ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ ОРУДИЕ

Почвообрабатывающее орудие относится к сельскому хозяйству, в частности к техническим средствам для улучшения выродившихся лугов, выбитых и деградированных пастбищ, для безотвальной обработки почвы, например, неиспользуемой пашни.
Известны аналоги, например, штанговый прицепной культиватор КШ-3,6 - предназначен для рыхления почвы и очистки полей от сорной растительности посредством рабочего органа - штанги квадратного сечения, расположенной поперек движения агрегата (Корсун Н.А. Агрегатирование тракторов Т-15 0 и Т-150К с сельскохозяйственными машинами. М.: Машиностроение, 1975. - С.112-113). При ширине захвата одного культиватора - 3,7 м и глубине обработки 5-10 см, тягового усилия 30 кН трактора Т-150 достаточно для агрегатирования 3-х культиваторов, соединенных сцепкой СП-11, для всего диапазона рекомендуемых рабочих скоростей: 7-10 км/ч.
Однако рабочий орган культиватора КШ-3,6 в разрезе имеет форму квадрата большого поперечного сечения, что влечет за собой существенное увеличение тягового сопротивления этого орудия. При этом обработка почвы осуществляется только в одной плоскости, т.е. в одном слое почвы. Культиватор КШ-3,6 неработоспособен на лугах и пастбищах, т.к. из-за большого сопротивления штанга не будет работоспособна.
Известно почвообрабатывающее орудие, принятое за прототип (RU, патент №2233049, 2003.04.11), применяемое для коренного улучшения деградированных пастбищных угодий полупустынной зоны посредством ножевидных стоек с рыхлительными лапами, снабженных дугообразными элементами, посредством которых увеличивают объем нарезаемой в почве
щели и одновременно с этим подрезают части корней, побуждая их к образованию новых корней. При повторном проходе почвообрабатывающего орудия стойки образуют подпочвенный горизонтальный желоб с пустотами, которые заполняются влагой за осенне-зимний период.
Однако такое почвообрабатывающее орудие имеет существенные недостатки. Рыхление почвы выполняют с широким междурядьем, и почву разделяют только на крупные фракции, то есть для улучшения водно-воздушного режима почвы на переуплотненных и выбитых пастбищах потребуется ее дополнительная механическая обработка. Значительная же часть полосы почвы по ширине захвата орудия в колее трактора не обрабатывается вообще и останется переуплотненной после его прохода. Высокая плотность почвы вызовет замедление развития и роста растений, что приведет в конечном итоге к недобору урожая трав по сравнению с потенциально возможной величиной при более благоприятных почвенных условиях в корнеобитаемой зоне растений.
Сущность изобретения заключается в том, что если известным почвообрабатывающим орудием (патент RU №2233049) выполняют глубокое рыхление почвы с помощью стоек, то, согласно изобретению, рыхление почвенного пласта выполняют по всей ширине обработки с помощью предварительно напряженной струны, причем степень рыхления почвы по ее глубине можно осуществлять дифференцированно в зависимости от физического (фактического) состояния почвы, от погодно-климатических условий или в зависимости от агротехнических требований для конкретных растений, посредством изменения количества предварительно напряженных струн или их взаимного расположения в пространстве.
Целью изобретения является повышение продуктивности как естественных, так и сеяных переуплотненных выродившихся и
деградированных лугов и пастбищ, улучшение физических свойств и водно-воздушного режима почвы, а также уничтожение сорной растительности на неиспользуемой пашне.
Технический результат изобретения заключается в разуплотнении почвы, повышении равномерности и качества рыхления почвенного пласта, улучшении физических свойств почвы, ее водно-воздушного режима, более полном разложении органических остатков, улучшении питания растений, создании более благоприятных условий для роста и развития растений.
Решение задачи повышения продуктивности кормовых угодий будет достигаться благодаря предварительно напряженной струне за счет лучшего рыхления подпочвенного слоя по всей рабочей ширине захвата орудия, а не только в месте расположения стоек, как у прототипа. При этом в предлагаемом почвообрабатывающем орудии предусмотрена возможность варьирования степени рыхления почвы по глубине в зависимости от ее физико-механических свойств посредством изменения количества предварительно напряженных струн.
Уничтожение сорной растительности, а также улучшение физических свойств и водно-воздушного режима почвы будет осуществляться за счет дополнительного, более полного рыхления всего почвенного монолита в обрабатываемой зоне с помощью предварительно напряженной струны.
Более интенсивное рыхление почвенного пласта по его ширине и глубине обработки в сравнении с прототипом улучшит порозность почвы, что облегчит проникновение в нее воды и воздуха. Все это будет способствовать нормальному развитию и росту растений как за счет создания более благоприятных условий в корнеобитаемой зоне, так и за счет более полного разложения находящихся в почве органических остатков и улучшения питания растений.
Кроме того, благодаря применению предварительно напряженных струн, в процессе обработки почвы будет происходить частичное
выравнивание микрорельефа (поверхности почвы). Исключение перемешивания слоев почвы по глубине обработки будет благоприятно сказываться на жизнедеятельности аэробных и анаэробных микроорганизмов, которые могут активно развиваться соответственно при наличии кислорода в почве или без него.
Почвообрабатывающее орудие содержит раму 1, стойки 2 и лапы 3 с режущей кромкой 12, опорные колеса 8 с механизмом регулировки глубины обработки 9, закрепленную в прорезях 13 - предварительно напряженную струну 10 посредством шайб 11, а само орудие посредством тяг 4, 5 и 6 соединено с трактором 7.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены: на фиг.1 почвообрабатывающее орудие - вид сверху, на фиг.2 почвообрабатывающее орудие - вид сзади, на фиг.3 вариант исполнения предварительно напряженной струны в свободном состоянии, на фиг.4 стойка 2, соединенная с лапой 3, с прорезями 13.
При движении почвообрабатывающего орудия по лугу или пастбищу стойки 2 разрезают почву, выполняя операцию глубокого рыхления и частичного разрушения монолитного почвенного пласта на отдельные крупные фракции как за счет скоростного напора от движения стоек, так и за счет удара приподнятого почвенного пласта о дно борозды после прохода орудия. Одновременно предварительно напряженная струна 10, закрепленная в прорезях 13 посредством шайб 11, подрезает пласт почвы по ширине захвата в полосе обработки орудия, тем самым дополнительно разрыхляет и измельчает почву, создавая более благоприятные условия для проникновения и распределения в почвенных слоях как воды, так и воздуха. В зависимости от исходного состояния почвы (плотность, влажность и др.), варьируя числом предварительно напряженных струн, их взаимным расположением, добиваются требуемой степени разуплотнения и
измельчения почвы по глубине применительно к типу почвы и другим существенным условиям.
Предварительно напряженная струна почвообрабатывающего орудия выполнена из материала с высокими прочностными характеристиками на разрыв, например, из легированной, рессорно-пружинной стали или других материалов. Диаметр предварительно напряженной струны подбирается в зависимости от:
- физико-механических свойств почвы (твердость, плотность, влажность и т.д.);
- наличия или отсутствия в почве камней;
- наличия в почве корней растений и их количества, связанности дернины и др.
Тяговое сопротивление почвообрабатывающего орудия будет зависеть от диаметра предварительно напряженной струны и количества струн.
Пример расчета для подтверждения работоспособности предварительно напряженной струны.
Примем следующие допущения:
Р - тяговое усилие трактора класса 14 кН (1400 кГс). Расстояние между стойками - 3,2 м. Число предварительно напряженных струн - 1 шт.
в
2
В качестве предварительно напряженной струны примем проволоку стальную хромованадиевую (ГОСТ 3704-77) марки 50ХФА, имеющую прочность при растяжении [б]=150 кГ/мм. Известно, что напряжение при растяжении определяется из выражения:
где F - площадь поперечного сечения предварительно напряженной струны, определим из выражения:  подставим числовые значения Р.
2
Площадь круга равна F=πR, где R - радиус проволоки:
Диаметр проволоки D примем с коэффициентом запаса прочности К=2, тогда: D=2×R×2=6,88 мм, округляем до D=7 мм. Диаметра проволоки 7 мм достаточно, чтобы с двойным запасом прочности обеспечить работоспособность почвообрабатывающего орудия при агрегатировании с трактором (тяговое усилие 14 кН).
Проведем расчет тягового усилия от одной предварительно напряженной струны, оно равно:
т
2
P=К×S, где К - удельное сопротивление резанию почвы для ковыльной степи (максимально возможное) составляет 1,2-1,6 кГ/см (А.В.Красниченко. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин. М., 1961. - С.3).
S - площадь резания предварительно напряженной струной.
S=D×L, где D - диаметр предварительно напряженной струны, а L - расстояние между стойками.
2
2
S=0.007×3,2=0,0224 м, (или 224 см), тогда: Рт=1,6×224=358,4 кг.
Сопротивление от одной предварительно напряженной струны в сравнении с тяговым усилием трактора - незначительное. Максимальное количество предварительно напряженных струн определим из выражения:
С учетом тягового сопротивления от стоек необходимо уменьшать число предварительно напряженных струн или использовать класс тяги трактора 30 кН для 4 предварительно напряженных струн.
Уменьшая ширину захвата почвообрабатывающего орудия и глубину обработки (тем самым снижая тяговое усилие почвообрабатывающего орудия), можно использовать в качестве тяговой силы мускульную силу животных или др. При этом толщину предварительно напряженной струны
уменьшают до минимально возможной, исходя из ограничения - предельного усилия на ее разрыв.