ИЗНАШИВАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВ И ИЗНОС ДИСКОВ

 

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

 

The article contains the results of research on wear capacity of soils and wearing-out of disks

 

Почвенные условия лесных хозяйств оказывают большое влияние на интенсивность изнашивания почвообрабатывающих машин (ПОМ), на расход запасных частей и, соответственно, на затраты по поддержанию работоспособности ПОМ в процессе их эксплуатации.

В задачу исследований входило определение коэффициентов изнашивающей способности серых лесных и дерново-подзолистых почв, имеющих наибольшее распространение в зоне Нечерноземья, к которой относится и Агентство лесного хозяйства Брянской области.

Коэффициенты изнашивающей способности почв (ИСП) необходимы  при конструировании и производстве ПОМ; для разработки нормативов расхода деталей ПОМ в зависимости от почвенных условий; определения ресурса и работоспособности машин; для разработки мероприятий по повышению износостойкости рабочих органов ПОМ (лемеха, отвалы, полевые доски плугов, лапы и диски культиваторов и борон).[1,2,3,4]

ИСП характеризуется коэффициентом, который представляет собой отношение износа образца (детали) в данных почвенных условиях к износу образца (детали) в условиях, принятых за эталонные. За эталонную среду принята тёмно-серая легкосуглинистая лесная почва.

Исследование ИСП проводилось в лабораторных, лабораторно-полевых (использовались специально разработанные стенды) и эксплуатационных (с использованием культиваторов КЛБ-1,7 при уходе за лесными культурами)  условиях. Оценивали ИСП по уменьшению массы образцов и изменению конструктивных параметров рабочих органов ПОМ.

Лабораторным путём было изучено влияние механического состава и влажности почв, а также эксплуатационных условий (скорости и удельного давления) на их изнашивающую способность. Исследования проводились на лабораторном стенде, состоящем из гильзы, заполненной почвой определённого механического состава, и вращающейся крыльчатки с образцами.

Целью лабораторно-полевых опытов было определение ИСП непосредственно в условиях работы лесохозяйственных орудий. Полученные результаты сопоставлялись с результатами лабораторных исследований. Опыты проводились с помощью специально сконструированного переносного стенда. Для проведения опытов выбирались участки с почвами того же механического состава, который исследовался в лабораторных условиях. В момент проведения опытов определялись влажность и твёрдость почвы.

Поисковыми опытами были определены :

- путь трения (S) – 200, 400 и 600м;

- скорость вращения (V) – 0,65 ; 0,96 ; 1,15 ; 1,73 м/с;

- диапазон удельного давления (P) – 0,06 ; 0,1 ; 0,17 ; 0,24  и 0,33 МПа;

- влажность почв (W %) – по факту;

- продолжительность опытов при различной скорости движения образцов.

Количество опытов определялось вероятностно-статистическим методом.

Лабораторно-полевыми опытами предусматривалось определение ИСП с ненарушенной естественной структурой сложения непосредственно на вырубках. Для этой цели нами была изготовлена переносная установка, состоящая из рамы, на которой размещается двигатель внутреннего сгорания. 

Полученные числовые значения коэффициентов приведены в таблице 1.

 

Таблица 1- Коэффициенты ИСП и износ дисков в зависимости от факторов

 

Аналитическая зависимость износа образцов при увеличении скорости перемещения в различных почвах выражается уравнением прямой линии.

Анализ данных, приведённых в таблице, показывает, что дерново-подзолистые почвы супесчаного механического состава обладают изнашивающей способностью в 4-5 раз большей, чем почвы суглинистые (в том числе и разные подтипы серых лесных). Объясняется это, очевидно, наличием в почве физического песка с размерами частиц 0,25-1,0 мм. Кроме того, серые лесные почвы отличаются большим содержанием гумуса.

Лабораторно-полевыми опытами определялась ИСП при их естественном сложении. Полученные при этом данные полностью подтверждают закономерности изнашивающего воздействия почв, установленные в лабораторных условиях. Однако износ образцов по массе в полевых условиях оказался на 8-10% больше, чем в лаборатории.

С помощью лабораторно-полевой установки исследовалось влияние твёрдости, корненасыщенности и каменистости почв на износ образцов. Опытами, проведёнными на почвах с различной твёрдостью, установлена зависимость, которая может быть охарактеризована уравнением параболы второго порядка.

Также установлено, что наибольшая корненасыщенность приходится на горизонт 0-10 см и составляет 16,4 г/дм³. Сравнение полученных данных показало, что наличие корней диаметром до 5мм не оказывает влияния на износ образцов. Очевидно, наличие корней в почве способствует повышению тягового сопротивления.

Содержание в почве каменистых включений определялось весовым методом и выражалось в процентах к весу монолита. Подсчётами установлено, что в горизонтах 0-10, 10-20 и 20-30см каменистость составила соответственно 7,25,  5,17 и 6,45%. При такой каменистости износ образцов оказался в 3,1 раза больше, чем на не засорённых камнями почвах.

Производственные испытания дисковых рабочих органов проводились в лесхозах Брянской области. Подготовленные для испытаний диски устанавливались на культиваторы КЛБ-1,7, агрегатируемые с тракторами ТДТ-55. Перед началом работы орудия были отрегулированы на необходимые глубину отработки (10см) и величину защитной зоны (20-25см).

Испытуемые дисковые рабочие органы находились в эксплуатации до тех пор, пока не наблюдалось ухудшение качества обработки, соответствующее агролесотехническим требованиям. Когда толщина лезвия диска достигала 2 мм, а наработка при этом 20-30 га/диск, диски снимались для заточки. Микрометражные измерения параметров дисков проводились через каждые 5га наработки на диск.

В период испытаний сферических дисков производилась оценка их работы по агролесотехническим показателям. Для этой цели были взяты дисковые рабочие органы с различной толщиной лезвия.

Качество обработки по глубине оценивалось коэффициентом вариации. Анализ полученных данных позволил сделать вывод о том, что глубина обработки уменьшается по мере затупления лезвий дисков (рис.5). При толщине лезвий дисков, равной 2 мм, коэффициент вариации глубины культивации составляет 12,4%, а по агролесотехническим требованиям он не должен превышать 10%.

Вторым важным показателем ухода за лесными культурами является степень подрезания травянистой растительности. Результаты замеров обработаны статистическим методом. Анализ полученных данных показывает, что не было полного подрезания травы. При увеличении толщины лезвий дисков до 2 мм степень подрезания травы снижается на 28%.

Определялась степень задернения участков и степень повреждения культур, которые составили, соответственно, 18-22 и 4-5%.

В процессе работы дисковых рабочих органов изучались закономерности изменения их геометрических элементов. Установлено, что интенсивность возрастания толщины лезвий зависит от изнашивающих свойств обрабатываемых почв. Интенсивность нарастания толщины лезвия определялась как частное от деления приращения толщины  Δ δ на наработку в га по формуле

i δ =(δ _T – δ_o ) / Q_ср ,                                                        (1)

где  δ _T  -  толщина лезвия в момент замера, мм;  δ_o -  начальная толщина лезвия диска, мм; Q_ср  -  средняя наработка, га/диск.

Удельный износ дисков по диаметру определялся по формуле

                   _Δ D =(D_H – D_T – в) / Q_ср ,                                                (2)

где    D_H  -  размер диска до начала работы, мм; D_T  -  размер диска в момент замера, мм; в -  уменьшение диаметра за счёт заточки, мм; Q_ср – средняя наработка, га/диск.

При первой заточке диаметр серийных дисков уменьшается на 10-12мм. При определении количества заточек диска необходимо учитывать, что он не должен изнашиваться на величину, превышающую 50-60мм, т.е. на величину зоны закалки. Кроме того, диаметр дисков при последующих заточках не должен быть меньше 450мм, чтобы не нарушились условия качения при преодолении корней и пней.

По результатам исследований можно сделать следующие выводы. Установлены коэффициенты ИСП (серые лесные суглинистые – 1,0-1,3;дерново-подзолистые суглинистые – 1,3-1,6; супесчаные – 5,0; песчаные – 6,6).  Средняя наработка дисков до выбраковки на серых лесных почвах – 30 га/диск, на дерново-подзолистых – 20 га/диск.

Результаты исследований могут быть использованы для определения срока службы дисков и их распределения по почвенным зонам.

Литература

1. Быков, В.Ф. Новый метод оценки износа лезвий дисков/ Вклад учёных и специалистов в национальную экономику. Материалы НТК. Том I. -Брянск, БГИТА, 1999.

2. Быков В.Ф. Ранжирование факторов, влияющих на изнашивание рабочих органов лесных культиваторов/ Вклад учёных и специалистов в национальную экономику. Сборник научных трудов НТК. Том III, (15-19 мая 2000). -Брянск, БГИТА, 2000.

3.Быков В.Ф. Исследование эксплуатационной надёжности машин лесного комплекса/ Вклад учёных и специалистов в национальную экономику. Сборник научных трудов. -Брянск, БГИТА, 2006.- 380 с.

4. Синеоков Г.Н., Панов И.М.. Теория и расчёт почвообрабатывающих машин. - М.: Машиностроение, 1977.- 328 с.