Бороны

Устройство и работа зубовых борон

Зубовая борона состоит из рабочих органов (зубьев), рамы и приспособлений для навески или прицепки.

Принцип работы. При движении бороны зубья погружаются в почву. Каждый зуб воздействует на почву как двугранный клин: его переднее ребро раскалывает или разрезает пласт, а боковые грани раздвигают, сминают и перемешивают частицы почвы. Кроме того, за счет скорости движения зубья наносят удары по комьям, разрушая их, и вычесывают подрезанные сорняки, вынося их на поверхность.

Конструкция рамы. Рамы большинства зубовых борон (например, типа «зигзаг») состоят из продольных и поперечных планок. Планки жестко соединены между собой в местах пересечения. Для обеспечения жесткости и предотвращения перекосов в конструкцию вводят диагональные планки. Характерная форма рамы «зигзаг» выбрана для того, чтобы зубья, расположенные на разных планках, не шли по следу друг друга.

Специальные типы зубовых борон

Бороны:

а — зигзаг; б — шлейф-борона; в — сетчатая; г — звено луговой бороны; д — игольчатый диск мотыги; е — секция прутковой бороны; 1 — звено (одна борона); 2 — крючок; 3 — вага; 4 — поперечная планка; 5 — продольная планка; 6 — зуб; 7 — нож; 8 — рычаг регулировки наклона ножа; 9 — гребёнка; 10 — шлейф; 11 — секция с затупленными зубьями; 12 — секция с ножевидными зубьями; 13 — секция с заострёнными зубьями; 14 — ножевидный зуб; 15 — рамка звена; 16 — вогнутые зубья; 17 — пруток; 18 — планка прицепа; 19 — диск

Сетчатая борона. Ее рабочие органы — круглые стальные зубья с тупыми или заостренными концами. Они соединены в секции шарнирно с помощью колец, образуя гибкую сетку. Благодаря такой конструкции каждый зуб может перемещаться в вертикальной плоскости независимо от других, что позволяет бороне идеально копировать микрорельеф поля. Это особенно важно при бороновании всходов, так как уменьшается повреждение культурных растений.

Шлейф-борона. Состоит из двух звеньев, соединенных цепями. Каждое звено включает:

• Нож для срезания неровностей.
• Зубовую гребенку (планку с одним рядом зубьев) для рыхления.
• Шлейф — четыре стальных бруска, соединенных шарнирно, которые окончательно выравнивают поверхность.

Дисковые и ротационные бороны

Основная страница: Машины с дисковыми рабочими органами

Дисковые бороны. Рабочим органом является вогнутый диск (гладкий или с вырезами). Диски собираются в батареи на общих осях. Батареи устанавливаются под углом к направлению движения — углом атаки (α). При движении диски вращаются, разрезают пласт почвы, крошат его и сдвигают в сторону, частично оборачивая.

Ротационная мотыга. Снабжена дисками с вогнутыми иглами (зубьями). При вращении иглы делают до 150 «уколов» на 1 м², интенсивно разрушая корку, но почти не повреждая растения.

Прутковая ротационная борона. Имеет барабан, состоящий из дисков и пропущенных через них круглых прутков. Барабан вращается, прутки рыхлят верхний слой и выносят сорняки на поверхность. Такие бороны часто применяются на комбинированных машинах.

Агротехнические требования к качеству работ

Согласно основным нормативам, качественное боронование должно отвечать следующим критериям:

Крошение почвы

После прохода бороны на поверхности поля не должно быть комков размером более 3…4 см

Глубина обработки

Отклонение средней глубины от заданной не должно превышать ±1 см

Выравнивание

Поверхность поля должна быть ровной; высота гребней или глубина борозд не должна превышать 3…4 см

Огрехи и перекрытия

Пропуски (огрехи) между смежными проходами и внутри захвата агрегата не допускаются. Смежные проходы должны выполняться с перекрытием 10…15 см

Сохранность растений

При бороновании всходов повреждение культурных растений не должно превышать 3 %

Настройки и регулировки борон

Для обеспечения стабильной работы и соблюдения заданной глубины необходимо выполнить ряд настроек.

Регулировка глубины хода зубовых борон:

Направление линии тяги

Зубья бороны идут на одинаковой глубине, если направление линии тяги составляет с горизонтом угол 15…20°. При таком угле линия тяги проходит близко к центру тяжести бороны

Положение прицепных элементов

Присоединительные элементы (ваги, цепи) должны быть настроены так, чтобы оптимальное направление линии тяги устанавливалось автоматически в процессе работы

Использование скоса зубьев

У борон с квадратным сечением зуба глубину можно менять, разворачивая борону. При движении косым срезом вперед (по стрелке А на рис. выше) возникает выталкивающая сила, и глубина уменьшается; при движении тупым ребром вперед (по стрелке Б) борона заглубляется сильнее

Установка на брусе

При использовании навесных борон брус нужно располагать так, чтобы передние и задние ряды зубьев заглублялись одинаково. При этом соединительные цепи должны немного провисать, чтобы секции могли независимо копировать рельеф поля

Регулировка дисковых борон. Основной регулировкой дисковых борон является изменение угла атаки (угла между плоскостью вращения диска и направлением движения). С увеличением угла атаки диски глубже внедряются в почву, и интенсивность крошения пласта возрастает.

Техническое обслуживание и состояние рабочих органов

Для качественной работы необходимо следить за техническим состоянием борон:

• Состояние зубьев. Все зубья в одном звене должны быть одинаковой длины и иметь одинаковую заточку. Разница в длине зубьев от номинала не должна превышать 3…5 мм.
• Крепление. Необходимо регулярно проверять надежность крепления зубьев к раме, особенно у борон с жестким соединением, чтобы избежать их потери или перекоса.
• Очистка. Во время работы необходимо следить за тем, чтобы рама и зубья не забивались растительными остатками и влажной почвой. Забивание приводит к нарушению глубины хода и появлению огрехов.

Техника безопасности

При работе с боронами необходимо соблюдать следующие правила:

• Транспортировка. При переездах по дорогам общего пользования широкозахватные агрегаты должны быть переведены в транспортное положение.
• Очистка на ходу. Категорически запрещается очищать бороны от сорняков и земли во время движения трактора.
• Подъем и опускание. При использовании навесных систем запрещается находиться между трактором и бороной, а также в зоне действия рамы при ее подъеме или опускании.
• Обслуживание. Все работы по подтяжке креплений или замене зубьев должны проводиться только при заглушенном двигателе трактора и опущенном на землю (или зафиксированном на подставках) агрегате.

Теория построения зубового поля

Зубовое поле бороны — это графическая схема размещения зубьев бороны на плоскости. Это «чертеж-карта», по которой инженер определяет, насколько эффективно и стабильно будет работать орудие в поле.

Чтобы борона работала качественно, при проектировании схемы (зубового поля) необходимо соблюсти три условия:

1. Равномерность обработки (шаг борозды): каждый зуб должен прорезать свою уникальную бороздку. Расстояние между всеми соседними бороздками должно быть одинаковым. Это гарантирует отсутствие пропусков и равномерное рыхление.

2. Проходимость (незабиваемость): зубья на одной поперечной планке должны стоять достаточно далеко друг от друга. Если они будут слишком близко, между ними будет забиваться почва и растительные остатки (сорняки, стерня).

3. Устойчивость хода (динамическое равновесие): борона не должна вилять или подпрыгивать. Для этого каждый зуб должен испытывать равное сопротивление почвы справа и слева. Это достигается за счет того, что «передние» и «задние» зубья идут по траекториям, равноудаленным друг от друга.

Математическая модель: принцип винта. Самый сложный для понимания момент — почему инженеры говорят о «винтовых линиях» на плоском чертеже.

Суть метода. Представьте себе цилиндр, на который нарезана многозаходная резьба (как на огромном винте). Если этот цилиндр «развернуть» на лист бумаги, винтовые линии станут прямыми, идущими под углом к направлению движения.

Поперечные планки бороны (1…5) — это как бы «ребра» (образующие) этого воображаемого цилиндра.

Ряды зубьев — это развертка винтовых линий.

Зачем это нужно? Использование геометрии винта позволяет решить главную задачу: распределить зубья так, чтобы их количество и количество планок не были кратны друг другу. Именно это исключает ситуацию, когда один зуб идет след в след за другим, обеспечивая идеальный шаг борозды.

Важно запомнить: считается, что зубовое поле любой бороны — это развертка многоходового винта (правого или левого направления).

Схема размещения зубьев на секции (звене) бороны:

а — в точках пересечения развёрток винтовых линий с поперечными планками; б — то же прямого и обратного направлений

Пусть АВ — развёртка винтовой линии на плоскость. Шаг винта:

У многоходового винта:

Через точки пересечения развёрток винтовых линий с образующими цилиндра, расположенными на равном расстоянии одна от другой (рис., а), можно провести наклонные линии CD, которые можно рассматривать как развёртки винтовых линий обратного направления с числом k₁ ходов и шагом t₁.

При построении зубового поля зубья размещают в точках пересечения разверток винтовых линий с образующими цилиндра (поперечными планками), расположенными на одинаковом расстоянии одна от другой, или в точках пересечения разверток винтовых линий прямого и обратного направления (рис., б). В первом случае получают борону «зигзаг», во втором — тяжелые и средние скоростные зубовые бороны.

Каждый зуб проделывает отдельную бороздку, когда число M поперечных планок и число k ходов взаимно простые, то есть не имеют общего множителя. Как правило, M = 5, k = 3. Так как

то k₁ = 2.

Число междурядий на отрезке равно числу M поперечных планок (рядов зубьев). Следовательно,

Каждая борона состоит, как правило, из трёх одинаковых звеньев, соединенных общей вагой и цепями.

Зона деформации почвы

Схема зоны деформации почвы зубьями борон

Зона деформации почвы, помимо зоны контакта с почвой рабочих органов, распространяется вперед и в стороны на определенные расстояния. Глубина а обработки зубьями борон меньше, чем высота h_к (а < h_к), поэтому рыхление почвы путём скалывания начинается со дна борозды и распространяется под углом θ/2 к вертикали (рис.).

В нижней части обрабатываемого слоя зубья борон образуют необработанные гребни высотой h:

Силовая характеристика зубьев борон

Схема взаимодействия рубра зуба бороны с почвой:

а — при α = π/2; б — при α > π/2 + φ; в — при α < π/2 — φ

Зубья борон устанавливают под углом α к горизонту:

1. Если α = π/2 (рис., а), то ребро действует на почвенный комок по нормали силой R = N, совпадающей с направлением движения.

Почва рыхлится без выноса на поверхность влажных слоёв, зуб погружается в почву под действием силы тяжести G_з, приходящейся на него от всего орудия. При изменении угла α в пределах π/2 - φ < α < π/2 + φ характер взаимодействия между зубом и почвой не изменяется.

2. При α > π/2 + φ (рис., б) ребро воздействует на комок силой R, равной векторной сумме сил нормального давления N и трения F и отклонённой от горизонтали вниз. Почвенный комок под действием этой силы будет вдавливаться вниз. Вертикальная составляющая силы R_в реакции почвы будет направлена вверх, что приведет к уменьшению заглубляющей силы:

и уменьшению глубины обработки.

3. Когда α < π/2 — φ (рис., в), то сила R будет отклонена от горизонтали вверх и почвенный комок под её действием будет перемещаться из нижних слоёв вверх. Вертикальная составляющая R_в реакции почвы направлена вниз, что приводит к увеличению заглубляющей силы

и глубины обработки почвы. Сорняки и растительные остатки, поднимаясь на поверхность, собираются под рамой, при большом скоплении их приходится сбрасывать. Для этого зубья периодически наклоняют назад или поднимают на поворотных полосах.

Параметры борон

Толщина зубьев. Путь частиц почвы при работе квадратных зубьев зависит только от толщины зуба и свойств почвы. Более толстые зубья больше перемещают почву не только перпендикулярно направлению движения бороны, но и в сторону движения агрегата.

Бороны лучше рыхлят почву как за счёт своей массы, так и за счёт более толстых зубьев. Однако в целях взаимозаменяемости зубил тяжёлых и средних борон делают одинаковыми.

Глубина хода. Увеличение глубины хода бороны за счёт ее массы не всегда приводит к более интенсивному рыхлению. Максимальной зоне рыхления соответствует некоторая глубина. Дальнейшее увеличение глубины хода зубьев ведет к тому, что конец зуба делает бороздку с уплотнёнными стенками, не увеличивая зону рыхления. Решающее значение в этом имеют свойства почвы и ее обработка.

Угол заострения зуба β выбирают меньшим или равным углу бокового скалывания почвы (для большинства почв φ = 25°). При несоблюдении этого условия ребра зубьев будут опираться на неразрыхленную почву и этим препятствовать заглублению бороны. Однако излишне малые углы заточки зубьев приводят к снижению их прочности. Поэтому при ремонте зубьев борон надо ориентироваться на зубья заводского изготовления.

Сечения зуба. Кроме квадратных, изготавливают зубья прямоугольного, ромбического и круглого сечений. При одинаковой скорости движения наибольшее воздействие на почву оказывает зуб прямоугольного сечения. Все точки его рабочей грани будут сообщать комкам почвы одинаковую скорость.

Лобовой контакт зуба бороны с почвой приводит к разрушению структуры и испылению почвы. Это явление особенно характерно для зубьев на пружинных стойках, работающих в почвах пониженной влажности. Поэтому пружинными зубьями чаще оснащают комбинированные агрегаты и культиваторы, которые в силу своего назначения работают в почве более высокой влажности, чем бороны.

После прохода круглого зуба одинаковой с квадратным толщины бороздки будут менее заметными. Поэтому круглые зубья применяют на лёгких боронах для выравнивания микрорельефа, уничтожения корки на посевах, а также для заделки семян и удобрений при посеве.

Энергоемкость процесса обработки почвы

Глубина обработки почвы зубовыми боронами и культиваторами изменяется в относительно узком диапазоне и значительных изменений тягового сопротивления не вызывает.

Тяговое сопротивление Р определяют ориентировочно по формуле, не учитывающей изменения глубины обработки:

Величина К зависит от гранулометрического состава, состояния почвы, рабочей скорости и других факторов. Примерные значения удельного сопротивления орудий К, кН/м:

для средних зубовых борон

0,4…0,7

для тяжёлых зубовых борон

0,6…0,9

сетчатых борон

0,45…0,65

пружинных борон

1,5…4,0

луговых борон с ножевидными зубьями

1,5…2,3

паровых культиваторов с полольными лапами

1,2…2,4

Работу машин можно оценить по энергетическим затратам. Например, при подготовке поля для посева кукурузы при сплошной культивации на глубину 12…14 см агрегатом, состоящим из трактора Т-150К сцепки СП-11А и двух культиваторов КПС-4-05, общие энергетические затраты составляют 400 МДж/га, а при бороновании до всходов трактором К-744Р2 со сцепкой СГ-21 и (21) бороны БЗСС-1 — 115 МДж/га.

Зубовые бороны типа «Зигзаг»

Эти бороны являются классическими представителями орудий с жёсткой рамой. Они стандартизированы и широко применяются в составе больших агрегатов.

БЗТС-1,0 (Борона зубовая тяжёлая скоростная)

Общий вид бороны БЗТС-1:

1 — зуб квадратного сечения; 2 — планки; 3 — крюк; 4 — прицепное устройство

Назначение. Дробление пластов после вспашки, обработка тяжёлых почв, борьба с пыреем. Используется для ранневесеннего закрытия влаги.

Конструкция. Звено имеет корытообразные планки. На пяти поперечных планках жёстко закреплено 20 зубьев. Квадратное сечение зуба (16х16 мм) имеет косой срез на конце.

Параметры. Глубина обработки составляет 6…10 см. Ширина захвата одного звена — 1 м. Масса звена — около 42 кг.

Специальные зубовые и шлейфовые бороны

БСО-4А (Сетчатая облегченная борона)

Общий вид сетчатой бороны БСО-4:

1, 5 — цепи; 2 — тяга; 3 — рамка бороны; 4 — сетчатое полотно; 6 — навеска НУБ-4,8

Устройство. Секция состоит из рамки, к которой с помощью цепей подвешено гибкое полотно из шарнирно соединенных стальных прутков (зубьев) с загнутыми концами.

Особенности. Благодаря исключительной гибкости каждый зуб перемещается независимо, что позволяет идеально копировать микрорельеф. Применяется для уничтожения сорняков в фазе «белой ниточки» и разрушения корки на посевах картофеля, кукурузы и свёклы.

Параметры. Ширина захвата — 4 м (состоит из двух секций по 2 м). Глубина обработки — 4…8 см.

Ротационные и игольчатые бороны

Дисковые бороны (БД)

Дисковые бороны разделяют по интенсивности воздействия.

Агрегатирование борон

Зубовые бороны (особенно БЗТС и БЗСС) — это орудия с малым захватом (1 м), поэтому для эффективного использования мощности тракторов их соединяют в широкозахватные агрегаты.

Для этого применяются прицепные сцепки: С-11У, СП-16, СГ-21.

Навесные бороны крепятся на специальные брусья (например, навеска на культиватор или сеялку) с помощью поводков и цепей, обеспечивающих свободу копирования рельефа.