Почвообрабатывающее орудие
Изобретение относится к области сельского хозяйства. Почвообрабатывающее орудие содержит: раму, ножевидные стойки с прорезями, лапы, тяги для соединения с трактором, опорные колеса, механизм регулировки глубины обработки, а также как минимум одну предварительно напряженную струну, расположенную между двух и более стоек. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Почвообрабатывающее орудие осуществляет глубокое рыхление почвы без оборота пласта и дополнительное рыхление с помощью предварительно напряженной струны. Степень рыхления по глубине можно изменять в зависимости от свойств почвы, погодно-климатических условий или агротехнических требований, варьируя количеством предварительно напряженных струн или их расположением в пространстве.
Изобретение позволяет повысить продуктивность выродившихся, деградированных, переуплотненных лугов и пастбищ за счет дополнительного разуплотнения почвы по всей ширине обработки, улучшения водно-воздушного режима почвы, более полного разложения органических остатков и улучшения питания растений. Изобретение позволяет совместить операцию глубокого рыхления почвы с уничтожением сорняков, частичным выравниванием поверхности почвы, например, при обработке неиспользуемой пашни.
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 качестве предварительно напряженной струны примем проволоку стальную хромованадиевую (ГОСТ 3704-77) марки 50ХФА, имеющую прочность при растяжении [бв]=150 кГ/мм 2. Известно, что напряжение при растяжении определяется из выражения:
где F - площадь поперечного сечения предварительно напряженной струны, определим из выражения: 
подставим числовые значения Р.
Площадь круга равна F=
R2, 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:
Pт=К×S, где К - удельное сопротивление резанию почвы для ковыльной степи (максимально возможное) составляет 1,2-1,6 кГ/см 2 (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.
S=0.007×3,2=0,0224 м2, (или 224 см2), 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.
1. Почвообрабатывающее орудие, содержащее раму, опорные колеса, механизм регулировки глубины обработки, лапы и ножевидные стойки, отличающееся тем, что ножевидные стойки снабжены прорезями, посредством которых между ножевидными стойками закреплена предварительно напряженная струна.
2. Почвообрабатывающее орудие по п.1, отличающееся тем, что оно имеет больше чем одну предварительно напряженную струну.
