Способ обработки почвы и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к способу и устройству для обработки почвы и может быть использовано для движения, почвоохраны и энергосбережения. Целью изобретения является расширение области использования, повышение эффективности, производительности и КПД. Поставленная цель достигается тем, что лемешно-отвальным рабочим органам сообщают возвратно-поступательное реверсивное движение в противофазе вправо и влево от направления движения агрегата, накопленную биомассу при реверсе рабочих органов оставляют в конце хода, очищают рабочие органы отводом их от биомассы. Скорость движения увеличивают пропорционально числу пар рабочих органов встречно движения, скорости бортовых секций согласовывают с курсом. Вибрацию вводят в поток силы сопротивления. Сопротивление рабочих органов используют в качестве движущей силы при выполнении совмещенных операций. Рабочие органы имеют лезвия с трех сторон. Предплужники установлены с двух сторон. Лезвия лемеха выполнены с двух сторон. В верхней части отвала установлены рабочие органы для выполнения совмещенной операции. Сменный рабочий орган имеет отвальную поверхность с двух сторон. Рабочие органы имеют каретки, упоры, механизм регулирования угла установки и дорожку вибрации. Увеличение захвата агрегата снижают силу тяжести, число проходов. Мощность и производительность повышают неограниченно, силу тяги и тяжести снижают и создают возможность для решения комплекса задач. 2 с.и 6 з.п.ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к способу и устройству для обработки почвы и может быть использовано в качестве движителя при обработке почвы, биомассы и удобрений, а также облегчения уборки урожая.

Общеизвестны способ и устройства для резания, крошения, рыхления и оборота почвы в сторону. Полевая доска противодействует силе. Для гладкой пахоты почву оборачивают в одну сторону, а затем смещают на свое место, что закрывает борозду но увеличивает силу тяги и массу.

Недостатками известного способа и устройств для его осуществления являются: трудность почвообработки и использования биомассы (стерни, стеблей без сжигания и измельчения) для удобрения, восстановления структуры почвы, экономии энергии и ускорения уборки, трудность управления, электрического привода и автоматизации, большая металлоемкость трактора из-за преобразования в тяговую силу менее 50% силы тяжести (массы) трактора.

Дальнейшее повышение производительности и престижности труда механизатора ограничивается отрицательным влиянием большой массы и множества проходов трактора на почву, урожай, ресурс, энергопотоки с одной стороны и пробелами реализации большой мощности трактора с другой. Широко используемые методы увеличения числа опор, осей и приводов, числа тракторов, их скорости и балласта мало способствует почвоохране и энергосбережению, затрудняет восстановление структуры почвы.

Известны также способ и устройство, предусматривающие почвообработку перемещением рабочего органа относительно трактора и оборот почвы назад с получение толкающей силы, удержанием орудия без полевых досок с зазором на тыльной стороне рабочего органа и корпуса, борозды от которых расположены в конце поперечного хода.

Василенко П. М. "Автоматизация сельскохозяйственных процессов" М.Колос, 1972 стр. 162 163.

Недостатком известных объектов является ограничение области использования и эффективности работы.

Целью изобретения является расширение области использования, повышение эффективности выполнения различных технологических процессов и производительности труда, облегчение управления, совмещение процессов, снижение сопротивления и затрат энергии, повышение производительности труда, создание условий для ускорения уборки без сжигания биомассы, восстановления структуры почвы, электрического питания и автоматизации процессов.

Поставленная цель достигается тем, что ламешно-овальным рабочим органам сообщают возвратно-поступательное реверсивное движение в противофазе вправо и влево от направления агрегата, накопленную биомассу при реверсе рабочих органов оставляют в конце хода в поперечном направлении, очищают рабочие органы отводом их от биомассы.

Скорость движения агрегата увеличивают прямо-пропоpционально числу пар рабочих органов взаимно-встречного движения. Разность скоростей движения рабочих органов правого и левого бортовых секций согласовывают с курсом агрегата. Вибрацию рабочих органов вводят в поток силы сопротивления из движению. Сопротивление рабочих органов используют в качестве движений силы для выполнения совмещенных операций. Ламешно-отвальные рабочие органы плуга имеют лезвия с трех сторон, снизу, спереди и сзади, ось поворота и привод возвратно-поступательного движения и поворота. Предплужники установлены с двух сторон отвала. Ламехи имеют лезвия с двух сторон. В верхней части отвала установлены рабочие органы для выполнения совмещенной операции. Сменный рабочий орган имеет две лемешно-отвальные поверхности, каждая из которых обращена в противопложную сторону. Ось поворота отвальной поверхности содержит механизм регулирования угла установки рабочего органа к направлению движения. Рабочие органы установлены на каретках и связаны с приводом. Сменные рабочие органы имеют упоры принудительного поворота. Сменные рабочие органы установлены на дорожке вибрации.

На рис.1 изображен симметричный рабочий орган для резания почвы правым и левым лемехами и с предплужниками с двух сторон оси и отвала для осуществления способа, на рис. 2 сечение лемеха с лезвиями с двух сторон, на рис.3 то же симметричной формы, на рис.4 схема рабочего органа с механизмом поворота и одним отвалом, на рис. 5 схема рабочего органа для гряд, дорог и т.д. вид сбоку, на рис. 6 схема механизма регулировка угла установки рабочего органа к направлению движения; на рис. 7 схема привода с горизонтальной цепью и кареткой; на рис. 8 схема приводной цепи, дорожек и каретки для трех рабочих органов; на рис. 9 схема двухбортного катка и дорожек для каретки и вертикальной цепи привода рабочего органа, вид сбоку, на рис. 10 схема дорожки и цепи в вертикальной плоскости, вид сверху, на рис. 11 схема перемещения и поворота рабочего органа в конце поперечного хода; на рис. 12 - схема прохода оси рабочего органа с упором около конечного упора рамы; на рис. 13 то же в начале обратного хода рабочего органа; на рис. 14 схема совмещения операций и комбинированного орудия для вспашки, поверхностной обработки и посева, вид сверху, на рис.15 схема совмещения операций орудием, вид сбоку.

Для осуществления способа устройство содержит рабочий орган 1 (рис.1) при необходимости с предплужниками 2, отвал, установленный на трубчатом корпусе 4. Между ограничителями 5 на шарнирах 6,7 можно установить сменные рабочие органы в виде крыла 8, граблины или катки совмещенного орудия. Лемехи 9, 10, 11 составляют режущие лезвия с трех сторон отвала 3 и имеют лезвия 12 (рис. 2,3) на каждой стороне и двоякоконусные отверстия 13 для крепления. Корпус 4 может поворачиваться фланцем 14 (рис.4), отверстиями 15, шатуном 16, пальцем 17 и кривошипом 18 в конце поперечного хода и перемещаться шарниром 19 рычага привода. Крыло 20 может быть продолжением поверхности отвала. На тыльной стороне тяжелого рабочего органа можно установить колесо 21 (каток) для качения по земле или дорожке рамы и вибратор 22. Рабочий орган 23 (рис.5) с двумя отвалами 3,24 на вилке 25 корпуса, распоркой 26 и креплением 27 может перемещаться возвратно-поступательно и формировать валики, грядку, террасу, дорогу и канал, а также укрывать и открывать лозу. Привод 28 от электромотора, вала отбора мощности или гидромотора (рис. 7,8) через звездочку 29 цепи 30, одно звено которого пальцем или кривошипом 18 может поворачивать корпус 4 в шарнирах подшипника 19 каретки 31 и перемещать на катках 32 по дорожкам 33 между ограничителями 34 рабочий орган 1 с роликом 35 (рис.7). Секции рабочих органов можно перемещать и на колесах 36 (рис. 8) вместе с приводом и трактором. Рабочие органы можно поворачивать, перемещать на шаг S_ц и обрабатывать поле на ширину S пропорционально числу корпусом рычага 37 и тягами 38 на раме 39 между его упорами 40 поворота за счет контакта с упором 41 рабочего органа в конце хода. Привод с звездочкой 42 (рис.9, 10) цепью 43, водилом 44 через шарниры 45, 46 можно расположить в вертикальной плоскости. Поворотная ось 47 с катком (роликом) 48 может выполнить дополнительную операцию. Рабочие органы можно перемещать по вибрационной дорожке 49 между упорами. В этом случае вибратором 22 может cлужить ролик качения по неровной поверхности. Перемещение и поворот одного рабочего органа на различных этапах А,Б,В,Г со скоростями V₁ поперечного хода можно дополнить продольным перемещением со скоростью V, причем характер продольного движения (прерывистое или непрерывное) определяет степень (кратность) рыхления и крошения почвы. Односледования обработка возможна при перемещении секции после каждого поперечного хода рабочего органа на ширину его захвата в период поворота рабочего органа (перехода А,Б,В.Г и т.д.). Утопающий упор 40 рамы (рис. 12, 13) допускает переход и проход упора 41 рабочего органа в одну сторону без поворота отвала 3 и корпуса 4 и может поворачивать ось 4 от контакта упоров 40, 41 при возврате рычагом 37 (силой Р_n). При любом приводе рычаг 37 (рис. 8,9,15) и тягу 38 можно соединить с осью корпуса 4 стопорным болтом и поворачивать в пределах, допускаемых ограничителями 34 при вспышке, рыхлении и т.д. После сближения ограничителей, например, вверчиванием болтов можно ось корпуса 4 соединить с рычагом шарнирно (без стопоpа) и перемещать вправо и влево без поворота, например, при очистке и строительстве дорого террас, гряд, валиков, сбора сорняков и камней. Глубину почвообработки можно регулировать колесом 21, колесами 36, механизмом навески трактора или другими способами.

В устройстве с приводом от гидроцилиндра (рис. 4, 15) его шток соединен с двухплечими рычагами 59 и тягами 60 с шарнирами 61 (пальцами) для поворота нескольких рабочих органов, установленных на ползунках 62 и роликах 63 с возможностью поперечного перемещения в противофазе, реверса и поворота относительно трактора. Для совмещения операций можно добавить сеялку 64, сошники которых соединены шарнирно, высеивающий аппарат 65 через семяпровод 66 к трубчатым сошникам 67 в держателе 68 подает семена, а цепь 69 закрывает их почвой. Подвески 70 (тяги) регулируют их положение по высоте. Граблина выравнивает поверхность. В место граблины можно установить каток для уплотнения и выравнивания плотности почвы перед сошниками. Рычаг 59, тяга 60 и шарниры 61 сообщают ползунам 62 возвратно-поступательное движение. Ролики 63 служат опорами и направляющими для ползунков 62 и рабочих органов. От поворота ползун 62 и рабочие органы удерживаются роликами 63. Каретка на колесном ходу может опираться и на землю. Привод может быть механическим, гидравлическим и электрическим. Форма лемешно-отвальной поверхности, место установки крыла 20 и предплужника 21 и ролика 36, заточку лемехов, угол установки рабочих органов можно выбрать на основе результатов энергооценки и тяговой динамической характеристики с учетом условий эксплуатации, качества работы. При реверсивном движении без поворота (строительстве дорог, террас, гряд и валиков) палец 17 вытаскивается и ограничители настраиваются, например, болтами исключается поворот рабочих органов 1,23.

Вибратор 22 может быть выполнен в зависимости от числа корпусов и привода в виде дорожки 49 с неровной поверхностью (рис. 10, 11) или ролика (рис.15) качения по неровной поверхности, а также подшипника качения, в котором число роликов или шариков (тел качения) недостаточно, т.е. имеет больший шаг. В таком исполнении сила сопротивления орудия нагружает вибратор, усиливает вибрацию и снижает сопротивление, т.е. автоматически согласовывает процессы вибрации и почвообработки, активность вибратора усиливается сопротивлением и проявляет кибернетическое свойство управления и эффект малоэнергозатратности.

Рабочий орган с отвальными поверхностями с двух сторон симметричен относительно двух почти вертикальных плоскостей и оси поворота, причем поворачивается при настройке. При реверсе угол установки к направлению движения не изменяется. Поэтому при движении вправо и влево технологический процесс имеет единую методику и уравновешивает боковые силы сопротивления, оставляя свободную силу, направленную по направлению движения агрегата. Для осуществления способа рабочие органы имеют сменные двухсторонние лезвия с трех сторон отвала. Четное число рабочих органов в агрегате делает его симметричным, а нечетное несимметричным. Секции рабочих органов правого и левого бортов могут иметь автономный привод и общий. Для работы в противофазе в каждом случае работу бортов согласовывают между собой и с курсом, причем скорости зависят от ширины захвата, шага установки и числа рабочих органов. Аналогичное согласование сил невозможно в симметричном агрегате с одинаковыми условиями работы секций правого и левого бортов. В других случаях различие боковых сил компенсируется колесами, бороздой, трактором и изменением числа и глубины хода рабочих органов.

Для осуществления способа рабочие органы 1,23 перемещаются в поперечной плоскости относительно трактора в продольном направлении вместе с трактором. Повороты рабочих органов и продольные перемещения на ширину захвата их можно обеспечить в борозде, оставленной корпусами продольного хода, установленными впереди секций поперечного перемещения. Вместо таких периодических продольных перемещений можно использовать непрерывное продольное перемещение и в два раза улучшить обработку, разумеется, за счет снижения производительности.

Рабочий орган 1 совершает поперечное движение относительно трактора. Лемехи 9, 11 поочередно, а лемех 10 непрерывно подрезают почву, отвал 3 поднимает, крошит и оборачивает почву, а крылья 8, 20, ролики 35 или 48 доканчивают оборот и выравнивают поверхность при движении вправо и влево. Если при движении вправо почву режет лемех 9, то при движении влево режет лемех 11. В каждом случае снизу почва подрезается лемехом 10. Крыло 8 или 20 поворачивается сопротивлением почвы в установленных при работе в поле пределах, формируют фон, поверхность, обеспечивают оборот пласта.

Упор 40 утопает за счет деформации его упругой (пружинной) подвески и пропускает упор 41 и рабочий орган вправо (рис. 12). При обратном движении в упор 40 упирается упор 41, ограничивает движение рабочего органа без поворота вместе с упором 41, приводом принудительно поворачиваются вокруг оси корпуса 4 силой Р_n, после чего упор 41 может утопить упор 40 и пройти обратно для обработки почвы перемещением до второго конца, где аналогичные упоры повторяют эти процессы реверса работы, поворота и перемещения в обратном направлении и т.д. Взаимодействие упоров 40, 41, поворот отвала 3 и корпуса до контакта с одним ограничителем 34 осуществляется приводом. Поворот рабочего органа с приводом от горизонтальной цепи (рис. 7,8) происходит при огибании цепью звездочки шатуном без каких-либо упоров. В каждом случае повороты ограничиваются ограничителями. Другие типы приводов (рис. 9,10,11,12,13) обеспечивают поворот посредством упоров 40 41 силой P_n и меняет позиции А,Б, В, Г при движении вперед толкающей силой и трактором. Перемещением рабочих органов 1,23 в поперечной плоскости формируется желаемая поверхность. В каждом случае лемехи режут почву поочередно, отвал поднимает и крошить, а также оборачивает почву. Рабочие органы перемещаются приводом между упорами 40, 41 (рис. 12, 13,14), поворачивается упорами при реверсе и повторяет процессы при обратном ходе до другого конца. Наличие в верхней части отвала сменных рабочих органов (крыла 8 или 20, ролика 35, катка 47, 48, граблины 61) обеспечивает окончание оборота, выравнивание, уплотнение и другие процессы в зависимости от производственной необходимости. При установке рабочих органов типа граблины с зубьями 61 вместо рабочих органов 1,23 почва прочесывается, комки, камни и сорняки оставляются в конце поперечного хода и самоочищаются. Аналогично от биомассы (стерни и стеблей) отходят рабочие органы 1,23 и самоочищаются, биомасса заделывается идущим в след рабочим органом или при втором ходе. Зубья граблины также отходят от прочесанной массы и самоочищаются. Вибраторы 22 и дорожки 49 с неровной поверхностью качения ролика каретки придают корпусу, лемехам и отвалу вибрацию и колебания. При этом почва легко крошится и подрезается, сопротивление и энергозатраты снижаются. При перемещении рабочего органа вправо и влево в пределах люфта соединений и деформаций деталей корпус наклоняется вперед и отвал на тыльной стороне не создает сопротивление. Это явление пропорционально сопротивлению почвы и способствует заглублению режущего лемеха до контакта колеса с почвой, после чего глубина не зависит от нагрузки.

Независимо от типа и числа рабочих органов, симметричности агрегата боковые силы рабочих органов взаимно уравновешиваются, а при необходимости создается свободная боковая сила, например, при работе на поперечном склоне для предотвращения сползания вниз. В каждом случае остается свободная сила, направленная вперед и способствующая движению, перемещению орудий для выполнения совмещенной операции (выравнивания, уплотнения, посева, заделки семян и т.д.). Сеялка 64 (рис. 14,15) имеет на дне ящика высеивающий аппарат 65, семяпроводы 66 и сошники 67 в держателях 68. Семена высеваются и заделываются цепью 69. Сила давления почвы рабочим органом 1 передается раме, используется для тяги рабочих органов, выполняющих совмещенную операцию. Глубина почвообработки и заделки семян регулируются изменением длины тяг 70. Граблины 61 выравнивают почву, в зависимости от условий работы могут почесывать почву.

Ширина захвата рабочего органа ограничена и определяется по качеству работы. Ширина захвата регулируется независимо от числа корпусов изменением длины дорожек и цепи привода. Число корпусов определяет скорость поступательного движения и мощность привода. Скорость перемещения рабочего органа можно регулировать в широких пределах приводом. Независимость ширины захвата агрегата от мощности и тягового класса трактора допускает постоянство колеи и и прохода различных тракторов, допускает неограниченное повышение мощности двигателя агрегата и производительности при минимальной массе трактора. Скорость движения агрегата пропорциональна числу пар корпусов 2П и скорости агрегата с одной парой П корпусов: V V₁2П Здесь число корпусов берется четным только при работе их в противофазе. Мощность не огpаничивается силой тяжести трактора и тяги, сцеплением движителей с почвой, буксованием, число опор, осей и приводов типом ходовой части и допускает увеличение движущей силы рабочего органа, преобразование сопротивления рабочих органов плуга в движущую силу. Сила тяги рабочего органа зависит от прочности привода и при одинаковом сопротивлении бортов становится внутренней силой. Мощность определяет производительность и скорость вращения ω N=Mω=priωη, где η радиус, передаточное число и КПД трансмиссии. Трактор - энергетическое средство имеет синхронный вал отбора мощности. Большая ширина, минимальная сила тяги исключает опрокидывание и допускает движение вдоль склона. При любой ширине захвата в конце каждого поперечного хода рабочего органа происходит реверс (изменение угла и направления движения), биомасса, накопленная впереди, остается сзади, проваливается в борозду и заделывается почвой другим рабочим органом или при втором ходе. Такая очистка рабочего органа после каждого поперечного хода исключает накопление биомассы, ручную очистку, не требует сжигания биомассы или ее измельчения. Самоочистка рабочих органов допускает вспашку засоренных полей и высокой стерни и стеблей, а это создает условия для высокого среза при уборке урожая, экономии энергии в кормообеспеченной зоне и восстановления структуры почвы, уборки урожая влажного хлеба, исключает уплотнение почвы трактором большой массы, облегчает вспашку, снижает отрицательное влияниие ходовой части на почву, урожай, ресурс и энергозатраты. Длина орудия равна длине одного рабочего органа. С увеличением числа корпусов в ряде (шеренге, шагом, равным ходу рабочего органа и межцентровому расстоянию цепного привода, увеличивается только ширина агрегата. Холостой ход и число проходов снижается во столько раз, во сколько увеличивается ширина и снижается скорость подачи (продольного перемещения). Все рабочие органы в конце гона заканчивают работу на одной линии, исключают огрехи. Снижение скорости и числа проходов придает динамическим процессам вождения статический характер. Это создает условия для автоматизации и применения электрического привода (кабельного) электроснабжения.

Все другие процессы протекают аналогично общеизвестным.

При использовании объекта производительность и безопасность работы на склоне повышаются более 3 раз, число проходов, холостой ход, уплотнение почвы, потери урожая и энергии снижаются в 0,3 10 раз. Самоочистка от биомассы, высокий срез при уборке ускоряет уборку в 2 4 раза и еще снижает потери. Исключение зависимости производительности трактора от сил тяги и тяжести, тягового класса, типа ходовой части создает условия для качественного развития и выхода в поле с влажной почвой и до схода влаги весной, восстановления структуры почвы, автоматизации, привлекательности и престижности работы механизатора, совмещения операций, использования высокоэнергонасыщенной техники, унификации тракторов и автомобилей носителей и приводов орудий. Решение конфликта между мощностью и массой трактора дает экономию 50% металла. Снижение числа проходов и порчи кабеля облегчает электрическое питание и экономит до 40% жидкого топлива.

Формула изобретения

1. Способ обработки почвы, включающий подрезание, подъем, крашение и оборот пласта, отличающийся тем, что пласт подрезают и разрыхляют вибрирующим воздействием рабочего органа и оборачивают со скоростью, превышающей скорость движения агрегата.

2. Способ по п. 1 отличающийся тем, что почву оборачивают в обе стороны и назад относительно направления движения агрегата с возможностью самоочистки рабочих органов в конце каждого хода.

3. Почвообрабатывающий агрегат, содержащий энергосредство, раму, рабочие органы и механизмы управления, отличающийся тем, что рабочие органы имеют лезвия с трех сторон и соединены с приводом возвратно-поступательного движения относительно энергосредства.

4. Агрегат по п. 3, отличающийся тем, что лемехи рабочих органов имеют лезвия с двух сторон.

5. Агрегат по п. 3, отличающийся тем, что рабочий орган имеет две отвальные поверхности и установлен подвижно относительно энергосредства.

6. Агрегат по п. 3, отличающийся тем, что содержит сменные рабочие органы для вспашки, боронования и посева за один проход.

7. Агрегат по п. 3, отличающийся тем, что содержит вибратор в виде неровной дорожки для катка рабочего органа.

8. Агрегат по п. 3, отличающийся тем, что вибратор выполнен в виде подшипника качения с увеличением шага тел качения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15