способ весеннего боронования озимых культур и зубовая борона для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ весеннего боронования озимых культур, включающий рыхление и крошение почвы в один след с одновременным подрезанием сорняков, отличающийся тем, что боронование ведут вдоль рядков посева зубовой бороной, каждый зуб которой выполнен с монтажной частью, стержневой, имеющей форму эллиптического цилиндра частью и заостренной, изогнутой в направлении, противоположном направлению боронованию, рабочей частью, последняя из которых имеет форму эллиптического конуса, коническая поверхность которого образует ее боковую поверхность, а вся стержневая и рабочая части зуба имеют по большей части эллипсов переднюю и заднюю лезвийные кромки.

2. Зубовая борона, содержащая раму с крестообразно расположенными планками, в месте пересечения которых закреплены зубья, включающие монтажную, стержневую в форме эллиптического цилиндра и заостренную, изогнутую рабочую части, отличающаяся тем, что рабочая часть зуба имеет форму эллиптического конуса, основанием которого является эллипс стержневой части, его коническая поверхность образует боковую поверхность рабочей части зуба, при этом вся стержневая и рабочая части зуба содержат по большей оси эллипсов переднюю и заднюю лезвийные кромки, а размещают монтажную часть каждого зуба в раме бороны так, что направления изогнутости его рабочей части и хода бороны противоположны.

3. Зубовая борона по п.2, отличающаяся тем, что рабочая часть зуба изогнута относительно его вертикальной плоскости в пределах 15-30°, толщина лезвийных кромок не превышает 2 мм, а длина стержневой и рабочей частей зуба одна и та же.

Описание изобретения к патенту

Группа изобретений относится к сельскому хозяйству, к весеннему уходу за посевами озимых колосовых культур, а именно - боронованию.

Ранневесеннее боронование поля - обязательная операция обработки озимых культур с целью закрытия в почве влаги, особенно в почвенно-климатических зонах с высокими вероятностями весенних засух и на почвах тяжелого механического состава. Ее необходимость возникает в виду того, что в процессе весеннего схода снега с почвы, уплотненной осенним прикатыванием, из-за стока воды и смыва почвы образуется поверхностная корка.

В связи с этим в ходе весеннего боронования озимых культур главной задачей является как можно быстрее и в то же время качественнее разрушить корку, при этом стремясь минимально повредить растения. В противном случае, из-за быстро подсыхающего верхнего слоя (0-5 см) почвы, корка начнет трескаться, усиливая тем самым физическое испарение влаги, а последующее значительное повышение температур, увеличив ширину и глубину трещин, приведет к испарению воды из более глубоких слоев почвы. Помимо этого, засыхая, корка начнет сковывать сами растения, ухудшая тем самым воздушный режим корневых систем.

Известно изобретение "Способ обработки почвы" (а.с. СССР № 1604186, МПК⁵ А 01 В 79/00, опуб. 07.11.90 в бюл. № 41), касающееся заявленного как решающее аналогичную изобретательскую задачу повышения качества обработки за счет улучшения степени крошения почвы, для чего ее верхний слой (5-6 см) подрезают, приподнимают и измельчают верхним рабочим органом, затем рыхлят нижний слой почвы (18-20 см) нижней лапой. Известный способ обработки почвы осуществляют с помощью двухъярусного рабочего органа, использование которого для разрушения почвенной корки при весеннем бороновании озимых культур вызовет значительное повреждение растений, помимо того, что способ дорог в силу своей высокой энергоемкости.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному способу в группе изобретений по совокупности признаков является способ весеннего боронования озимых культур, включающий рыхление и крошение почвы в один след с одновременным подрезанием сорняков (И.И.Беляков, "Агротехника важнейших зерновых культур", Москва, "Высшая школа", 1983 г., с.77), который осуществляют зубовыми боронами, например, БЗСС-1 или ЗБП-06 поперек направления сева, который принят за прототип.

Известно изобретение “Зуб бороны” (а.с. СССР № 741817, МПК² А 01 В 23/00, опубл. 25.06.80 г. в бюл. № 23), содержащее монтажный конец с фланцем и резьбой, стержень квадратного сечения и заостренный рабочий конец, выполненный из двух частей: переходной, в которой квадратное сечение переходит в ромбическое с переменной степенью неравности, и основной части, также ромбической, но с постоянным соотношением размеров осей. Недостаток известного зуба - распыление почвы при ее обработке, что ухудшает капиллярность почвы и отрицательно влияет на урожайность сельскохозяйственных культур, помимо того, что такой рабочий орган достаточно сложно изготовить.

Известно изобретение "Зуб бороны" (а.с. СССР № 954007, МПК³ А 01 В 19/02, 23/02, опубл. 30.08.82 г. в бюл. № 32), включающий монтажную часть и рабочую, которая выполнена клинообразной, средние части боковых поверхностей которой выполнены вогнутыми, так, что суммарный угол атаки снижается с 90° до 30-40°, причем конец рабочей части может быть выполнен загнутым. К недостаткам известного зуба следует отнести нереверсивность, т.е. зуб нельзя использовать для мелкой обработки всходов.

Известно изобретение "Зуб бороны" (а.с. № 931123, МПК³ А 01 В 23/02, опубл. 30.05.82 г. в бюл. № 20), содержащий монтажную часть, стержневую часть и рабочую часть в виде пирамиды с продольно-вертикальной пластиной, имеющей криволинейную переднюю и скошенную нижнюю кромки, причем касательная к передней кромке образует с нижней кромкой острый угол. Выполнение этого известного зуба с продольно-вертикальной пластиной увеличивает поверхность боковых плоскостей по сравнению с вышеизложенными конструкциями зубьев, препятствуя тем самым отклонению бороны в поперечном направлении, но зуб быстро теряет работоспособность из-за образования нижней фаски, да и изготовить его также сложно.

Известно изобретение "Борона" (а.с. № 1625343, МПК⁵ А 01 В 15/02 (заявитель предполагает ошибку в обозначении группы, вероятно 19/02), опубл. 07.02.91 г. в бюл. № 5), содержащая зубья, каждый из которых имеет форму эллиптического цилиндра, основание которого в свою очередь выполнено с отношением малой оси к большой, равным 1:5, который принят за прототип. Эллиптические боковые рабочие поверхности зуба увеличивают деформацию почвы в горизонтальной плоскости, но закругленная передняя часть зуба вызывает в почве значительную деформацию смятия. В результате этого почвенные частицы уплотняются, образуя локальные крупные и механически прочные структуры, т.е. крошения на мелкие частицы не происходит. При столкновении с крупной почвенной глыбой такая борона чаще всего захватывает и увлекает их за собой, перекатывая в направлении движения агрегата, тем самым значительно увеличивая тяговое сопротивление, поэтому нередко такой процесс боронования сопровождается поломкой зубьев.

Причиной, препятствующей достижению требуемого агротехнического результата, является применение боронования поперек направления сева орудием с известными конструкциями зубьев, которые при всем их разнообразии не обеспечивают быстрого, качественного разрушения почвенной корки при минимальном повреждении растений в силу свойственных им следующих существенных недостатков.

Боронование озимых культур в один след, поперек направления сева средними зубовыми боронами сопровождается выдергиванием растений и надрывом корневой системы. Объясняется это тем, что традиционное направление движения бороны с известной геометрией поверхности ее зуба обеспечивает рыхлительный принцип боронования, который скорее приводит к оборачиванию значительных по размеру пластов почвенной корки и сохранению глубины и ширины трещин и поэтому - выносу влажных слоев на поверхность и ускорению влагопотерь, чем разрушению и крошению затвердевшей корки на мелкие, укрывающие влагу частицы почвы. В результате такого изменения взаимного расположения почвенных отдельностей растения заваливаются ими, что негативно сказывается на их отрастании. Если же озимые растения с осени развиты до уровня двух-трех листьев, то после такого заваливания почвой могут погибнуть.

Мало того, что боронование поперек направления сопровождается максимальным выдергиванием растений или надрывом корневой системы, оно вызывает дополнительную неустойчивость хода бороны из-за разного сопротивления почвы в рядках и междурядье. Поэтому забивание поверхности зуба и межзубового пространства растительными остатками значительно, что сначала увеличивает тяговое сопротивление и приводит к выглублению зуба, а затем к образованию просто следа на поверхности почвы. Для устранения такого нарушения агротехнологического процесса необходимо остановить агрегат и очистить зубья, что повлечет за собой значительное удорожание процесса, поэтому в реальных производственных условиях практически и не делается.

Низкий агротехнический эффект такого боронования иллюстрирует технологическую зависимость известного способа боронования и геометрической формы рабочей поверхности зубьев известной бороны, которые спроектированы без должного учета физико-механических свойств почвы в период весеннего боронования озимых культур и необходимых деформаций для разрушения почвенной корки.

Все решения, входящие в заявленную группу, объединяет единый изобретательский замысел, направленный на достижение следующих целей: улучшить качество обработки почвы за счет повышения степени ее крошения в процессе боронования, в результате чего существенно сократив время на закрытие влаги, особенно в корнеобитаемом слое почвы, и одновременно снизив повреждения растений.

Указанный агротехнический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - способу достигается использованием способа весеннего боронования озимых культур, в котором рыхление и крошение почвы в один след с одновременным подрезанием сорняков ведут по направлению сева: вдоль рядков посева или по большей диагонали геометрических фигур поля при перекрестном севе.

Указанный единый агротехнический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - устройству достигается тем, что для осуществления заявленного способа используют зубовую борону, рама которой содержит расположенные крестообразно планки, в месте пересечения которых закреплены зубья, включающие монтажную, стержневую в форме эллиптического цилиндра и заостренную, изогнутую рабочую части.

Отличительной особенностью заявленной зубовой бороны является то, что рабочая часть зуба имеет форму эллиптического конуса, основанием которого является эллипс стержневой части, его коническая поверхность образует боковую рабочую поверхность зуба, при этом вся стержневая и рабочая части зуба содержат по большей оси эллипсов переднюю и заднюю лезвийные кромки, а размещают монтажную часть каждого зуба в раме бороны так, что направления изогнутости его рабочей части и хода бороны противоположны. Причем заявителем установлены конкретные характеристики основных признаков устройства: рабочая часть зуба изогнута относительно его вертикальной плоскости в пределах 15°-30°, толщина лезвийных кромок не превышает 2 мм, а длина стержневой и рабочей частей зуба одна и та же.

Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку группа разнообъектных изобретений образует единый изобретательский замысел, причем один из заявленных объектов - устройство “Зубовая борона” используется для осуществления другого заявленного объекта группы - “Способа весеннего боронования озимых культур”, при этом оба объекта группы изобретений направлены на решение одной и той же задачи с получением единого агротехнического результата.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной группы изобретений, как для объекта - “Способа весеннего боронования озимых культур”, так и для объекта - устройства “Зубовая борона” позволили установить, что заявитель не обнаружил аналоги, характеризующиеся признаками, тождественными всем существенным признакам как способа, так и для устройства заявленной группы изобретений.

Следовательно, каждый из объектов группы изобретений соответствует условию “новизна”.

Для проверки соответствия каждого объекта заявленной группы изобретений условию “изобретательский уровень” заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявить признаки, совпадающие с отличительными от выбранных прототипов признаками для каждого объекта заявленной группы изобретений. Результаты поиска показали, что каждый объект заявленной группы изобретений не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками каждого из объектов заявленной группы изобретений преобразований на достижение агротехнического результата. Следовательно, каждый из объектов заявленной группы изобретений соответствует условию “изобретательский уровень”.

На фиг.1 изображена борона, вид сверху.

На фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

На фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1.

На фиг.4 - сечение В-В на фиг.1.

На фиг.5 - сечение С-С на фиг.1.

На фиг.6 - сечение Д-Д на фиг.1.

Предлагаемый способ проведен в полевом опыте одновременно известной бороной и заявленной - опытной в одной сцепке. Конкретным подтверждением эффективности предложенного способа боронования вдоль рядков и преимущественно касательного перемещения зубьев новой геометрии при движении бороны по полю являются сравнительные данные прилипания почвы и растительных остатков к зубьям, представленные в Таблице № 1 для переросших с осени посевов озимых и в Таблице № 2 для нормально развитых с осени посевов озимых.

Зубовая борона содержит раму 1, например пятирядную раму, состоящую из зубьев 2 и прочных планок 3 корытообразного профиля, причем зубья установлены в местах пересечения планок и закреплены гайкой. На раме 1 смонтировано прицепное приспособление для присоединения бороны к тяговому средству (не показано) и перемещения ее в направлении, указанном стрелкой Г.

Зуб 2 бороны состоит из монтажной 4, стержневой 5 и рабочей 6 частей. Монтажная часть 4 имеет фланец 7 и резьбовой стержень 8 и служит для крепления зуба на раме бороны. Стержневая часть 5 имеет форму эллиптического цилиндра, а заостренная, изогнутая рабочая часть 6 - форму эллиптического конуса. Основанием 9 (сечение В-В) эллиптического конуса является эллипс 10 стержневой части (сечение Б-Б), его коническая поверхность образует боковую поверхность 11 рабочей части зуба, а вершина обращена в сторону заостренного конца зуба. На всей длине стержневой 5 и рабочей 6 частей зуба выполнены передняя 12 и задняя 13 лезвийные кромки, толщина которых не превышает 2 мм. Размещают монтажную часть 4 каждого зуба в раме бороны так, что направление изогнутости его рабочей части 6 и ход бороны по стрелке Г противоположны, причем большие оси эллипсов стержневой 5 и изогнутой рабочей 6 частей располагаются по ходу движения бороны.

В начале движения заявляемой бороны по полю вдоль рядков посева или по длинной большей диагонали геометрических фигур поля при перекрестном севе возникающее под давлением передней криволинейной лезвийной кромки зуба предварительное сжатие тонкослойной почвенной корки будет достаточным для деформации корки. Для условий эксперимента заявителем установлено, что толщина (острота) кромки менее 2 мм незначительно влияет на уменьшение нормального усилия резания почвенной корки, а более 2 мм - быстро затупляется.

С увеличением касательного перемещения передней криволинейной лезвийной кромки зуба появляется тангенциальная сила, благодаря которой часть силы трения переносится по направлению, перпендикулярному к направлению разреза, вследствие чего передняя лезвийная кромка зуба освобождается от части трения и легче проникает в почву.

Последующее скользящее движение зуба, возникновение которого обусловлено размещением монтажной части каждого зуба в бороне так, что направления изогнутости его рабочей части и хода бороны противоположны, вызовет дальнейшее падение необходимого для резания нормального давления лезвийной кромки зуба на почвенную корку, чем значительно облегчится процесс ее резания и увеличится его скорость. Если рабочая часть зуба изогнута относительно его вертикальной плоскости на угол, который менее 15°, то эта эффективность мало обнаруживается, а при угле более 30° скольжение будет излишним, а напряжения растяжения недостаточными для возникновения процесса крошения.

Дальнейшее внедрение рабочей части зуба в почвенную корку вызовет ее деформацию в направлении снизу влево и снизу вправо благодаря конической боковой поверхности рабочей части зуба и расположению больших осей эллипсов стержневой и изогнутой рабочей частей по ходу движения бороны.

Эта деформация постепенно увеличит количество мелких трещин в почве, а затем разрушит почвенные агрегаты и комья на мелкие почвенные фракции размером не более 1-2 см, обеспечив тем самым эффективное крошение без перемешивания и практически исключив выворачивание влажных нижних слоев почвы на поверхность.

Сужающаяся задняя рабочая поверхность зуба обеспечивает возможность сползания почвы вместе с подрезанными сорняками к его задней лезвийной кромке, которая дополнительно крошит почву и разрезает растительные остатки.

Экспериментально заявителем в реальных условиях весеннего боронования озимых колосовых культур при учете физико-механических свойств почвы в это время установлено, что одна и та же длина стержневой и рабочей части зуба совместно с весом бороны позволяет произвести боронование на нужную глубину в пределах 7 см.

Таким образом, заявленный процесс боронования вдоль направления сева значительно облегчается скользящим движением зуба, что в значительной степени изменяет соотношение между сжимающими и растягивающими напряжениями в пользу последних, что приводит к преобладанию крошения над рыхлением почвы, повышает эксплуатационную надежность бороны и уменьшает энергоемкость обработки почвы, следовательно, снижает трудозатраты и себестоимость эксплуатации машинного парка и одновременно существенно уменьшает повреждения растений.

Заявляемая конструкция зуба позволяет, по крайней мере, снизить ударное воздействие от контакта с камнем, металлическим предметом, что сократит возможные поломки зуба.

За счет уменьшения энергоемкости обработки почвы можно бороновать на повышенных скоростях, что позволит существенно сократить время на закрытие влаги, причем путем применения несложных в изготовлении и простых в эксплуатации зубьев в конструкциях серийно выпускаемых борон.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании группового изобретения следующей совокупности условий:

- средство, используемое совместно с заявленным способом, предназначено для сельского хозяйства,

- для группового изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимых пунктах формулы, подтверждена возможность осуществления каждого из объектов защиты с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов,

- средство, воплощающее изобретение в виде способа и устройства при осуществлении способа, обеспечивает достижение усматриваемого заявителем единого агротехнического результата.

Следовательно, заявленное групповое изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.