Теоретическое исследование характера изнашивания почворежущих деталей

В технологиях возделывания сельскохозяйственных культур наиболее энергоемким процессом остается обработка почвы, которая проводится путем механического воздействия рабочего органа на обрабатываемую среду. Причиной этого является сравнительно высокое тяговое сопротивление лемеха-клина, которое резко возрастает при затуплении режущих кромок лезвий рабочих органов. Лемех, служащий для подрезания пласта почвы, является наиболее изнашиваемой деталью плуга и плоскореза. При работе он находится в тяжелых почвенных условиях, подвергаясь воздействию абразивных и ударных нагрузок. Величина износа лемеха зависит от содержания в почве физического песка, размеров его зерен и влажности почвы. С увеличением в почве влажности песка износ лемехов и дисков увеличивается, массовый износ лемехов при работе на песчаных почвах с большим количеством каменистых включений в 3-4 раза больше, чем песчаных почв с небольшим количеством каменистых включений. При вспашке каменистых почв лемех мало изнашивается по массе, но быстро затупляется по ширине на 7-8мм и наработка на лемех снижается до 8га.

Работоспособность лемехов зависит от скорости затупления и прочностных свойств лезвия. Основным следствием преждевременного износа лемеха является затылочная фаска, превышающая по ширине 2,5 мм, которая образуется на лезвии и приводит к выглублению пахотного орудия. Лемеха интенсивно изнашиваются по толщине при вспашке песчаных почв. При увеличении влажности изнашивание лемехов происходит быстрее, что снижает их наработку на 2-5га.

Сельскохозяйственные угодья Крыма характеризуются супесчаными почвами с наличием камней. При их обработке происходит быстрый износ лемехов с лицевой стороны. В процессе работы режущие элементы почвообрабатывающих орудий в условиях вибрационно-ударной нагрузки, обусловленной реологическими свойствами почвы под действием машинно-тракторного агрегата, получают существенные дефекты: износ лезвия по ширине, первой стадией которого является затупление; износ по толщине - абразивный износ рабочей поверхности; изгиб лемеха при столкновении с камнями, а также коррозия, трещины и обломы. От работы, неоднократных заточек и оттяжек почворежущие детали изнашиваются до предельного состояния и выбраковываются.

Опыт эксплуатации лемехов в различных почвенных условиях показывает, что при изнашивании на лезвии образуется затылочная фаска, которая имеет наклон ко дну борозды под отрицательным углом j (рис.2.1).

Рис. 2.1. – Схема профиля изношенного лезвия: Л – лемех; R– радиус затупления; t – толщина лемеха; – нормальная реакция почвы; j – отрицательный угол наклона затылочной фаски ко дну борозды; Б – дно почвенной борозды.

Из схемы (рис.2.1) видно, что притупленная режущая кромка при изнашивании закругляется. На глинистых почвах режущая кромка имеет значительно больший радиус закругления, а образующаяся фаска эллипсовидная, наклонена ко дну борозды под углом j, доходящим до 25°. Наличие затылочной фаски на лезвии лемеха приводит к образованию выглубляющей силы N, которая нарушает равновесие хода орудия по глубине и способствует увеличению тягового сопротивления. По мере износа лемеха ширина его затылочной фаски увеличивается одновременно с возрастанием отрицательного угла j наклона ко дну борозды. Возрастание сопротивления изношенного лемеха по сравнению с острым лемехом, имеющим режущую кромку клиновидной формы, объясняется характером распределения давлений при взаимодействии его с почвой. На основании теории контактных деформаций получим характер распределения давлений по новому лезвию клиновидной формы (рис. 2.2).

Рис. 1.2. – Распределение давлений при клиновидной форме лезвия

В выбранной системе координат клиновидное лезвие описывается уравнением:

, (2.4)

где y – текущая координата;

b – проекция лемеха на ось у;

b - угол установки лемеха ко дну борозды.

Решая основное интегральное уравнение при клиновидной форме лезвия, получим выражение для распределения давления по участку контакта в виде:

(2.5)

где n – деформационный показатель почвы.

Как видно из эпюры (рис. 2.2), максимальное давление развивается у вершины клиновидного лезвия, что вызывает в почве первичную трещину и способствует резанию почвы при минимальном сопротивлении.

В случае затупления режущей кромки лемеха (рис. 2.3) его эллипсовидная форма опишется уравнением:

, (2.6)

где d, e – полуоси эллипса.

После ряда преобразований и решения основного интегрального уравнения получим распределение давления по затылочной фаске эллиптической формы:

, (2.7)

где а – величина полуширины контакта, определяемая выражением:

, (2.8)

где р – действующее усилие.

Как видно из характера распределения контактных давлений (рис. 2.3), затылочная фаска эллипсовидной формы создает распределенное по ней давление, способствующее выглублению рабочего органа.

Рис. 2.2. – Распределение давлений по затылочной фаске эллиптической формы

При равенстве полуосей эллипса, как частный случай, получаем округлую форму затылочной фаски. При такой форме уравнение распределения давлений имеет вид:

, (2.9)

где полуширина контакта а определяется по формуле:

, (2.10)

где R – радиус окружности, которая описывает форму затылочной фаски.

Для уменьшения темпа изнашивания режущей части лемеха и замедления образования затылочной фаски целесообразно проводить упрочнение лезвий почвообрабатывающих рабочих органов. Межремонтный технический ресурс лемехов, дисков, культиваторных лап можно увеличить, если упрочнение лезвий проводить участками. В процессе работы, подвергаясь износу, такие почворежущие детали становятся зубчатыми, благодаря чему повышается заглубляемость и устойчивость хода почвообрабатывающего орудия и снижается их тяговое сопротивление.