СПОСОБ УСКОРЕННОГО ЗАЛУЖЕНИЯ ЗАДЕРНЕЛЫХ ПОЧВ КОРМОВЫХ УГОДИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF ACCELERATED MEADOW FORMATION OF TURF-COVERED SOILS IN MEADOWLANDS AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к приемам коренного улучшения природных и выродившихся сеяных сенокосов и пастбищ.
Известен способ ускоренного залужения задернелых почв кормовых угодий, выполняемый комбинированным агрегатом АЗ-2,4, заключающийся в фрезеровании и предпосевном уплотнении почвы, высеве семян покровных культур и трав с одновременным локальным внесением стартовой дозы минеральных удобрений и послепосевном уплотнении верхнего слоя /1/.
Известно устройство для осуществления известного способа, включающее полунавесную фрезу с катком и прицепную зернотравяную сеялку с катком /2/.
Недостатком известных способа и устройства является то, что он малопроизводителен (0,56 га/ч эксплуатационного времени) и энергоемок из-за необходимости предпосевного фрезерования всей толщины обрабатываемого пласта.
Известен способ ускоренного залужения сенокосов и пастбищ за один проход комбинированным агрегатом АЗ-3,6 (1,1 га/ч эксплуатационного времени). Он аналогичен способу с применением агрегата АЗ-2,4 с той лишь разницей, что фреза с катком АЗ-3,6 является задненавесной и имеет те же недостатки - повышенную энергоемкость технологического процесса /2/.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является выбранный в качестве прототипа способ /3/ ускоренного залужения, заключающийся в том, что проводят грубое фрезерование почвы с заделкой дернины в нижние слои, рыхление уплотненной колеи по следам энергосредства, предпосевное измельчение верхнего слоя почвенного пласта, его выравнивание с уплотнением, высев семян на уплотненное ложе с локальным внесением стартовой дозы минеральных удобрений и послепосевное прикатывание.
Грубое фрезерование почвы проводят на глубину до 16 см с заделкой дернины в нижние слои, рыхление уплотненной колеи по следам колес энергосредства на глубину до 16 см, предпосевное измельчение верхнего почвенного пласта со скоростью резания 10 м/с.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для ускоренного залужения задернелых почв кормовых угодий /3/, включающее фронтально навешиваемые с приводом от ВОМ фрезбарабан с Г-образными ножами на фланцах и кожух, задненавесной каток с измельчителем-выравнивателем в виде рыхлящих лап по следам колес, ротор с активными рабочими органами, гладкий каток и прицепную сеялку с катком.
Достоинством известного способа и устройства является снижение энергоемкости технологического процесса благодаря дифференцированной обработке почвы при ее предпосевной подготовке (предварительное грубое фрезерование на глубину до 16 см и последующее дополнительное измельчение только верхнего слоя толщиной 4…6 см, уменьшение вспушенности нижних слоев, создание условий для образования уплотненного ложа для семян.
Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает полной заделки дернины и не может быть применен для залужения угодий с мощностью задерненного слоя больше 12 см без предварительной обработки болотной фрезой. Кроме того, повышенными затратами энергии сопровождается предварительное измельчение верхнего слоя почвы активными рабочими органами (дисковым ротором) из-за высокой скорости резания - 10 м/с.
Техническая задача изобретения заключается в уменьшении энергозатрат на предпосевное измельчение верхнего слоя почвы мощностью дернового слоя более 12 см за один проход с полной заделкой дернины.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе ускоренного залужения задернелых почв кормовых угодий, заключающемся в том, что проводят грубое фрезерование почвы с заделкой дернины в нижние слои, рыхление уплотненной колеи по следам энергосредства, предпосевное измельчение верхнего слоя почвенного пласта, его выравнивание с уплотнением, высев семян на уплотненное ложе с локальным внесением стартовой дозы минеральных удобрений и послепосевное прикатывание, согласно изобретению, почвенный пласт разрезают путем фрезерования на глубину 18…22 см пяти щелей шириной 15 см и двух, по бокам от центральной, шириной 1 см на полосы шириной, не превышающей 47,5 см, в верхней части которых нарезают по 3 щели глубиной 4 см и шириной 1 см, проводят гладкую вспашку полос с оборотом пласта в собственных бороздах с полной заделкой дернины в нижний слой, рыхлят уплотненную колею на глубину 4…6 см, измельчают верхний слой пласта фрезерованием путем боковой деформации отрезаемых стружек со скоростью резания не более 5 м/с с выравниванием и предпосевным уплотнением.
Поставленная техническая задача достигается также тем, что в устройстве для ускоренного залужения задернелых почв, содержащем фронтально навешиваемые с приводом от ВОМ фрезбарабан с Г-образными ножами на фланцах и кожух, задненавесной каток с измельчителем-выравнивателем в виде рыхлящих лап по следам колес, ротор с активными рабочими органами, гладкий каток и прицепную сеялку с катком, согласно изобретению, оно снабжено фронтально-ротационным плугом с односторонними и сдвоенными право- и левооборачивающими винтовыми плужными корпусами и заплужниками, фрезбарабан снабжен плоскими ножами разной длины, на каждом фланце ротора задненавесного катка установлено по три плоских ножа под углом 64…70° к оси вращения с углом скольжения лезвий 50…90°.
Кроме того, носки сдвоенных плужных корпусов размещены в плоскостях симметрии длинных плоских ножей, а носки заплужников - в плоскостях крепления Г-образных ножей.
Сравнение заявленного способа с прототипом показывает, что новым в способе является то, что почвенный пласт разрезают путем фрезерования на глубину 18…22 см пяти щелей шириной 15 см и двух, по бокам от центральной, шириной 1 см на полосы шириной, не превышающей 47,5 см, в верхней части которых нарезают по 3 щели глубиной 4 см и шириной 1 см, проводят гладкую вспашку полос с оборотом пласта в собственных бороздах с полной заделкой дернины в нижний слой, рыхлят уплотненную колею на глубину 4…6 см, измельчают верхний слой пласта фрезерованием путем боковой деформации отрезаемых стружек со скоростью резания не более 5 м/с с выравниванием и предпосевным уплотнением.
Сравнение заявленного устройства с прототипом показывает, что новым в устройстве является то, что оно снабжено фронтально-ротационным плугом с односторонними и сдвоенными право- и левооборачивающими винтовыми плужными корпусами и заплужниками, фрезбарабан снабжен плоскими ножами разной длины, на каждом фланце ротора задненавесного катка установлено по три плоских ножа под углом 64…70° к оси вращения с углом скольжения лезвий 50…90°.
Кроме того, носки сдвоенных плужных корпусов размещены в плоскостях симметрии длинных плоских ножей, а носки заплужников - в плоскостях крепления Г-образных ножей.
Таким образом, заявленный способ соответствует критерию «новизна».
Заявленный способ может быть осуществлен только в предлагаемом устройстве, что говорит о соблюдении принципа «единство изобретения».
Изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как может быть достигнут результат, удовлетворяющий существующую потребность, а именно уменьшение энергозатрат на предпосевное измельчение верхнего слоя почвы мощностью дернового слоя более 12 см за один проход с полной заделкой дернины.
Изобретение является и «промышленно применимым», так как может использоваться в сельском хозяйстве при модернизации комбинированных агрегатов АЗ-3,6 и АЗ-4,5 с универсальными энергетическими средствами УЭС-210/280 и УЭС-290/450.
Изобретение поясняется чертежами: на фиг.1 схематично показан почвенный разрез после прохода устройств, характеризующий технологические параметры способа; на фиг.2 - конструктивно-технологическая схема устройства, вид сбоку; на фиг.3 - конструктивно-технологическая схема фронтально-ротационного плуга, вид сбоку; на фиг 4. - конструктивно-технологическая схема фронтально-ротационного плуга, вид сверху; на фиг.5 - конструктивно-технологическая схема катка с измельчителем-выравниваателем, вид сбоку; на фиг.6 - ротор задненавесного катка, вид сзади; на фиг.7 - ротор задненавесного катка, вид сбоку; на фиг.8 - правый нож ротора задненавесного катка, вид сбоку; на фиг.9 - правый нож ротора задненавесного катка, вид сзади; на фиг.10 - барабан ротора задненавесного катка, вид сзади; 11 - барабан ротора задненавесного катка, вид сбоку.
1
1
Способ безотвальной вспашки задернелых минеральных почв заключается в том, что проводят грубое фрезерование почвы с заделкой дернины в нижние слои, рыхление уплотненной колеи по следам энергосредства, предпосевное измельчение верхнего слоя почвенного пласта, его выравнивание с уплотнением, высев семян на уплотненное ложе с локальным внесением стартовой дозы минеральных удобрений и послепосевное прикатывание, почвенный пласт разрезают путем фрезерования пяти щелей шириной t=15 см и двух, по бокам от центральной, шириной t=1 см глубиной h=18…22 см на полосы шириной, не превышающей 47,5 см, в верхней части которых нарезают по 3 щели глубиной  и шириной t=1 см, проводят гладкую вспашку полос с оборотом пласта в собственных бороздах с полной заделкой дернины в нижний слой, рыхлят уплотненную колею на глубину (0.2…0.3)h, измельчают верхний слой пласта фрезерованием путем боковой деформации отрезаемых стружек со скоростью резания не более 5 м/с с выравниванием и предпосевным уплотнением.
Глубина обработки почвы выбрана h=18…22 см с тем, чтобы можно было проводить ускоренное залужение угодий с мощностью дернины 12…18 см за один проход. После оборота пласта обернутая дернина 1 должна быть покрыта слоем почвы (0.2…03)h для посева в него семян 2 кормовых культур.
Для предварительной грубой обработки почвы использован комбинированный фронтально-ротационный плуг 3, сочетающий фрезбарабан 4 с расположенными за ним в один ряд поперек движения односторонними и сдвоенными право- 5 и левооборачивающими 6 винтовыми корпусами и заплужниками.
k
Фрезбарабан 4 плуга 3 разрезает пласт на полосы шириной b=47.5 см, соответствующей ширине захвата b плужных корпусов 5 и 6, путем фрезерования широких щелей по ходу движения носков корпусов 5 и 6 и заплужников 7. При этом тяговое сопротивление плуга 3 резко снижается благодаря его компенсации подталкивающим усилиям фрезбарабана 4, устранению необходимости установки дисковых ножей, облегчению хода носков корпусов 5 и 6 и заплужников.
1
Нарезание щелей глубиной  и шириной t=1 см необходимо для частичной разделки верхней наиболее задерненной части 1 пласта без нарушения его связности для ускорения разложения дернины и уменьшения затрат на оборачивание пласта.
Благодаря фрезерованию широких щелей шириной t=15 см увеличивается общая ширина захвата, ширина захвата заплужников 7 и облегчается укладка обернутого пласта в собственные борозды, уменьшается поперечная и продольная гребнистость поверхности обрабатываемого поля. Так как обернутый пласт почти не вспушивается, глубина рыхления уплотненной колеи по следам колес энергосредства уменьшается на толщину задернелого слоя и будет составлять (0.2…0.3)h.
Если установить на каждом фланце 8 ротора 9 по три ножа 10 и 11, наклоненных под углом β=64…70° к оси вращения, с углами скольжения лезвий γ=50…90°, то они будут работать как диски, смещая отрезаемые стружки поперек движения, но частота вращения ротора уменьшается в 3 раза, т.е.
o
При этом окружная скорость V при увеличении диаметра D=2R до 300…360 мм (0,30…0,36 м) составит
т.е. не более 5 м/с. Средняя скорость резания за один оборот практически не отличается от окружной.
Устройство для ускоренного залужения задернелых почв кормовых угодий за один проход состоит из фронтально-ротационного плуга 3 для гладкой пахоты, задненавесного катка с измельчителем-выравнивателем верхнего слоя почвы 12, прицепного устройства 13 и сеялки с катком.
Фронтально-ротационный плуг 3 содержит раму 14, механизм навески 15, опорные колеса 16, центральную карданную передачу 17, центральный коническо-цилиндрический редуктор 18 с двумя боковыми карданными передачами 19, два бортовых редуктора 20, двухсекционный фрезбарабан 4 с Г-образными 21 и плоскими 22 и 23 ножами разной длины, односторонние и сдвоенные право- 5 и левооборачивающие 16 плужные корпусы с винтовыми отвальными поверхностями и заплужники 7.
Наиболее удаленные от оси вращения точки у Г-образных 21 и плоских длинных 22 ножей фрезбарабана 4 расположены на диаметре 800 мм, а у плоских коротких ножей 23 - на диаметре 520 мм.
1
Плоские длинные 22 и Г-образные 21 ножи предназначены для разрезания почвенного пласта на полосы шириной b=47,5 см путем фрезерования щелей глубиной h=18…22 см, пяти щелей шириной t=15 см и двух по бокам от центральной шириной t=l см.
1
n
-1
Короткие плоские ножи 23 нарезают щели шириной t=l см и глубиной  в верхней наиболее задерненной части полос. Ширина захвата Г-образных ножей 21 равна 7,5 см, а толщина плоских ножей 22 и 23 - 10 мм. На одном фланце фрезбарабана 4 диаметром 800 мм установлено по десять Г-образных 21 ножей и по восемь плоских коротких ножей 11. Частота вращения фрезбарабана 4 - 333 мин при выбранных z=5, S=7 см и V=7 км/ч=1,945 м/с=194,5 см/с.
Плужные корпусы 5 и 6 устанавливают в один ряд поперек движения, а заплужники 7 - между ними и тоже в один ряд. Ширина захвата фрезбарабана 4 больше общей ширины захвата плужных корпусов 5 и 6 на 2t=30 см. Носки сдвоенных плужных корпусов 5 и 6 находятся в плоскостях симметрии длинных плоских ножей 22, а носки заплужников 7 - в плоскостях крепления Г-образных ножей 21. Это необходимо для того, чтобы носки заплужников 14 и сдвоенных корпусов 5 и 6 двигались по серединам щелей, прорезаемых в дернине Г-образными 21 и длинными плоскими ножами 22. Носки крайних плужных корпусов 5 и 6 отстоят от плоскостей концов Г-образных ножей 21 на расстояние 150 мм и движутся при работе по дну борозды в плоскостях внутренних боковых стенок крайних щелей шириной 15 см.
Таким образом ширина захвата фрезбарабана 4 плуга 3 B=3,6 м, а общая ширина захвата плужных корпусов 5 и 6 составляет 3,3 м.
Тяговое сопротивление фронтально-ротационного плуга 3 примерно в 3 раза меньше плугов с пассивными рабочими органами, так как при работе фрезбарабана 4 возникает значительная подталкивающая реакция почвы, гасящая сопротивление почвы плужными корпусами 5 и 6 и заплужниками 7. При этом резко сокращаются потери энергии энергосредством на излишнее измельчение верхнего слоя почвы движителями и появившийся запас мощности расходуется на выполнение технологического процесса.
В связи с тем, что заплужники 7 движутся по серединам щелей шириной 15 см их ширина захвата больше ширины захвата двух право- 5 и левооборачивающих 6 плужных корпусов на 15 см (или на 7,5 см на 1 корпус), что позволяет оборачиваемому пласту хорошо вписываться в собственное дно борозды и уменьшает гребнистость поверхности поля.
Каток с измельчителем-выравнивателем верхнего слоя почвы 12 включает раму 24, навеску 25, рыхлящие лапы 26 по следам колес энергосредства, центральную карданную передачу 27, центральный конический редуктор 28 с двумя боковыми карданными передачами 29, бортовые передачи 30, двухсекционный ротор 9 и каток 31.
Лапы 26 служат для разрыхления уплотненной колеи по следам колес энергосредства, глубина их хода - (0.2…0.3)h.
н
Ротор 9 состоит из двух валов 32 и приваренных к ним фланцев 8, к которым крепятся наклоненные к оси вращения под углом β=64…70° плоские правые 10 и левые 11 ножи с углом скольжения лезвий γ=50…90° и шириной захвата b.
ф
н
Фланцы 8 являются сварными и выполнены из двух половинок равной толщины, на каждой из которых крепятся по три односторонних правых 10 и левых 11 ножа. Каждый последующий фланец 8 устанавливается на вал 32 по отношению к предыдущему с поворотом вокруг оси вала 32 на угол 30°, например, по часовой стрелке на расстоянии b=2b.
-1
Диаметр ротора 9 D=2R выбран так, чтобы на его фланцах 8 можно было разместить по 6 наклонных ножей 10 и 11 - по 3 правых и 3 левых. Это позволяет снизить частоту вращения ротора 9 с 778 до 260 мин, что обеспечивает примерно в 1,5 раза уменьшение энергозатрат на обработку верхнего слоя почвы благодаря снижению окружной скорости и скорости разрезания, что практически одно и то же, с 10 до 5 м/с наиболее удаленных точек ножей 10 и 11. Ножи 10 и 11 разрушают отрезаемые стружки путем поперечной деформации, при этом процесс фрезерования малодинамичный и плавный, а нагрузки на ВОМ 18 ниже в 2…3 раза.
Устройство работает следующим образом.
Фрезбарабан 4 фронтально-ротационного плуга 3 разрезает почвенный пласт на полосы шириной b=47,5 см путем фрезерования на глубину h=18…22 см пяти щелей шириной t=15 см и двух щелей по бокам от центральной шириной 1 см Г-образными ножами 21 и плоскими длинными ножами 22. Идущие сзади право- 5 и левооборачивающие 6 односторонние и сдвоенные плужные корпусы подрезают лемехами на глубине h=18…22 см пласты полос и своими винтовыми отвалами оборачивают их на 180°, смещая в сторону заплужников 7, которые возвращают обернутые пласты в свои борозды. Вывернутый на поверхность слой почвы толщиной (0.2…0.3)h сминается колесами энергосредства, образуя колею глубиной 2…3 см. Лапы 26 рыхлят уплотненную колею на глубину (0.2…0.3)h, двухсекционный ротор 9 измельчает верхний слой почвы на глубину (0.2…0.3)h своими наклонными правыми 10 и левыми 11 ножами, смещая отрезаемые стружки то влево, то вправо, создавая плотное ложе для семян 33 и выравнивая поверхность обработанного поля. Следующий за ротором 9 каток 31 уплотняет верхний слой и дополнительно его выравнивает. Прицепная зернотравяная сеялка высевает рядовым способом семена покровных культур и крупных семян трав с одновременным локальным внесением стартовой дозы минеральных удобрений на глубину до 6 см и разбросным способом на поверхность мелкие семена трав. Каток сеялки выполняет послепосевное уплотнение почвы, обеспечивая приток влаги к верхнему слою и хороший контакт семян с почвой и их заделку.
При работе устройства тяговое сопротивление пассивных рабочих органов в значительной степени гасится подталкивающей силой активных рабочих органов, что обеспечивает резкое снижение буксования движителей энергосредства и предотвращает излишнее распыление и нарушение структуры верхнего слоя почвы.
Внедрение предлагаемых способа и устройства позволит выполнять ускоренное залужение угодий с мощностью дернины 12…18 см за один проход при улучшении его качественных показателей - полная заделка дернины в нижний слой почвы, уменьшение гребнистости поверхности и нарушения структуры верхнего слоя, создание плотного семенного ложа и снижение энергоемкости.
Источники информации
1. Результаты Государственных испытаний агрегата АЗ-2,4. Тезисы доклада Кировской МИС, Оричи, 1984 г.
2. Протокол №7-135-86 (1230410) государственных приемочных испытаний агрегата для ускоренного залужения АЗ-3,6. Западная МИС, 1986 г.
3. Патент РФ №2016499, МПК A01B, 79/02, 1994 г. (прототип).