Машины с дисковыми рабочими органами

Конструкция диска и его параметры

Параметры дисков:

а — диск лёгкой бороны; б — диск тяжёлой бороны; в — схема рабочего процесса диска

Рабочим органом дисковых орудий является стальной заострённый сферический, плоский или вырезной диск. Большинство почвообрабатывающих орудий оснащено сферическими дисками, которые характеризуются следующими параметрами:

• Диаметр диска (D): варьируется от 450 мм (легкие бороны) до 800 мм (тяжелые плуги).
• Радиус кривизны сферы (R): определяет вогнутость диска.
• Угол заточки (i): лезвие диска затачивается с внешней (выпуклой) стороны под углом 10…25°. Толщина режущей кромки не должна превышать 0,3…0,5 мм.

По типу режущей кромки различают:

• Гладкие (сплошные) диски: обеспечивают ровное дно борозды, лучше работают на лёгких почвах; диаметр дисков обычно составляет 450…510 мм.
• Вырезные диски (типа «ромашка»): обладают лучшей способностью к дроблению пласта и перерезанию растительных остатков, меньше проскальзывают и лучше заглубляются в тяжёлую почву; диаметр дисков составляет 650…700 мм, применяются для более глубокой и агрессивной обработки.

Прицепные и полунавесные орудия преимущественно опираются на колёса с пневматическими шинами. Различают колёса основной рамы (транспортные) и колёса брусьев. Последние выполняют самоустанавливающимися. В настоящее время применяют дисковые гидрофицированные лущильники шириной захвата 5…20 м и бороны шириной захвата 3…10 м. Максимальная глубина обработки лущильниками составляет 10…12 см, боронами — до 20, плугами — до 30 см.

Механика взаимодействия диска с почвой

В процессе работы диск совершает сложное движение: поступательное вместе с машиной и вращательное вокруг своей оси под действием сил трения и сопротивления почвы.

Рабочий процесс протекает следующим образом:

1. Резание: острое лезвие диска врезается в почву, отделяя пласт определенной ширины и глубины.
2. Подъём и деформация: отделенный пласт поднимается по вогнутой поверхности диска. Из-за сферической формы поверхности пласт подвергается изгибу, сжатию и кручению, что приводит к его интенсивному крошению.
3. Оборот и отбрасывание: пласт перемещается в сторону выпуклости диска и сбрасывается обратно в борозду (или на поверхность поля), переворачиваясь при этом.

Роль угла атаки

Угол атаки, θ (иногда на схемах обозначается α) — угол между направлением движения агрегата и плоскостью вращения диска. Он служит основным регулировочным параметром для большинства машин с дисковыми рабочими органами (кроме плугов), определяющий качество и глубину обработки.

• С увеличением угла атаки (θ) диск сильнее воздействует на почву, возрастает глубина погружения, усиливается крошение пласта и полнота подрезания сорняков.
• При уменьшении угла атаки глубина обработки снижается, а энергозатраты на перемещение орудия уменьшаются.

У дисковых борон и лущильников угол атаки обычно устанавливается в пределах 10…25° в зависимости от твёрдости почвы и требуемой глубины обработки.

Расположение дисков в машине

Диски в боронах и лущильниках собираются в отдельные группы — батареи. Диски в батарее насаживаются на общую квадратную ось и разделяются распорными втулками (шпульками). В дисковых плугах, напротив, каждый диск устанавливается на индивидуальной стойке.

Для предотвращения забивания внутренней поверхности диска налипшей влажной почвой применяются специальные чистики (скребки), которые устанавливаются у каждого диска.

Конструктивные особенности

Дисковые плуги выпускают прицепными по 3-7 корпусов или навесными по 1-4 корпуса. Рабочими органами плугов служат сферические диски диаметром 600…800 мм. Для гладкой пахоты выпускают дисковые плуги, у которых при смене направления движения одновременно с поворотом рамы в горизонтальной плоскости на 180° поворачиваются диски.

Расстояние между дисками b = 600 мм. Оно определяется допустимой высотой гребней на дне борозды (h < 0,4a). Расстояние и углы установки дисков можно регулировать.

В отличие от других дисковых машин, корпуса дискового плуга устанавливаются не на общей оси, а на индивидуальных стойках. Основные элементы корпуса дискового плуга:

• сферический диск.
• чистик (скребок) для очистки вогнутой поверхности.
• углосним.
• полевая доска (стабилизатор).
• стойка-рыхлитель.

Впереди каждого дискового корпуса установлены углоснимы, представляющие собой отвальчик с полувинтовой поверхностью и заострённым лезвием. Перед дисками нередко размещают стойки-рыхлители, которые одновременно выполняют роль полевых досок и обеспечивают заглубление дисков на плотных почвах. Некоторые зарубежные модели для гладкой вспашки выпускают со стойками, прикреплёнными к раме шарнирно и поворачивающимися при изменении направления движения.

На рабочие органы дискового плуга действуют большие силы реакции почвы, которые в горизонтальной плоскости стремятся повернуть плуг в сторону непаханого поля, а в вертикальной — выглубить его. Поэтому дисковые плуги делают тяжёлыми, опорные колёса устанавливают под углом 60-70° к горизонту и применяют стабилизирующие ножи.

Установка и регулировка

Рабочие органы дисковых плугов характеризуются двумя углами установки:

Угол атаки (θ):

угол между направлением движения и плоскостью лезвия диска. Обычно составляет около 20°^[1] или 40…45°^[2][3].

Угол наклона (β):

угол между плоскостью лезвия и вертикалью. Устанавливается в пределах 15…25°.

Наличие угла наклона β способствует лучшему заглублению диска в почву и более качественному обороту пласта. При установке диска под углом β = 70° к вертикали уменьшается вертикальная реакция, выталкивающая диск из почвы, облегчаются начало подъёма пласта и его движение по вогнутой поверхности диска, а оборачивающая способность диска ухудшается. Для работы на склонах или обеспечения гладкой пахоты выпускаются специальные челночные дисковые плуги, у которых при смене направления движения диски поворачиваются на определенный угол.

Устройство

Дисковые лущильники (например, ЛДГ-5А, ЛДГ-10А) имеют значительную ширину захвата (от 5 до 20 м), что позволяет проводить обработку в сжатые сроки. Большинство из них — прицепные и гидрофицированные.

Дисковый гидрофицированный лущильник ЛДГ-5А:

а — общий вид; б — регулируемый понизитель; в — механизм подъема батарей; 1, 7, 10 — колеса; 2 — брус; 3, 8 — тяги; 4 — гидроцилиндр; 5 — серьга; 6 — рама; 9 — хомут; 11 — понизитель; 12 — рамка; 13, 15 — батареи; 14 — труба подъема; 16 — диски; 17 — корпус понизителя; 18 — болт; 19 — ползун; 20 — регулировочная гайка; 21 — штанга; 22, 23 — рычаги; 24 — шплинт; 25 — пружина

Общая схема (на примере ЛДГ-5А). Основными узлами лущильника являются:

• Рама (6) с прицепным устройством (серьгой 5).
• Брусья (2), шарнирно присоединенные к раме.
• Опорные колёса: центральные колёса рамы и боковые колёса (1 и 7) на концах брусьев.
• Сферические диски, собранные в батареи (13, 15).
• Раздвижные тяги (3, 8), соединяющие брусья с рамой и позволяющие менять угол атаки.
• Гидроцилиндр (4) для подъёма и принудительного заглубления батарей.

Рабочий орган и устройство батареи. Рабочим органом является сферический диск диаметром 450 мм. Плоскость вращения диска установлена под углом к направлению движения (угол атаки), который обычно равен θ = 10…35°.

Сборка. Для лучшего копирования рельефа диски собираются в небольшие секции-батареи по 8–10 штук в каждой.

Конструкция. Диски насажены на квадратный вал между распорными втулками и туго стянуты гайками. Вал вращается в подшипниках скольжения, прикрепленных к рамке (12) батареи. Расстояние b между соседними дисками определяют из условий устранения вероятности заклинивания пласта и отдельных глыб почвы между дисками (b > 1,5a) и обеспечения допустимой высоты гребней на дне борозды (h < 0,5а).

Очистка. С вогнутой стороны к каждому диску прилегает чистик, удаляющий налипшую почву.

Механизмы крепления и регулировки. Для обеспечения равномерности обработки применяются следующие узлы:

Понизители (11). Это специальные кронштейны, через которые рамка батареи крепится к брусу. Они позволяют изменять точку прицепа батареи по высоте, что важно для выравнивания глубины хода всех дисков секции.

Механизм гидроподъёма. Состоит из трубы подъёма (14), рычагов (22) и нажимных штанг (21) с пружинами (25).

Принцип работы: При выдвижении штока гидроцилиндра рычаги через штанги принудительно прижимают батареи к земле. Пружины на штангах позволяют батареям «играть» на неровностях поля, не теряя контакта с почвой.

Диски вращаются под действием сил реакции почвы при движении агрегата. Сферическая форма диска при наличии угла атаки обеспечивает не только подрезание, но и крошение пласта, а также его частичный оборот. Чем больше угол атаки, тем интенсивнее происходит оборот пласта и заделка растительных остатков.

Регулировки и настройки дискового лущильника

Качество работы лущильника зависит от правильности трёх основных настроек: угла атаки, глубины обработки и положения колёс.

Установка угла атаки. Регулируется изменением длины раздвижных тяг (3 и 8), соединяющих брусья с рамой. У лущильников ЛДГ устанавливаются углы 15, 20, 25, 30 и 35°. С увеличением угла атаки диски глубже погружаются в почву, сильнее крошат пласт и полнее оборачивают его. На твёрдых и задернелых почвах устанавливают максимальный угол (30…35°), на лёгких и чистых — минимальный.

Настройка глубины обработки. Если изменение угла атаки недостаточно или нежелательно (например, чтобы не иссушать почву излишним оборотом), применяют дополнительные методы:

• Понизители (11). Кронштейны понизителей имеют ряд отверстий. Если закрепить рамку батареи в нижних отверстиях ползунов — диски заглубляются. Вращением болта понизителя перемещают ползун вверх или вниз. Это позволяет выровнять батарею, если внутренние и внешние диски идут на разной глубине.
• Нажимные штанги и пружины. В гидрофицированных моделях глубину регулируют сжатием пружин (25) на нажимных штангах (21). На твёрдых почвах гайки на штангах затягивают, увеличивая принудительное давление, на лёгких — отпускают.
• Балласт. На старых или негидрофицированных моделях для заглубления используют балластные ящики.

Настройка перекрытия и положения колес. Для исключения необработанных полос (огрехов) в центре агрегата необходимо правильно настроить вылет батарей:

• Перекрытие. Расстояние между внутренними дисками средних батарей должно обеспечивать полную подрезку сорняков. Для этого при изменении угла атаки брусья (2) раздвигают или сдвигают вдоль рамы.
• Установка колёс. Плоскость вращения колёс (1 и 7) всегда должна совпадать с направлением движения. При изменении угла атаки брусьев необходимо обязательно переставлять полуоси колёс в соответствующих креплениях, чтобы исключить боковой увод и повышенный износ шин.

Подготовка к работе (заточка). Качество лущения напрямую зависит от остроты рабочих органов. По мере затупления диски необходимо затачивать с наружной стороны до толщины лезвия 0,3…0,5 мм.

Классификация

Тяжёлые дисковые бороны:

а — полевая БДТ-3; б — садовая БДСТ-2,5; 1 — прицепное устройство; 2 — регулировочный винт; 3 — опорное колесо; 4 — рама; 5 — рычаг; 6, 20 — тяги; 7, 15 — гидроцилиндры; 8 — коленчатая ось; 9 — кулак; 10 — чистик; 11, 17, 18 — батареи; 12, 16 — секции; 13 — брус; 14 — балластный ящик; 19 — сектор

По интенсивности воздействия на почву:

• Легкие (полевые): оснащены сферическими дисками (сплошная кромка) диаметром 450…510 мм. Глубина обработки — до 10 см.
• Тяжелые: оснащены вырезными дисками диаметром 660…700 мм. Предназначены для тяжёлых почв, разделки пластов и залежных земель, они хорошо подрезают сорняки и оборачивают верхний слой почвы на глубину от 12 до 20 см. Их используются для предпосевной обработки почвы и при уходе за чистыми парами, садами, в системе зяблевой и полупаровой обработок.

По способу агрегатирования:

• Прицепные.
• Навесные.

По назначению:

• Полевые (БД): для общих полевых работ.
• Садовые (БДС, БДСУ): для работы в садах, имеют смещенную (несимметричную) конструкцию.
• Болотные (БДБ): для обработки осушенных болот и целинных земель.

Рабочие органы и устройство батареи

Рабочим органом является стальной заострённый сферический диск.

Типы дисков:

• Сферические гладкие (со сплошной кромкой): применяются на лёгких и полевых боронах (диаметр 450…510 мм).
• Вырезные (типа «Ромашка»): применяются на тяжёлых боронах (диаметр 660…700 мм). Вырезы способствуют лучшему заглублению в плотную почву и интенсивному измельчению растительных остатков.

Так как у борон угол атаки θ = 9° (обычно θ = 9…22°), то для обеспечения условия h < а бороны делают двухследными, смещая диски задних батарей по отношению к передним на величину 0,5b cos θ.

Заточка. Диски затачивают с внешней (выпуклой) стороны. Ширина фаски составляет 10–15 мм, а толщина лезвия — 0,3–0,5 мм.

Радиус кривизны. С уменьшением радиуса кривизны диска улучшается его режущая и крошащая способность.

Устройство дисковой батареи. Диски монтируются группами на квадратные оси, образуя батарею.

Дисковая борона:

а — общий вид бороны БДН-3; б — часть батареи бороны БДН-3; 1 — навеска; 2 — батарея; 3 — рама; 4 — боковой брус; 5 — ось; 6 — диск; 7 — шпулька; 8 — кронштейн; 9 — штырь; 10 — чистик; 11 — подшипник; α — угол атаки

Конструкция батареи:

• Диски (6): надеты на квадратную ось (5).
• Шпульки (распорные втулки) (7): установлены между дисками для обеспечения заданного расстояния между ними.
• Подшипниковые узлы: ось вращается в подшипниках, которые крепятся к кронштейнам рамы бороны.
• Чистики: плоские изогнутые пластины, которые прилегают к вогнутой поверхности каждого диска для очистки от налипшей почвы и растительности.

Для предотвращения самопроизвольного отвинчивания гайки, стягивающей диски на оси, применяются контргайки или стопорные шайбы.

В тяжёлых боронах (например, БДТ-3) диски первого и второго рядов располагают вогнутостью в разные стороны. Это делается для того, чтобы каждый последующий диск проделывал свою бороздку и почва не забивала междисковое пространство.

Технологический процесс работы

При движении бороны диски, сцепляясь с почвой, вращаются под воздействием сил трения.

Механика взаимодействия с почвой:

1. Резание. Режущая кромка диска отрезает пласт почвы и отделяет его от массива.
2. Подъём и деформация. Отрезанный пласт поднимается по внутренней (вогнутой) поверхности диска. Почва подвергается деформации сжатия и сдвига.
3. Крошение и сброс. Поднятая почва падает с некоторой высоты и отводится диском в сторону. В процессе перемещения по поверхности диска и последующего падения почва интенсивно крошится и частично оборачивается.

Бороны должны минимально оборачивать почву во избежание её иссушения. По этой причине угол атаки у борон обычно меньше, чем у дисковых лущильников, и составляет 10…25° (в зависимости от модели и условий).

Для обеспечения устойчивого хода без бокового сдвига батареи на раме располагают симметрично: передние секции работают «вразвал» (направляют почву от центра), а задние — «всвал» (направляют почву к центру).

Регулировки глубины и качества обработки

Глубина обработки почвы дисковыми боронами определяется сочетанием угла атаки и вертикального давления дисков на почву.

Изменение угла атаки является основным способом регулировки глубины погружения дисков.

• Механическая регулировка. На рамах борон (например, БДН-3) предусмотрены отверстия в брусьях. Перемещая по брусу кронштейны батарей и фиксируя их штырями, устанавливают углы атаки (типовые значения: 12°, 15°, 18°, 21°).
• Гидравлическая регулировка. В современных моделях (например, БДСТ-2,5) батареи переводятся в рабочее положение или изменяют угол атаки с помощью гидроцилиндров. При транспортировке батареи переводят на нулевой угол атаки, что позволяет бороне перекатываться по дорогам без заглубления.

Регулировка давления на почву. Если при максимальном угле атаки требуемая глубина не достигается, используют дополнительные методы увеличения давления:

• Балластные грузы. На раме бороны устанавливаются специальные ящики, в которые загружается балласт.
• Нажимные пружины. На некоторых моделях навесных борон давление на диски регулируется силой сжатия нажимных пружин.
• Вынос орудия (для садовых борон). У несимметричных садовых борон дополнительно можно изменять вынос орудия в сторону от продольной оси трактора с помощью гидроцилиндра, что позволяет обрабатывать почву под кронами деревьев.

Этап подготовки. Технический аудит

Прежде чем выезжать в поле, необходимо убедиться, что машина исправна. Особое внимание уделяется «расходным» элементам и крепежам.

Что необходимо сделать:

• Проверка узлов: подтянуть все крепления, проверить затяжку гаек на осях батарей.
• Обслуживание: смазать все трущиеся детали согласно карте смазки.
• Очистка: настроить скребки и чистики.
• Выравнивание: рама должна стоять строго горизонтально. При опускании на площадку диски и передних, и задних батарей должны одновременно касаться поверхности.

Технические допуски (контрольные цифры):

Толщина режущей кромки

0,3…0,5 мм

Размер фаски лезвия

12…15 мм

Зазор между диском и чистиком

2…4 мм

Просвет между диском и площадкой

не более 5 мм

Отклонение расстояния между дисками

до 8 мм

Регулировка угла атаки

Угол атаки — главный рычаг управления глубиной и качеством рыхления. Механика его настройки различается в зависимости от типа орудия.

А. Настройка лущильников (например, ЛДГ-5)

Здесь изменение угла происходит за счёт изменения длины тяг. На тягах нанесены специальные маркированные отверстия.

• Чтобы уменьшить угол (сместить брусья вперед): трактор осторожно подаёт агрегат назад.
• Чтобы увеличить угол (удлинить тяги): трактор плавно подаёт агрегат вперед.

Важно. У модели ЛДГ-5 не забудьте синхронно переставить крайние колёса в соответствии с выбранным углом.

Б. Настройка дисковых борон

В боронах секции батарей поворачиваются относительно неподвижных креплений.

Алгоритм действий:

1. Ослабить гайки крепления секций и вынуть фиксирующие штыри.
2. Хитрость. Гидросистемой приподнять раму так, чтобы диски лишь слегка касались земли (снятие нагрузки, но сохранение опоры).
3. Трактором подать борону вперед или назад до совмещения нужных отверстий.
4. Зафиксировать положение штырями и плотно затянуть гайки.

Проведение оценки

Чтобы оценка была объективной, проверку проводят по диагонали участка:

• Глубина замеряется в 10 точках. Реальная глубина считается по формуле: H_факт = H_замера − 20% (поправка на вспушенность почвы).
• Сорняки. Если визуально видны пропуски, в 3–5 местах накладывают рамку площадью 1 м2 для точного подсчета выживших сорных растений.
• Микрорельеф. Выровненность проверяют поперек направления движения агрегата в 3–5 местах.

Нормативы

Ниже приведены «стандарты», за нарушение которых оценка качества снижается.

Допустимые отклонения средней фактической глубины:

Лущильники

±1,5 см

Дисковые лемешные

не более 1…2 см

Остальные дисковые машины

±1 см

Качество структуры и поверхности:

Комковатость

Не менее 80% комков должны иметь размер 1…5 см. Крупные глыбы (более 10 см) недопустимы.

Гребнистость

Высота гребней или глубина впадин — не более 4 см.

Стерня

После борон должно остаться ≥40% стерни, после лущильников — ≥55%. Незаделанной стерни — не более 4%.

Перекрытие

При смежных проходах лущильников нахлест должен составлять 15…20 см. Огрехи (необработанные полосы) запрещены.

Наименьшее число неподрезанных пожнивных остатков получается при максимальном угле атаки 35°.

Правила движения агрегата

Чтобы почва обрабатывалась эффективно и без огрехов, соблюдают схему движения:

• Лущильники двигаются вдоль длинных сторон поля (или между рядами копен поперек движения комбайна).
• Бороны идут под углом или поперек направления предыдущей пахоты.
• Угол движения выбирается так, чтобы диски не переворачивали пласты (глыбы) целиком, а крошили их.
• Стыки: развальные борозды и свальные гребни в местах соединения батарей не должны быть глубже основной обработки, а после лемешных орудий их необходимо дополнительно выравнивать.

Скоростной режим. Допустимая рабочая скорость для лемешных лущильников — до 8 км/ч, для дисковых борон — до 10 км/ч. С увеличением скорости до 7,2 км/ч число неподрезанных сорняков уменьшается, а с дальнейшим её повышением — возрастает. Превышение скорости может привести к чрезмерному отбрасыванию почвы и нарушению равномерности глубины.

Главный итог. Поле после прохода дисков должно быть мелкокомковатым, слитным и на 100% очищенным от подрезанных сорняков.

Геометрические параметры и выбор диаметра диска

Рабочие органы дисковых орудий:

а — сферический плоский диск; б — вырезной диск; D — диаметр диска; b — толщина диска; c — ширина квадратного вала; R — радиусы; h — толщина дискового ножа; α — угол резания; ε₁ — передний угол резания; i — угол заточки

Выбор диаметра диска D — это компромисс между проходимостью орудия и качеством крошения. Диаметр должен быть минимально допустимым для конкретных условий, так как с его ростом увеличивается выталкивающая сила почвы.

Связь диаметра D с шириной междурядья a выражается зависимостью:

где k — коэффициент, равный для плугов k = 3,0…3,5, для борон k = 4…6, для лущильников k = 5…6.

Основные параметры дисков стандартизованы. Радиус R кривизны определяет крошащую и оборачивающую способности диска. Чем он меньше, тем интенсивнее крошится и оборачивается пласт. Между значениями D и R существует зависимость:

где ε₁ — передний угол резания, равный половине центрального угла дуги диаметрального сечения диска.

Чем меньше R, тем агрессивнее диск оборачивает почву.

Угол заточки

Снижение скорости невыгодно из-за снижения производительности, а её увеличение свыше 7 км/ч ведет к ухудшению качества обработки почвы. Поэтому практический интерес представляет влияние угла заточки дисков на глубину их хода.

Технологические свойства диска зависят от угла i заточки или заострения, а также связанного с ним заднего угла ε₂. Чаще диски затачивают с наружной (выпуклой) стороны, принимая угол i = 10…20° для борон и лущильников или i = 15…25° — для плугов. Более острые углы заточки приводят к ослаблению прочности лезвия и быстрому его выщербливанию, а более тупые — к увеличению затылочного угла ε₂, ухудшению заглубляемости диска в почву. Для работы на твёрдых почвах диски затачивают с внутренней стороны.

Угол резания диска (рис., б):

Угол ε₂ влияет на затраты энергии на обработку почвы и даже на работоспособность диска. Величина ε₂ изменяется по высоте диска. Чтобы диск удовлетворительно работал на глубине, угол ε₂ на уровне поверхности поля должен быть положительным.

Расчёт качества обработки: микрорельеф и гребнистость

Качество обработки определяется высотой гребней h на дне борозды. Эта величина напрямую зависит от расстановки дисков и угла их поворота к направлению движения (угла атаки).

Схема к определению высоты гребней над дном борозды

a — глубина обработки; h — высота гребней; b — расстояние межу дисками; D — диаметр дисков; c — ширина обработки диском; θ — угол установки диска; v — скорость агрегата

В процессе работы каждый диск вырезает в почве пласт (стружку), образуя желобчатое дно борозды (рис.). Между желобами образуются гребни высотой h. По высоте гребней судят о качестве обработки почвы.

Высота гребней зависит от диаметра D диска, расстояния b между дисками и угла атаки θ. Из указанных параметров регулируется только угол θ, с помощью которого можно влиять на величину h.

Из треугольника OAB следует, что:

или после преобразований

откуда

Так как условию задачи удовлетворяет только второй корень, а из треугольника EFK следует:

то

Связь с углом атаки: из формул следует, что при увеличении θ значение l_h уменьшается. Следовательно, точки пересечения траекторий соседних дисков опускаются ниже, и высота гребня h падает.

Агротехнические нормы:

• Расстояние между дисками по оси: l ≥ 1,5a (чтобы избежать забивания).
• Допустимая высота гребней: для борон h ≤ a, для лущильников h ≤ 0,5a, для плугов h ≤ 0,4a.

Равновесие дисковых орудий

Работа дисковой бороны — это сложный баланс сил. Чтобы инструмент шёл в почве стабильно и на нужной глубине, необходимо учитывать ряд конструктивных и динамических факторов.

1. Факторы, определяющие глубину обработки.

Заглубляемость дисков — это не только вопрос массы. Она зависит от комплекса параметров, которые можно разделить на регулируемые и конструктивные:

• Регулируемые: угол атаки и направление линии тяги.
• Динамические: рабочая скорость движения.
• Параметры диска: масса бороны, диаметр и кривизна дисков, а также их состояние (толщина и качество заточки).

2. Силовая схема работы сферического диска.

Силы, действующие на сферический диск (а) и дисковое орудие (б)

Когда сферический диск входит в почву, сопротивление возникает на трёх участках: на лезвии, на фасках и на всей рабочей поверхности. Эти силы распределены неравномерно, поэтому для расчётов их сводят к двум перекрещивающимся силам — R′ и R′′ (рис.).

Сила R′. Расположена в вертикальной плоскости (основание сферического сегмента). Она проходит на плече ρ от оси, именно эта сила заставляет диск вращаться в подшипниках.

Сила R′′. Направлена параллельно оси вращения и приложена в точке на высоте h от дна борозды (принимается, что h равна половине глубины обработки a/2).

3. Равновесие в горизонтальной плоскости

Для прицепных орудий критически важно сохранять прямолинейность хода. Основная задача здесь — найти верное направление линии тяги.

Идеальные условия (рис., б): при симметричном расположении батарей и однородной почве равнодействующие силы слева (ΣR′_xy) и справа (ΣR′′_xy) равны. Точка их пересечения (точка 1) находится на оси симметрии машины. В этом случае равнодействующая всего агрегата (ΣR_xy) проходит точно через точку прицепа (точка 2), обеспечивая стабильный ход.

Реальные условия: почва неоднородна. Из-за изменения её свойств силы постоянно «гуляют» по величине и направлению. Это смещает точку пересечения сил и создаёт паразитный момент, пытающийся развернуть лущильник.

Как это исправить? Устойчивость повышается за счёт удлинения прицепа и увеличения нагрузки на ходовые колёса.

4. Вертикальное равновесие и работа «понизителей»

Осевая сила R′ в вертикальной плоскости приложена значительно ниже оси батареи. Это создаёт опасный опрокидывающий момент:

• С вогнутой стороны: диски стремятся «зарыться» глубже (заглубление конца батареи).
• С выпуклой стороны: диски стремятся «вытолкнуть» себя из почвы (выглубление).

Чтобы глубина обработки была равномерной по всей ширине, необходимо выровнять батарею с помощью понизителей.

Правило настройки: тот конец батареи, где диски обращены вогнутостью наружу, крепится к понизителям выше, чем противоположный. Это компенсирует возникающий момент и выравнивает рамку.

Устойчивость несимметричных дисковых борон

Садовая борона:

1, 2 — дисковые батареи; 3 — параллелограммный механизм; 4 — гидроцилиндр

В отличие от обычных полевых борон, садовые бороны часто имеют несимметричную конструкцию. Это создаёт дополнительные сложности: силы сопротивления почвы стремятся развернуть орудие. Чтобы борона шла ровно, необходимо ювелирно настроить два параметра: углы атаки батарей и линию тяги.

1. Проблема разности сопротивлений

Главная особенность работы несимметричного агрегата заключается в состоянии почвы:

• Передняя батарея: идёт по «целине» (плотной, неразрыхлённой почве). Её сопротивление всегда выше.
• Задняя батарея: идёт по уже взрыхлённому следу первой батареи. Её сопротивление значительно меньше.

2. Условие динамического равновесия

Равновесие считается достигнутым, если линия тяги трактора проходит строго через точку пересечения равнодействующих сил сопротивления передней и задней батарей.

Суть физики процесса. Если направление тяги совпадает с вектором суммарного сопротивления, борона не испытывает боковых уводов.

3. Механизм саморегуляции (эффект стабилизации)

Природа несимметричных борон такова, что они способны к «самовозврату» при кратковременных помехах:

1. Если сопротивление одной из батарей резко меняется (например, попался плотный участок), борона начинает отклоняться от курса.
2. В этот момент возникает плечо между силой тяги трактора и силами сопротивления.
3. Создаётся восстанавливающий момент, который стремится вернуть орудие в исходное положение.

4. Главный вывод

Устойчивость хода несимметричного орудия — это не случайность, а результат расчёта. Основным условием стабильной работы является правильный подбор углов атаки (θ′ и θ′′) для передней и задней батарей соответственно. Правильно выставленные углы позволяют скомпенсировать разницу в плотности почвы и направить результирующую силу точно по оси движения трактора.

Энергоемкость процесса и тяговое сопротивление

Исходной величиной при энергетических расчётах дисковых орудий служит их удельное сопротивление K, то есть сопротивление, приходящееся на 1 метр ширины захвата агрегата.

Общее тяговое сопротивление орудия R определяется по формуле:

Согласно экспериментальным данным, удельное сопротивление существенно варьируется в зависимости от типа орудия:

Дисковые лущильники

K = 1,2…2,6 кН/м^[4] или 1,5…2,5 кН/м при глубине рыхления a = 6…8 см^[5]

Легкие (полевые) бороны

K = 1,9…3,0 кН/м.

Тяжелые бороны

K = 4,0…6,5 кН/м^[6] или 4…8 кН/м при глубине рыхления a = 10…20 см^[7].

Удельное тяговое сопротивление q также сильно зависит от угла атаки θ. При увеличении угла атаки возрастает объём деформируемой почвы, что ведет к росту сопротивления, однако это компенсируется улучшением качества крошения и глубины обработки.