ШИРОКОЗАХВАТНЫЙ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИЙ АГРЕГАТ
WIDE-CUT TILLER

Заявляемое изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, а именно к почвообрабатывающим орудиям с пассивными рабочими органами, и может быть использовано в сельском хозяйстве для подготовки семенного ложа перед посевом, для подповерхностного прикатывания посевов с одновременным дополнительным измельчением и вспушиванием поверхностного слоя почвы и его равномерным распределением по поверхности обрабатываемого поля, а так же для послеуборочного рыхления с одновременным вспушиванием и равномерным распределением взрыхленного слоя почвы по поверхности обрабатываемого поля с созданием условий для осеннего накопления в почве влаги и прорастания сорняков и падалицы.
Известно почвообрабатывающее орудие, включающее раму с прицепным устройством, на раме смонтированы в подшипниковых узлах две поперечные оси, на которых установлены в шахматном порядке кольчато-шпоровые диски последовательно, через распорные втулки (каток кольчато-шпоровый ЗКК-6. Паспорт и инструкция по эксплуатации. Учреждения УХ 16-4. Омская область). Недостатками данного почвообрабатывающего орудия при прикатывании посевов является то, что орудие обеспечивает прикатывание примерно 60-65% поверхности обрабатываемого поля практически без образования на этой поверхности рыхлого слоя почвы, а оставшаяся часть поверхности остается без прикатывания.
В прикатанной почве образуется капиллярная скважность, которая обеспечивает подвод влаги к семенам не только со стороны семенного ложа, но и со стороны прикатанной над семенами почвы, создавая тем самым оптимальные условия для прорастания и всходов. Образованная в почве, закрывающей семена после прикатывания, капиллярная скважность кроме подвода влаги к семенам обеспечивает и ее подвод к поверхности поля, где почва и воздух нагреваются до 50-70°C, что приводит к быстрому испарению этой влаги и унос ее в атмосферу восходящими потоками нагретого воздуха, который всегда образуется на таких полях. Если поле имеет достаточно большой размер, то эти восходящие потоки в атмосферу препятствуют заходу над ним дождевых туч, что исключает возможность выпадения дождевых осадков, чем усиливает засуху. В той части поля, где почва не была прикатана, семена лежат в рыхлой почве и не имеют достаточных контактов с ней, поэтому прорастают гораздо позже. Таким образом, применение для прикатывания посевов вышеуказанного орудия приводит к неравномерным всходам семян и к большим потерям почвенной влаги.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является широкозахватный каток кольчато-зубчатый, принятый нами за прототип, включающий раму с прицепом опирающейся в задней части на два пневмоколеса, на которой с возможностью перевода гидроцилиндрами из горизонтального рабочего положения в вертикальное транспортное положение смонтирована поворотная рама с крыльями, на крыльях в шахматном порядке с перекрытиями по фронту закреплены прикатывающие секции, крылья на раме установлены подвижно с возможностью поворота гидроцилиндрами вперед до фиксации их на раме прицепом в транспортное положение, все прикатывающие секции состоят из рамок, на которых в подшипниковых узлах закреплены батареи, состоящие из вала, колес с неровной поверхностью и зубовых дисков (каток кольчато-зубчатый Булава К 3-12,4, руководство по эксплуатации, ООО «ТС Инжиниринг», г, Воронеж).
Недостатками вышеуказанного орудия является то, что колеса с неровной поверхностью прикатывающих секций прикатывают хоть и неровно, но всю поверхность засеянного поля до образования в почве капиллярной скважности, а зубчатые диски осуществляют некоторое ее рыхление. Из-за малой ширины зубчатых дисков и их высоты можно допустить, что вся поверхность засеянного поля прикатана и все семена находятся в оптимальных для прорастания условиях, но в этом случае капиллярная скважность в прикатанной почве будет не только подводить почвенную влагу к поверхности семян, но и будет выводить ее на поверхность поля, где в дневное время на поверхности почвы воздух и верхний слой почвы нагреваются до 50-70°С. Это приводит к быстрому испарению этой почвенной влаги и подтягиванию на ее место другой. Так как высоко нагретый воздух (температурой 50-70°С) устремляется вверх, над таким полем формируются устойчивые восходящие потоки воздуха, которые подхватывают пары почвенной влаги и уносят их в атмосферу. Таким образом можно сказать, что мы искусственно сформировали солнечный насос по выкачиванию влаги из почвы, мало того, если засеянное поле достаточно велико, то формируемые восходящие потоки препятствуют заходу над этим полем дождевых туч, чем исключается возможность естественного полива этих посевов. И пока всходы посеянных растений не закроют своей зеленью всю поверхность поля, выпадение дождевых осадков на них практически невозможно, таким образом, кольчато-зубовые катки обеспечивают практически полное прикатывание поверхности засеянного поля, обеспечивая оптимальные условия для прорастания и всходам семян, но они никак не обеспечивают сохранность в почве почвенной влаги, а наоборот, создают условия для ее массового вытягивания из почвы и испарения. Если в почве влаги недостаточно, то полученные равномерные всходы в последующем могут просто засохнуть из-за нехватки влаги и отсутствия дождей. Чтобы этот риск максимально снизить, необходимо одновременно с полным прикатыванием поверхности засеянного поля обеспечить его защитой от массового испарения из почвы влаги, а также при ее нехватке создать условия для дополнительного накопления влаги в почве из атмосферы.
Целью изобретения является создание дополнительно измельченного и вспушенного слоя почвы, над прикатанной почвой, закрывающей посеянные семена и обеспечивающей с одной стороны резкое снижение испарения почвенной влаги посредством капилляров, а с другой - при недостатке в почве влаги ее дополнительное накопление за счет влаги атмосферы, которое происходило бы в результате воздухообмена между почвой и воздухом в дневное время суток («сухой полив»).
Поставленная цель изобретения достигается тем, что известный широкозахватный почвообрабатывающий агрегат, содержащий раму с прицепом, опирающуюся в задней части на два пневмоколеса, на раме с подвижно закрепленными крыльями в шахматном порядке с перекрытием по фронту установлены прикатывающие секции состоящие из рамок с подшипниковыми узлами и валов, отличается тем, что два пневмоколеса установлены на раме подвижно посредством рычагов, закрепленных на ней снизу и соединенных между собой балкой, крылья на раме установлены с возможностью подъема вверх на внешних концах крыльев смонтированы колеса, при этом крылья дополнительно соединены с рамой подвижно через подвески и рычаги подъема, а рычаги подъема посредством гидроцилиндров соединены с рычагами транспортных пневмоколес, подъем рамы относительно транспортных пневмоколес ограничивается ограничительными стойками с пальцами-фиксаторами рамы в транспортном положении. Прикатывающие секции, состоящие из рамок, с подшипниковыми узлами, на валах которых неподвижно, посредством спиц с шагом С закреплены винтовые полосы шириной а, имеющих шаг t и составляющие угол δ с образующей описывающей цилиндрическую поверхность этих прикатывающих секций диаметром D, угол наклона проекций винтовых полос на любую поверхность, проходящую через оси прикатывающих секций к их осям, равны β, смонтированные на раме и крыльях через параллелограмные механизмы и талрепы посредством продольных брусьев таким образом, что прикатывающие секции установленные по краям крыльев расположены за крыльями по ходу движения агрегата перекрывают по фронту колеса установленные по краям этих крыльев, а все прикатывающие секции установлены под углом α между направлением движения агрегата и перпендикуляром к осям прикатывающих секций отложенным в сторону угла β, при котором обеспечивается полное подповерхностное прикатывание засеянного поля, угол а определится выражением
,
где n -количество винтовых полос в прикатывающей секции;
max
min
H=H-H
max
где H - максимальная толщина прикатанной почвы над семенами
min
H - минимальная допустимая толщина прикатывания почвы над семенами
При этом максимальная  и минимальная , толщины дополнительно измельченной и вспушенной почвы над прикатанной почвой закрывающей посеянные семена определятся выражениями
B
max
r
max,
r
H = H - Hгде H - глубина посева;
B
min =
r
max
H H - H
min
max
r
min
max
max
B
Указанные отличия являются существенными, так как исполнение прикатывающих секций в виде многозаходных винтовых катков установленных на продольных брусьях под углом α между направлением движения широкозахватного почвообрабатывающего агрегата и перпендикулярами к осям прикатывающих секций обеспечивает создание подповерхностного прикатанного слоя почвы над посеянными семенами толщиной от H до H, который обеспечивает оптимальные условия для прорастания и последующих всходов посеянных семян, а верхний дополнительно измельченный и вспушенный слой почвы, распределенный ровным слоем винтовыми полосами катков по поверхности засеянного поля толщиной от  до  исключает подвод капиллярами прикатанной почвы почвенной влаги на поверхность засеянного поля и тем самым предотвращается ее быстрое испарение. Наличие большого количества воздуха между частицами дополнительно измельченного и вспушенного слоя почвы также исключает перегрев не только прикатанной почвы над семенами, но и почвы, находящейся на больших глубинах, что обеспечивает при недостатке влаги в почве ее дополнительное накопление из воздуха за счет так называемого процесса «сухого полива» (см. И.Е.Овсинский. Новая система земледелия - Новосибирск, 2003 г.С.64-74 и П.А.Костычев «Обработка чернозема», с.80-81). Но для осуществления процессов «сухого полива», а также нитрификации атмосферного азота глубина обработки почвы не должна превышать 5-6 см, а более глубокие слои должны быть структуризированными, то есть иметь капиллярную систему и систему каналов, которые остаются в почве от сгнивших корней ранее выращиваемых на ней растений, а также каналов, образуемых в почве червями. Это условие выполняется при выращивании зерновых по технологии Ho-till. Например, при выращивании зерновых пшеницы, ячменя, гороха и т.д. Глубина посева H является достаточной в 6 см, тогда если минимальная толщина прикатанного слоя почвы H над посеянными семенами составит 1,0 см, а максимальная толщина H - 3,0 см, то верхний дополнительный измельченный и вспушенный слой будет иметь толщину от H =5,0 см до =3,0 см, что является вполне достаточным по Овсинскому И.Е. для обеспечения процесса «Сухого полива» растений и нитрификации атмосферного азота.
Наличие в конструкции широкозахватного почвообрабатывающего агрегата параллелограммных механизмов и талрепов, в навеске прикатывающих секций позволяет не только изменять толщину прикатанного слоя почвы над посеянными семенами, но и изменяет их давление на почву за счет переноса веса рамных конструкций широкозахватного почвообрабатывающего агрегата на прикатывающие секции. Это позволяет использовать агрегат для прикатывания различных посевов, а также для послеуборочного рыхления почвы с созданием на поверхности поля измельченного и вспушенного слоя почвы толщиной от 4 до 6 см, который обеспечит осеннее накопление влаги в почве за счет процесса «Сухого полива», и осеннее прорастание семян сорняков и падалицы, которые с наступлением отрицательных температур гибнут. Этот прием позволяет по данным исследований уничтожить до 65% однолетних сорняков.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
r
min
max
На фиг.1 показан широкозахватный почвообрабатывающий агрегат; на фиг.2 показана часть винтового многозаходного катка прикатывающей секции; на фиг.3 показан угол α на схеме расположения оси прикатывающей секции и направление движения агрегата; на фиг.4 показано сечение засеянного и прикатанного поля, обработанного агрегатом, где H - глубина посева; H - минимально допустимая толщина прикатанной почвы над семенами; H - максимальная толщина прикатанной почвы над семенами;  - максимальная толщина дополнительно измельченной и вспушенной почвы, расположенной над прикатанной почвой;  - минимальная толщина дополнительно измельченной и вспушенной почвы над прикатанной почвой.
Широкозахватный почвообрабатывающий агрегат содержит раму 1 с прицепом 2 опирающуюся в задней части на два пневмоколеса 3, установленных на раме 1 подвижно снизу посредством рычагов 4, соединенных между собой балкой 5, на раме 1 с возможностью подъема вверх установлены крылья 6, на концах которых смонтированы колеса 7. На крыльях 6 в шахматном порядке с перекрытием по фронту установлены посредством продольных брусьев 8, параллелограммных механизмов 9 и талрепов 10 прикатывающие секции 11. Крылья 6 дополнительно соединены с рамой 1 через подвески 12 и рычаги подъема 13, а рычаги подъема 13 подвижно соединены посредством гидроцилиндров 14 с рычагами 4 транспортных пневмоколес 3. Подъем рамы 1 относительно транспортных пневмоколес 3 ограничивается ограничительными стойками 15 и фиксируется в транспортном положении пальцами-фиксаторами 16. Прикатывающие секции 11 состоят из рамок 17, на которых в подшипниковых узлах 18 установлены валы 19 с закрепленными на них неподвижно, посредством спиц 20, винтовыми полосами 21.
Агрегат работает следующим образом. Перед началом работы широкозахватный почвообрабатывающий агрегат с трактором устанавливают на краю засеянного поля или, если агрегат используется с посевным комплектом, то на краю подготовленного к посеву поля, затем с ограничительных стоек 15 снимают пальцы-фиксаторы 16 рамы 1 и гидросистемой трактора переключают гидроцилиндры 14 агрегата на опускание крыльев 6 из транспортного положения в рабочее, при этом рама 1 с прикатывающими секциями 11, установленными на ней, опускается на рычаги 4 пневмоколес 3, а крылья 6 также с прикатывающими секциями 11 через подвески 12 и рычаги подъема 13 опускаются до горизонтального положения, при котором колеса 7 крыльев 6 установятся на землю, затем талрепами 10 через параллелограммные механизмы 9 устанавливают прикатывающие секции 11 на необходимую глубину прикатывания почвы над посевами. После этого выключают передачу трактора и начинают движения. В процессе движения прикатывающие секции 11, оси которых установленны под углом α+90° к направлению движения агрегата, винтовыми полосами 21 врезаются в почву на заданную глубину, при этом почва под катками уплотняется с одновременным выравниванием, а почва над винтовыми полосами 21 дополнительно измельчается и вспушивается с одновременным вычесыванием пожнивных остатков и сорняков, укладывается ровным слоем над прикатанной нижней почвой. Таким образом, формируются условия, при которых посеянные семена находятся в прикатанной почве, где сформирована капиллярная структура, обеспечивающая увеличенный контакт поверхности семян с частицами почвы и подвод почвенной влаги к ним по всей поверхности, что создает оптимальные условия для их прорастания и всходов, а над прикатанным слоем почвы находится слой почвы дополнительно измельченной и вспушенной с вычесанными из него пожнивными остатками и сорняками, если они имеются, распределенной ровным слоем по поверхности засеянного поля. Толщина этого слоя при правильной регулировке должна находиться в интервале от 3 до 5 см, а это, при недостаточности влаги в почве, обеспечивает ее дополнительное накопление из окружающего воздуха (см. И.Е. Овсинский).
Для перевода широкозахватного почвообрабатывающего агрегата из рабочего положения в транспортное все операции проводят в обратном порядке, то есть гидросистемой трактора подают масло в гидроцилиндры 14, из которых выдвигаются штоки, в начале поворачивающие рычаги 4 пневмоколес 3, в результате чего подымается в транспортное положение рама 1 с установленными на ней прикатывающими секциями 11 до упора на ограничительных стойках 15 и фиксируется пальцами-фиксаторами 16, затем, при дальнейшей подаче масла в гидроцилиндры 14 через рычаги подъема 13 и подвески 12, подымаются до вертикального положения крылья 6 с прикатывающими секциями 11, которые затем фиксируются соответствующими фиксаторами (не показана). Агрегат готов к транспортировке.