Влияние вылета долота

Урожай сельскохозяйственных культур зависит от обработки почвы, к которой в первую очередь относится вспашка.
Плуги, применяемые в настоящее время, оснащаются рабочими органами, главная задача которых – оборот пласта с заделкой растительных остатков на заданную глубину.
Работа плуга связана с массой, высоким износом рабочих деталей, контактирующих с почвенной массой, обладающей большой изнашивающей способностью в связи с наличием в ее составе абразивных частиц.
Наибольшим нагрузкам, а также изнашиванию и поломкам подвержены детали, производящие подрезание почвенного пласта, а именно плужные лемеха.
Корпуса плугов, как отечественного, так и зарубежного производства в настоящее время комплектуют в основном составными лемехами, чаще с накладным долотом (рис. 1).

Рисунок 1. Лемеха с накладным долотом

Настоящая работа посвящена разработке конструкции лемеха с накладным долотом и обоснованию величины вылета долота, обеспечивающего требуемую заглубляющую способность при минимальном тяговом сопротивлении плуга.
Цель исследования – определить влияние вылета долота на заглубляющую способность плуга и его тяговое сопротивление и рекомендовать значения оптимального вылета долота для почв суглинистого механического состава.
Материалы и методы
Лемех имеет трапециевидную форму. Для снижения тяговых нагрузок и улучшения заглубляющей способности лемеха, его лицевая поверхность выполнена в эвольвентной форме, при которой угол установки лемеха к дну борозды (угол резания) уменьшается в направлении от носка к пятке.
Основная функция носка заключается в обеспечении заглубляющей способности лемеха. В случае предельного износа носка цельный лемех выбраковывается полностью, а у лемеха, имеющего накладное долото, предельный износ долота наступает намного раньше, чем остова. Если заменить долото, лемех фактически может работать с нуля. Отметим, что стоимость долота несопоставима со стоимостью остова лемеха, его цена в 3-4 раза ниже цены остова.
В подавляющем большинстве случаев плужные лемеха теряют свою работоспособность вследствие повышенного износа носка. В новом лемехе носовая часть закрыта накладным долотом, которое в большинстве почвенно-климатических условий обеспечивает работоспособность носовой части до полного износа лезвия на остове и долоте. В случае предельного износа или поломки долота его можно заменить, не снимая лемех с корпуса плуга.
Оптимальная геометрия лезвийной части достигнута путем создания криволинейной поверхности лицевой стороны остова, которая проходит в направлении от первого крепежного отверстия до бороздного обреза. Угол резания составляет 43° в сечении, перпендикулярном спинке и проходящем через первое крепежное отверстие, а в сечении, также перпендикулярном спинке и расположенном в точке пересечения бороздного обреза и спинки, 23° (рис. 2).

Рисунок 2. Сечение лемеха, проходящее
перпендикулярно спинке через первое
крепежное отверстие (разрез Б-Б) и через
точку пересечения спинки и бороздного
обреза (разрез А-А)

Увеличенный наклон лезвия в зоне носка у долота способствует лучшему заглублению лемеха, а уменьшенный на остове – снижению тягового усилия. Для сравнения, серийный лемех П702 имеет постоянный угол резания по всей его длине, равный 36-39°.
При изготовлении опытного лемеха заготовку вырезают из стального листа толщиной 12 мм на установке плазменной резки. Затем в заготовках делают необходимые отверстия, заточку лезвия, гибку в штампе и термообработку до 47-51 HRC.

Рисунок 3. Схема вылета l долота

Подробнее технология изготовления опытного лемеха изложена в работе.
Вылет долота у разных вариантов лемехов составляет интервал от 10 до 80 мм. Значение вылета долота, глубина обработки и тяговое сопротивление при различной наработке представлены в таблице и на рисунках 4 и 5.

Рисунок 4. Влияние наработки лемеха S на глубину обработки почвы h при начальной
величине вылета долота 15 мм – 1; 25 мм – 2; 35 мм – 3; 45 мм – 4; 55 мм – 5; 70 мм – 6

Почвенные условия в период проведения испытаний по механическому составу – средне– и тяжелосуглинистый чернозем твердостью 3,6-4,0 МПа 
после уборки пшеницы и ячменя (300 га). Пахотные агрегаты включали трактора МТЗ-82 с плугом ПЛН-3,35 (2 ед.) и Т-150К с плугом ПЛН5-35 
(4 ед). Заданная глубина вспашки составляла 22 см, скорость движения агрегатов 7,6 км/ч.

Рисунок 5. Зависимости тягового сопротивления плуга от наработки при начальной
величине вылета долота 15 мм – 1; 25 мм – 2; 35 мм – 3; 45 мм – 4; 55 мм – 5; 70 мм – 6

Данные испытаний, представленные в таблице и на графиках (рис. 4 и 5), позволяют сделать некоторые выводы, касающиеся обоснования параметров расположения накладных долот относительно остова лемеха. Так, при работе плугов на почвах средне– и тяжелосуглинистого состава, распространенных в средней полосе России, рекомендуется использовать лемеха с накладными долотами, имеющими вылет от 35 до 45 мм относительно остова с углом резания лемеха (имеется в виду угол наклона лезвия к дну борозды 30-40° у отечественных плугов).
Результаты и обсуждения
Отмечено, что с увеличением вылета долота перед остовом лемеха до значений 35-45 мм для плугов с лемехами, установленными под углом резания 30-40°, тяговое сопротивление плуга снижается как вследствие разрыхленности почвенного слоя долотом, расположенным в носовой части лемеха и воспринимающим наибольшую нагрузку, так и в связи с уменьшением действия сил, вызывающих давление почвы на лезвие остова (ввиду меньшего угла резания). При этом следует учитывать, что длина остова лемеха почти в 10 раз больше аналогичной зоны долота.
Последующее увеличение вылета долота приводит к росту тягового сопротивления плуга вплоть до его зарывания в почву и невозможности дальнейшего движения пахотного агрегата из-за превышения заглубляющей силы Р по сравнению с вертикальной составляющей тягового сопротивления плуга R, создаваемого реакцией опорного колеса, что приводит к неконтролируемому заглублению. Такое заглубление происходит при значении вылета долота более 70 мм на вышеуказанных почвах (в данном случае трактор начал зарываться при l = 80 мм).
Помимо того, при вылете долота более оптимального значения ухудшаются некоторые агротехнические характеристики пахотного слоя (наблюдается увеличение комковатости, гребнистости, неровности дна борозды и др.), что значительно снижает качество пахоты.

Следует отметить, что ускоренный износ долота по сравнению с остовом приводит к снижению заглубляющей способности лемеха, несмотря на уменьшение его тягового сопротивления. Однако при выполнении сельскохозяйственных работ превалирующим фактором является соблюдение заданных агротехнических требований.
В частности, при вспашке один из основных агротехнических показателей – это глубина обработки. На рисунках 4 и 5 показаны зависимости изменения глубины обработки h и тягового сопротивления плуга Р от наработки S.
Выводы
1. Эвольвентный профиль лицевой поверхности лемеха позволяет наиболее рационально использовать режущую часть для выполнения агротехнических задач при невысоких тяговых нагрузках.
2. Больший угол резания в носовой части лемеха способствует лучшему заглублению, а его уменьшение на оставшейся части лезвия лемеха соответствует снижению тягового сопротивления и более качественному подрезанию сорняков и растительных остатков.
3.Ž Установлено, что при эксплуатации лемехов с накладным долотом в процессе изнашивания глубина обработки почвы уменьшается и, соответственно, уменьшается тяговое сопротивление плуга.
4. Увеличение вылета долота до 35-45 мм способствует снижению тягового сопротивления плуга за счет роста величины опережающей трещины отрыва и снижения нагрузки на большей (в 8-10 раз) остальной лезвийной части лемеха. Дальнейшее увеличение вылета долота также несколько повышает заглубляющую способность, но в то же время происходит резкий рост давления на опорное колесо плуга, что может создать условия неконтролируемого парезаглубления вплоть до невозможности движения пахотного агрегата.
5. На почвах суглинистого механического состава оптимальным является вылет долота в пределах 35-45 мм, при величине угла резания (угла установки лезвия к дну борозды) 30-40°.
Денис Александрович Миронов, кандидат техн. наук;

Игорь Викторович Лискин, научный сотрудник;

Сергей Андреевич Квас, аспирант; Федеральный научный гроинженерный центр ВИМ;

Андрей Иванович Панов, кандидат техн., доцент;
Российский ГАУ – МСХА имени К.А. Тимирязева