Innovative row crop cultivator

Abstract

The article proposes a cultivator hoeing the soil and combing the weeds in protection zones of plants, performing various process operations without additional set of working organs.

Full Text

Для ухода за кукурузой, подсолнечником и другими пропашными культурами используют пропашные культиваторы типа КРН-5,6. Культиваторы включают брус с опорно-приводными колесами и секции с копирующими катками, на грядиле которых размещают рабочие органы: стрельчатые, долотовидные и односторонние лапы. По мере необходимости устанавливают прополочные боронки и окучивающие корпуса [1]. Однако такие культиваторы имеют существенные недостатки. При наезде копирующих катков секции на комки почвы выглубляются все рабочие органы, установленные на секции, а при попадании копирующего катка в выемку - заглубляются. Происходит существенное варьирование глубины обработки почвы [2]. На стойках лап зависают подрезанные сорняки и растительные остатки. Установка трех, а иногда и пяти лап в каждом междурядье образует соответствующее количество бороздок, что приводит к невыровненности поверхности, увеличению площади испарения. Стрельчатые лапы с углом крошения 18º выносят влажную почву на дневную поверхность, образуя бороздки, через которые идет испарение почвенной влаги. Этот процесс усиливается при скорости рабочего движения более 7-8 км/ч [3]. Конструкция усложнена дополнительным набором рабочих органов: прополочных боронок для обработки почвы в защитных зонах растений, окучивающих корпусов для окучивания растений. Предлагается инновационный пропашной культиватор (рис. 1). Каждая секция 1 культиватора четырехзвенная и состоит из переднего звена 2, заднего 3, верхнего 4 и нижнего 5. На заднем звене установлен держатель 6, к нему же крепится грядиль 7, на котором размещен прутковый каток 8. Он включает два диска 9 и 10, к которым приварены прутки 11 квадратного сечения. По торцам установлены подшипниковые узлы 12, 13. На концевых частях осей 14, 15 катка размещены ступицы 16, 17 зубчатых дисков 18, 19, зубья изогнуты. Оси 20, 21 зубчатых дисков установлены под углом к горизонтальной плоскости. К ступицам подшипниковых узлов крепятся кронштейны 22, 23, приваренные к поперечине 24, которая через насадку 25 соединяется с грядилем. В держатель устанавливают стойку 26 плоскорежущей стрельчатой лапы 27 с возможностью ее перемещения вверх-вниз. На стойке размещен криволинейный наральник 28. Переднее и заднее звенья соединены пружиной растяжения 29. Диаметр пруткового катка dк , мм, определяется исходя из условия обеспечения перекатывания без сгруживания и толкания комков почвы [4]: , где dmax - диаметр наибольших комков почвы, мм; φв - угол внутреннего трения почвы, град.; φп - угол трения почвы по стальной поверхности, град. Получено, что dк = 300 мм. Ширину захвата катка bк определим из условия: , где bм - ширина междурядья, м; bз - ширина защитной зоны, м; bс - ширина ступицы зубчатого диска, м. bк = 400 мм. На катке размещают квадратные прутки сечением 12×12 (14×14) мм. При этом девять прутков устанавливают параллельно оси катка и девять - под углом δ к оси, т.е. создается ромбовидная поверхность. Угол δ должен превышать угол трения почвы по стальной поверхности, который равен 22º, тогда δ = 24º. Это обеспечивает выравнивание поверхности почвы. Диаметр зубчатого диска dд , мм, определим по формуле: , где hд - глубина погружения зубчатого диска в почву, мм; hк - глубина колеи после катка, мм. dд = 350 мм. Крошение комков почвы осуществляется как непосредственным накалыванием, так и при заклинивании их между зубьями [5]. Исходя из этого, количество зубьев на диске можно определить по формуле: . Количество зубьев пз = 12 шт. Угол β установки зубчатого диска к вертикальной плоскости: , где bзд - защитная зона для зубчатого диска, мм; rд - радиус зубчатого диска, мм. Угол β = 15º. Ширина захвата зубчатого диска bд: , где а - хорда, образованная при погружении зубчатого диска в почву, м. Известно, что: . Тогда: . Для того чтобы стрельчатая лапа могла работать на глубине 0,04-0,06 м, принимаем угол крошения лапы α = 0º, т.е. стрельчатая лапа плоскорежущая [6]. Ширину захвата лапы bл определим по формуле: , где bп - величина перекрытия, м. bл = 450 мм. На зубчатый диск в процессе движения действуют реакция почвы, равная усилию деформации и рыхления Fд, сила трения Fтр и динамическая сила, связанная с отбрасыванием почвы, приданием ей кинетической энергии Fо. . , где К - удельное сопротивление почвы, Н/м2; S - площадь воздействия зубчатого диска на почву, м2; β - угол между диском и направлением движения, град. , где l - длина дуги окружности диска, м. . . , где ρ - насыпная плотность почвы, кг/м3; V - скорость рабочего движения культиватора, м/с. Тогда: При полученном усилии обеспечивается прочность осей зубчатых дисков. Технологический процесс работы культиватора осуществляется следующим образом. При первой культивации пропашных культур помимо обработки почвы в междурядьях ведется обработка почвы в защитных зонах растений (рис. 2, а). Зубчатые диски устанавливают под углом к вертикальной плоскости путем поворота ступицы на концевых частях осей пруткового катка. При движении культиватора плоскорежущая стрельчатая лапа заглубляется в почву. Перемещая стойку в держателе, добиваются глубины хода 0,05-0,06 м. Ввиду того, что угол крошения плоскорежущей стрельчатой лапы равен нулю, сорняки подрезаются практически без смещения почвы. Идущий за плоскорежущей стрельчатой лапой прутковый каток рыхлит подрезанный слой почвы и выравнивает поверхность. Каждый пруток, заглубляясь в почву, движется по удлиненной циклоиде, что обеспечивает смещение подрезанных плоскорежущей стрельчатой лапой сорняков. Криволинейный наральник обеспечивает сход со стойки растительных остатков и сорняков. Зубчатые диски в результате реакции почвы вращаются, рыхлят почву и вычесывают сорняки. При проведении междурядной обработки с окучиванием растений (рис. 2, б) зубчатые диски устанавливают под углом к направлению движения поворотом на 90º и фиксируют болтами. При окучивании растений зубчатые диски могут разворачиваться на 180º и работать в активном или пассивном режиме. Если зубья входят в почву под острым углом - режим пассивный, под тупым углом - активный. Пружина растяжения стабилизирует ход рабочих органов, предотвращая колебания секции. Проведенные полевые испытания показали, что плоскорежущая лапа в комбинации с прутковым катком обеспечивает крошение почвы на фракции менее 20 мм (около 85%), коэффициент вариации глубины обработки 8%, степень выровненности поверхности более 90%. Заключение Благодаря отсутствию копирующих катков на секциях предлагаемого пропашного культиватора стабилизируется ход рабочих органов. Плоскорежущая стрельчатая лапа с углом крошения α = 0º исключает отбрасывание, вынос влажной почвы на дневную поверхность. Наличие одной стойки в междурядье и комбинация лапы с прутковым катком создают мульчирующий выровненный поверхностный слой, запирающий почвенную влагу. Культиватор обеспечивает выполнение всех операций обработки почвы без дополнительных рабочих органов.