Устройство для обработки почвы

 

Использование: в сельскохозяйственном машиностроении, в частности в устройствах для рыхления почвы посредством импульсного воздействия на ее поверхность снаружи ударными волнами и потоками продуктов детонации горючей смеси. Сущность изобретения: устройство содержит систему подготовки горючей смеси и трубы - генераторы детонационных волн. Система подготовки горючей смеси включает в себя воздушный компрессор, кинематически связанный с валом отбора мощности самоходной тележки и герметичный бензобак, сообщенный с форсункой и с воздухопроводом компрессора. Трубы - генераторы детонационных волн выполнены в виде спаренных труб, имеющих общие для каждой пары труб турбулизатор и камеру сгорания. 4 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для рыхления почвенных корок хлопковых полей в период прорастания растений. Кроме того, изобретение может быть использовано для рыхления верхнего слоя солонцовой почвы после посева растений, а также для поверхностного рыхления любых почв до посева растений.

Актуальность проблемы разрушения крепкой почвенной корки (толщиной 1-5 см), образующейся, в основном, на солонцовых почвах, в период прорастания растений, например хлопчатника, объясняется тем, что из-за корки посевы иногда не прорастают, что приводит к необходимости пересева огромных площадей.

В настоящее время наметилась тенденция перехода от традиционных способов обработки почвы к способам, характеризующимся минимальным воздействием на нее и отказу от основных видов обработки почвы (отвальной вспашки, глубокой вспашки, плоскорезной вспашки и т.д.), в пользу поверхностной обработки почвы на глубину до 12 см.

Известно устройство, предназначенное для механического рыхления почвы, использующее принцип импульсного воздействия на глубинные слои почвы потоком продуктов сгорания. Данное устройство содержит закрепленный на тракторе плуг-рыхлитель, корпус которого оборудован камерой сгорания. Выпускные отверстия камеры сгорания выведены с обеих сторон лемеха-плуга. Каналы внутри корпуса соединяют камеру сгорания с источником горючей смеси. В камере сгорания установлена свеча, поджигающая горючую смесь.

Устройство работает следующим образом.

Свеча поджигает горючую смесь, при этом происходит ряд повторных взрывов. Продукты сгорания воздействуют на почву вблизи лемеха, разрыхляя ее и тем самым облегчая передвижение лемеха. Рыхление почвы продуктами сгорания и лемехом осуществляют путем воздействия на нее внутри почвенного слоя.

Недостатком устройства является то, что при рыхлении образуются комья, которые бомбардируют надсолонцовый слой почвы, т.е. способствуют выходу солонцового слоя наверх, что весьма нежелательно. Данное устройство невозможно использовать для рыхления верхнего слоя почвы для ликвидации корки из-за неизбежного повреждения растений после их посадки.

Известно устройство для обработки солонцовых почв, содержащее раму и закрепленный на раме рыхлитель, в котором размещена камера сгорания с выхлопными отверстиями, и чизельная лопата. Нижняя режущая часть рыхлителя выполнена плоской. Камера сгорания соединена с источником подачи горючей смеси каналами и имеется система зажигания со свечой.

Устройство работает следующим образом.

При движении рыхлитель подрезает надсолонцовый слой почвы без оборота последнего. В камеру сгорания подается горючая смесь и одновременно искра от свечи зажигания. Таким образом, поджигается горючая смесь, что приводит к серии повторных взрывов. Продукты сгорания прорываются через выхлопные отверстия и воздействуют на солонцовый слой почвы, разрушая его на мелкие фракции. Нижняя часть рыхлителя препятствует проникновению комков солонцового слоя вверх, не допуская его смешивания с надсолонцовым слоем, что обеспечивает качественную обработку почвы. Чизельная лопата дополнительно перемешивает солонцовый и подсолонцовый слои.

Недостаток этого устройства заключается в том, что рыхление производится внутри почвенного слоя на уровне солонцового и подсолонцового слоев, а рыхление почвенной корки не обеспечивается. Кроме того, такой способ рыхления не обеспечивает возможность рыхления после посева растений из-за неизбежного повреждения их корней.

Известно устройство, взятое за прототип, предназначенное для рыхления почвенной корки, использующее принцип импульсного воздействия на поверхность почвы ударными волнами и потоком продуктов сгорания, формируемыми трубами-генераторами детонационных волн при сжигании в них в циклическом режиме бензиновоздушной смеси, расположенных над поверхностью почвы и не имеющих с ней механического контакта.

Данное устройство содержит навешиваемую на трактор раму с закрепленными на ней восемью трубами-генераторами детонационных волн, открытые концы которых изогнуты в сторону обрабатываемой почвы и снабжены экранами для защиты растений, а другие концы труб снабжены индивидуальными камерами сгорания, в которые поступает гомогенная бензиновоздушная смесь от источника смеси в виде V-образного, восьмицилиндрового, карбюраторного двигателя внутреннего сгорания с приводом его от вала отбора мощности трактора, работающего с отключенной системой зажигания, т.е. в режиме компрессора.

Недостатком данного устройства является использование в качестве источника горючей смеси V-образного, восьмицилиндрового, карбюраторного двигателя внутреннего сгорания.

Вторым недостатком устройства следует считать то, что каждая из труб-генераторов детонационных волн снабжена индивидуальной камерой сгорания со своим клапанным узлом. А так как камера сгорания и клапанный узел при изготовлении являются наиболее сложными элементами данного устройства, это существенно удорожает установку в целом.

Цель изобретения - повышение производительности устройства для обработки почвы, улучшение управляемости и снижение себестоимости его изготовления.

Поставленная цель достигается посредством разработки системы подготовки горючей смеси менее дорогой и лишенной перечисленных недостатков, присущих системе подготовки горючей смеси с использованием V-образного двигателя внутреннего сгорания. В разработанной системе подготовки горючей смеси, являющейся элементом конструкции готовящегося к серийному выпуску устройства для обработки почвы "Культиватор ГДРП-3"), вместо V-образного двигателя внутреннего сгорания, в качестве источника окислителя (воздуха) используется воздушный компрессор (в данной модели используется компрессор ВР-8/22), приводимый в действие от вала отбора мощности трактора, а распыливание (бензина) в необходимой пропорции с воздухом осуществляется пневматической форсункой.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема системы подготовки горючей смеси; на фиг.2 - детонационный генератор из спаренных труб; на фиг.3 - вид по стрелке А на фиг.2; на фиг.4 - компоновка устройства обработки почвы на серийном тракторе.

Ротационный воздушный компрессор 1 приводится в действие от вала отбора мощности трактора (ВОМ) и подает воздух в конфузор 2, в узком сечении которого расположена форсунка 3. За форсункой 3 ниже по потоку расположен конус-рассекатель 4. Бензин из основного бензобака 5 по магистрали 6 и через обратный клапан 7 поступает в промежуточный герметичный бензобак 8, откуда по магистрали 9 через фильтр 10, электромагнитный запорный клапан 11, механический кран 12 и регулируемый жиклер 13 - в форсунку 3. Транспортировка бензина в форсунку 3 осуществляется благодаря его поддавливанию в герметичном бензобаке 8 статическим давлением воздуха, отбираемого трубкой 14 перед дроссельной шайбой 15 (со стороны набегающего от компрессора потока воздуха). Основной бензобак 5 снабжен указателем 16 уровня топлива, а промежуточный бензобак 8 - предохранительным клапаном 17. Электромагнитный запорный клапан открывается (закрывается) по команде от блока 18 управления с одновременной подачей импульсов высокого напряжения на электрические свечи 19 зажигания 19, расположенные в камерах 20 сгорания.

Каждая трубка 21 - генератор детонационных волн снабжена индивидуальным турбулизатором 22 и общей для каждой пары труб камерой 20 сгорания.

Устройство работает следующим образом.

Режим работы устройства для обработки почвы на стадии уже проросших растений.

Трактор 23 устанавливается на поле таким образом, что его переднее и два колеса задних идут по междурядьям. Открывается механический запорный кран 12. Включается гидросистема трактора и трубы 21 с помощью передней пары гидроцилиндров 24 опускаются до тех пор, пока нижние кромки защитных экранов 25 не касаются обрабатываемой почвы. Включается вал отбора мощности трактора, посредством которого приводится в действие ротационный воздушный компрессор 1. Воздух от компрессора 1 поступает в конфузор 2, где ускоряется в его узком сечении. Часть воздуха, отбираемого перед дроссельной шайбой 15, по трубке 14 поступает в герметичный бензобак 8 и создает в нем избыточное давление. Трактор начинает движение. При этом скорость движения трактора и частота генерации ударных волн выбирается исходя из характеристики обрабатываемой почвы.

С помощью заднего гидроцилиндра 26 опускаются окучиватели 27, которые по мере продвижения трактора осуществляют дополнительное рыхление почвы в междурядьях, уплотненной колесами трактора, и придвигают отброшенную в междурядье землю вновь к центру рядка. Затем оператор включает блок 18 управления, от которого начинают поступать высоковольтные импульсы на электрические свечи 19 зажигания и одновременно подается сигнал на открытие электромагнитного запорного клапана 11.

Бензин из бензобака 8 поступает через форсунку 3 в узкое сечение, где и распыливается высокоскоростным потоком воздуха, образуя факел бензиновоздушной смеси, который равномерно распределяется по сечению трубы 28 (общей для всех четырех пар труб 21) конусом-рассекателем 4. Поступающий из компрессора 1 воздух имеет температуру порядка 90^oC, поэтому мелкодисперсная капельная смесь бензина с воздухом на участке от форсунки 3 до входного участка трубы 28 успевает прогреться и поступает в камеры 20 сгорания, общие для каждой пары труб 21, в виде пара. После зажигания бензиновоздушной смеси в камерах 20 сгорания электрической искрой происходит разгон фронта пламени в каждой паре труб 21 до скорости детонационного горения из-за резкого увеличения фронта пламени в турбулизаторах 22, общих для каждой пары труб 21 и установленных после камер 20 сгорания. Условие формирования детонационных волн в трубах 21, кроме того, обеспечивается определенным соотношением длины и диаметра труб. Детонационные волны, сформированные в трубах 21, при выходе из их открытых концов 29 распадаются на ударные волны, распространяющиеся по воздуху, и следующий за ними поток продуктов детонации. Ударные волны создают практически равные по зоне единичные воздействия с высоким градиентом нарастания импульсного давления на поверхность почвы и разрушают корку, что значительно улучшает условия прорастаний. Ударные волны не только разрушают почвенную корку, но и оттесняют ее в междурядья, освобождая этим нижние слои почвы для проветривания перед последующим окучиванием. При этом происходит почти полное уничтожение сорняков. Следующий за ударной волной теплый поток продуктов детонации омывает разрыхленные участки почвы, что также повышает качество ее обработки. Наличие защитных экранов 24 на концах труб 29, обращенных к поверхности почвы, позволяет осуществлять рыхление уже на стадии развития растений. Экраны 24 защищают растения от воздействия ударных волн, а почвенная корка вокруг растений разрушается.

Преимущества изобретения по сравнению в прототипом следующие.

1. Сравним производительности системы подготовки горючей смеси с использованием V-образного, восьмицилиндрового, карбюраторного двигателя и системы подготовки горючей смеси с использованием компрессора ВP-8/2,2, устанавливаемого на готовящееся к серийному производству устройство для обработки почвы ("Культиватор - ГДРП-3"). Сравнение производят при одинаковом для прототипа и изобретения числе оборотов вала отбора мощности трактора = 1000 об/мин. Из расходных характеристик V-образного двигателя получают секундный массовый расход воздуха G_b = =0,009 кг/с. Из паспортных данных компрессора ВР-8/2,2 имеют секундный объемный расход воздуха при том же числе оборотов ВОМ V_b= 0,082 м³/с. Переходим от объемного расхода компрессора к массовому, используя уравнение Клайперона G_b= = ≃ 0,08 кг/с.

Отсюда увеличение производительности предлагаемой в изобретении системы подготовки горючей смеси составляет 0,08 : 0,009 = 9 раз.

2. Благодаря применению воздушного компрессора ВР-8/2,2, масса которого составляет 180 кг (масса V-образного двигателя≈ 450 кг), общую массу навесного оборудования можно уменьшить в 450:180 2,5 раза, даже без учета того, что за счет применения спаренных труб-детонационных генераторов количество камер сгорания, клапанных узлов и турбулизаторов (а соответственно и вес) в два раза по сравнению с прототипом. Такое уменьшение массы, сконцентрированной в задней части трактора, существенно улучшает его центровку, а следовательно, и управляемость.

3. Конструкция из спаренных генераторов позволяет вдвое уменьшить количество камер сгорания, клапанных узлов и турбулизаторов, а соответственно уменьшить трудозатраты на производство каждой установки.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ, включающее раму, камеры сгорания, источник горючей смеси, систему зажигания и рабочие органы, отличающееся тем, что рама смонтирована на самоходной ходовой тележке, а каждый рабочий орган выполнен в виде расположенной в продольно-вертикальной плоскости полузамкнутой трубы, на боковой поверхности которой со стороны ее направленного вниз открытого торца закреплен экран, при этом рабочие органы соединены между собой попарно, а экраны каждой пары обращены друг к другу, причем каждая пара рабочих органов установлена на раме с возможностью горизонтального и вертикального перемещения, а каждый экран установлен на рабочем органе с возможностью перемещения вдоль нее, при этом источник горючей смеси выполнен в виде воздушного компрессора, кинематически связанного с валом отбора мощности самоходной ходовой тележки, и герметичного бензобака, сообщенного с форсункой, причем трубы имеют общий для каждой пары турбулизатор и камеру сгорания, а герметичный бензобак соединен посредством трубки с воздухопроводом компрессора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4