ИЗНОС ДИСКОВ И СИЛОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ ОРУДИЙ

 

Быков В.Ф., Малютин М.И.  (БГИТА, г.Брянск, РФ)

 

The article presents the results of the influence of discs wear on the drive force characteristics of tillage implements

 

1  Состояние  вопроса  

Дисковые почвообрабатывающие  машины: плуги, культиваторы, бороны и др. -  широко применяются в сельскохозяйственном производстве и в лесном хозяйстве при лесовосстановлении, так как имеют преимущества перед лемешными орудиями.

Целью  исследований было определение влияния затупления лезвий дисковых рабочих органов на силовую характеристику почвообрабатывающих машин, ранее такие исследования не проводились.

Культиватор лесной бороздной КЛБ-1,7 предназначен для ухода за лесными культурами, посеянными на нераскорчеванных вырубках с количеством пней до 600 штук на гектаре. Он имеет восемь сферических дисков диаметром 510 мм, смонтированных в две батареи;  ширина захвата – 1,7 м, глубина обработки – 6-12  см. Угол атаки дисков α переменный от  0 до 30⁰, угол наклона дисков β в вертикальной плоскости также переменный, от 0 до 20⁰. Основными параметрами дисковых рабочих органов (рисунок 1) являются: диаметр диска - D,  радиус сферы -  r, угол сферы -2φ, угол  заострения лезвий -  i,  задний угол -  ε, угол наклона образующей  ψ конуса заточки плоскости диска и угол  установки диска – α, толщина лезвия – δ, ширина фаски заточки – в. Все эти параметры дисков  стандартизированы.

При  погружении диска в почву на его лезвие и вогнутую поверхность действуют силы сопротивления почвы и силы трения диска о почву. Эти силы можно привести в продольной R_х, боковой R_y и вертикальной R_z  (рисунок 2) и значения их определить по зависимостям:

;                             (1)

;                            (2)

.                                        (3)

 

В горизонтальной плоскости на батарею дисков  действуют силыи , их равнодействующая R_ху.  Проекция силы  R_ху на оси ОХ и ОУ будут R_х и  R_у.

Равнодействующая  R  сил  R_п и  R_л. уравновешивается силой Р_Т, что  обеспечивает прямолинейность движения (рисунок 3).

Основными агролесотехническими требованиями к дисковым почвообрабатывающим орудиям являются:

- обеспечивать постоянство глубины обработки почвы  (± 1 см);

- обрабатывать почву без повреждения культур;

- обеспечивать копирование рабочими органами микроповерхности почвы  и ровность обрабатываемой поверхности;

- не выглубляться  при затуплении лезвий рабочих органов.

Рисунок  3 – Схема сил, действующих на батарею

 

В процессе работы диски затупляются с образованием затылочной фаски, начинают выглубляться из почвы, снижая глубину её обработки. За счет изменения величин R_х, R_y и R_z  нарушается устойчивость хода орудия, а также агролесотехнические требования.

 

2  Методика проведения исследований

При исследовании влияния толщины  лезвия сферических дисков на  силовую характеристику проведено пространственное динамометрирование по определению величин R_х, R_y и R_z  для отдельного диска в почвенном канале, а для всего культиватора – в условиях эксплуатации с использованием тензометрической станции. Опыты проводились со сферическими гладкими и вырезными дисками диаметром  510  мм. Лезвия дисков имели толщину от 0,3 до 1.5 мм с интервалом 0,3 мм.

Вторым этапом экспериментальных исследований было определение силовой характеристики всего орудия в производственных условиях. Длина пути записи равнялась 25 м, скорость  агрегата 0,78 м/с. (третья передача трактора).

Результаты  динамометрирования  единичных дисков в почвенном канале приведены в таблице 1.

В результате математической обработки  для гладких и вырезных сферических дисков диаметром 510 мм получены уравнения:

R_х  = 158,73 · х² – 99,04 · х + 518;                                (4)

R_y  =   63,50 · х² – 14,28 · х + 398;                                (5)

R_z  = 126,98 · х² – 88,57 · х + 346;                                (6)

На рисунке 4  представлены зависимости составляющих сопротивления почвы от толщины лезвия диска

 

Таблица 1 – Результаты динамометрирования дисков

Толщина лезвия  δ, мм	Усилие на диск, кН
	D = 510 мм (гладкие)			D = 560 (вырезные)
	Rх	Ry	Rz	Rх	Ry	Rz
0,3	0,50	0,40	0,33	0,55	0,44	0,35
0,6	0,52	0,41	0,34	0,56	0,45	0,37
0,9	0,56	0,44	0,37	0,57	0,47	0,39
1,2	0,62	0,47	0,42	0,64	0,50	0,45
1,5	0,73	0,52	0,50	0,79	0,60	0,56

Рисунок 4 – Зависимость сил сопротивления дисков от толщины их лезвий (гладкие сферические диски)

 

Анализ графической зависимости показывает, что при малом затуплении лезвия диска происходит незначительное возрастание усилий  R_х, R_y и R_z . Дальнейшее увеличение толщины лезвий дисков приводит к резкому возрастанию усилий.

Из приведенных в таблице 1 данных видно, что сферические диски со сплошным лезвием менее энергоёмки в сравнении с вырезными (10%).

В таблице 2 приведены результаты динамометрирования культиватора КЛБ-1,7 в эксплуатационных  условиях.

 

Таблица 2 – Результаты динамометрирования культиватора КЛБ-1,7

Полученные результаты динамометрирования лесного культиватора с помощью тензостанции позволяют установить аналитическую зависимость составляющих сопротивления почвы от толщины лезвия. Эта зависимость выражается уравнением:

R_х3  = α · δ² – в · δ  + с,                                            (7)

где R_х3 - значения горизонтальной составляющей, кН; δ – толщина лезвия, мм;  α, в и с-  опытные коэффициенты.

По данным таблицы 2 определены эмпирические уравнения:                                           

R_х3  = 0,325 · х² – 0,11 · х + 4,11;                                     (8)

R_y3  =   0,04 · х² + 0,06 · х + 0,07;                                    (9)

R_z3  = 0,20 · х² – 0,19 · х + 0,75;                                  (10)

На рисунке 5 показаны графические зависимости изменения составляющих сопротивления почвы обработке. Затупление лезвий повышает тяговое сопротивление R_х. При работе культиватора с затупленными дисками отмечалось его выглубление из почвы. Для поддержания постоянства глубины обработки орудие догружалось балластом.

 По данным таблицы 2 можно определить повышение энергоёмкости процесса обработки почвы на каждые 0,1 мм затупления лезвий.  Увеличение толщины лезвия с 0,3 мм до 1,5 мм повысило R_х  с  4.17 до 4,68 кН.

Степень неравномерности тягового сопротивления определяли по выражению

,                                               (11)

где  - максимальное тяговое сопротивление,  кН;  - минимальное тяговое сопротивление,  кН;  - среднее тяговое сопротивление,  кН.

Рисунок 5 – Зависимость сил сопротивления дисков от толщины лезвия:

1 – горизонтальная; 2 – боковая; 3 – вертикальная (гладкие сферические диски ø 510 мм)

 

Степень возрастания тягового сопротивления определялись по формуле

.                                                        (12)

В результате подсчета получено  Δ – 0,11,  γ  = 1,13, следовательно, при увеличении толщины  лезвий дисков с 0,3 до 1,5 мм повышается степень возрастания тягового сопротивления на 13%.

Динамометрирование единичного сферического диска с толщиной лезвия от 0,3 до 1,5 мм в почвенном канале (рисунок 5) и культиватора  КЛБ-1,7 в производственных условиях с помощью тензостанции (рисунок 6) показало:

- повышение составляющих тягового сопротивления в 1,3 раза;

- энергоёмкость вырезанных дисков на 10% больше, чем у дисков со сплошным лезвием;

- толщина лезвия диска не должна превышать  1 мм по условиям агролесотехнических требований;

- результаты экспериментального определения сил, действующих на диск, могут быть использованы при расчете лесных орудий на прочность и для оценки их работоспособности.

Рисунок 6 – Зависимость сил сопротивления почвы

1 - R_х, 2 - R_y, 3 -   R_z  от  толщины лезвий дисков культиватора КЛБ-1,7

 

Литература

1. Быков, В.Ф.  Обоснование выбраковочных параметров дисков. Конструирование, использование и надёжность машин сельскохозяйственного назначения. Сб. науч. работ. Часть 1. – Брянск: Изд-во Брянской ГСХА, 2006. – 4 с.

2. Быков, В.Ф.  Изнашивающая способность почв и износ дисков. Актуальные проблемы лесного комплекса. Сб. науч. тр. по итогам МНТК. Часть 2. – Брянск: БГИТА, 2008. – 271 с.