Анализ конструкций почвообрабатывающих рабочих органов
Основным признаком классификации машин является тип и вид рабочих органов, а также глубина обработки, определяющая прочностные и, как следствие, показатели надежности машин и орудий. Агротехнические требования к почвообрабатывающим орудиям определяются особенностями почвозащитной системы земледелия, ее требованиями к техническим операциям.
Пропашными принято считать культиваторы для междурядной обработки, уничтожения сорной растительности, прореживания растений в рядках, нарезания поливных борозд и окучивания растений.
Плоскорежущие односторонние и стрельчатые лапы предназначены для подрезания сорняков на глубину 6 см и рыхления почвы.
Рыхлительные пружинные зубья используются на пропашных культиваторах для рыхления почвы в междурядьях и защитных зонах.
Рис. 1.1. – Рабочие органы в комплекте с жесткими и пружинными стойками
Окучивающие корпуса культиваторов предназначены для уничтожения сорной растительности на дне борозды, присыпания стеблей растений разрыхленной землей и распределения ее ровным слоем по поверхности грядки.
Рис. 1.2. – Лапы плоскорежущая односторонняя (бритва) и стрельчатая без хвостовика
Игольчатые диски вращающихся мотыг используются для разрушения почвенной корки на посевах в рядках растений и защитных зонах.
Дисковые орудия в основном делятся на три типа:
- дисковые плуги для пахоты на глубину 25…30 см на сухих твердых почвах;
- дисковые лущильники предназначены для пожнивного лущения и предпосевной обработки почвы на глубину до 10 см;
- дисковые бороны – делятся на болотные, полевые и садовые.
Болотные дисковые бороны предназначены для разрушения пластов почвы после вспашки целинных, болотных и кустарниковых земель, а также улучшения лугов и пастбищ. Полевые дисковые бороны используют для крошения задернелых пластов и глыб, весенней предпосевной обработки почвы, освоения лугов и пожнивного лущения. Садовые дисковые бороны предназначены для обработки почвы и уничтожения сорняков в междурядьях и приствольных полосах плодовых садов и виноградников.
Рис. 1.3. – Лапы: плоскорежущая стрельчатая с хвостовиком, универсальная стрельчатая без хвостовика и универсальная стрельчатая с хвостовиком
Фрезерные почвообрабатывающие машины используют на тяжелых дерново-подзолистых и орошаемых почвах. Рабочие органы этих машин принудительно вращаются от ВОМ трактора, что обеспечивает получение желаемой деформации почвы. Процесс резания почвы рабочими органами фрезерных машин заключается в отделении от массива почвенной стружки и отбрасывания ее в сторону вращения фрезбарабана. При этом достигается энергичное уничтожение сорняков, равномерное перемешивание удобрений с почвой и мелкокомковатое строение разрыхленного слоя.
Универсальная лапа культиватора [8], отливаемая из стального сплава, в состав которого входят: углерод 2,8-5,5% от общей массы; никель 3,0-4,6%; хром 1,0-2,5%; кремний менее 1,5%. Для повышения износостойкости на груди выполнено ребро треугольного поперечного сечения, имеющее переменную высоту, уменьшающуюся к носку лапы. Никель и хром добавляются в расплавленный металл непосредственно перед заливкой в модель. Максимальная высота ребра в зоне посадочного отверстия составляет 5 мм.
Стреловидную культиваторную лапу с углом стрелы 42° и развалом 75° снабжают носовой вставкой, выполненной из карбида хрома. Большая износостойкость вставки и ее смещение вниз относительно режущей кромки лапы позволяет продлить срок службы лапы при большой стабильности геометрии борозды в процессе эксплуатации культиватора.
Вставки из твердых сплавов, повышающие срок службы лемехов и культиваторных лап, изготавливаются методом центробежного литья из карбида хрома. Геометрия вставок обеспечивает надежную защиту сварочных швов, скрепляющих вставки с лемехами или культиваторными лапами в местах, наиболее подверженных износу, от абразивного воздействия почвы в процессе ее обработки .
Рабочий орган представляет собой сужающуюся в нижней части полосу металла, например, рыхлительную лапу культиватора с пружинной стойкой. Вдоль оси в нижней части лапы имеется сужающий кверху паз типа ласточкин хвост, в котором крепится пластина из материала повышенной твердости и износостойкости, например, карбида хрома. Форма пластины выбирается так, чтобы полностью прикрыть нижнюю часть лапы и защитить от износа. На наружной поверхности пластины вдоль продольной оси выполнено ребро в форме полуокружности. Длина паза, в котором крепится пластина, составляет 25,4-50,8 мм, угол наклона боковых стенок паза около 2°. Устройство обеспечивает повышенную износостойкость рабочих органов и имеет низкую себестоимость.
Дисковый рабочий орган содержит основание, к которому посредством расположенных по окружности болтовых соединений прикреплены состыкованные между собой режущие элементы, образующие по контуру режущую кромку. Одна из стыковочных поверхностей одного из режущих элементов образована центральным выступом и боковыми выемками, а ответная с ней поверхность смежного режущего элемента образована соответствующими по форме центральной выемкой и боковыми выступами. Торцовые поверхности боковых выступов и торцовые поверхности выемок выполнены с противоположно направленными радиальными скосами.
Положение режущего лезвия по отношению к направлению его движения обычно несимметричное: лезвие образует некоторый угол резания, поэтому оно имеет лицевую (верхнюю) и тыльную (нижнюю) стороны. В зависимости от того, с какой стороны расположен износостойкий слой, процесс изнашивания двухслойного лезвия будет протекать по-разному.
Когда слой износостойкого материала находится на нижней стороне лезвия, а верхний мягкий слой изнашивается так, что нижний остается постоянно обнаженным, происходит самозатачивание лезвия, которое условно можно назвать самозатачиванием 1-го рода (рис. 1.4, а). В этом случае режущая кромка лезвия имеет толщину нижнего слоя h1. Это толщина должна быть меньше предельной для данных условий. Только в этом случае лезвие будет выполнять работу, соблюдая агротехнические требования, не нуждаясь в ремонте до полного изнашивания его двухслойной части.
Для самозатачивающегося лезвия лемеха это значит, что затылочная фаска, появляющаяся на нижнем режущем слое и наклоненная под отрицательным углом к дну борозды, имеет настолько малую ширину, что она не оказывает заметного влияния на равномерность и среднюю величину глубины хода плуга. Следовательно, толщина износостойкого слоя должна быть выбрана в зависимости от состояния почвы .
Рис. 1.4. – Схемы самозатачивания двухслойных лезвий: а – первого рода; б - второго рода
На верхнем слое, толщина которого h2 должна обеспечивать прочность самозатачивающегося лезвия 1-го рода, при износе об разуется фаска, подобная полученной при заточке нового лезвия на наждачном точиле. Поэтому такую фаску можно назвать фаской самозатачивания. Очевидно, чем меньше угол наклона γ2 этой фаски к границе слоев, тем острее лезвие и меньше сопротивление почвы.
Слой износостойкого материала можно расположить и на верхней стороне лезвия, но большого выступания, как в рассмотренном выше случае, уже не получится (рис. 1.4, б).
Нижний слой из мягкого материала в этой конструкции так же служит для обеспечения прочности лезвия. Однако он влияет на работоспособность лезвия в большей мере, чем при самозатачивании 1-го рода. Этот слой изнашивается под воздействием давления почвы со стороны дна борозды. На нем образуется дополнительная затылочная фаска, которая благодаря защитному действию износостойкого слоя имеет меньший угол наклона δ ко дну борозды, чем затылочная фаска на однородном лезвии стандартного лемеха. Такое двухслойное лезвие в определенных условиях может длительно работать без ремонта, т. е. оно обладает в некоторой мере свойством самозатачивания. В отличие от первого наиболее пригодного (основного) случая этот вид самозатачивания можно назвать самозатачиванием 2-го рода.
На вспашке твердых почв широкая дополнительная фаска на мягком слое лезвия лемехов является серьезным недостатком: плуг плохо заглубляется в почву, пашет неравномерно по глубине. На вспашке почв средней и низкой твердости самозатачивание 2-го рода лезвий лемехов можно успешно использовать.
Самозатачивание 2-го рода позволяет давать лезвию большую толщину несущего слоя, а также не приводит к переточке лезвия. Поэтому его целесообразно применять на тех деталях, которые воспринимают большие ударные нагрузки.
Чертеж самозатачивающегося лемеха конструкции ГОСНИТИ, разработанный на основании данных лабораторно-полевых исследований и хозяйственных испытаний, приведен на рисунке 1.5. По всей зоне наплавки слой сормайта имеет одинаковую толщину h1 = 1,4—2,0 мм. Толщина несущего слоя для прямолинейной части лезвия h2= 1,0—1,5 мм. На носовом участке, где давления почвы сверху относительно больше, h2к= 2—2,5 мм. Угол клина несущего слоя везде одинаков и равен 8°. Ширина зоны наплавки на носовом участке 55—65 мм, т. е. примерно вдвое больше, чем на прямом. Для защиты носка и сохранения остроты полевого обреза лемеха сормайт наплавляется также на этот торец.
Рис. 1.5. – Схема наплавленного сормайтом лемеха конструкции ГОСНИТИ
Для изготовления самозатачивающихся культиваторных лап конструкции ГОСНИТИ используется тот же сплав сормайт 1, который наплавляется на предварительно утоненное лезвие стандартной лапы (рис. 1.6). На основании анализа зависимостей угла самозатачивания лезвия от толщины слоев установлено оптимальное расположение слоев и их относительная величина .
На универсальных стрельчатых лапах и односторонних бритвах рекомендуется производить наплавку твердого сплава на тыльную сторону лезвия, т. е. по схеме самозатачивания 1-го рода.
На плоскорежущих лапах и лапах, работающих на песчаных почвах, наплавку следует производить с лицевой стороны лезвия, выдерживая примерно ту же толщину слоев. Необходимо отметить, что носовой участок стрельчатой лапы и место перегиба односторонних плоскорежущих лап так же, как и носки лемехов, изнашиваются значительно быстрее, чем крылья. Поэтому эти участки лезвий лап должны быть усилены.
Рис. 1.6. – Заточка полольных лап (а – верхняя, б – комбинированная, в – нижняя) и наплавка полольных лап твердым сплавом (а – после оттяжки, б – после наплавки и заточки).
