Сельское хозяйство/2. Механизация сельского хозяйства

К.т.н. Пикмуллин Г. В., Мухаметшин И. С.

Казанский государственный аграрный университет, Россия

К выбору формы и параметров
рабочих органов почвообрабатывающих машин

Как известно, зубчатые (вырезные) почвообрабатывающие органы способствуют резанию со скольжением и скалыванием, так что разделение частиц почвы осуществляется с меньшим усилием, а дно борозды не уплотняется. Технологические и энергетические показатели процесса резания плоскорежущими органами зависят от геометрических параметров зубчатой режущей кромки и от физико-механических свойств почвы. Исследованиями В.П. Горячкина установлено, что сопротивление резанию пласта почвы значительно снижается при резании со скольжением. В связи с этим энергоемкость процесса резания почвы и корней сорняков зависит от угла между нормалью к точке лезвия (угол τ) и ее скоростью [1]. Кроме того известно, что коэффициент скольжения обратно пропорционален углу раствора 2·γ крыльев лапы [2]. Таким образом, значение половины угла раствора (угла сдвига пласта) γ определяет возможность скольжения сорняков и почвы по лезвию.

Изучение рабочих органов культиваторов отечественными учеными позволило предложить три группы стрельчатых лап для различных условий, которые имеют различные углы раствора: 1. 50°…58° – для черноземов; 2. 60°…70° – для средних условий; 3. 70°…80° – для песчаных почв. В настоящее время данные группы нашли широкое применение в отечественных почвообрабатывающих машинах.

В то же время, наблюдается обволакивание лезвий вырванными сорняками, что сильно снижает качество обработки. В связи с этим предлагается исполнение режущей кромки зубчатой формы, что позволит разрезать сорняки и кроме того повысит качество резания, понизит энергоемкость процесса, уменьшит износ рабочего органа.

Известен ряд технических решений, где в целях получения скользящего резания и уменьшения тягового сопротивления форма режущей кромки лапы выполнена прямолинейной, либо криволинейной с зубьями. К примеру, в а. с. №1794329 зубчатая режущая кромка каждого из крыльев лапы имеет контур в виде плавно сопряженных отрезков логарифмической спирали, причем передняя кромка каждого зуба имеет форму логарифмической спирали, а затылочная сторона зуба – в виде прямой линии, перпендикулярной к касательной соответствующей точки сопряженных отрезков логарифмических спиралей [3]. Такое выполнение формы режущей кромки и параметров зуба препятствует полному удовлетворению условий скользящего резания почвы и скольжению сорняков по нему, а в области точки сопряжения даже не выполняется условие предельно возможного значения угла раствора 2·γ, т.е. γ_max не должно превышать 90°–φ [2;4], следовательно, это препятствует увеличению ширины захвата лапы.

Принимая во внимание эти недостатки существующих технических решений, нами предлагается иная форма плоскорежущей лапы, где режущая кромка каждого крыла лапы имеет контур в виде прямой линии и выполнена зубчатой, причём передняя кромка каждого зуба имеет прямолинейную форму, и размещена под некоторым углом скользящего резания к продольной оси лапы и с перекрытием в поперечном направлении передней кромки расположенного впереди зуба, а тыльная кромка каждого зуба выполнена прямолинейной и расположена перпендикулярно продольной оси лапы.

Как известно, при резании скольжение будет тем больше, чем больше угол τ, тем меньше касательная и нормальная силы. Однако направление этой силы не меняется, а остается постоянным и отклоненным от нормали к лезвию на один и тот же угол трения φ.

В нашем случае, для режущих точек по всей длине лезвия вышеуказанное условие (τ > φ) соблюдается, т.е. случай, когда угол τ между направлением его скорости и нормалью к точке лезвия больше угла трения φ лезвия по почве.

При этом форма режущей кромки на носке лапы обеспечивает минимальный угол раствора (2·γ_min) лапы и хорошее скольжение почвы по лезвию. В этом случае основная часть усилия расходуется на деформацию горизонтального подрезания почвенного пласта и сдвиганию его в сторону и минимальные углы раствора на носке лапы деформируют почву с наименьшими затратами энергии. Поэтому из условий резания со скольжением, нормального схода почвы и сорняков с рабочего органа принимаем 2·γ_min 45°– [4; 5].

Предельно возможное значение угла раствора γ_max не должно превышать 90°– φ [2; 4]. Этому условию удовлетворяю все режущие точки передней кромки каждого зуба.

При работе лапы, под действием зубьев, зоны деформации которых смыкаются, разрываются связи почвы в межзубовом пространстве, а эрозионно-опасные частицы просеиваются на дно борозды.

Такое выполнение режущей кромки лапы обеспечивает скользящее резание и деформацию почвы с наименьшими затратами энергии, а также способствует уменьшению отброса почвы и увеличению ширины захвата лапы.

Таким образом, перспективным представляется применение зубьев в плоскорезных лапах. Однако обоснование оптимальных геометрических параметров зубчатых лезвий почвообрабатывающих машин, ввиду больших различий в имеющихся исследованиях, требует новых методов подхода к решению этой задачи.

Литература

1. Желиговский В.А. Элементы теории почвообрабатывающих машин и механической технологии с.-х. материалов. В.А. Желиговский – Тбилиси: Изд. Грузинского СХИ, 1960.-146с.

2. Зеленин А.Н. Машины для земляных работ. А.Н. Зеленин и др. –М.,”Машиностроение”, 1975.–78..79с.

3. Булгариев Г.Г. Рабочий орган культиватора-плоскореза. Г.Г. Булгариев, Х.С. Гайнанов. А.С. №1794329. Опубл. в Б.И., 1993, №6.

4. Летошнев М.Н. Сельскохозяйственные машины (Теория, расчёт, проектирование и испытание). М.Н. Летошнев– М-Л., 1955.-23с., 156с.

5. Кушнарёв А.С. Проектирование рыхлительных рабочих органов культиваторов. А.С. Кушнарёв и др. – Киев, 1979. – 19с.