Спосіб обробляння ґрунту і ґрунтобробний агрегат для його здійснення (варіанти)

1. Спосіб оброблення ґрунту, що включає послідовне виконання операцій прокладання канавок та оранки ґрунту за допомогою ґрунтообробного агрегату, робочими органами якого є щонайменше один ріжучий диск та щонайменше один плуг; при цьому прокладання канавок виконують одночасно у вертикальному - згори вниз - та горизонтальному напрямках щонайменше одним ріжучим диском під дією ваги ґрунтообробного агрегату, при цьому ріжучий диск одночасно є приводним (рушійним) колесом для пересування ґрунтообробного агрегату та пристроєм для попереднього нарізання скиб шляхом прокладання канавок для полегшення наступної операції остаточного відрізання та відвалювання скиб ґрунту щонайменше одним плугом. 2. Ґрунтообробний агрегат, що має корпус, на якому встановлені двигун, пристрій зчеплення, коробка передач, щонайменше один пристрій передачі крутильного моменту у вигляді ланцюгової, пасової чи подібної передачі, пристрої керування, щонайменше один ріжучий диск із зубцями на ріжучій поверхні, дві осі, на задній з яких, що є ведучою при оранці, жорстко закріплені, щонайменше два колеса-ґрунтозачепи, а на передній - колеса, що вільно обертаються, 2 (19) 1 3 Галузь техніки: Обробляння землі або ґрунту. Рівень техніки: Винахід належить до способу оранки, подрібнення ґрунту і ґрунтообробного агрегату для його здійснення. Аналоги способу обробляння ґрунту Відомий плуг лісовий (патент України u200813358 за 2009 рік), який докорінно не змінює традиційного способу обробляння землі. Він має раму, до якої прикріплені підрізний ніж, живцевий ніж, корпус із лемешем та підіймальновідвалювальний механізм у вигляді двох блоків дисків. Його підрізний ніж, виконаний у вигляді дискового ножа, полегшує роботу плуга, але діє у вертикальній площині в горизонтальному напрямку, пасивно - лише за рахунок сили тяги тягового агрегату, що потребує більшої потужності. До того ж дисковий ніж не використовується як привід (рушій) для тягового агрегату за рахунок його двигуна і ваги. Найбільш близьким до запропонованого є винахід СРСР №917721 від 07.04.1982р. під назвою "Плуг". У ньому застосовується спосіб оранки з подрібненням ґрунту перед лемешем плуга при допомозі двох спеціальних ріжучих пристроїв (дискових ножів), що обертаються. Ці ріжучі пристрої встановлені на плузі симетрично площині, що проходить через центр ріжучої частини (кромки) лемеша, віддаль між якими дорівнює 1/3 ширини захоплення лемеша, і вони, обертаючись за ходом руху плуга, створюють додаткову рушійну силу. Недоліки його полягають у тому, що при такому способі обробітку ґрунту обертання ріжучих пристроїв є автономним і не забезпечує достатньої рушійної сили для тягового агрегату, який тягне раму з плугом ріжучими пристроями, оскільки на ріжучі пристрої майже не діє вага тягового агрегату, вони розрізають ґрунт у вертикальній площині не для передньої частини лемеша плуга, на яку припадає основне навантаження, а на деякій віддалі від неї, тому недостатньо полегшується процес оранки і потрібна більша потужність, а також тяга і вага агрегату, що веде до збільшення затрат і викидів у атмосферу. Аналог ґрунтообробного агрегату (варіант 1) Із аналогів ґрунтообробного агрегату найбільш близьким до запропонованого є культиватор фірми Husqvarna типу Т85НХ з плугом-відвалом. Як випливає з технічних даних, поданих на ст.8, він має корпус, двигун, ланцюгову або пасову передачу крутильного моменту, пристрої для керування, дві осі, задня з яких ведуча, транспортне колесо на передній осі, колеса-ґрунтозачепи - на задній, оснащений обертовими фрезами і дисковими ковпаками для захисту рослин від фрез, має навісне обладнання (плуг-відвал, плуг-підгортач, збирач картоплі), яке не входить до базової комплектації. При русі культиватора уперед передня частина плуга ріже ґрунт, відрізає скибу тільки в горизонтальному напрямку, тобто фактично розриває верхній шар ґрунту разом з рослинністю та її корінням, після чого леміш відвалює скибу і робить борозну. Сила тяги для руху культиватора та оранки створюється відповідною потужністю двигуна, що є досить висока, і двома колесамиґрунтозачепами. 95126 4 Недоліком цього агрегату є те, що він має підвищену потужність і вагу, витрачає значну силу тяги, пального, так як не обладнаний ріжучим пристроєм, який би попередньо розрізав ґрунт у вертикальній площині - згори вниз і по горизонталі для плуга перед переднім гострим кутом його лемеша за рахунок свого обертання, під дією двигуна, і ваги агрегату, не використовуючи при цьому силу тяги, а створюючи її разом з двигуном, і полегшував відвалювання скиби плугом. Цей культиватор дає досить значні викиди в атмосферу. Аналог ґрунтообробного агрегату (варіант 2) Відомий потужний агрегат для обробляння ґрунту на базі трактора «Беларусь» із кількома плугами, прикріпленими до поворотного каркаса, що піднімаються вгору при переїздах агрегату і опускаються для оранки. Він теж здійснює обробляння ґрунту відомими способами. Недолік цього агрегату той же, що і в першому варіанті. До того ж його колеса утрамбовують ґрунт перед плугами і погіршують процес оранки, а витрати пального і викиди в атмосферу ще більші. Суть винаходу «Спосіб обробляння ґрунту»: В основу винаходу поставлено задачу отримання полегшеного, менш затратного й більш екологічно чистого способу обробляння ґрунту (оранки, подрібнення і т.п.). Ця завдання вирішується тим, що застосовується послідовне виконання операцій прокладання канавок та оранки ґрунту за допомогою ґрунтообробного агрегату, робочими органами якого є щонайменше один ріжучий диск та щонайменше один плуг. Прокладання канавок здійснюється одночасно у вертикальному – згори вниз – та горизонтальному напрямках ріжучим диском під дією ваги ґрунтообробного агрегату. При цьому ріжучий диск одночасно є приводним (рушійним) колесом для пересування ґрунтообробного агрегату під час роботи та пристроєм, який попередньо нарізає скиби, шляхом прокладання канавок, для полегшення наступної операції остаточного відрізання та відвалювання скиб ґрунту щонайменше одним плугом. При такому способі для прокладання канавок і попереднього нарізання скиб не використовується додаткова сила тяги. Суть винаходу «Ґрунтообробний агрегат» (варіант 1): У першому ґрунтообробному агрегаті, що має основні вузли відомого культиватора, в тому числі плуг, на задній, ведучій при оранці, подрібненні ґрунту осі між колесами-ґрунтозачепами, біля місця приєднання пристрою передачі крутильного моменту жорстко установлено, як мінімум, один ріжучий диск із зубцями на ріжучій поверхні, діаметр якого перевищує діаметр коліс-ґрунтозачепів на подвоєну величину максимальної глибини оранки, а його обід співпадає з напрямком руху і при оранці знаходиться в одній вертикальній площині з вершиною переднього гострого кута лемеша плуга. Крім цього, більша частина ваги ґрунтообробного агрегату (без врахування ваги плуга) припадає на задню вісь із ріжучим диском та колесамиґрунтозачепами, причому ріжучий диск заглиблюється в ґрунт, не використовуючи для цього додат 5 кової сили тяги, і діє як привідне (рушійне) колесо для пересування агрегату, а колеса-ґрунтозачепи обмежують величину заглиблення ріжучого диска і створюють додаткове зчеплення з поверхнею землі при оранці чи подрібненні ґрунту, збільшуючи тягу. Такий агрегат без плуга або з піднятим плугом може подрібнювати ґрунт, а його ріжучий диск у захисному кожусі може забезпечувати переїзди агрегату. Суть винаходу «Ґрунтообробний агрегат» (варіант 2): Другий ґрунтообробний агрегат виконаний як колісний трактор з відповідними вузлами, двома пристроями передачі крутильного моменту, причепленим до нього поворотним каркасом із чотирма плугами та підіймальним пристроєм, але він на задній осі, ведучій під час роботи, яка прикріплена до поворотного каркаса, має три колесаґрунтозачепи і чотири однакові ріжучі диски із зубцями на ріжучих поверхнях. Для пересування ґрунтообробного агрегату без обробляння ґрунту використовується середня вісь, ведуча при переїздах. Задня вісь разом із поворотним каркасом та плугами при переїздах піднімається підіймальним пристроєм на потрібну висоту з одночасним блокуванням самовільного їх опускання. Перед оранкою середня вісь вимикається, а поворотний каркас із плугами, задньою віссю з ріжучими дисками та колесами-ґрунтозачепами опускається в робоче положення і задня вісь стає ведучою завдяки дії пристрою передачі на неї крутильного моменту. Ріжучі диски притискаються до землі так, що вони заглиблюються і, обертаючись, розрізають ґрунт, а колеса середньої осі піднімаються на величину, яка дещо більша глибини оранки, і не зчіплюються з ґрунтом. Загострені передні частини плугів попадають у канавки (розрізи ґрунту), створені ріжучими дисками, і легко відвалюють скиби. Якщо потрібно не орати, а тільки подрібнювати ґрунт, плуги знімаються. Конструкція і пристрої першого ґрунтообробного агрегату (варіант 1) представлені на фіг.1, 2, 3, 4, де: 1) корпус; 2) двигун; 3) пристрій зчеплення; 4) коробка передач; 5) пристрій передачі крутильного моменту; 6) пристрої керування; 7) вісь передня; 8) колеса; 9) вісь задня; 10) колеса-ґрунтозачепи; 11) ріжучий диск; 12) кронштейн; 13) плуг; 14) захисний кожух, що знімається. Конструкція і пристрої другого ґрунтообробного агрегату (варіант 2) схематично зображені на фіг.5, 6, 7, де крім позицій 1...13 варіанта 1 є: 15) вісь середня; 16) поворотний каркас; 17) підіймальний пристрій. Перелік фігур (варіант 1): 95126 6 Фіг. 1 - Конструкція першого ґрунтообробного агрегату; Фіг. 2 - Вид першого ґрунтообробного агрегату в перерізі; Фіг. 3 - Ріжучий диск із захисним кожухом та їх переріз; Фіг. 4 - Ріжучий диск без захисного кожуха; Перелік фігур (варіант 2): Фіг. 5 - Конструкція другого ґрунтообробного агрегату в розрізі; Фіг. 6 - Вид другого ґрунтообробного агрегату в перерізі. Фіг. 7 - Другий ґрунтообробний агрегат з піднятим поворотним каркасом із задньою віссю та плугами. Відомості, які підтверджують можливість виконання першого ґрунтообробного агрегату (варіант 1): Розглянемо заявлений перший ґрунтообробний агрегат (фіг.1, 2) у статичному стані. Агрегат складається з корпуса (1), на якому змонтовані двигун (2), пристрій зчеплення (3), коробка передач (4), пристрій передачі крутильного моменту (5), пристрої керування (6), вісь передня (7), установлені на ній з можливістю вільного обертання колеса (8), вісь задня (9), на якій жорстко закріплені колеса-ґрунтозачепи (10) та ріжучий диск (11), кронштейн (12), до якого жорстко прикріплений плуг (13) з можливістю його повороту вгору і вниз на 90 градусів. Пристрій передачі крутильного моменту (5) у вигляді ланцюгової, пасової або іншої передачі від вихідного вала коробки передач (4) приєднаний до задньої осі (9) приблизно на її середині, між колесом-ґрунтозачепом (10) та ріжучим диском (11), причому ріжучий диск (11) установлений так, що його обід знаходиться в одній вертикальній площині з вершиною переднього гострого кута лемеша (фіг.2) плуга (13). Двигун (2), пристрій зчеплення (3) і коробка передач (4) установлені на корпусі (1) так, що на задню вісь (9) із колесамиґрунтозачепами (10) та ріжучим диском (11) припадає більша частина ваги агрегату. Одна з можливих конструкцій ріжучого диска (11) подана на фіг.3, 4. Він має потрібну кількість зубців достатньої міцності, нахилених у сторону розрізання ґрунту, а також розрізаний радіально гнучкий захисний кожух із зносостійкого матеріалу (14), який закріплюється на ріжучому диску (11) перед переїздом ґрунтообробного агрегату, для чого в ріжучому диску (11) передбачені отвори. Для розгляду заявленого способу оранки чи подрібнення ґрунту та принципу дії ґрунтообробного агрегату припустимо, що цей агрегат у зібраному вигляді з одним ріжучим диском (11) із знятим захисним кожухом (14) і жорстко закріпленим у кронштейні (12) у горизонтальному положенні плугом (13) доставлений на місце оранки (фіг.1). Після запуску в роботу двигуна (2) за допомогою пристроїв керування (6) включається потрібна швидкість передачі, вихідний вал коробки передач (4) з'єднується при допомозі зчеплення (3) з пристроєм передачі крутильного моменту (5), а колеса (8) разом з передньою віссю (7) скеровуються у вибраному напрямку руху вперед. Пристрій передачі крутильного моменту (5) приводить в оберто 7 вий рух задню вісь (9) із колесами-ґрунтозачепами (10) та ріжучим диском (11), який, завдяки своїм зубцям (фіг.4) та обертанню в напрямку руху, під дією ваги агрегату поступово заглиблюється в ґрунт і створює силу тяги. Агрегат починає рухатись уперед, тягнучи за собою плуг (13), котрий теж заглиблюється в ґрунт. Передній гострий кут лемеша плуга (13) попадає у канавку, прорізану у вертикальній площині згори - вниз та по горизонталі загостреною під конус (фіг.4) зовнішньою частиною, та має зубці, ріжучого диска (11), і поступово та легко відвалює скибу. Глибина оранки регулюється переставлянням плуга (13) вгору вниз у отворах кронштейна (12). Розмір та форма утворюваного розрізу ґрунту залежить від форми та розмірів ріжучої частини ріжучого диска (11). Колеса ґрунтозачепа (10) обмежують глибину занурення в ґрунт ріжучого диска (11) і, в разі недостатньої сили тяги, збільшують її, зчіплюючись із верхнім шаром ґрунту. При потребі тільки подрібнення ґрунту необхідно установити на задню ведучу вісь ріжучий диск (11) потрібної форми, а плуг (13) підняти і закріпити у вертикальному положенні або зняти з кронштейна (12). Оператор своїми руками, за допомогою пристроїв керування (6), може збільшувати тиск на ріжучий диск (11) і колеса-ґрунтозачепи (10). Невеликі повороти ґрунтообробного агрегату в процесі обробляння ґрунту забезпечуються завдяки тому, що ріжуча частина ріжучого диска (11) виконана з кутом  (фіг.3), величина якого вибирається конструктивно, але не повинна бути меншою 5 градусів. Коли треба здійснити крутіший поворот агрегату, оператор виймає плуг (13) із ґрунту і скеровує передні колеса (8) з передньою віссю (7) у потрібному напрямку. Для здійснення повороту на місці потрібно підняти і перенести задню частину ґрунтообробного агрегату разом із задньою віссю (9) та плугом (13). Для підготовки до переїзду ґрунтообробного агрегату на інше місце необхідно вимкнути двигун (2), опустити плуг (13) вертикально вниз, закріпити його в цьому положенні у кронштейні (12), надіти на ріжучий диск, який буде піднятий над землею, захисний кожух (14), закріпити його болтами, просунутими крізь отвори в диску, розкріпити та підняти вертикально вгору плуг (13) і закріпити його у кронштейні (12). Цілком очевидно, що коли потужність двигуна (2), вага агрегату і сила зчеплення колісґрунтозачепів (10) з поверхнею землі достатні, то ріжучий диск (11) потрібних форми та розміру може розрізати ґрунт будь-якої щільності і разом з колесами-ґрунтозачепами (10) створювати силу тяги, яка необхідна для пересування ґрунтообробного агрегату та обробляння ґрунту. Порівняно з відомими ґрунтообробними агрегатами, які використовують ріжучі диски, заявлений ґрунтообробний агрегат має перевагу в тому, що за рахунок дії його ж ваги, роботи ріжучого диска (11) і полегшення оранки чи подрібнення ґрунту він має значно менші потужність, габарити і вагу, тому витрачає значно менше енергії або пального при тій же продуктивності. При оранці це підтверджується тим, що при оптимальних розмірах ріжучого диска (11), який виконує подвійну роботу 95126 8 розрізає ґрунт і створює разом з двигуном силу тяги, - на такі дії не потрібна додаткова потужність двигуна, зате значно зменшується сила опору плугові (13) при оранці, що діє у напрямку, протилежному до сили тяги. При цьому ґрунт менше утрамбовується колесами (8), бо основна частина ваги агрегату припадає на задню вісь (9), колесаґрунтозачепи та ріжучий диск. Відомості, які підтверджують можливість виконання другого ґрунтообробного агрегату (варіант 2): Розглянемо також у статиці другий ґрунтообробний агрегат, що має більші потужність та продуктивність і виконаний як колісний трактор (фіг.5, 6). На корпусі (1) установлені відомі пристрої 2, 3, 6, 7, 8, 9, зазначені вище. З корпусом (1) шарнірно з'єднаний повороткий каркас (16), до кронштейнів (12) якого прикріплені чотири плуги (13), а внизу прикріплена задня вісь (9). Між задньою частиною корпуса (1) угорі та двома середніми кронштейнами (12) посередині поворотного каркаса (16) прикріплений підіймальний пристрій (17). На задній осі (9) установлені чотири ріжучі диски (11) і три колеса-ґрунтозачепи (10) відповідних розмірів та міцності. На корпусі (1) також установлені відповідних розмірів та міцності коробка передач (4) з двома односторонніми вихідними валами, два пристрої передачі крутильного моменту (5) у вигляді карданних валів з диференціалами і середня вісь (15) із колесами (8). Діаметри коліс (8) та колісгрунтозачепів (10), вертикальна L (фіг.5) і горизонтальна S (фіг.6) віддалі між вихідними валами коробки передач (4) вибираються конструктивно такими, щоб два пристрої передачі крутильного моменту (5) не заважали один одному і щоб при максимальній глибині оранки між поверхнями коліс (8) середньої осі (15) і ґрунту не було тертя, а зчеплення з ґрунтом ріжучих дисків (11) і колісґрунтозачепів (10) було оптимальним. Центр ваги ґрунтообробного агрегату максимально зміщений до задньої осі (9), ведучої при оранці чи подрібненні ґрунту. Цей ґрунтообробний агрегат працює наступним чином (фіг.5). При підготовці до оранки середня вісь (15), яка є ведучою при переїздах, вимикається пристроями керування (6), задня вісь (9) із колесами-ґрунтозачепами (10) та ріжучими дисками (11) опускається підіймальним пристроєм (17) у робоче положення, стає ведучою, ріжучі диски (11) притискаються до землі так, що вони заглиблюються, а колеса (8) середньої осі (15) піднімаються на величину, яка дещо більша глибини оранки. Розрізаючи ґрунт, заглиблюючись у нього, ріжучі диски (11) разом з колесами-ґрунтозачепами (10) виконують функції привідних коліс (рушіїв), створюють разом із двигуном силу тяги, необхідну для пересування ґрунтообробного агрегату разом з плугами (13) при оранці і без них – при подрібненні ґрунту. Кількість і розміри одночасно утворюваних паралельних розрізів ґрунту відповідають кількості та розмірам ріжучих дисків (11). Для здійснення поворотів та розворотів, а також пересування ґрунтообробного агрегату без обробітку ґрунту (фіг.7) необхідно пристроями керування (6) вимкнути задню вісь (9), при допомозі 9 підіймального пристрою (17) підняти її разом із колесами-ґрунтозачепами (10) і плугами (13) на поворотному каркасі (16), заблокувати з допомогою пристроїв керування (6) і після цього увімкнути в роботу середню вісь (15). Можливі також інші варіанти виконання ґрунтообробного агрегату для обробляння ґрунту більшої продуктивності й потужності - наприклад з коробкою передач (4), що має два різносторонні вихідні вали, з передньою віссю (7), яка була б ведучою, а середньою віссю (15) - не ведучою при поворотах і переїздах агрегату, з більшою або меншою кількістю ріжучих дисків різної конструкції та різних розмірів (11), коліс-ґрунтозачепів (10) та плугів (13), з двома підіймальними пристроями (17), установленими симетрично, з кузовом для вантажу. Запропонований ґрунтообробний агрегат (варіанти 1, 2), крім оранки, подрібнення ґрунту, може також застосовуватись для створення у верхньому 95126 10 шарі землі відповідних розрізів-канавок різними типами ріжучих дисків (11), наприклад при меліорації, прокладанні тонких кабелів, бути універсальним і використовуватися з іншими, замість ріжучих дисків (11) та коліс-ґрунтозачепів (10), пристроями-культиваторами, круглими боронами на задній осі (9), з іншим причіпним інвентарем замість плугів (13), а також слугувати транспортним засобом. Цей агрегат може забезпечуватись комплектами ріжучих дисків (11) різних розмірів та конструкції, якщо вони відповідатимуть вимогам щодо їх міцності, жорсткого закріплення та умовам роботи агрегату. Основними перевагами ґрунтообробного агрегату (варіанти 1, 2), у порівнянні з аналогами, є: менша вага і матеріаломісткість, менші витрати пального або енергії, значно менша кількість шкідливих викидів у атмосферу при тій же продуктивності, краще обробляння ґрунту. 11 95126 12 13 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 95126 Підписне 14 Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601