Причины нарушения работоспособности рабочих органов культиваторов

В статье:

- Проведен анализ причин износа рабочих органов культиваторов.

- Представлены основные выбраковочные параметры, из-за которых рабочие органы теряют свою работоспособность.

- Проведен анализ факторов, влияющих на степень изнашивания рабочих органов культиваторов.

- Предложены теоретические рекомендации по созданию равнопрочного почвообрабатывающего агрегата, рабочие органы которого подвергаются равномерному износу независимо от их расположения на машине.

Процесс изнашивания рабочих органов культиваторов протекает при их непрерывном взаимодействии с почвенной массой. Частицы абразива, входящие в состав почвы, скользят по металлической поверхности, вызывая постепенное изменение формы и размеров детали и в конечном итоге ее разрушение. Скорость и характер изнашивания рабочих органов зависят от природы и свойств абразивных частиц, а также от условий их взаимодействия с материалом детали. Следовательно, интенсивность изнашивания рабочих органов культиваторов на различных почвах неодинакова. Средний ресурс лап культиваторов составляет 40–100 ч.

Более 60 % рабочих органов теряют свою работоспособность из-за предельного износа носка и крыльев по ширине. Кроме этих к выбраковочным параметрам относятся уменьшение ширины захвата, износ хвостовика и поломка крыльев.

Носок лапы испытывает наибольшую нагрузку и обладает повышенной интенсивностью изнашивания. При этом уменьшаются его длина, толщина и снижается прочность.

В результате кончик носка подворачивается и обламывается. Предельный износ носка лап составляет 30 мм. Интенсивность изнашивания режущей кромки снижается по мере удаления ее от носка.

Остроту лезвия рабочих органов культиваторов определяет их самозатачивание.

При нормальном и чрезмерном уровне самозатачивания режущая кромка определяется толщиной армирующего слоя, и радиус ее закругления при этом равен половине толщины этого слоя. При отсутствии самозатачивания предельным износом кромки лезвия принимают радиус более 0,5 мм. Предельный износ крыла по ширине стрельчатой лапы составляет 15 мм.

Одним из факторов, влияющих на степень изнашивания рабочих органов культиваторов, является влажность почвы. Количество влаги на одном и том же участке почвы с течением времени не одинаково. С увеличением влажности почва становится рыхлой. Так, при влажности 22–28 % интенсивность изнашивания лап снижается.

Однако при влажности свыше 30 % происходит налипание почвы на лезвия рабочих органов. Наибольший износ наблюдается на песчаных почвах влажностью 20%.

Другим фактором, влияющим на степень изнашивания рабочих органов, является плотность почвы. При высокой плотности почвы возрастает интенсивность износа у верхней грани лезвия. Особенно этот процесс выражен у рабочих органов, установленных в первом ряду и по оси движения колес культиватора и трактора. В результате на тыльной стороне лезвия образуется затылочная фаска, расположенная под отрицательным углом к дну борозды. Затылочная фаска главным образом влияет на величину тягового сопротивления.

В результате проведенного анализа можно сделать вывод, что интенсивность износа рабочих органов культиваторов зависит от плотности и состава почвы. В состав почвы входят различные твердые частицы: мелкозем – частицы диаметром менее 1 мм, например, кварц и корунд (от 0,01 до 1 мм) и каменистые включения (от 1 мм). Данные частицы истирают и деформируют лапы, что приводит их в неработоспособное состояние. В конечном итоге можно выделить три главных фактора, влияющие на износ рабочих органов:

гранулометрический состав почвы, определяющий ее абразивную агрессивность и связанность;
плотность почвы, определяющую давление на лезвие почвенной массы и интенсивность износа режущей части лезвия;
физико-механические свойства материала детали.

Следует отметить, что движители трактора и почвообрабатывающего агрегата оказывают сильное негативное воздействие на почву, вследствие которого нарушаются ее физико-механические свойства, тепловой и водно-воздушный режим. Такое воздействие распространяется на большую глубину.

В процессе движения колесо машинно-тракторного агрегата создает в почве напряжения, которые вызывают ее деформацию, увеличивая плотность, и оставляет следы на поверхности поля.

Методика исследований. Для оценки степени воздействия движителей МТА на почву разработан ГОСТ 26955-86 «Техника сельскохозяйственная мобильная. Нормы воздействия движителей на почву». В соответствии с требованиями стандарта, давление на почву колес при влажности 0,7 НВ не должно превышать в весенний период 100 кПа, а в летне-осенний – 120 кПа.

Но многие энергонасыщенные тракторы оказывают воздействие выше нормативных показателей ГОСТ. Для оценки воздействия движителей МТА на почву были взяты малогабаритные потенциометрические датчики ДМП-1А, ДМП-2А, ДМП-3А с пределами измерений 0-100; 0-200 и 0-300 кПа соответственно. К датчикам посредством трубки со штуцером крепили чувствительные элементы, представляющие собой резиновую грушу (см. рисунок). Образованная полость наполнялась жидкостью и посредством трубки соединялась с рабочей полостью потенциометрического датчика. Перемещение мембраны датчика ДМП приводит к изменению состояния потенциометра, которое фиксировали на тензометрической установке MIC-018. Датчики заранее закладывали в почву по намеченному маршруту движения МТА на разную глубину от 0 до 100 см с интервалом в 10 см. В ходе исследований определяли давление в пятне контакта колеса с почвой для различных тракторов и почвообрабатывающих агрегатов.

Результаты исследований. В результате исследований было установлено, что наименьшим воздействием на почву обладает гусеничный трактор ВТ-100, создавая давление в пятне контакта от 50 до 75 кПа, что вызывает образование следа глубиной 5–6 см и увеличение плотности почвы до 1,4 г/см3 (см. таблицу).

Наибольшее воздействие на почву оказывают колеса тяжелых тракторов К-701, К-744Р1, Т-150К, а также колеса почвообрабатывающих агрегатов. При этом, несмотря на небольшую массу почвообрабатывающих машин, вследствие установленных колес с небольшой шириной и диаметром они имеют небольшую опорную площадь и, как следствие, создают высокие контактные давления, приводящие к увеличению глубины следа и плотности почвы по их следам. Давление в почве в процессе движения колеса трактора или почвообрабатывающего агрегата распространяется на большую глубину.

Достаточно высокое напряжение создается и почвообрабатывающими агрегатами. Так, напряжение после прохода культиватора в среднем на 23,9 % больше по сравнению с напряжением, создаваемым движителем трактора ВТ-100, и на 67,3 % меньше по сравнению с напряжением, создаваемым колесом трактора К-701. Аналогичная ситуация прослеживается и при воздействии колес сеялки на почву.

Необходимо отметить тот факт, что колеса почвообрабатывающих машин движутся по следу, оставленному после прохода трактора, тем самым оказывая дополнительное воздействие на почву вследствие кратности воздействия. При этом вторичный проход колес по одному следу приводит к увеличению воздействия на почву в среднем на 12,4 %.

В результате негативного воздействия движителей МТА на поверхности поля остаются следы различной ширины до 0,8 м и глубиной до 0,15 м. Плотность почвы по следам превышает оптимальное значение (для почв Саратовской области от 1,2 до 1,3 г/см3) и может достигать значений 1,4–1,5 г/см3 (см. таблицу). Повышение плотности почвы сверх оптимального значения на 0,1 г/см3 приводит к снижению урожая зерновых культур до 8 %. В конечном счете, данное обстоятельство приводит к последующему повышению энергозатрат на выполнение почвообрабатывающих операций и повышенному износу рабочих органов почвообрабатывающих машин. Характер и величина износа лапы культиватора при одинаковой наработке зависят от ее расположения на раме культиватора. Менее интенсивно по отношению к лапам первого ряда (на 12…15 %) изнашиваются лапы, установленные во втором ряду. Это связано с уменьшением плотности и твердости почвы из-за ее частичного разрыхления лапами первого ряда. Так, лапы, перемещающиеся по следам, оставляемым колесами культиватора и движителя трактора, изнашиваются в 1,5–2 раза интенсивнее, чем соседние, и затылочная фаска у них выявляется отчетливее. На площадку, образованную этой фаской действует распределенная нагрузка (реакция почвы), стремящаяся вытолкнуть лапу на поверхность. Вертикальная составляющая этой нагрузки (выталкивающая сила) растет с увеличением ширины затылочной фаски.

Параметры воздействия движителей тракторов на почву:

Заключение. В результате исследований и анализа изнашивания рабочих органов культиваторов можно заключить, что наибольшему изнашиванию подвергаются носок и лезвие лап, что в свою очередь сказывается на работоспособности культиватора в целом. Отсюда следует, что при восстановлении стрельчатых лап необходимо достигнуть повышения твердости и износостойкости носка и лезвия, что в итоге позволит повысить ресурс восстанавливаемой детали.

Малогабаритные потенциометрические датчики, регистрирующие нормальные напряжения

Кроме того, следует учесть неравномерный износ рабочих органов в зависимости от расположения на агрегате. Стрельчатые лапы, стоящие в первом ряду и расположенные по оси движения колес культиватора и трактора, должны обладать повышенной прочностью и износостойкостью по сравнению с остальными. Следовательно, перспективной становится задача создания равнопрочного почвообрабатывающего агрегата, рабочие органы которого подвергаются равномерному износу независимо от их расположения на машине. Это позволит в конечном итоге повысить долговечность почвообрабатывающих машин в целом и снизить простои на ремонтные работы.

Буйлов Валерий Николаевич, канд. техн. наук, доцент;

Люляков Иван Викторович, канд. техн. наук, доцент;

Русинов Алексей Владимирович, канд. техн. наук, доцент;

Саратовский ГАУ имени Н.И. Вавилова.