатывающих орудий, для уменьшения их не технологического тягового сопротивления при движении по полю.
Перед началом работы глубокорыхлителя подъемным устройством выставляется заданная глубина входа штырей в почву.
Совокупность известных и существенных отличительных признаков заявляемого способа не известна на уровне мировой технологии и техники и не вытекает из него очевидным образом.
Перечисленные новые существенные признаки достаточны во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Использованные источники
1. RU №2483506 С1 МПК
Патент РФ №2483506 С1
МПК: А01В 21/08
Ротационный рыхлитель-полольщик.
Заявка: 2011148313/13.2011.11.28
Дата подачи заявки: 2011.11.28
Дата публикации: 2013.06.10
Автор(ы): Абезин В.Г. (RU)
2. Патентный документ US 2199954 А
МПК: А01В 33/02
Дата публикации: 07.05.1940
3. US №4552223
Патентный документ US 4552223 А
МПК: А01В 33/06
Дата публикации: 12.11.1985
4. RU №2407259 С1 МПК
Патент RU №2407259 С1
МПК: А01В 49/06; А01В 79/02
Устройство для обработки почвы и посева и способ обработки почвы.
Заявка: 209112969/21
Дата подачи заявки: 06.04.2009
Дата публикации: 27.12.2010
Автор(ы): Николаев В.А.
5. РФ №2671480 С1
МПК Патент РФ №267180 (RU)
МПК: А01В 79/00; А01В 29/04; А01В 33/02; А01В 33/10
Способ и устройство основной глубокой вертикально-штыревой обработки почвы.
Заявка: 2014121579
Дата подачи заявки: 27.05.2014
Дата публикации: 10.12.2015
Автор(ы): Цугленок Н.В. (RU)
6. РФ №2732021
Патент РФ №2732021 (RU)
МПК: А01В 33/02; А01В 21/02; А01В 79/00
Способ и устройство основной глубокой вертикально-штыревой обработки почвы.
Заявка: 2019117628
Дата подачи заявки: 05.06.2019
Дата публикации: 10.09.2020
Автор(ы): Цугленок Н.В., Кацер И.И.