СПОСОБ ГЛУБОКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
METHOD OF DEEP SOIL CULTIVATION

Предлагаемое изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к способам глубокой обработки почвы.
Известен способ глубокой обработки почвы посредством отделения ее фрагментов (стружки) от монолита принудительно вращающимся роторным глубокорыхлителем с зубьями /1/. Отделения зубьями фрагментов пласта менее энергоемко, чем отрезание ножами. Однако в обоих вариантах нерациональны энергозатраты на вертикальное погружение зубьев или ножей в почву верхней части пласта, о чем свидетельствует траектория движения в почве точки носка зуба. Кроме того, горизонтальная составляющая сопротивления движению зуба в почве на нижнем участке траектории трансформируется в подталкивающее усилие, обеспечивающее тягу. В машинотракторном агрегате (МТА) появляется циркулирующая мощность (подталкивание трактора приводным ротором), что нерационально, так как при этом повышаются энергозатраты на обработку и ухудшается управляемость агрегатом. Кроме того, приводной зубовый ротор забивается растительными остатками, поэтому выполнение способа для обработки засоренных агрофонов затруднительно.
Известен способ глубокой обработки почвы, выполняемый рыхлительно-роторным орудием /2/. Его лапы рыхлят пласт на всю глубину обработки, а ротор - верхний слой почвы. Способ обеспечивает снижение энергозатрат на привод ротора, но при этом сохраняется высокое тяговое сопротивление, так как подталкивающая реакция ротора, обрабатывающего небольшой слой почвы, разрыхленной лапами, незначительна. Из-за высокого тягового сопротивления такого рыхлительно-роторного орудия затруднено его агрегатирование с энергосредством приводной концепции. Также сохраняется проблема забивания растительными остатками, которую в иных бесприводных орудиях зачастую решают установкой плоских дисковых ножей для резания растительных остатков перед стойками лап.
Для снижения энергозатрат и устранения циркулирующей мощности совмещают глубокое рыхление пассивными рабочими органами (лапами) и приводным зубовым ротором - на такую же или несколько меньшую глубину /3 - прототип/. Способ глубокой обработки почвы включает предварительное полосное рыхление верхнего слоя почвы бесприводными рабочими органами и последующее рыхление ее нижнего слоя принудительно вращающимися роторно-зубовыми рабочими органами. Такой способ обработки почвы требует меньших энергозатрат на привод, чем обработка роторным глубокорыхлителем без лап, и в МТА отсутствует циркулирующая мощность. Однако для глубокого рыхления почвы лапами требуется большое тяговое усилие, которое не обеспечивают энергосредства приводной концепции, несмотря на достаточную мощность двигателя, которая при этом, в значительной мере, тратится на буксование.
Кроме того, при совмещении глубокого рыхления лапами и зубовым ротором или при его работе без лап обработка агрофонов с высокостебельной сорной растительностью затруднена или невозможна из-за забивания рабочих органов (ротора и стоек лап) растительными остатками.
Итак, при отсутствии предварительного рыхления хотя бы верхнего слоя почвы нерационально тратится энергия на погружение зубьев в верхний слой почвы, и в системе МТА появляется циркулирующая (паразитная) мощность. При рыхлении пласта лапами на всю глубину тяговое сопротивление возрастает настолько, что нельзя рационально использовать мощность энергосредства приводной концепции из-за его буксования. При всех приведенных способах затруднена или невозможна обработка почвы засоренных агрофонов зубовым роторным глубокорыхлителем из-за обволакивания растительными остатками его зубьев и стоек лап.
Задачей изобретения является снижение энергоемкости глубокого рыхления почвы, затрат мощности на привод и обеспечение устойчивого выполнения агротехпроцесса обработки засоренных агрофонов роторно-зубовым глубокорыхлителем.
Поставленная задача достигается тем, что выполняют предварительное полосное рыхление верхнего слоя почвы бесприводными рабочими органами и последующее рыхление ее нижнего слоя принудительно вращающимися роторно-зубовыми рабочими органами, при котором полосы предварительного рыхления и резания почвы при последующем рыхлении совпадают, глубина предварительного рыхления составляет 0,2-0,4 глубины последующего, ширина полос предварительного рыхления меньше интервала между их осями, который составляет 0,75…1,5 глубины последующего рыхления, кроме того, при выполнении предварительного рыхления режут растительные остатки и дернину и его полосы частично освобождают от разрыхленной почвы. При этом ширина полосы резания роторно-зубовым рабочим органом при последующем рыхлении меньше ширины полосы предварительного рыхления, которое выполняют сферическими дисками, установленными с углом атаки.
Сравнение заявленного способа обработки почвы с прототипом показывает, что новым является то, что полосы предварительного рыхления верхнего слоя и резания пласта при последующем глубоком рыхлении совпадают, глубина предварительного рыхления составляет 0,2-0,4 глубины последующего, ширина полос предварительного рыхления меньше интервала между их осями, который составляет 0,75…1,5 глубины последующего рыхления, кроме того, при выполнении предварительного рыхления режут растительные остатки и дернину и его полосы, частично, освобождают от разрыхленной почвы, при этом ширина полос резания пласта при последующем рыхлении зубовыми рабочими органами меньше ширины полос предварительного рыхления, которое выполняют сферическими дисками, установленными с углом атаки.
Таким образом, изобретение соответствует критерию «новизна».
Заявляемый способ соответствует критерию «изобретательский уровень», так как не является очевидным для специалиста и позволяет снизить энергоемкость глубокого рыхления почвы, затраты мощности на привод.
Предложенный способ соответствует критерию «промышленная применимость», так как может найти применение в сельском хозяйстве при разуплотнении почв, в том числе залежей, площадь которых к настоящему времени в России составляет более 40 млн. га. Наибольшую эффективность способ обеспечит при работе энергосредств приводной концепции с высокой энергонасыщенностью, имеющих малую массу и большую мощность двигателя. При этом будут исключены циркулирующая мощность в системе МТА и буксование «легкого» энергосредства.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 представлено поперечное сечение пласта, обработанного при выполнении способа; на фиг.2 - пример выполнения способа дисковым и зубово-роторным рабочими органами.
Полосы 1 предварительного рыхления на глубину h и полосы 2 резания почвы при последующем рыхлении на регулируемую глубину Н совпадают, при этом h=0,2…0,4 Н. Указанный диапазон h обусловлен главным образом изменением глубины Н от 25 до 45 см. При выполнении способа фактическая глубина h=10±2 см.
1
За счет бокового скалывания почвы под углом ψ трещины от дна полос 2 выходят к смежным разрыхленным полосам 1, при этом зоны 3 последующего рыхления смыкаются в нижнем слое почвы. Ширина b полос предварительного рыхления меньше интервала В между их осям и больше ширины b полос резания почвы при последующем рыхлении. Интервал В между полосами составляет 0,75…1,5 глубины Н последующего рыхления и обусловлен возможностью выхода поверхностей скалывания от зубьев, проникающих в полосу 2, к смежным полосам предварительного рыхления.
1
2
Дневная поверхность почвы показана линией a, минимальная глубина H полос 2 резания пласта при последующем глубоком рыхлении - линией d, максимальная глубина Н - линией е.
1
При движении в направлении V предварительное полосное рыхление выполняют сферическими дисками D, установленными с углом атаки. При этом они режут растительные остатки и дернину, рыхлят почвенные полосы шириной b на глубину h, равную 0,2…0,4 глубины Н последующего рыхления, которое выполняют приводными роторно-зубовыми рабочими органами R. Почву 4 из разрыхленных полос диски отбрасывают в сторону, и она укладывается на неразрыхленные полосы и частично попадает в борозды, образованные сферическими дисками 1. Так как в полосах 1 в зоне погружения зубьев R ротора растительные остатки перерезаны, то они не нависают на зубьях, не обволакивают и не забивают их, что повышает устойчивость выполнения процесса глубокого рыхления.
Рыхление полос 1 в зонах 2 погружения в почву зубьев R ротора и частичное освобождение этих полос от почвы позволяет снизить нерациональные энергозатраты на вертикальное погружение зубьев R в пласт без скалывания фрагментов почвы. На более низком участке траектории появляется горизонтальная составляющая сопротивления движению зуба и подталкивающая реакция. При этом зубья от пласта отрывают его фрагменты, и от дна полос к поверхности поля, точнее к смежным полосам 1 предварительного рыхления, идут линии (поверхности) скалывания. При подаче на зуб, например, 20 см и глубине полос 1h=10 см энегозатраты на резание диском и на пути 20 см и погружение зуба в верхний слой неразрыхленной почвы приблизительно одинаковые. Однако из-за выхода трещин от полосы 2 к смежным разрыхленным полосам 1 усилие на отделение фрагментов почвы от монолита заметно снижается. Работа зубьев без нависших на них растительных остатков (их режут диски) не только устойчива, но и менее энергозатратна. Так как предварительное рыхление выполняется полосно, то энергозатраты на его выполнение, по крайней мере, в два раза ниже, чем на сплошное предварительное рыхление.
Впервые предложенное совмещение на поверхности поля полос предварительного и глубокого последующего рыхления, заданное соотношение их глубины и интервала между их осями, совмещение рыхления полос верхнего слоя почвы с измельчением на них растительных остатков и дернины сферическими дисками может быть выполнено при двух проходах, а лучше - при одном проходе агрегата с дисковыми рабочими органами на передней навеске и роторно-зубовыми - на задней.
Также для выполнения способа разрабатывается комбинированный роторный плуг к универсальному энергосредству приводной концепции УЭС-350.
Источники информации
1. Жук А.Ф., Халилов М.Б. Изыскание типов рабочих органов роторного плуга. Научно-технический бюллетень ВИМ, №79, с.3…6, 1990.
2. АС СССР №1391517. МПК 5 А01В 49/02.
3. Жук А.Ф., Борисенко И.Б., Шапошников И.А. Теоретическое обоснование рациональной технологической схемы и параметров ротационного плуга. Теория и расчет почвообрабатывающих машин. Сб. научных трудов ВИМ, т.120, с.146-157, 1989 /прототип/.