СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF TILLAGE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Способ включает глубокое послойное энергоэффективное рыхление почвы путем вертикального импульсного воздействия сжатым воздухом. Устройство для обработки почвы содержит несущую раму и установленные на ней рабочие органы в виде вертикально ориентированных пневморапир с воздушно-импульсным приводом большого давления.
Предлагаемая группа изобретений относится к области сельского хозяйства, а именно к глубокой объемной обработке почвы, и может быть использована при внедрении мостового земледелия.
Известны способы безотвальной вспашки, включающие безотвальное и последующее активное рыхление почвы: SU 1148577 А1, 07.04.1985; SU 1407423 A1, 07.07.1988; RU 2415530 C1, 10. 04. 2011.
Основная проблема безотвальной вспашки состоит в том, что механическое рыхление почвы чизельными плугами требует большого тягового усилия и, как следствие, большого сцепного веса трактора, который уплотняет почву. Этот же фактор ограничивает глубину рыхления почвы чизельными плугами. Существенным недостатком известных способов является также повышенная энергоемкость.
В качестве наиболее близких аналогов изобретений, заявленных в составе предлагаемой группы изобретений, могут быть соответственно приняты способ обработки почвы и устройство для обработки почвы, раскрытые в патенте US 4233915 А, 18.11.1980. Известный способ по определению предназначен для культивации верхнего слоя относительно рыхлой почвы путем вертикально-объемного воздействия на почву при помощи коротких импульсов сжатого воздуха или жидкости. Об этом, в частности, свидетельствуют конструктивно-функциональные особенности известного устройства, предопределившие достаточно жесткие ограничения его возможностей по глубине и качеству разрыхления почвы. Известное устройство включает прицепную несущую раму на колесах с вращающимся полым валом, на котором установлены рабочие органы в виде радиально расположенных трубок с коническими ребристыми насадками, имеющими отверстия для автоматической подачи через них в почву в вертикальном нижнем положении коротких импульсов сжатого воздуха или жидкости. Погружение в почву радиально расположенных на горизонтальном валу трубок (рабочих органов) осуществляется под воздействием веса несущей рамы, установленного на ней компрессора и специально применяемых для этого утяжелителей.
Недостатком известного способа является невозможность осуществления глубокого и качественного рыхления почвы (различных типов почв), поскольку в известном устройстве погружение рабочих органов в почву объективно ограничено положением несущей их полой оси относительно обрабатываемой поверхности, а качество разрыхления почвы чрезмерно зависит от глубины рыхления и плотности почвы.
Задачей заявленной группы изобретений является преодоление указанных недостатков.
Технический результат заявленной группы изобретений - обеспечение глубокой, качественной и эффективной обработки почвы.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе обработки почвы, согласно изобретению, осуществляют одновременный подъем и рыхление почвы соответствующими импульсами сжатого воздуха путем вертикального погружения в почву группы пневморапир (трубок), отстоящих друг от друга на расстоянии R=kH (где Н - глубина погружения пневморапир в почву; k=0,3-3,0), при этом глубокое послойное энергоэффективное рыхление почвы осуществляют периодически подаваемыми импульсами сжатого воздуха по мере погружения пневморапир в почву на требуемую глубину обработки.
Технический результат достигается также тем, что в заявленном устройстве обработки почвы конструктивные решения базовых элементов и его рабочих органов, в частности, обусловлены принципиальным изменением основного вектора обработки почвы с горизонтального на вертикальный (вертикально-объемный). При этом, вместо механического воздействия на почву предложен импульсно-воздушный (компрессорный) способ глубокой обработки (рыхления) почвы, реализуемый в пошаговом режиме. Решение технической задачи по данному изобретению достигается за счет вертикального погружения в грунт на глубину до 70-75 см и более рабочих органов устройства для обработки почвы, выполненных в виде сгруппированных определенным образом на базе несущей рамы специальных пневморапир (трубок), и подачи через них короткого импульса сжатого воздуха большого давления. Проникая в микротрещины почвы, сжатый воздух резко расширяется и производит ее разрыхление. Таким образом, подъем и объемное рыхление почвы осуществляются одновременно (комплексно) за счет энергии импульсов сжатого воздуха большого давления. В результате происходит значительное увеличение удельной поверхности почвы. Нижние слои почвы обогащаются воздухом, содержащим до 80% свободного азота. Существенно улучшаются инфильтрационные свойства почвы. Все это в совокупности способствует реальному повышению плодородия почвы. Оптимальные уровни энергоэффективности и качества обработки (рыхления) почвы во многом обеспечиваются за счет рационального расположения вертикально ориентированных пневморапир на площади несущей рамы. Пневморапиры располагают на расчетном расстоянии R=kH друг от друга (где Н - глубина погружения пневморапир в почву; k=0,3-3,0 - коэффициент, определяемый опытным путем). Для подобной обработки почвы не требуется тяговое усилие трактора, уплотняющего почву. Пошаговое перемещение устройства для осуществления способа обработки почвы производится без рабочих нагрузок и может выполняться с помощью энергоэффективного почвосберегающего агроагрегата (агромоста) облегченной конструкции.
На фиг.1 показан в общем виде способ обработки почвы.
На фиг.2 показана принципиальная схема устройства для осуществления способа обработки почвы.
На фиг.3 показан наконечник пневморапиры в положении при заглублении пневморапиры в грунт.
На фиг.4 показан наконечник пневморапиры в положении, когда в канал пневморапиры подается импульс сжатого воздуха большого давления.
Суть способа обработки почвы состоит в следующем.
Пневморапиры 1 (фиг.1) устройства для обработки почвы, отстоящие друг от друга на расстоянии R, вертикально погружаются в почву на глубину Н (показан частный случай однослойной обработки почвы, когда глубина рыхления почвы Н равна глубине погружения пневморапир в почву - Н). Причем, оптимальное расстояние между пневморапирами зависит от физико-механических свойств почвы и глубины погружения пневморапир (Н). Их соотношение определяется зависимостью R=kH, где k=0,3-3,0 - коэффициент, определяемый опытным путем. Рыхление почвы производится подачей сжатого до большого давления воздуха из микрорессиверов 2 за счет открытия электропневмоклапанов 3. Микрорессивер имеет малый объем, что позволяет произвести в процессе подачи сжатого воздуха только рыхление, но не выброс грунта на поверхность. Объем микрорессиверов может изменяться путем регулировки в зависимости от физико-механических свойств почвы. Заявленный способ позволяет увеличивать глубину обработки (рыхления) почвы практически до любых оправданных значений (70-75 см и более). Если почва оказывается сильно уплотненной, то предлагаемый способ позволяет производить рыхление послойно, с помощью периодически подаваемых импульсов сжатого воздуха по мере углубления пневморапир.
Способ обработки почвы реализуется специальным устройством.
Устройство для осуществления способа обработки почвы (фиг.2) используется в качестве навесного орудия специализированного агроагрегата, например агромоста, способного обеспечивать пошаговый режим обработки почвы. Агромост имеет рабочую каретку 4 (показана фрагментарно), снабженную механизмом вертикального перемещения, например четырьмя гидроцилиндрами 6. На несущей раме 5 устройства для осуществления обработки почвы соответственно установлены четыре штатных шарнира, связанных с гидроцилиндрами 6. Шарниры расположены напротив соответствующих гидроцилиндров 6 с возможностью вертикального перемещения несущей рамы 5. На несущей раме 5 закреплена группа вертикально ориентированных пневморапир 1, установленных равномерно по всей площади рамы в продольном и поперечном направлениях на расстояниях R друг от друга. Каждая пневморапира 1 снабжена отдельным микрорессивером 2, подсоединенным к пневморапире с помощью пневмоэлектроклапана 3. Каждый микрорессивер имеет устройство изменения объема, например поршень 7, перемещаемый внутри цилиндра 8 с помощью винтового механизма 9. В зависимости от физико-механических свойств почвы производится предварительная установка с помощью винтового механизма 9 требуемого объема микрорессивера. Заправка микрорессиверов 2 сжатым воздухом большого давления перед очередным импульсом (очередным импульсным воздействием на почву) производится из общего ресивера 10 через коллектор 11 за счет кратковременного открытия заправочных электропневмоклапанов 12. Постоянное рабочее давление в общем ресивере 10 поддерживается компрессором 13.
Пневморапира 1 (фиг.3) выполнена в виде трубки и снабжена на конце заостренным наконечником 14, имеющим соосный 15 и радиальные 16 каналы для прохода сжатого воздуха. Хвостовик 17 (фиг.4) удерживает наконечник от выпадания из пневморапиры. Соответственно на конце трубчатой пневморапиры выполнена отбуртовка 18, взаимодействующая с хвостовиком 17 наконечника 14.
Устройство для осуществления способа обработки почвы работает следующим образом. Компрессор 13 поддерживает постоянное давление в общем расходном ресивере 10. При открытии электропневмоклапанов 12 происходит заполнение всех микрорессиверов 2 сжатым воздухом большого давления. После их заполнения клапаны 12, закрываясь, отсекают их от общей заправочной магистрали 11. Таким образом, все микрорессиверы оказываются подготовленными для подачи малообъемного импульса (каждый через свою пневморапиру) в почву. Затем несущая рама 5 опускается гидроцилиндрами 6, заглубляя пневморапиры на требуемую глубину Н. После погружения пневморапир на требуемую глубину Н по команде системы управления производится срабатывание электропневмоклапанов 3, открывающих подачу сжатого воздуха большого давления из микрорессиверов 2 в пневморапиры 1, а оттуда, выдвинув наконечники пневморапир, в грунт, производя при этом как бы микровзрывное воздушное рыхление почвы. Глубокое послойное рыхление почвы производится за счет периодически подаваемых импульсов сжатого воздуха по мере погружения пневморапир на необходимую глубину обработки. После совершения рыхления очередного участка почвы, находящегося под несущей рамой 5 (под пневморапирами), несущая рама 5 поднимается при помощи гидроцилиндров 6, извлекая пневморапиры 1 из земли. Затем агромост перемещает рабочую каретку 4 с несущей рамой 5 на смежный участок поля для повторения цикла пневморапирной обработки почвы и т.д.
Для того, чтобы трубчатые пневморапиры 1 не забивались землей при погружении в грунт, они снабжены заостренными наконечниками 14, закрывающими внутреннюю полость трубки при погружении пневморапиры. При подаче воздушного импульса большого давления проходное сечение трубчатой пневморапиры открывается за счет выдвижения наконечника из трубки в грунт.
Поскольку агромост не является предметом настоящего изобретения, конструкция, функциональные возможности агромоста и соответствующие системы управления его работой в данном случае не рассматриваются.