Технологические процессы

Крупный специалист в области противоэрозионных мероприятий Н. Гудзон экспериментально установил, что разница в эрозии, вызванной неодинаковой обработкой одной и той же почвы, значительно больше, чем разница в эрозии разных почв, подвергнутых одинаковой обработке. На этом основании он пришел к выводу, что величина эрозии почвы в гораздо большей степени зависит от способа обработки почвы и в меньшей степени от ее свойств.

Рабочие органы противоэрозионных почвообрабатывающих орудий плоскорежущие лапы, штанги и игольчатые диски — различаются по своему технологическому воздействию на почву. Технологический процесс работы лап культиватора-плоскореза и плоскореза-глубокорыхлителя заключается в подрезании пласта почвы и корней сорняков лезвиями лемехов, подъем и рыхление подрезанного пласта рабочими поверхностями лемеха и укладку его на прежнее место и без повреждения стерни. В результате растягивающих и сжимающих сил, возникающих при изгибе пласта при поступлении его на поверхность лемеха, пласт в определенной степени разрыхляется, в нем образуются вертикальные щели, через которые мелкие фракции поверхностного слоя почвы просыпаются во внутренние слои пласта, повышая эрозионную стойкость поверхностного слоя. В зонах прохождения стоек лап плоскорезов элементы пласта интенсивней разрушаются и перемешиваются, в результате чего часть стерни заделывается в почву. Кроме того, часть пласта, ударяясь о боковые поверхности стоек, отбрасывается в сторону. С увеличением рабочей скорости (более 6-7 км/ч) разбрасывание почвы увеличивается, в зоне прохождения стоек образуется широкая борозда (более 20 см), часть стерни заделывается почвой, вынесенные на поверхность нижележащие влажные слои ее иссушаются. Наилучшее качество обработки достигается при оптимальной влажности почвы 15-22%. При низкой влажности образуются крупные глыбы.

Штанга вращается в почве на глубине 5-10 см, при этом разрываются или выдергиваются и выносятся на поверхность корни сорняков и часть стерни, заделанной в почву, выравнивается поверхность поля, что важно, особенно в местах прохода стоек лап плоскорезов и глубокорыхлителей. Одновременно происходит разделение почвенных агрегатов мелкие пылеватые частицы просеиваются внутрь пласта, крупные, устойчивые к эрозии выносятся на поверхность. При низкой влажности и твердых почвах штангу можно заглублять только после обработки почвы лапами плоскорезов или глубокорыхлителей. Штанги бывают приводными или бесприводными; она делает 0,9-1,2 оборота на пути длиной 1 м.

Игольчатые бороны используются для поверхностного рыхления почвы во время весеннего закрытия влаги и осенней обработке почвы по стерне. Обычные зубовые бороны для этих целей использовать нельзя, так как они забиваются пожнивными остатками. При перекатывании диска под определенным углом атаки, иглы поочередно внедряются в почву на заданную глубину (4-10 см), деформируя ее своими торцевыми и боковыми поверхностями. В результате образуется лунка, форма поперечного сечения которой на поверхности поля похожа на эллипс. Если необходимо разрушить почвенную корку с сохранением стерни, диски устанавливают так, чтобы они работали «затылком», то есть при погружении в почву были направлены вогнутостью вперед. Таким образом, сохраняется до 75 % стерни и одновременно семена сорняков заделываются в почву.

Разновидности рабочих органов

Замена обычной отвальной вспашки системой безотвальной обработки почвы, при которой на поверхности поля сохраняется максимальное количество стерни, оставшейся после зерновых культур, является наиболее эффективным и общепризнанным способом борьбы с ветровой эрозией почвы. Для безотвальной обработки почвы с сохранением стерни созданы специальные рабочие органы (рис.).

Принципиальные схемы

В степных районах в основном применяются широкозахватные бессцепочные культиваторы-плоскорезы (рис. ниже, I). В основе таких плоскорезов полунавесной модификации лежит шарнирная рама, состоящая из трех секций: средней 5 и двух боковых 8 и 9. Шарнирное соединение позволяет секциям рамы подстраиваться под рельеф поля.

Рабочие органы расположены симметрично относительно продольной оси (центральной линии). Первая лапа наиболее нагружена, так как работает в условиях блокированного резания. Каждая последующая лапа смещена относительно предыдущей назад и в сторону и работает в условиях полублокированного резания. Перекрытие Δb = 70-90 мм, расстояние I между лапами в продольном направлении определяется из условия предотвращения их забивания растительными остатками и с учетом зоны деформации почвы.

Средняя секция опирается на два колеса 3 с пневматическими шинами и винтовыми механизмами для регулирования глубины обработки. Секции 8, 9 шарнирно соединены одним концом с секцией 5 и опираются на самоустанавливающиеся (флюгерные) колеса 1 и 6, оснащенные гидроцилиндрами 2 и с механизмом регулирования глубины обработки. В транспортном положении боковые секции заводят за среднюю.

Принципиальные схемы плоскореза-глубокорыхлителя и культиватора-плоскореза аналогичны. Технологические процессы, выполняемые этими орудиями, различаются в основном глубиной обработки почвы.

Тяжелые противоэрозионные культиваторы, в зависимости от тягового класса трактора, могут быть одно- и трехсекционными. Для предотвращения засорения лапы в односекционном культиваторе (рис. выше, II) размещают в три ряда с расстоянием l = 800 мм между ними. Наиболее полное подрезание сорняков обеспечивается перекрытием Δb = 60 мм. Коленчатая ось 10 и рама 12 соединены с гидроцилиндрами 2, предназначенными для регулирования глубины хода рабочих органов и их подъема на поворотных полосах. Для предотвращения укоренения срезанных лапами корневищ сорняков на влажных почвах культиватор может быть оборудован штанговым приспособлением, состоящим из штанги сечением 25 х 25 мм, грядилей и приводного устройства в виде двух игольчатых дисков и цепной передачи.

Агротехнические основы

Основными требованиями к обработке почв, подверженных как ветровой, так и водной эрозии, являются: сохранение стерни предшествующей культуры (для предотвращения ветровой эрозии), повышение водопоглощающей способности почвы (для устранения стока воды по склону, а следовательно, водной эрозии). Таким требованиям лучше всего отвечают орудия с чизельными, щелерезными и другими рыхлительными рабочими органами. После обработки чизельным плугом на поверхности почвы остается 60-75% растительных остатков, что предотвращает ветровую эрозию, а за счет глубокого рыхления почвы и перемешивания остальных пожнивных остатков с ее поверхностным слоем ее водопоглотительная способность увеличивается в 1,5-3 раза, что предотвращает водную эрозию. Этому способствует и гребнистое дно борозды, образующееся после рыхления почвы чизельным плугом, так как гребни препятствуют внутрипочвенному стоку воды в зоне, прилегающей к дну борозды.

Чизельный плуг можно использовать и в традиционных системах земледелия, то есть на почвах, не подверженных эрозии. В этих условиях он отвечает принципам минимальной обработки почвы, разрыхляет подпочвенный слой и разрушает плужную подошву.

В уплотненной почве выделяют три слоя (рис. выше A и B): верхний 1 (пахотный горизонт), плужную подошву 2 (ниже лезвий рабочих органов) и подпахотный 3 (ниже плужной подошвы). Верхний слой разуплотняется в процессе обработки почвы, а плужная подошва и подпахотный слой с годами уплотняется сильнее. Толщина плужной подошвы составляет 12-17 см и зависит от конструкции рабочих органов, веса орудия, количества обработок на одну и ту же глубину, влажности и механического состава почвы. Начало ее можно определить по расположению корней растений: в начале плужного пласта они располагаются под прямым углом к вертикали (рис. выше, I). При плотности подпахотного слоя почв среднего и тяжелого механического состава 1,6-1,7 г/см³ развитие корней растений в них затруднено или невозможно.

Технологический процесс

Чизельные плуги, щелерезы и почвоуглубители обрабатывают плотный подпахотный горизонт. Различные свойства обрабатываемого материала определяют некоторые особенности технологического процесса, который основан на резании клином с плоской рабочей поверхностью, сводящееся к разрушению почвенного пласта путем сдвига (скалывания) на куски (стружку) трапецеидальной формы. При этом распространение деформации почвы в стороны, т.е. в поперечно-вертикальной плоскости, ограничивается предельной глубиной обработки почвы, называемой критической. Дальнейшее углубление рабочего органа сопровождается его смятием в продольном направлении без увеличения зоны рыхления в поперечном направлении (рис. ниже, A и B).

Таким образом, возможны два режима работы лапы чизельного плуга: при a < h_k и a > h_k, где h_k — критическая глубина обработки почвы. В первом случае глубина h щели, с которой начинается боковое расширение зон деформации почвы, несколько меньше глубины a обработки (рис. ниже, C), так как скалывание почвы под углом ψ начинается несколько выше лезвия. Однако в этом случае с достаточной для практических целей точностью можно считать, что h = a. Во втором случае, т.е. при a > h_k, зона бокового рыхления пласта распространяется до величины hk (рис. ниже, D), под ней образуется зазор глубиной

h₀ = a — h_k, (1)

где h₀,- глубина блокированного резания без отделения почвенной стружки с боковых сторон лапы.

В этой зоне, т.е. за пределами глубины h_k, в нижней части рабочей поверхности лапы образуется уплотненное ядро толщиной e (рис. ниже, D). Его образование связано с высоким давлением в зоне блокированного резания, под действием которого почва сминается, сильно уплотняется и задерживается на рабочей поверхности лапы в зоне h₀ = a — h_k. В одних условиях она становится настолько прочной, что дальнейшее резание почвы производится ею, а не рабочей поверхностью, в других — периодически разрушается и возобновляется.

Угол ψ скалывания почвы можно определить по формуле В.П. Горячкина,

$latex \psi = 90^{\circ} — \frac {(\alpha + \phi_1 + \phi_2)} {2}$, (2)

где α — угол крошения; φ₁ — угол трения почвы по материалу лапы, φ₂ — угол внутреннего трения почвы.

Ширина полосы деформированного грунта в поперечном сечении пласта при a > h_k зависит не от значений a, а от h_k (рис. ниже):

$latex b_k = b_0 + 2h_k \tan (\frac {\theta} {2} )$, (3)

Зона распространения деформации почвы (L) в продольном направлении (по ходу движения) зависит от величины a, а также от углов α и φ и определяется по формуле:

$latex L = l_0 + a \tan (\alpha + \phi)$, (4)

где l₀ — длина лезвия.

Ширина полосы деформированного грунта на его поверхности на расстоянии l от его носка

$latex b’_k = b_0 + 2mn_1 \tan (\frac {\delta} {2})$,

но так как

$latex mn_1 = \frac {h_k} {\cos (\alpha + \phi)}$, то

$latex b’_k = b_0 + 2h_k \frac {\tan (\delta / 2)} {\cos (\alpha + \phi)}$, (5)

где $latex \delta \approx \frac {\theta} {2}$ — угол, характеризующий область деформации почвы в плоскости скалывания.

Из выражения (5) следует, что с увеличением углов α и φ ширина полосы деформированного грунта увеличивается. Она также увеличивается с ростом значений h_k и δ ≈ θ₂ ≈ 2φ₂. Глубина h_k, в свою очередь, зависит от перечисленных параметров, но в большей степени — от величины b₀. При глубокой обработке почвы (a > 38 см) и b₀ ≥ 50 мм значение h_k = h_{k max} = const, т.е. достигает максимума и остается постоянным с увеличением b₀. При b₀ < 50 мм с уменьшением b₀ глубина h_k резко уменьшается. Поэтому для увеличения значения h_k и расширения за счет этого ширины b_n полосы деформированной почвы при глубокой обработке, ширина захвата лапы должна быть не менее 50 мм (b₀ ≥ 50 мм). Это означает, что рыхление почвы чизельным плугом целесообразно проводить при a ≈ h_k.

Пример. Определить зону деформации почвы лапой чизельного плуга, если b₀ = 50 мм; α₀ = 20°; a = 26 см (a < h_k); φ = 26°.

Решение. Согласно формуле (4) зона деформации почвы в продольном направлении $latex L = a \tan (\alpha + \phi) = 26 \tan (20^{\circ} + 26^{\circ} \approx 27$ см. В поперечном направлении зона деформации составляет $latex b_k = b_0 + 2a \tan (\frac {\theta} {2}) = 5 + 2 \cdot 26 \tan (20^{circ}) \approx 19$ см.

Разновидности рабочих органов

Рабочий орган чизельного плуга (рис. ниже, A) рыхлительная лапа (рис. ниже, C) состоит из стойки 1, обтекателя 2, долота 3 и оси со штифтом 4. Обтекатель, приваренный к стойке, предохраняет ее от износа и уменьшает сопротивление движению в почве. Благодаря серповидному контуру обтекателя и стойки лапа легко заглубляется и хорошо очищается от растительных остатков. На стойку вместо долота шириной захвата 70 мм можно установить стрельчатую лапу шириной захвата 270 мм.

При глубине обработки до 30 см используются стрельчатые лапы, а при рыхлении на глубину до 45 см — долота. Стрельчатые лапы интенсивней рыхлят почву и одновременно подрезают сорняки. Однако не рекомендуется использовать их для обработки почвы глубже 30 см, так как увеличиваются затраты энергии и снижается производительность. Стойка крепится к раме двумя болтами, один из которых является срезным и служит для защиты от поломки в случае кратковременной перегрузки.

Более совершенными являются рыхлительные рабочие органы со стойками, наклоненными в поперечно-вертикальной плоскости под углом около 45°. Ширина долота 67 мм, угол заточки 25°, угол установки к дну борозды 16°, угол наклона стойки в продольно-вертикальной плоскости к дну борозды 72°. Регулируемая рыхлительная пластина 8 оснащен шестигранным эксцентриковым устройством, который позволяет устанавливать его в четырех положениях под углом от 5 до 15° относительно плоскости стойки. Рабочий орган крепится к раме с помощью двух уголков, накладной пластиной и болтами, один из которых является срезным. Перед стойкой устанавливается дисковый нож диаметром 430 или 520 мм.

Во время работы долото сминает почву, а слой почвы, двигаясь по рабочим поверхностям стойки и рыхлительной пластины, поднимается и изгибается как в продольном, так и в поперечном направлениях. В результате изгиба в двух плоскостях возникают разносимметричные напряжения (растяжения и сжатия). Растягивающие напряжения, достигнув предела прочности, вызывают появление трещин, возникающих по линиям наименьших связей между концентраторами напряжений порами, корнями растений, трещинами, содержащимися в обрабатываемой почве. Когда пласт под действием силы тяжести сходит с рыхлительной пластины, он ударяется о дно борозды и еще больше разрыхляется. Степень рыхления почвы зависит от междуследия рабочих органов, установки рыхлительной пластины и скорости работы.

Дисковый нож, расположенный перед каждым рабочим органом, перерезает растительные и пожнивные остатки и образует наклонную щель, по которой движется стойка рабочего органа. Благодаря дисковому ножу рабочий орган не забивается растительными остатками, уменьшается травмирование корней, предотвращается разрыв дернины (при обработке лугов и пастбищ), уменьшаются вынос почвы на поверхность и деформация поверхности поля. При этом происходит полублокированное резание, что приводит к концентрации напряжений внутри ограниченного объема, энергия не рассеивается в общем объеме почвы, как это наблюдается при воздействии рабочих органов с вертикальными стойками.

В результате удельный расход энергии снижается на 15-30%, повышается степень и равномерность крошения почвы, уменьшается деформация поверхности почвы, повреждение растительных и пожнивных остатков, снижается гребнистость дна борозды. На поверхности поля остается до 90% растительных остатков. За счет разрушения водонепроницаемого слоя (плужной подошвы) и образования многочисленных трещин и разломов сток воды уменьшается на 85-90% по сравнению с отвальной вспашкой, создаются условия для предотвращения ветровой и водной эрозии почвы.

Основными рабочими органами рыхлителя для обработки солонцовых почв являются рыхляще-подрезающие (рис. выше, D) и рыхлительные (рис. выше, E) лапы. Их работа разрушает монолитный солонцовый слой, который частично перемешивается с подсолонцовым слоем. Почвенные комки верхнего (гумусового) слоя попадают в трещины и щели, препятствуя смыканию солонцового слоя и превращая его в моназит. Это обеспечивает проникновение влаги и корней растений между столбцами солонцов, происходит постепенное окультуривание слоя.

Безотвальный плужный корпус (рис. выше, F) хорошо рыхлит почву без оборота пласта. Пласт, подрезанный и частично раскрошенный лемехом 9, поднимается по уширителю 13 на некоторую высоту, а затем падает на дно борозды и дополнительно измельчается от удара. Для защиты от истирания стойка корпуса закрыта щитком 12. При этом экономится почвенная влага, стерня в значительной степени сохраняется на поверхности поля, происходит мульчирование поверхностного слоя пожнивными остатками. Аналогичные функции могут выполнять так называемые стойки СибИМЭ.

Одним из эффективных приемов разрушения плужной подошвы, образованной плугами и плоскорезами, является улучшение влагопоглощающих свойств почвы и сохранение стерни на поверхности поля путем щелевания. Рабочий орган щелереза имеет отверстия для ступенчатого (через 5 см) регулирования глубины щелевания. Глубина щелей обычно составляет 40±5 см. Щелевание проводят на лугах, посевах многолетних трав, а также по зяблевой вспашке.

Чизельные культиваторы являются переходными орудиями от чизельных плугов к обычным традиционным культиваторам. Они могут использоваться для дополнительной и основной обработки эрозионно-опасных и неэрозионно-опасных почв. Рабочие органы тяжелых чизельных культиваторов крепятся, как правило, на упругих стойках 17 (рис. выше, I). За счет колебания таких стоек повышается качество крошения, уменьшается тяговое сопротивление и предотвращается забивание рабочих органов растительными остатками и почвой. Стойки предохраняют рабочие органы от повреждений при наезде на препятствия. Долотообразные и узкорыхлительные наральники рыхлят почву и дно борозды, производят частичное мульчирование, создавая волнистую поверхность и гребни, способствующие поглощению воды.

Стрельчатый рыхлитель 16 обрабатывает почву более интенсивно, особенно при низкой влажности. Стрельчатая полольная лапа 15 хорошо работает на небольшой глубине, она подрезает сорняки и частично перемешивает их с почвой. Наральник 18 с винтовой рабочей поверхностью может быть право- или левооборачивающим. Он хорошо рыхлит почву и заделывает солому и другие растительные остатки, создавая мульчирующий слой, который предотвращает водную и ветровую эрозию.

Винтовые (геликоидальные) наральники (твистеры) широко распространены на машинах для почвозащитных технологий, выпускаемых американскими и канадскими фирмами. В зависимости от взаимного расположения рабочих органов на раме они могут работать в условиях блокированного (рис. ниже, A), полусвободного (рис. ниже, B) или свободного (рис. ниже, C, средняя лапа) резания. При этом тяговое сопротивление рабочего органа и степень крошения почвы прямо пропорциональны площади скалывания почвы в вертикальной и боковой плоскостях.

Согласно рисунку площадь скалывания в поперечно-вертикальной плоскости:

при блокированном резании

$latex S_{bl} = b_0 H + h_k^2 \cot \psi$; (6)

при полусвободном резании

$latex S_{sf} = S_{bl} — S_{\Delta abc}$; (7)

при свободном резании

$latex S_{f} = S_{bl} — 2S_{\Delta abc}$, (8)

где $latex S_{\Delta abc} = (h_k — h_r)^2 \cot \phi$.

Высота гребней

$latex h = 0.5 (M — b_0) \tan \psi$, (9)

где Μ — ширина междуследия рабочих органов.

Почвообрабатывающие орудия с рыхлительными (чизельными) рабочими органами делятся на чизельные плуги и щелеватели, которые различаются по величине М (рис. ниже).

При установке рабочих органов на раме чизельного плуга или культиватора, согласно агротехническим требованиям, должно выполняться следующее условие

h_r < h_k, (10)

В этом случае зоны деформации почвы, распространяющиеся с боковых сторон в процессе рыхления пересекаются в обрабатываемом слое, в результате чего в верхнем слое до некоторой глубины h_c, (рис. выше, А) происходит сплошное рыхление по всей ширине захвата; ниже, в слое толщиной h_r, рыхление с образованием гребешков; ниже, в слое толщиной h₀, образование щелей (без отделения стружки).

При размещении рабочих органов на раме щелевателя (рис. выше, B) должно соблюдаться условие

h_r = h_k$, (11)

т.е. высота гребней h_r, за счет увеличения ширины междуследия достигает поверхности поля.

Рабочие органы щелевателя работают в условиях блокированного резания, чизельных орудий в условиях полусвободного и свободного резания. Энергоемкость технологического процесса чизельной лапы при свободном, полусвободном и блокированном резании относятся как 50, 70 и 100%.

Чизельные орудия делятся на чизельные плуги и чизельные культиваторы. По агротехническим требованиям чизельные плуги с рыхлительными лапами должны обрабатывать почву на глубину до 45 см, со стрельчатыми — до 35 см, а чизельные культиваторы — до 25 см. Ширина междуследия чизельного плуга может варьироваться от 40 до 50 см, чизельного культиватора — от 20 до 25 см.

Рабочие органы должны быть расположены так, чтобы исключить заклинивание почвы между соседними рабочими органами и забивание их растительными остатками, что обеспечит высокую надежность и качество их работы; количество рабочих органов, работающих в сплошной среде (в условиях блокированного резания), должно быть как можно меньше, чтобы обеспечить минимальные затраты энергии на технологический процесс.

При размещении рабочих органов на раме орудия в два и более ряда в шахматном порядке (рис. ниже) необходимо, чтобы зона деформации почвы под воздействием лап последующего ряда не достигала стоек предыдущего ряда, т.е. выполнялось условие вылета L ≥ l₀ + l, где значение I может быть определено из выражения

$latex l = a \tan (\frac {\alpha + \phi_1 + \phi_2} {2})$. (12)

Уменьшение вылета L может привести к заклиниванию почвы между лапами, а увеличение — к неоправданному удлинению конструкции.

При малом расстоянии l между стоиками лап в каждом ряду орудие будет забиваться растительными остатками, особенно при работе на стерневых фонах. Значение М уменьшается, что при глубокой обработке почвы приводит к заклиниванию почвы между соседними лапами.

При расстановке лап чизельного культиватора учитывают не только деформацию почвы лапами, но и степень перемешивания почвы с растительными остатками и удобрениями, внесенными на поверхность почвы перед обработкой отвальными лапами. В качестве показателя интенсивности перемешивания можно использовать отношение ширины захвата лапы b к глубине захвата a:

$latex k = \frac {b} {a}$. (13)

При k > 0,5 интенсивность перемешивания достигает 100%. Поскольку в соответствии с агротехническими требованиями максимальная глубина обработки отвально-рыхлительными лапами составляет 15 см, то b > 7,5 см. Для полной заделки мелиорантов необходимо, чтобы ширина A_n полосы перемешивания почвы на поверхности была больше ширины междуследия рабочих органов, т. е. A_n > M (рис. ниже).

При этом образуется нахлест C_n = A_n — M. Если A_n < M, то возникает необработанная полоса с незаделанными мелиорантами.

При двухрядном (рис. ниже, A) расположении рабочих органов расстояние между стойками в каждом ряду удваивается и при малой ширине междуследия не происходит забивания почвой и растительными остатками. Однако все рабочие органы первого ряда, составляющие половину их общего количества, работают в сплошной среде (режим блокированного резания), что приводит к значительному увеличению тягового сопротивления орудия.

Существенным преимуществом стреловидной схемы штанги (рис. выше, B) является то, что все рабочие органы, кроме среднего, работают в режиме полусвободного резания. Однако с увеличением ширины захвата увеличивается длина орудия и центр тяжести его смещается в сторону от трактора. Поэтому современные отечественные серийные плуги изготавливаются по комбинированной схеме (рис. выше, C и D), которая не теряет преимуществ стреловидной, но позволяет уменьшить длину орудия и приблизить его центр тяжести к трактору.

Настройка

Настройка заключается в установке орудий на заданную глубину обработки и обеспечении ее равномерности всеми рабочими органами. Для этого поочередно винтовыми механизмами поднимают опорные колеса и подкладывают под них подкладки (бруски), толщина которых должна быть на 2-4 см меньше заданной (с учетом глубины колен опорных колес). Для обеспечения одинаковой глубины хода всех рабочих органов раму орудия переводят в горизонтальное положение: перекос рамы в продольно-вертикальной плоскости устраняют изменением длины верхней тяги навески трактора, перекос в поперечно-вертикальной плоскости — уменьшением длины правого, а, при необходимости, и обоих раскосов механизма навески трактора.

При настройке для обработки относительно рыхлых почв (например, паров) лезвия лемехов должны находиться в горизонтальном положении. При настройке на обработку уплотненной стерни, например, после уборки урожая в засушливые годы, лапы устанавливают с некоторым наклоном вперед, чтобы задние концы лемехов были выше передних на 15-20 мм, но не более чем на 25 мм. При большем наклоне лапы будут «прыгать» на носках, создавая неровное дно борозды. Наклон в обратную сторону недопустим, так как в этом случае рабочие органы не будут заглубляться в почву. Регулировка осуществляется с помощью упорного болта.

Навесное устройство трактора собирается по трехточечной схеме. Во избежание поломок агрегат должен работать с плавающим положением рычага гидросистемы трактора. Можно использовать загонный или челночный метод движения агрегата с заглублением рабочих органов в начале и выглублением их в конце гона. Во избежание ошибок и ненужных перекрытий при соседних проходах трактор оборудуется следоуказателем, вертикальный элемент которого располагается над бороздой, образованной стойкой лапы при предыдущем проходе.

Проверка в поле равномерности и глубины обработки почвы и установка следоуказателя. Глубина обработки контролируется металлическим стержнем (щупом) диаметром 8-10 мм с делениями, размеченными через каждые 5 мм. Следоуказатель устанавливают по смежным проходам орудия: крайняя лапа чизельного плуга или культиватора на соседних проходах должна двигаться рядом со следом крайней лапы от предыдущего прохода на расстоянии, равном ширине междуследия.

Требования к качеству обработки почвы. К орудиям, предназначенным для обработки почв, подверженных эрозии, предъявляются особые требования. После прохода этих орудий на поверхности почвы должно оставаться определенное (максимальное) количество неповрежденной стерни: после культиваторов плоскорезов не менее 85%, плоскорезов-глубокорыхлителей — 80, чизельных плугов и тяжелых культиваторов — 55%.

Глубина обработки почвы должна быть равномерной по всему полю. Отклонения не должны превышать ±1 см для культиваторов-плоскорезов, плоскорезов-глубокорыхлителей и тяжелых культиваторов — ±2 см. Глубина обработки почвы чизельными плугами должна быть больше глубины залегания нижней границы плужной подошвы, отклонения не должны превышать ±5%, над дном обрабатываемого слоя почвы допускаются гребни, высота которых не превышает 45% заданной глубины обработки. При работе чизельных культиваторов глубина обработки не должна отклоняться от заданной на ±10%. При контроле глубины обработки металлическим щупом полученные значения снижают на 20-25% (на вспушенность почвы).

При оптимальной абсолютной влажности 16-21% (55-65% относительной) в поверхностном слое почвы (0-5 см) должны преобладать комки размером менее 5 см и содержание эрозионно опасных частиц (< 1 мм) в этом слое не должно увеличиваться. Количество глыб размером >10 см не должно превышать 20%.

Поверхность поля после обработки должна быть относительно ровной. Глубина борозд за стойками рабочих органов должна быть глубиной не более 8 см, а высота валиков в месте прохода лап — не более 5 см.

Энергоемкость процессов

Зависимость тягового сопротивления чизельных и некоторых других орудий, рыхлящих почву на глубину, не превышающую критическую глубину резания, от различных параметров может быть представлена аналитическим выражением, аналогичным рациональной формуле В. П. Горячкина для лемешно-отвального плуга;

$latex P = fG + kS_k + \epsilon S_k \nu^2$, (14)

где f — коэффициент сопротивления движению орудия в борозде, G — вес орудия (9.8m, где m – масса плуга), k — удельное сопротивление почвы; S_k — площадь поперечного сечения взрыхленной части пласта; ε — коэффициент, зависящий от формы рабочих органов, свойств почвы и размера пласта; ν — рабочая скорость.

Если принять, что fG характеризует «мертвое» сопротивление и непроизводительные затраты энергии на его преодоление, а kS_k и εS_kν² — полезные сопротивления почвы, то КПД орудия, например чизельного плуга, составит 0,85-0,86. Удельная энергоемкость обработки почвы (E_s) различными орудиями более полно характеризуется величиной

$latex E_s = \frac {N} {W}$, (15)

где N — потребная тяговая мощность, кВт; W — производительность агрегата, га/ч.

По данным В.В. Труфанова, для чизельного плуга удельная энергоемкость составляет 37 кВт·ч/га для плоскореза-глубокорыхлителя 39 кВт·ч/га, для отвального плуга 69 кВт·ч/га.

Лемех

Задача лемеха заключается в подрезании пласта снизу и подача его на отвал. В процессе работы лемех испытывает большое давление пласта и быстро изнашивается: теряет первоначальную форму и затупляется, что становится причиной нарушения технологии вспашки. Кроме того, по мере затупления лемехов возрастают тяговое сопротивление плуга и расход топлива.

По геометрической форме лемеха подразделяют на трапецеидальные, долотообразные, зубчатые, с выдвижным долотом (рис.). Также существуют модификации лемехов: со сменным лезвием, накладным носком, сменным носком и т. п.

Трапецеидальные лемеха (на рис. цифра I) проще в изготовлении, они образуют ровное дно борозды, но хуже заглубляются и быстрее изнашиваются. Запас металла (магазин) на тыльной стороне лемеха используют для оттяжки лемеха после изнашивания. Их устанавливают на предплужниках и корпусах, предназначенных для обработки легких почв.

Долотообразные лемеха (на рис. цифра II) имеют удлиненный носок в виде долота. Носок отогнут вниз на 10 мм («забор глубины») от линии лезвия и в сторону поля на 5 мм («забор ширины»). Благодаря такой форму он лучше заглубляется, особенно на тяжелых почвах, и обеспечивают устойчивую глубину вспашки. На тыльной стороне долотообразного лемеха также есть запас металла. Долотообразные лемеха предназначены для тяжелых почв.

Зубчатые лемеха (на рис. цифра III) имеется прерывистое лезвие (зубья), благодаря которому происходит частичное подрезание, а также отрыв пласта снизу. Так как сопротивление почвы на отрыв (растяжение) меньше, чем на резание (смятие), то при использовании зубчатых лемехов тяговое сопротивление корпуса плуга меньше. Обычно используется на пересохших почвах.

Лемеха с выдвижным долотом (на рис. цифра IV) применяются для работы в очень тяжелых условиях, например, на каменистых почвах, при раскорчевывании участков и т. п. Долото крепят к стойке так, чтобы его рабочий конец выступал за лезвие лемеха на 20-30 мм. По мере изнашивания долото выдвигают вперед.

Для вспашки каменистых почв, раскорчеванных участков при большой глубине вспашки применяют также усиление лемеха с щекой, приваренной снизу к носку.

Вырезные лемеха (рис., V) используют на почвоуглубительных корпусах.

Треугольные лемеха (рис., VI) применяют на некоторых специальных плугах, картофелекопателях, каналокопателях и рыхлителях, когда требуется создать большое давление лезвия на отрезаемый почвенный пласт.

Восстановление лемеха проводят оттяжкой ударами молота, используя запас металла на его тыльной стороне (магазин 4). Затем лемех затачивают с верхней стороны до толщины лезвия 0,5-1 мм. Запаса магазина рассчитан на 3-4 оттяжки.

Для увеличения срока службы (без оттяжки) лемеха иногда выполняют самозатачивающимися. Для этого на тыльную поверхность лемеха наносится слой износостойкого сплава (сормайта или феррохрома) толщиной 1,4-2 мм и шириной 50 мм. Верхний мягкий слой, изнашиваясь быстрее, обнажает нижний, более износостойкий тонкий слой сормайта, благодаря чему лезвие сохраняет остроту, а долговечность лемеха при этом возрастает в 10-12 раз. Такие же самозатачивающиеся свойства имеют лемеха из двухслойной стали, когда верхний слой выполнен из мягкой стали, а нижний тонкий — из высоколегированной. Самозатачивающиеся наплавленные лемеха хорошо работают при вспашке тяжелых суглинистых и глинистых почв, не засоренных камнями.

Лемеха разового пользования работают без ремонта (оттяжки) до полного износа. Такие лемеха изготавливают из тонкого (8-10 мм) прочного материала.

Существуют другие формы и конструкции лемехов, например, со сменным носком, оборотные и др.

Отвал

Отвал — это основной рабочий элемент плужного корпуса, основной функцией которого является оборот и, в некоторой степени, крошение пласта. Геометрическая форма отвала определяет тип рабочей поверхности.

Отвал отрезает пласт почвы от стенки борозды, деформирует его, сдвигает в сторону и оборачивает верхним слоем вниз. Под давлением скользящего по его поверхности почвенного пласта отвал изнашивается, а крыло отвала испытывает большой изгибающий момент. Кроме того, отвал может подвергаться ударам встречающихся камней, корней, древесных остатков.

Отвалы изготовляют из трехслойной или мягкой стали. Рабочую поверхность цементируют на глубину 1,5-2,2 мм или делают двух- и трехслойной для повышения твердости и износостойкости. Грудь отвала изнашивается быстрее, чем крыло, поэтому для корпусов, работающих в тяжелых условиях, ее делают сменной.

Для снижения силы трения почвы и облегчения скольжение пласта рабочую поверхность отвала полируют. На ней не должно быть трещин, вмятин, заусенцев, коррозийных участков, так как в таких местах происходит залипание почвой, тем самым нарушается процесс вспашки и увеличивается тяговое сопротивление плуга.

Лемех и отвал крепят к стойке болтами с потайными головками, которые не должны выступать над поверхностью; утопание головок допускается до 1 мм. Отвал должен плотно прилегать к лемеху по линии стыка без выступа над поверхностью лемеха. Допускаются зазор между ними не более 1 мм, а лемех может выступать над отвалом не более 2 мм.

Полевая доска

Полевая доска препятствует смещению плуга в сторону, обеспечивает устойчивый ход корпуса, предохраняет стойку от истирания и разгружает ее от изгибающего момента, возникающего под действием бокового давления пласта почвы. При смятии стенки борозды реакция почвы уравновешивает боковое давление пласта, вызванное несимметричностью корпуса плуга. Полевой доской корпус опирается на стенку борозды, поэтому полевая доска испытывает большие усилия и изнашивается, особенно у заднего корпуса. Полевую доску крепят к стойке с тыльной стороны под углом 2-3° к стенке борозды. Иногда у заднего корпуса устанавливают удлиненную полевую доску или к концу доски устанавливают сменную пятку.

Корпуса кустарниково-болотных и плантажных плугов, испытывающие особенно большие усилия, оснащают широкой полевой доской или устанавливают уширитель выше полевой доски. Она может оснащаться сменной пяткой из отбеленного чугуна. По мере изнашивания пятку опускают.

Стойка

Стойка — это несущий элемент, на котором смонтированы все остальные части плужного корпуса. Стойки корпусов могут быть литыми, штампованными или сварно-штампованными, в нижних частях которых расположено седло (башмак). В конструкции современных плугов предусмотрена возможность комплектовании стоек различными корпусами, при этом заменяют только башмаки с собранными лемехами, отвалами и полевыми досками.

Штампованные стойки большинства плугов имеют плоскую или круглую форму. Последние более просты в изготовлении, но более требовательны к качеству металла и его термо-обработке. Круглые стойки позволяют устанавливать на одной и той же раме плуга корпуса с разной шириной захвата.

Стойки бывают высокие и низкие. Высокие стойки применяются на плугах с плоской рамой (плуг общего назначения), низкие — на плугах с крючковой рамой, например, на плугах для каменистых почв или плантажных плугах.

Разновидности плужных корпусов

Плужные корпуса имеют различные конструкции, выбор которых определяется почвами и конкретными условиями поля и влияет на качество обработки почвы.

Культурный корпус (на рис. цифра I) хорошо крошит, но относительно плохо оборачивает пласт, и поэтому его применяют в сочетании с предплужниками для обработки старопахотных (культурных) почв. Считается наиболее часто используемой разновидностью плужного корпуса. Выпускаются для работы на скоростях до 7; 7-9 и 9-12 км/ч. Допустимая рабочая скорость указывается в технической документации плуга.

Полувинтовой корпус (на рис. цифра II) лучше, чем культурный, оборачивает, но хуже рыхлит пласт. Его используют на кустарниково-болотных плугах для обработки осушенных торфяных и болотистых минеральных почв, а также на усиленных плугах общего назначения для обработки слабозадерненных старопахотных тяжелых почв, а также сильно задерненных и целинных почв. Для улучшения оборота (доваливание) пласта, корпус снабжают регулируемым пером 4.

Винтовой корпус (на рис. цифра III) хорошо оборачивает пласт. Так как при рыхлении и разрыве пласта затрудняется и ухудшается его оборачивание, то рыхлящая способность винтового корпуса минимальна. Такие условия обработки создают наилучшие условия для разложения пожнивных остатков и дернины. Предназначены для обработки связных сильно задерненных почв: целин, залежей, лугов, пастбищ, осушенных торфяников и т. п. Применяются в сочетании с дисковыми ножами.

Иногда культурные, полувинтовые, винтовые и цилиндрические корпуса объединят в одну группу отвальных корпусов. Цилиндрические корпуса в России не нашли своего применения.

Винтовой корпус с долотом (накладным носком или накладным долотом), углоснимом и вертикальным ножом (на рис. цифра IV) предназначен для вспашки задерненных тяжелых глинистых и суглинистых почв, засоренных камнями. Заостренный передний конец долота 10, выступая вперед за лезвие лемеха на 20-40 мм, выполняет роль носка лемеха и лома при встрече с камнями. Такая конструкция обеспечивает хорошее заглубление корпуса в почву. Вертикальный нож 9 образует ровную стенку борозды и улучшает способность плужного корпуса заглубляться (по сравнению с дисковым). Углосним 8 обеспечивает увеличение угла оборота пласта и большую заделку дернины. Изношенное долото заменяют новым.

Корпус для ромбической вспашки (на рис. цифра V) снабжен двумя лемехами: нижним 1, как у традиционного корпуса, и боковым 11. Благодаря боковому лемеху образуется наклонная стенка борозды, обеспечивающая большее пространство для прохода работающих в борозде колес трактора и меньшие потери на их перекатывание. Снижение удельного сопротивления корпусов может давать до 20% экономии топлива и повышать производительность. Однако эффект уменьшения энергоемкости вспашки отмечается только при значительной глубине обработки и небольшой скорости (до 8 км/ч). Такие корпуса часто используются на плугах зарубежных марок.

Корпус с почвоуглубителем (на рис. цифра VI) используется для отвальной вспашки подзолистых, каштановых почв и маломощных черноземов с одновременным углублением пахотного слоя на 6-15 см без выноса подзолистого горизонта на поверхность и перемешивания его с плодородным слоем. Почвоуглубитель 12 имеет вид стрельчатой рыхлительной лапы, устанавливается позади корпуса и ниже лемеха, рыхлит дно вскрытой корпусом борозды, что исключает перемешивание пахотного слоя с подпахотным. Отверстия в стойке позволяют переставлять лапу по высоте и изменять глубину рыхления. Ширина захвата почвоуглубительных лап составляет 26 или 30 см. Их используют с корпусами шириной захвата соответственно 30 и 35 см. Корпуса с почвоуглубителями устанавливают на плугах общего назначения или специальных.

Вырезной корпус (на рис. цифра VII) предназначен для отвальной вспашки подзолистых почв с неглубоким пахотным горизонтом и одновременного углубления пахотного горизонта на 4-5 см. Корпус снабжен двумя лемехами 1 и 15, которые разделяют пласт на две части. Нижняя подзолистая часть пласта почвы, подрезанная лемехом 1, поднимается по нему, проходит в вырез между лемехами 1 и 15 и, падая на дно борозды без оборота, дополнительно крошится. Верхняя окультуренная часть пласта, подрезанная лемехом 15, подается на отвал 2, на котором она оборачивается, крошится и укладывается на нижнюю часть пласта.

Комбинированный корпус (на рис. цифра VIII) предназначен для вспашки тяжелых и средних почв главным образом под корнеклубнеплоды и позволяет в некоторой степени регулировать крошение пласта. Комбинированный корпус помимо укороченных лемеха 1 и отвала 2 снабжен ротором 19, расположенным на месте срезанного крыла отвала, в виде усеченного конуса, обращенного широким основанием вверх, к образующим которого прикреплены лопатки 18. Ротор 19 размещен на валу 16, установленном в корпусе 17. В процессе работы ротор, приводимый во вращение от ВОМ трактора, ударами ножей интенсивно крошит пласт, сходящий с отвала, и одновременно переворачивает и отваливает его в сторону. Частота вращения ротора регулируется в пределах 268-507 оборотов в минуту. Комбинированный корпус повышает степень крошения почвы на 10-20%, в то же время, тяговое сопротивление снижается на 25-30%, однако общий расход энергии увеличивается на 13-26%. Поверхность поля, вспаханного комбинированным корпусом, ровная, хорошо взрыхленная и не требует дополнительной обработки. В зарубежной практике применялись плужные корпуса, у которых для снижения сил трения часть отвала (крыло) была заменена роликами или диском, приводимыми во вращение движущимся пластом.

В некоторых конструкциях плужных корпусов вместо сплошной рабочей поверхности отвала используют поверхности, выполненные из пластин или прутков, расположенных на некотором расстоянии один относительно другого. При обработке липких почв такие корпуса концентрируют силы нормального давления пласта на меньшей площади отвала и самоочищаются. В процессе обработки физически спелых структурных почв мелкие почвенные агрегаты просыпаются (сепарируются) в нижние слои, таким образом, повышается эрозионная стойкость почвы и снижается энергоемкость обработки.

Безотвальный корпус (рис.) используется для рыхления почв, подверженных ветровой эрозии, и почв засушливых районах. Пласт, подрезанный лемехом 1 и поднятый уширителем 2, переваливается через верхний обрез уширителя и падает на дно борозды. В результате деформации пласта лемехом, уширителем и от удара о дно борозды пласт крошится без значительного перемешивания слоев. Щиток 3 защищает стойку 4 от истирания.

Дисковый корпус (рис.) предназначен для вспашки тяжелых твердых почв, засоренных древесными корнями, а также для переувлажненных почв при возделывании риса. Корпус снабжен сферическим диском 1 с остро заточенной режущей кромкой. Диск крепится к фланцу шпинделя 2, свободно вращающегося на подшипниках. Стойка 3 закреплена на раме плуга таким образом, чтобы плоскость вращения режущей кромки диска была наклонена к дну борозды под углом 70°, а с направлением движения плуга образовывала угол атаки 40-45°. В процессе работы диск, заглубленный на 25-35 см, движется поступательно вместе с агрегатом и одновременно вращается под действием сопротивления почвы. Отрезанный диском пласт смещается в сторону и сбрасывается в борозду с оборотом. Дисковый корпус не уплотняет дно борозды. Крупнокомковатое строение вспаханной почвы способствует хорошей аэрации и быстрому просыханию нижних слоев.
Ширина захвата дискового корпуса диаметром 71 см равна 30 см. Также могут применяться диски диаметром 76 и 81 см.

Дисковый нож

Дисковый нож (на рис. цифра I) применяется на плугах общего назначения, используемых для обработки почв, не засоренных камнями и корнями деревьев. Дисковый нож облегчает отделение задерненных пластов, обеспечивает постоянную ширину отрезаемых пластов и способствуют правильному их обороту, снижая при этом тяговое сопротивление плуга и износ лемехов и отвалов и улучшая качество вспашки.

Рабочим элементом дискового ножа служит плоский стальной диск 1, соединенный заклепками со ступицей 2. Режущая кромка диска заточена с двух сторон. Ступица с помощью подшипников качения установлена на оси, закрепленной в проушинах вилки 5, которая свободно надета на нижний конец коленчатой стойки 7, что позволяет её поворачиваться в горизонтальной плоскости в пределах, ограниченных корончатой шайбой 4. Такая конструкция позволяет ножу в процессе работы самоустанавливаться в продольно-вертикальной плоскости. Стойка 7 закреплена на раме 9 плуга при помощи накладки 5, хомута 6 и подкладки 8. Конструкция позволяет перемещать нож вверх и вниз, вперед и назад, а также поворачивать стойку 7, изменяя положение плоскости вращения диска относительно полевого обреза плужного корпуса.

Диаметр диска D определяется по формуле:

D = 2 (a_k + Δa_k) + d_h,

где a_k — глубина хода ножа; Δa_k ≈ 20 мм — запас глубины хода с учетом микрорельефа почвы; d_h — диаметр фланца ступицы.

В применяемых конструкциях плугов обычно используются ножи диаметром от 390-450 (плуги общего назначения) до 560-800 мм (лесные и кустарниково-болотные плуги). Толщина диска 4-8 мм, угол заострения лезвия 20-30°. Малый угол заострения приводит к выкрашиванию лезвия, а большой — ухудшает режущую способность и ускоряет затупление. В зарубежных конструкциях применяются диски с вырезными и рифлеными режущими кромками. Они лучше подрезают растительные остатки, в меньшей степени забиваются и более надежны в работе, но сложнее в изготовлении.

Дисковые ножи применяются на плугах общего назначения и кустарниково-болотных для вспашки почв, не засоренных корнями деревьев и камнями. Для получения ровной стенки и чистого дна открытой борозды дисковый нож устанавливается обычно перед последним корпусом. Центр диска располагают над носком предплужника или впереди него на расстоянии до 130 мм, нижнюю кромку ступицы — выше поверхности поля на 1-2 см, а плоскость вращения диска смещают в сторону поля от полевого обреза корпуса на 1-3 см. При вспашке задернелых почв дисковые ножи устанавливаются перед каждым корпусом.

Черенковый нож

Черенковые ножи бывают консольные (на рис. цифра II) и двухопорные (на рис. цифра III) ножи. Черенковые ножи устанавливают на плугах специального назначения (лесных, плантажных, кустарниково-болотных) и плугах для вспашки каменистых почв, задерненных почв с невыкорчеванными корнями.

Консольный черенковый нож оснащен лезвием (двугранный клин), спинкой и черенком. Угол заточки лезвия 10-15°, толщина лезвия не более 0,5 мм. При помощи хомута 6 и подкладки 8 нож крепится к раме 9 плуга с наклоном назад под углом α = 70-75° к горизонту. При этом его носок выдвигается на 30-40 мм вперед и на столько же вверх по отношению к носку лемеха плужного корпуса, а лезвие — выходить за полевой обрез на 5-10 мм в сторону поля. На задернелых почвах носок ножа устанавливают на одном уровне с лезвием лемеха.

Криволинейное лезвие двухопорного черенкового ножа позволяет скользить попадающим на него корням. В нижней части к нему приварено долото 12, имеющее отверстие в задней части. Долото насаживают на цилиндрический носок планки лемеха плужного корпуса 11. Верхний конец ножа крепят к раме 9 плуга с помощью хомута 6 и подкладки. Натяжным прутком 10 притягивают нож к корпусу 11.

Черенковый нож не только срезает пласт и мелкие корни, но и выворачивает неперерезанные древесные корневища и мелкие пни на поверхность. По сравнению с дисковым ножом он хуже разрезает дернину, чаще забивается, имеет большее тяговое сопротивление, однако он лучше заглубляется и обеспечивает более устойчивый ход плуга.

Плоский нож с лыжами

Плоский нож с лыжами (на рис. цифра IV) устанавливается на кустарниково-болотных плугах. Он предназначен для работы на почвах, поросших густым высоким (до 2 м) кустарником. Лезвие плоского ножа наклонено вперед под углом α = 140-145° к горизонту, справа и слева от ножа размещены лыжи 14, регулируемые по высоте. Для предотвращения забивания ветвями кустарника к раме 9 плуга и ножу крепится щит 13. В процессе работы лыжи прижимают ветви кустарника к поверхности поля, а нож их перерезает. По мере износа нож, имеющий два лезвия, разворачивают на угол 180°.

Рама

Рама служит для крепления рабочих органов и механизмов плуга, а также для приложения тягового усилия. На современных плугах применяются плоские рамы, которые изготавливают из стальных балок прямоугольного профиля. Плоские рамы обычно состоят из основной, продольной и поперечной балок, полос для крепления плужных корпусов, кронштейнов и деталей для крепления остальных рабочих органов и навески.

Колеса

Назначение колес у плугов может быть опорно-установочное и транспортное. У навесных плугов колесо служит для установки и поддержания заданной глубины вспашки; у полунавесных — одно или два колеса служат в качестве опорно-установочных, другое заднее — для транспортировки. Опорные колеса имеют жесткий обод или пневматические шины. Сопротивление перекатыванию по рыхлой влажной почве колес с пневматическими шинами на 25-30% меньше, чем у колес с жестким ободом, кроме того на них меньше налипает почва, лучше амортизируются удары, что позволяет увеличить скорость и снизить сопротивление плуга.

Плуги для обработки каменистых почв оснащены пневматическими колесами. При этом переднее опорное колесо подключено к гидропневмоаккумулятору для плавного преодоления препятствий.

У прицепных плугов колеса бывают полевое и бороздное.

Навески и прицепы

Навески и прицепы плугов предназначены для присоединения к трактору.

Большинство навесных и полунавесных плугов оснащаются автоматическими сцепками АС-1 для тракторов тягового класса 1,4 или АС-2 для тракторов тягового класса 3. Навеска таких плугов представляет собой жесткую систему с замком в виде треугольной рамки коробчатого сечения, в которую заходит рамка автосцепки. Рамку присоединяют к нижним тягам навески трактора с помощью пальцев и к верхней тяге — за одно из двух обычно продолговатых отверстий в планках у вершины рамки. Круглые отверстия используются при недостаточном транспортном просвете и при неравномерном ходе рабочих органов машины по глубине. Рамка фиксируется в замке навески плуга с помощью защелки.

Навески полунавесных плугов регулируемые. Например, навеска плуга ПКГ-5-40 для каменистых почв вместе с замком перемещается вдоль поперечной балки рамы плуга, таким образом имеется возможность регулировки ширины захвата плуга при агрегатировании его с тракторами с разной шириной колеи. Для регулировки, а также при снятии или установке последних корпусов полунавесного плуга ПЛП-6-35 кронштейны перемещают по поперечной балке рамы плуга. При этом смещается стойка навески плуга, а с ней и труба догружателя.

Догружатель предназначен для того, чтобы при правильной регулировке снизить нагрузку на заднее колесо. Для регулировки заднее колесо упорным болтом опускают ниже полевой доски последнего корпуса так, чтобы компенсировать деформацию шины и смятие почвы. Длину бруса догружателя устанавливают вращением гайки на конце его штока. Пальцы кронштейнов навески переставляются по высоте. Устанавливать пальцы следует в самое низкое положение навески для снижения сопротивления плуга и предотвращения буксования трактора. Кроме того, при таком положении по мере затупления лемехов плуг начинает хуже заглубляться, что может быть признаком необходимости их замены.

Прицеп садового плуга благодаря наличию сектора, телескопической тяги и плиты, закрепленной на навеске трактора, позволяет смещать плуг до 1,7 м в сторону от продольной оси, тем самым появляется возможность обрабатывать почву под кроной деревьев.

Предохранительные устройства

Предохранительные устройства служат для предупреждения поломок рабочих органов плуга при наезде на скрытые препятствия. Предохранительные устройства различают:

• групповые, отключающие от работы всю машину, например, отключающие её от трактора, выглубляющие рабочие органы из почвы или выключающие муфту сцепления трактора;
• индивидуальные, выключающие рабочий орган, наехавший на препятствие;
• индивидуально-групповые.

Групповые предохранительные устройства используются при работе плугов с числом корпусов не более трех, так как при срабатывании приходится останавливать трактор для замены штифта или болтов.

Индивидуальные предохранители одностороннего и двухстороннего действия могут быть штифтовыми или пружинными. Предохранители двухстороннего действия, то есть заглубляющего и выглубляющего рабочий орган, обеспечивают большую производительность с меньшими огрехами, однако масса и стоимость таким машин больше, чем с предохранителями одностороннего действия. Поэтому двусторонние предохранители используются для обработки почв, сильно засоренных камнями. Пружинные предохранители двустороннего типа применяются на культиваторах, тогда как гидропневматические — на плугах.

Основным элементом гидропневматического предохранителя является гидропневмоаккумулятор, обеспечивающий аккумулирование энергии при наезде корпуса на препятствие и автоматическое заглубление после его преодоления. Гидропневмоаккумулятор представляет собой цилиндр, разделенный на газовую (верхнюю) и жидкостную камеры с плавающим поршнем и уплотнительными кольцами. Газовая камера заполнена сжатым азотом (с начальным давлением 6-9 МПа; жидкостная камера соединена шлангом с магистралью гидросистемы трактора. При наезде на препятствие корпус плуга, закрепленный шарнирно, поворачивается, перемещая шток гидроцилиндра. После преодоления препятствия плут под давлением сжатого азота или за счет наклона корпуса возвращается в рабочее положение. Для вспашки легких и средних почв давление масла устанавливается 6,5-8,5 МПа, на тяжелых — 8,5-10 МПа.

Индивидуальные предохранительные устройства двустороннего действия также могут быть рычажно-валькового типа. При наезде на препятствие одним рабочим органом движение других благодаря системе рычагов и тяг ускоряется, после прохождения препятствия — замедляется. Эти механизмы имеют плохие характеристики и большую металлоемкость.

Цилиндроидальные рабочие поверхности

Цилиндроидальные рабочие поверхности по диапазону изменения угла γ (Δγ = γ_max — γ₀) подразделяются разделять на три типа:

• Δγ = 0° — цилиндрические;
• Δγ = 2-7° — культурные;
• Δγ = 7-15° — полувинтовые.

Тип отвала можно определить с помощью профилографа, профилометра (координатора) или более простым способом. Плужный корпус устанавливают на ровную плиту и на ней отмечают положение лемеха. Затем, горизонтально приложив к верхнему обрезу отвала линейку с отвесами, по двум точкам проводят на плите проекцию верхней образующей. Угол между лезвием лемеха и проекцией верхней образующей представляет собой угол Δγ, по значению которого определяют тип рабочей поверхности.

Цилиндрическая рабочая поверхность характеризуется углом крошения α, который возрастает наиболее быстро, углом сдвига γ, остающимся постоянным, и слабо развитым углом оборота пласта β, максимальное значение которого не превышает π/2 рад. Поэтому пласт, поднимаясь по поверхности отвала, круто изгибается, в результате чего рыхлится, рассыпаясь на структурные агрегаты, и перемешивается. Оптимально этот процесс происходит на несвязных почвах, не способных образовывать и сохранять форму пласта, поэтому цилиндрическую рабочую поверхность целесообразно применять на легких песчаных почвах и при перепашке.

В России цилиндрические отвалы сейчас не применяются, а используются корпуса с культурными и полувинтовыми рабочими поверхностями, которые отличаются от цилиндрических тем, что углы их образующих со стенкой борозды изменяются по определенным закономерностям, увеличиваясь от нижней образующей отвала к верхней. Культурная рабочая поверхность по развитию угла α похожа на цилиндрическую и характеризуется хорошей рыхлящей способностью. Развитие угла γ приводит к образованию загиба верхней части крыла отвала, в результате чего угол β достигает значений больше π/2 рад. Следовательно, культурная поверхность обладает также некоторой переворачивающей способностью. Плужные корпуса с культурными отвалами эффективны на культурных, старопахотных почвах, а в сочетании с предплужниками также на слабозадерненных.

Полувинтовая рабочая поверхность в отличие от культурной отличается более интенсивным возрастанием угла γ (по вогнутой кривой). В результате загиб крыла увеличивается, а грудь становится более пологой, что свидетельствует о большем развитии угла β и меньшем развитии угла α. Поэтому полувинтовая поверхность лучше оборачивает пласт, но хуже его крошит. Так как для старопахотных почв она в достаточной мере крошит и оборачивает пласт, то полувинтовую поверхность иногда называют универсальной. Таким образом, из цилиндроидальных рабочих поверхностей цилиндрическая лучше других крошит, полувинтовая — оборачивает пласт, а культурная занимает промежуточное положение.

Российская промышленность производит пять разновидностей культурных и четыре разновидности полувинтовых корпусов. Различие обусловлено главным образом видом почв (легкие, средние и тяжелые), для обработки которых они предназначены, и диапазоном рабочих скоростей. Выбор плужного корпуса с учетом местных почвенно-климатических условий и свойств почвы каждого конкретного поля является условием высокой культуры земледелия. Так, при использовании плужного корпуса культурного типа с крутой рабочей поверхностью, предназначенного для тяжелых почв, на рыхлых легких почвах происходит сгруживание и излишнее перемешивание, сопряженное с большими затратами энергии.

Сменные культурные корпуса выпускаются для работы на скоростях, м/с: 1,4-1,9; 1,7-2,5; 1,7-2,8; 2,2-3,0. Агротехнические требования к качеству вспашки обеспечиваются, если каждый из культурных корпусов работает в пределах рекомендуемого диапазона скоростей. При вспашке на скорости ниже рекомендуемой резко снижается качество крошения почвы и заделка пожнивных остатков, появляется недовал пластов, тогда как при обработке на скоростях выше рекомендуемых — фонтанирование и беспорядочная укладка. Для максимальной энергоэффективности процесса вспашку следует проводить на скоростях, близких к нижнему пределу, так как с повышением скорости возрастает тяговое сопротивление плуга. Например, если по условиям работы вспашка должна проводиться на скорости 1,8 м/с, то следует использовать корпуса, предназначенные для работы на скоростях 1,7-2,5, а не 1,4-1,9 м/с.

Тип корпуса и его рабочую скорость подбирают такими, при которых обеспечиваются высокое качество вспашки и минимальный расход топлива. Культурные корпуса рассчитаны на совместную работу с предплужниками.

Полувинтовые корпуса общего назначения рассчитаны на работу при скоростях 1,7-2,5 м/с, универсальные — 1,7-3,0 м/с. Специальный полувинтовой корпус используется для обработки почв, засоренных камнями. В целом, полувинтовые корпуса предназначены для слабозадерненных почв после многолетних и однолетних трав, старопахотных земель с высокой стерней и разбросанными растительными остатками. Их используются с углоснимами. Полувинтовые корпуса хорошо оборачивают пласт, но по качеству крошения уступают культурным, поэтому после вспашки такими корпусами требуется дополнительная обработка почвы.

При обработке связных сильнозадерненных почв плужный корпус с цилиндроидальной рабочей поверхностью поднимает пласт на себя, скручивая его в косую трубку (рис.). Пласт пока не отделен от дна борозды подвергается сжатию, а затем после отделения от дна борозды — изгибу. Движение пласта состоит из вращения вокруг оси O-O, поступательного перемещения в направлении, перпендикулярном к оси O-O, и скольжения вдоль образующих поверхности. При идеально упругом пласте последний оказывается смещенным в сторону и повернутым дерниной вверх, что недопустимо. Реальный пласт разрывается цилиндрической поверхностью на куски, которые в зависимости от момента отрыва укладываются дерниной как вверх, так и вниз. Поэтому цилиндроидальными рабочими органами связные почвы не обрабатывают.

Винтовые рабочие поверхности

Винтовые рабочие поверхности могут быть длинные и короткие, с вогнутой, выпуклой или прямолинейной образующей. При выборе рабочей поверхности учитывают, чтобы пласт в процессе оборота сохранял неразрывность, исключалось или уменьшалось залипание поверхности, а расход энергии на оборот пласта был минимальным.

При оборачивании пласта винтовая рабочая поверхность закручивает его на угол, близкий к π рад. Длинные отвалы с достаточно большим шагом в процессе закручивания создают меньшие напряжения и деформации и поэтому обеспечивают большую вероятность сохранения целости пласта в процессе оборота, чем короткие. Следовательно, выбор длинных или коротких отвалов обусловлен прочностью пласта, степенью его задерненности: для более задерненных почв можно применять винтовые корпуса меньшей длины, и наоборот.

Частицы почвы прилипают в местах, где пласт неплотно прилегает к рабочей поверхности и давление на нее снижено. Деформация пласта зависит от площади контакта с рабочей поверхностью: чем больше площадь контакта, тем меньше деформация. Рациональной рабочей поверхностью считается та, которая всей своей площадью соприкасается с пластом. Следовательно, геометрическая форма образующей должна приниматься с учетом геометрической формы поперечного сечения нижней грани деформируемого пласта.

Носок лемеха, внедряясь в пласт, сминает его ребро и часть нижней грани. Так как далее одновременно происходят подрезание и кручение пласта, то нижняя его грань в первом приближении в поперечном сечении приобретает форму выпуклой кривой. Следовательно, исходя из условий наилучшего прилегания закручиваемого пласта к рабочей поверхности плужного корпуса, а значит, и минимальной вероятности залипания, образующая должна быть вогнутой. Рабочие поверхности с вогнутыми образующими обеспечивают лучший оборот пласта, однако требуют больший расход энергии, чем с выпуклыми. Кривизна образующих зависит от длины отвала: чем больше длина, тем меньше кривизна.

Винтовые рабочие поверхности применяются для обработки связных задерненных почв, разрыхлить которые любым отвалом невозможно. Остается только одна возможность — обернуть пласт слабозадерненной нижней частью вверх и последующей обработкой другими орудиями довести до состояния, пригодного для посева. Так как такой пласт отделяется сплошной лентой, то задача заключается в том, чтобы, не разрывая на куски, обернуть его дерниной вниз. Разрывы пласта ведут к беспорядочному разбрасыванию кусков и затрудняют последующую обработку. При этом слабое развитие угла α исключает подъем пласта, сильное развитие угла β обеспечивает хороший оборот, а малые значения угла γ — относительно небольшое сопротивление.

Пласт 1 (рис.), подрезанный снизу лемехом, а сбоку ножом, на винтовой рабочей поверхности 2 поворачивается сначала относительно ребра С, а затем B₁, пока не обопрется гранью A₂В₂ на ранее отваленный пласт. Таким образом, винтовая поверхность не поднимает пласт на себя, а переваливает его по дну борозды. Так как пласт своим передним концом связан с массивом почвы, то он уподобляется консольно закрепленной балке прямоугольного сечения, подвергающейся деформациям кручения и косого изгиба (изгиба в двух плоскостях).

При обработке несвязных сыпучих почв, которые не образуют пласта, то есть не сохраняют определенной формы, а рассыпаются на структурные агрегаты, оборачивание пласта условно. Поэтому распространено мнение, что плужные корпуса с винтовыми рабочими поверхностями непригодны для обработки несвязных старопахотных почв. Однако согласно опытам, на старопахотных почвах винтовые поверхности эффективней оборачивают почву, чем цилиндроидальные, т. е. перемещают верхние частицы ее вниз, а нижние вверх, хотя уступают по степени крошения.

Определить тип рабочей поверхности корпуса можно с помощью профилографа или профилометра (координатора), горизонтальной линейкой с двумя отвесами, а при достаточном навыке и визуально — по виду сверху (рис.).

Скоростные рабочие поверхности

Один из способов повышения производительности пахотных агрегатов — увеличение рабочей скорости с 4-5 до 6-7 км/ч без изменения геометрической формы плужных корпусов. При этом качество вспашки улучшается за счет уменьшения количество крупных глыб, более полной заделки растительных остатков, повышения слитности поверхности пашни и более широкой и чистой борозды. Возрастание тягового сопротивления (примерно на 10%) компенсировалось увеличением урожайности.

Дальнейшее повышении скорости обработки до 8-10 км/ч приводит к снижению качества вспашки и увеличению тягового сопротивления. Пласт отбрасывается в сторону («заброс») и вверх («фонтанирование»), ухудшаются заделка растительных остатков и оборот пласта. Для устранения этих недостатков потребовалось изменение параметров, а в некоторых случаях и геометрической формы рабочих поверхностей. Задача заключается в том, чтобы, увеличивая скорость движения рабочих органов, сохранить скорость, сообщаемую почве, обеспечивающую правильную укладку пласта, неизменной. Для этого у цилиндроидальных рабочих поверхностей уменьшают направляющий угол γ_max конца крыла отвала и соответственно угол γ₀ лезвия лемеха со стенкой борозды, а также угол α₀ крошения.

При уменьшении углов γ снижается интенсивность отбрасывания пласта в борозду, а при уменьшении угла α устраняется «фонтанирование» почвы и облегчается подъем пласта на рабочую поверхность. Для улучшения вхождения пласта на поверхность у скоростных угол α₀ = 23-25° (у обычных 30-32°), а γ₀ — γ_min ≈ 70° (у обычных 1-3°).

Рассматривая относительное движение пласта по рабочей поверхности корпуса, принимается, что корпус неподвижен, а пласт движется. В этом случае скорость движения пласта относительно корпуса можно разложить на две составляющие: продольную и поперечную или боковую (рис. цифры I-IV). Дальность отбрасывания пласта в сторону зависит от значения направляющего угла γ на конце крыла отвала, который должен быть таким, чтобы боковой компонент скорости почвы при скоростной вспашке не превышал бокового компонента при вспашке на традиционных скоростях. Как следует из рисунка, это условие может быть записано:

υ₆ = υ₀ sin γ ≈ υ_{6, opt} ≈ const.

Моделирование по приведенной формуле показывают, что при υ₀ = 4-5 км/ч и υ₆ = 1 м/с. Однако плужные корпуса, предназначенные для традиционных скоростей, дают лучшее качество обработки при скоростях 6-7 км/ч. Для этих скоростей υ₆ = 1,4 м/с. Приняв υ₆ = 1,4 м/с за оптимальную величину и сохраняя ее неизменной, путем уменьшения угла γ можно развить рабочую поверхность для традиционных скоростей (см. рис. выше, цифра I) в скоростную рабочую поверхность (цифра III). Как следует из формулы, при уменьшении угла γ_max до 32° (γ₀ = 26°) скорость вспашки можно повысить до 11-12 км/ч, но длина корпуса при этом становится примерно в 2 раза больше, чем у корпуса для традиционных скоростей вспашки, что связано с увеличением металлоемкости плуга. Для уменьшения металлоемкости скоростных корпусов, их рабочие поверхности иногда делают комбинированными. Например, рабочая поверхность скоростного плужного корпуса, изображенная на рисунке ниже, состоит из нескольких геометрических поверхностей, плавно переходящих одна в другую. Лемех и нижняя часть груди отвала имеют коническую поверхность с вершиной у полевого обреза (O₁), верхняя часть груди отвала — коническую поверхность с вершиной у бороздного обреза (O₂), а крыло — поверхность цилиндроида с наклонными образующими.

Цилиндроидальные плужные корпуса очень чувствительны к изменениям скорости вспашки: корпуса, предназначенные для традиционных скоростей, неэффективны на повышенных скоростях, тогда как скоростные снижают качество обработки при переходе на традиционные скорости (не доваливают пласт и хуже заделывают растительные остатки). Поэтому для каждого относительно узкого диапазона скоростей приходится создавать специальный корпус с определенными параметрами.

Плужные корпуса с винтовой поверхностью в значительно меньшей степени, чем с цилиндроидальной, реагируют на изменение скорости обработки. При укладке пласта такие корпуса сохраняют целостность пласта в процессе оборота при условии недопущения полного его отрыва от дна борозды и заброса в сторону.

Рассматривая почвенный пласт как материальное тело и мысленно разделив его поперечными сечениями на равновеликие параллелепипеды (элементы), получается система, состоящая из элементов, связанных внутренними силами. Последние, представляют собой результат взаимодействия соседних элементов и всегда существуют попарно. Согласно третьему закону Ньютона они равны и противоположно направлены, а следовательно, могут быть исключены из рассмотрения. Таким образом, задача сводится к рассмотрению закономерностей движения элемента пласта, вращающегося вдоль неподвижной оси с одной степенью свободы. Использовав принцип освобождаемости и заменив связи их реакциями на элемент пласта, можно рассматривать его как свободное тело, находящееся под действием нескольких активных сил и реакций связей: силы тяжести G, давлений со стороны рабочей поверхности плужного корпуса N и дна борозды R_b, силы трения F_fr о рабочую поверхность плужного корпуса, а также центробежной (нормальной) F_in и тангенциальной F_iτ сил инерции (рис.).

Приняв подвижную систему координат, для написания условий равновесия воспользуемся методом кинетостатики, основанным на принципе Даламбера. В общем случае условия равновесия представляют собой шесть уравнений действующих сил и моментов. В данном случае можно ограничиться тремя:

$latex \sum Y = N — G \cos (\beta_i) + R_b \sin (\psi) + F_{in} sin (\psi) — F_{i \tau} \cos (\psi) = 0$;

$latex \sum Z = R_b \cos (\psi) — G \sin (\beta_i) — F_{fr} + F_{in} \cos (\psi) — F_{i \tau} sin (\psi) = 0$;

$latex \sum m_x (F) = Nl — G \frac b {2} \cos (\beta_i) + G \frac {a} {2} \sin (\beta_i) + F_{i \tau}r = 0$, (1)

где

$latex G = mg$;

$latex \beta = \omega t$;

$latex F_{in} = m \omega^2 r$;

$latex F_{i \tau} = ma_{\tau} = m \ddot {\beta} r$;

$latex F_{fr} = N \tan (\phi)$;

$latex l \approx \frac {3} {4} b$;

$latex r = \frac {\sqrt {a^2 + b^2}} {2}$.

Уравнения (1) содержат следующие неизвестные: силы N и R_b, угловую скорость $latex \omega = \dot {\beta}$ и угловое ускорение $latex \ddot {\beta}$. Таким образом, получается три уравнения с четырьмя неизвестными. Решение можно получить, если принять $latex \omega = \dot {\beta} = const$. Тогда ускорение $latex \ddot {\beta} = \dot {\omega} = 0$. Однако решение получается громоздким и неточным, так как не учитывается геометрическая форма и параметры рабочем поверхности плужного корпуса. Поставленная цель может быть достигнута в виде частного решения. В момент отрыва элемента пласта от дна борозды R_b = 0. Наибольшая вероятность отрыва на груди отвала при $latex \beta = \frac {\pi} {2} — \psi$ (рис. выше под цифрой II), когда одна из диагоналей поперечного сечения пласта становится вертикально. В этот момент N = 0, $latex F_{fr} = N \tan (\phi) = 0$, $latex \omega \to max$, $latex \ddot {\beta} = \dot {\omega} \to 0$, а силы F_in и G направлены по одной прямой в противоположные стороны. Следовательно, условие оборота элемента пласта без отрыва от дна борозды будет иметь вид:

$latex m \omega^2 r > mg$,

откуда $latex \omega < \sqrt {\frac {g} {r}}$. (2)

При движении плуга со скоростью $latex \nu$ и длине l части отвала, обеспечивающей поворот пласта на угол $latex \beta = \frac {\pi} {2} — \psi$, соприкасающаяся с рабочей поверхностью точка пласта будет находиться в контакте в течение времени $latex t = l \cos (\frac {\gamma} {\nu})$, где $latex \gamma$ — средний угол, образуемый сечениями груди отвала (горизонтальными плоскостями) со стенкой борозды; $latex l \cos (\gamma)$ — расстояние от элемента пласта при $latex \beta = 0$ до элемента, повернутого на угол $latex \frac {\pi} {2} — \psi$ по оси винтовой поверхности. За время t пласт повернется на угол $latex \beta = \omega t = \frac {\pi} {2} — \psi$ (рис. выше под цифрой II). Решив последнее уравнение относительно t и приравняв правые части последних двух уравнений, получается:

$latex t = \frac {\frac {\pi} {2} — \psi} {\omega} = l \cos \left ( \frac {\gamma} {\nu} \right )$,

откуда

$latex \omega = \nu \frac {\frac {\pi} {2} — \psi} {l \cos (\gamma)}$. (3)

Пласт не отрывается от дна борозды и нормально укладывается, когда $latex \psi < \sqrt { \frac {g} {r} }$, из чего следует, что правая часть выражения (3) должна быть меньше правой части выражения (2), то есть

$latex \nu \frac {\frac {\pi} {2} — \psi} {l \cos (\gamma)} < \sqrt {\frac {g} {r}}$,

откуда

$latex \nu < \frac {l \cos (\gamma)} {\frac {\pi} {2} — \psi} \sqrt {\frac {g} {r}}$, (4)

где $latex \frac {l \cos (\gamma)} {\frac {\pi} {2} — \psi}$ — приведенный (единичный) шаг винтовой поверхности груди отвала.

Из формулы (4) следует, что чем больше шаг винтовой поверхности груди, тем меньше вероятность отрыва пласта, но больше возможная рабочая скорость и, следовательно, производительность. Подставив в нее значения параметров скоростных винтовых поверхностей, получим $latex \nu$ < 2,46-3,6 м/с, т.е. 9,6-13 км/ч.

Характерная особенность скоростных винтовых рабочих поверхностей является переменный шаг, закономерность изменения которого характеризуется интегральной кривой. На такой поверхности скорость поворота пласта сначала невелика, что необходимо для плавного входа его на рабочую поверхность, затем ускоренно возрастает, что необходимо для уменьшения ее длины, затем резко снижается, для того чтобы исключить вероятность заброса пласта.

Технологические свойства рабочих поверхностей

Криволинейная рабочая поверхность плужного корпуса может быть развита из косого трехгранного клина путем непрерывного плавного изменения (развития) углов α, β и γ, характеризующих свойства трех элементарных клиньев, способных соответственно крошить, оборачивать и сдвигать пласт. Главное технологическое свойство рабочей поверхности плужного корпуса, отличающее его от других рабочих органов почвообрабатывающих машин, — способность оборачивать пласт. Для выявления и характеристики оборачивающей способности рабочую поверхность рассекают поперечно-вертикальными плоскостями, перпендикулярными к направлению движения корпуса или стенке борозды 2 (на рис. ниже цифра II). Получаемые сечения характеризуют плавность и крутизну поверхности и определяют развитие угла β, выражающего способность отвала оборачивать пласт.

Для характеристики способности поверхности крошить пласт проводят вертикальные секущие плоскости к стенке борозды (на рис. цифра I). Получаемые сечения характеризуют развитие угла α, выражающего способность отвала крошить пласт.

Для их построения вертикальные секущие плоскости V и U наносят на горизонтальную проекцию чертежа на расстоянии 50-100 мм одна от другой. Следы секущих плоскостей в горизонтальной проекции выражаются прямыми линиями, соответственно перпендикулярными (U) или параллельными (V) стенке борозды 2. Кривые сечений, перпендикулярных к стенке борозды, характеризующие оборачивающую способность поверхности, строят на лобовой вертикальной проекции, а кривые сечений, параллельных стенке борозды, характеризующие рыхлящую способность поверхности, — на боковой проекции.

Кривые строят по точкам пересечения секущих плоскостей U и V с проекциями образующей в горизонтальной плоскости проекций. Точки пересечения переносят из горизонтальной проекции в вертикальную на соответствующие положения образующей и соединяют плавными линиями.

О способности рабочих поверхностей плужных корпусов крошить или оборачивать пласт можно судить по максимальным значениям соответствующих углов (α_max и β_max) и диапазонам их изменения: Δα = α_max — α_min и Δβ = β_max — β_min. О способности рабочей поверхности сдвигать почву в открытую соседнюю борозду без сгруживания судят по углам γ образующих со стенкой борозды, которые могут быть представлены как следы сечений рабочей поверхности горизонтальными плоскостями. Условие скольжения, как было показано, выполняется при $latex \gamma < \frac {\pi} {2} — \psi$.

Плужный корпус

Нормальные и касательные силы, действующие на рабочую поверхность плужного корпуса в процессе его работы, можно представить в виде пространственной системы сил, которая не может быть сведена к одной равнодействующей. Она может быть представлена или пространственно — совокупностью главного вектора и главного момента (динамой, силовым винтом), если для расчета применяют аналитические методы, или в виде трех плоскостных силовых характеристик, если для расчета используют графические методы. Поскольку чаще применяются графические методы, то далее рассмотрены плоскостные силовые характеристики.

Трехплоскостная силовая характеристика плужного корпуса определяется величинами R_xy, R_xz и R_yz, направлениями их действия η, ψ и ξ и плечами l_xy, l_xz и l_yzотносительно носка лемеха (рис.). Эти силы включают продольную R_x, поперечную R_y и вертикальную R_z
составляющие, которые взаимосвязаны уравнениями:

$latex R_{xy} = \sqrt {R_x^2 + R_y^2}$;

$latex R_{xz} = \sqrt {R^2_{x} + R^2_{z}}$;

$latex R_{yz} = \sqrt {R^2_{y} + R^2_{z}}$. (5)

Направления их действия определяются углами

$latex \eta = \arctan (\frac {R_y} {R_x})$;

$latex \psi = \arctan (\frac {R_z} {R_x})$;

$latex \xi = \arctan (\frac {R_z} {R_y})$. (6)

Значения плеч l_xy, l_xz и l_yz получаются в результате обработки экспериментальных данных пространственного динамометрирования. Г.Н. Синеоков получил следующие плоскостные силовые характеристики. В горизонтальной плоскости сила R_xy действует под углом η = 15-25° к оси X, а плечо l_xy = (0,3-0,5) b ≈ 0,4b (на рис. цифра I). В продольно-вертикальной плоскости сила R_xz действует под углом ψ = ±12° к оси X, плечо l_xz равно 0,5a при положительных значениях угла ψ и 0,33a при отрицательных (на рис. цифра II). В поперечно-вертикальной плоскости сила R_yz действует под углом ξ = ±45° к оси Y, а плечо равно 0,5b при положительных значениях угла ξ и 0,75b при отрицательных. Соотношения между силами R_x, R_y и R_z, при этом будут равны:

$latex R_y = R_x \tanh (\eta) = R_x \tan (15-25^\circ) = (0,25-0,45) R_x \approx 0,35 R_x$; (7)

$latex R_z = R_x \tan (\psi) = R_x \tan (pm 12^\circ) \approx 0,2 R_x$. (8)

Для каждой из рассматриваемых сил характерно определенное технологическое значение. Продольная составляющая R_x обусловлена подъемом пласта на рабочую поверхность, а также его крошением и представляет собой тяговое сопротивление плужного корпуса. Вертикальная составляющая R_z обусловлена силой тяжести пласта и вертикальной составляющей сопротивления крошению и имеет двойственный характер: с одной стороны, она способствует заглублению и устойчивому ходу плуга, что считается положительным фактором, с другой стороны — служит одной из причин образования плужной подошвы, что является отрицательным фактором в работе плуга. Поперечная или боковая составляющая, обусловленная оборачиванием пласта и сдвигом его в сторону, стремится развернуть плужный корпус в горизонтальной плоскости и тем самым нарушить его работу, что также является отрицательным фактором.

Из выражений (7) и (6) следует, что располагая числовым значением одной из сил (R_x, R_y или R_z) и пользуясь приведенными соотношениями, можно определить числовые значения двух других сил и таким образом воссоздать всю силовую характеристику плужного корпуса. Наибольшее значение имеет продольная составляющая R_z главного вектора R пространственной системы элементарных сил сопротивления почвы, приложенных к рабочей поверхности корпуса и лезвию лемеха. Она может быть определена опытным путем или рассчитана по формуле. Для экспериментального определения R_z достаточно обычного линейного динамометрирования плуга. В этом случае

$latex R_x = \frac {\eta R_pl} {n}$, (9)

где $latex \eta$ — КПД плуга, равный 0,6-0,8; R_pl — тяговое сопротивление плуга; n — число корпусов плуга.

Для аналитического определения силы R_z может быть использован один из общих законов сопротивления материалов, согласно которому сила сопротивления почвы разрушению пропорциональна пределу прочности (удельному сопротивлению) и площади поперечного сечения разрушаемого пласта:

$latex R_x = kab$, (10)

где k — удельное сопротивление почвы; а и b — толщина и ширина пласта.

Величина R_x зависит от технологических свойств почвы, глубины вспашки, рабочей скорости плуга, типа и параметров рабочей поверхности, остроты лезвия лемеха, наличия предплужника и ножа.

Совокупность технологических свойств почвы может быть в определенной степени выражена ее удельным сопротивлением, которое изменяется в широких пределах в зависимости от механического состава, влажности и задерненности.

Полевая доска, упираясь в стенку борозды, обеспечивает устойчивость хода плужного корпуса, предотвращая его перекос в горизонтальной плоскости. Боковая составляющая реакции пласта на рабочую поверхность плужного корпуса стремится повернуть его по ходу часовой стрелки (при отваливании вправо). С полевой доски реакция передается на стенку борозды, в результате чего происходит ее смятие. При этом возникает реакция стенки борозды, которая, действуя в противоположном по отношению к силе R_y, направлении, уравновешивает ее.

Для рассмотрения силового взаимодействия полевой доски со стенкой борозды силу R_xy, приложенную к рабочей поверхности на расстоянии 0,4b от носка лемеха, перенесем по линии ее действия в точку пересечения со стенкой борозды и разложим на две составляющие: продольную R_x и поперечную R_y. Составляющая R_x представляет собой тяговое сопротивление корпуса и может быть определена линейным динамометрированием или приближенно по формуле (10) или (9). Зная силу R_x, из рисунка ниже можно определить боковую составляющую

$latex R_y = R_x \tan \left ( \frac {\pi} {2} — ( \gamma_0 + \phi ) \right ) = R_x \cot (\gamma_0 + \phi)$. (11)

Значение R_y, вычисленное по формуле (11), является средним. Однако сила R_y зависит от величины R_x, которая в процессе работы изменяется в больших пределах. Так как максимальные значения R_x, по данным Г.Н. Синеокова, в 2-2,7 раза превышают средние, то значения R_yизменяются в тех же пропорциях. Следовательно, можно принять, что полевая доска вдавливается в стенку борозды под действием силы 2,7R_y, вызывая с ее стороны равную, но противоположно направленную реакцию. Поскольку полевая доска установлена под углом к стенке борозды, то деформация последней возрастает по линейной зависимости от нуля у начала рабочей части до λ_i у конца. Деформация почвы полевой доской не должна выходить за предел пропорциональности (λ_i < λ_pr) диаграммы твердомера. Реакция почвы на полевую доску будет пропорциональна линейной деформации, а эпюра элементарных нормальных сил реакции почвы по ее длине будет иметь вид треугольника с вершиной у начала рабочей части. При этом сила 2,7R_y может быть представлена как произведение объема V смятой полевой доской почвы на коэффициент объемного смятия q:

$latex 2,7 R_y = qV$ или $latex 2,7 R_y = \frac {ql \lambda h} {2}$,

откуда

$latex \lambda = \frac {5,4 R_y} {qlh}$, (12)

где q = 5-10 Н/см³; h = 2/3 a.

Подставив в формулу (12) вместо R_y его значение из выражения (11), получим

$latex \lambda = \frac {5,4 R_x \cot (\gamma_0 + \phi)} {qlh}$. (13)

Значение деформации стенки борозды не должно превышать предел пропорциональности, т. е. λ должна быть меньше 20 мм.

Следует иметь в виду, что сила R_y будет создавать также силу трения полевой доски о стенку борозды, которая направлена в сторону, противоположную направлению движения, и равна

$latex F_{fr} = F_y \tan (\phi) = f F_y \approx \frac {0,5R_x} {3} \approx \frac {R_x} {6}$. (14)

Таким образом из приведенного уравнения следует, что на тяговое сопротивление полевой доски приходится примерно 17% общего сопротивления плужного корпуса. Поэтому в некоторых конструкциях для замены трения скольжения трением качения и снижения в результате этого энергоемкости процесса полевую доску заменяют роликом, сферическим диском или наклонным колесом малого диаметра.

Стойка находится в сложном напряженном состоянии, т. е. подвергается действию косого изгиба в двух плоскостях, кручению и внецентренному растяжению. Так как изгибающий момент в разных сечениях стойки неодинаков и возрастает снизу вверх, то и площадь ее поперечных сечений также увеличивается снизу вверх в той же пропорции. Такая стойка называется равнопрочной и применяется в семействе унифицированных плугов общего назначения. Характер нагрузки значительно упрощается на двусторонние (листерные) корпуса. На них действует сила $latex \bar{R} = \bar{R_x} + \bar{R_z}$, расположенная в плоскости симметрии корпуса. В этом случае на стойку будет действовать только изгибающий момент в продольно-вертикальной плоскости.

Предплужник

Силовые характеристики предплужника аналогичны характеристикам плужного корпуса. Нагрузку на все его детали определяют аналогично, за исключением полевой доски, которая у него отсутствует. Усилие, действующее на предплужник, рассчитывается по формуле:

R_{x sk} = (0,2…0,4) R_x. (15)

Черенковый нож

Черенковый нож (рис.) устанавливают под некоторым углом α к горизонту.

Значение угла α должно обеспечить резание со скольжением. Согласно рисунку α = 90° — ξ и скольжение обеспечивается при ξ > φ. Подставив это условие в первое выражение, получим угол α, при котором будет обеспечено скольжение:

α < 90° — φ. (16)

Так как среднее значение угла трения по металлу φ = 26°, то угол наклона ножа должен составлять α < 90° — 26° = 64°. В этом случае на каждую элементарную площадку лезвия ножа будут действовать силы Ν и F_fr, дающие результирующую R. Согласно рисунку, сила сопротивления ножа будет равна:

$latex R_x = R \cos (\xi — \phi)$. (17)

Для практических расчетов пользуются упрошенной формулой:

$latex R_x = k_k a_k$, (18)

где k_k — удельное сопротивление ножа, т. е. сопротивление, приходящееся на 1 см глубины его хода, Н/см (по данным В.С. Жегалова, k_k = 50-90 Н/см); a_k — глубина хода ножа, см.

Дисковый нож

При работе дисковый нож испытывает сопротивление почвы смятию лезвием и сил трения о его боковые поверхности, влияние которых относительно мало. Так как дисковый нож — симметричный рабочий орган, то действие элементарных сил сопротивления почвы может быть сведено к одной равнодействующей R, приложенной примерно в середине рабочей дуги лезвия ножа АВ (рис.) и проходящей через ось его вращения. Составляющая этой силы представляет собой тяговое сопротивление ножа и создает момент, способствующий вращению диска. Составляющая R_z, стремится вытолкнуть нож из почвы и создает момент, препятствующий вращению диска. При изменении удельного сопротивления почвы от 40 до 80 кПа сила R_x стандартного ножа плуга общего назначения изменяется от 0,7 до 2,2 кН. При этом R_z =1,2R_x.

Чтобы нож перерезал стебли, расположенные на поверхности поля, а не волочил их, угол δ защемления должен быть меньше φ₁ + φ₂, где φ₁ — угол трения стебля о лезвие; φ₂ — угол трения стебля о почву. Из этого следует, если диск ножа забивается стеблями растений, необходимо уменьшить глубину хода или установить нож большего диаметра. При использовании вырезных ножей такое явление исключается, а сила R_x уменьшается на 18-25%. Опыты показали, что сила R_x зависит от показателя кинематического режима лезвия ножа:

$latex \lambda = \frac {\omega r} {\nu}$,

где ω — угловая скорость; r — радиус диска; ν — скорость движения машины (орудия). Чем больше λ, тем меньше R_x. При увеличении λ от 0 до 1 значение R_x уменьшается в 2,5 раза. Числовые значения λ зависят от конструкции дискового ножа и состояния почвы: для ножей с ровным лезвием λ = 1,02-1,098, для рифленых — 1,08-1,31, для вырезных дисков — 1,045-1,165.

Рациональная формула В.П. Горячкина

Согласно В.П. Горячкину, тяговое сопротивление плуга состоит из сопротивлений трех различных категорий.

Первая — постоянные сопротивления плуга, независящие от режима его работы, то есть глубины вспашки a, рабочей скорости ν, м/с: сопротивления трения корпусов о дно борозды и втулок колес об оси, сопротивления перекатыванию колес по почве. Совокупность этих сопротивлений при работе на горизонтальной поверхности пропорциональна весу плуга, поэтому R₁ = fG, где f — коэффициент пропорциональности, аналогичный коэффициенту трения (коэффициент сопротивления протаскиванию плуга в открытой борозде); G — вес плуга (или 9,8m, где m — масса плуга). Сопротивление не связано с полезной работой и представляет собой всегда сопутствующее ей вредное сопротивление, которое В.П. Горячкин назвал «мертвым» сопротивлением.

Вторая — сопротивления, обусловленные деформацией (разрушением) почвенных пластов. Согласно общим законам сопротивления материалов они пропорциональны площади поперечного сечения деформируемых пластов, т. е. R₂ = kabn, где k — коэффициент, характеризующий сопротивление пласта различных почв деформации, или удельное сопротивление почвы, кН/м² или кПа; a — толщина пласта (глубина вспашки), м; b — ширина пласта, м; n — число одновременно обрабатываемых пластов (число корпусов в плуге). Величина R₂, также как и R₁, не зависит от рабочей скорости плуга.

Третья — сопротивления, связанные с сообщением «живой силы» (кинетической энергии) пластам, отбрасываемым в сторону. Аналогично сопротивлению пластины, движущейся в жидкости или газе, эти сопротивления пропорциональны площади поперечного сечения пластов и квадрату скорости плуга, т. е. R₃ = εabnν², где ε — коэффициент скоростного сопротивления, зависящий от свойств почвы и геометрической формы рабочих поверхностей плужных корпусов, Н⋅с²/м⁴ или кПа⋅с²/м².

Полное тяговое сопротивление плуга, таким образом, может быть представлено уравнением:

R_x = R₁ + R₂ + R₃ = fG + kabn + εabnν². (28)

Эта формула получила название рациональной, так как она представлена рациональным алгебраическим выражением, то есть ни один из параметров не находится под знаком радикала, а смысл ее представляется рациональным с точки зрения механики. Она позволяет определить основные факторы, влияющие на тяговое сопротивление плуга, и способы его снижения. Увеличение массы и скорости движения плуга, неправильная регулировка, нарушение технического состояния и неправильная установка прицепа приводят к росту тягового сопротивления плуга и затрат энергии на вспашку.

Для плуга, работающего на традиционной скорости 1,2-1,4 м/с, третий член формулы относительно мал и составляет примерно 5% общего тягового сопротивления, поэтому в некоторых случаях им можно пренебречь. Первый в несколько раз превышает третий, но наибольший вклад вносит второе слагаемое в уравнении. Часто первую категорию сопротивлений называют вредным сопротивлением, тогда как сумму сопротивлений второй и третьей категории — полезным сопротивлением.

Значения коэффициентов f, k и ε определяют путем динамометрирования различных плугов в разных почвенных условиях, они варьируют в широких пределах. Значения f В.П. Горячкин рекомендовал принимать равными 0,5 для жнивья и 0,8-0,9 для клеверища; значения k — в пределах от 20 до 90 кПа (Кленин; по другим данным от 20 до 50 кПа, Халанский), значения ε — в пределах от 1,5 до 9 кПа⋅с²/м².

Формула В.П. Горячкина широко известна, однако она не учитывает в явном виде влияния на тяговое сопротивление плуга сил трения полевых досок о стенки борозд, вертикальной составляющей реакции почвы на рабочие поверхности плужных корпусов, сил сопротивления отрезанию пластов от дна и стенки борозды, толщины лезвий лемехов.

Удельное сопротивление почвы и удельное сопротивление плуга

В процессе работы тяговое сопротивление плуга изменяется. Трудность обработки оценивается по удельному сопротивлению почвы, которое может быть получено из формулы В.П. Горячкина:

$latex k = \frac {R_x — fG — \epsilon abn \nu^2} {abn}$, (29)

или, если пренебречь скоростным сопротивлением почвы (при скорости до 5 км/ч), то:

$latex k \approx \frac {R_x — fG} {abn}$. (30)

Удельное сопротивление почвы находят по формуле (30), измерив динамометром полное сопротивление R_x плуга, затем «мертвое» сопротивление fG — путем протаскивания плуга в открытой борозде. Для почвы одного и того же механического состава удельное сопротивление изменяется в широких пределах и зависит от влажности и задерненности.

Чтобы точно определить коэффициенты f, k и ε для конкретных условий, необходимы трудоемкие эксперименты, тогда как использование приближенных значений может привести к большим погрешностям, поэтому пользуются упрощенной формулой для расчета тягового сопротивления плуга:

R_x = Kabn. (31)

Удельное сопротивление плуга (K) вычисляется по формуле, измерив динамометром сопротивление R_x, глубину а вспашки и ширину b захвата:

$latex K = \frac {R_x} {abn}$. (32)

Физический смысл К раскрывается глубже, если числитель и знаменатель в формуле (32) умножить на ν:

$latex K = \frac {R_x \nu} {abn \nu}$. (33)

Тогда в числителе получается мощность, или работа, совершаемая плугом за 1 с, а в знаменателе — объем почвы, поднимаемой плугом за 1 с. Следовательно, удельное сопротивление плуга можно рассматривать как расход энергии на обработку (вспашку) единицы объема почвы.

Величина К > k. Это следует из формулы (32), если вместо R_x, подставить его значение из формулы (28):

$latex K = \frac {fG} {abn} + k + \epsilon \nu^2 = k + \frac {fG} {abn} + \epsilon \nu^2$. (34)

Таким образом, удельное сопротивление плуга, кроме удельного сопротивления почвы, включает еще «мертвое» сопротивление и сопротивление отбрасыванию почвы, отнесенные к поперечному сечению пласта. По сопротивлению плуга подбирают марку трактора и соответствующую передачу.

Размещение рабочих органов и колес

Расстояние l между корпусами, которое влияет на металлоемкость и приспосабливаемость плуга к рельефу поля, определяют из условия незабиваемости почвой и растительными остатками и возможности установки предплужников и дисковых ножей перед каждым корпусом плуга. Оно должно быть большим, чем зона распространения деформации почвы по ходу плуга, и достаточным для прохождения пластов, отваливаемых предплужником и основным корпусом. Согласно опытным данным, l ≈ (2,0-2,2)b. Согласно стандарту при b = 35 см l = 75 см, при b = 40 см l = 80 см.

Опорным колесом регулируют глубину вспашки, его положение влияет на устойчивость хода и тяговое сопротивление плуга. Оптимальной считается установка, при которой ось колеса в продольной плоскости удалена он носка лемеха переднего корпуса на 1/3 расстояния между носками лемехов переднего и заднего корпусов.

Полунавесные и прицепные плуги отличаются от навесных плугов числом и размещением колес. Прицепные плуги оборудованы тремя колесами: полевым, бороздным и задним. Полевое и бороздное колеса могут быть одинакового или разного диаметра (650-800 мм). Заднее колесо имеет диаметр 450-500 мм и обычно устанавливается с наклоном 70-80° к горизонту, чтобы снизить нагрузку на полевую доску заднего корпуса и уменьшить тяговое сопротивление.

Бороздное колесо размещают на расстоянии 3-4 см от стенки борозды предыдущего прохода плуга и ближе к переднему корпусу, но так, чтобы оно не мешало отваливанию пласта. Полуось полевого колеса располагают как можно ближе к полуоси бороздного. На каждое из колес должно приходиться 30-35% массы плуга. В некоторых конструкциях плугов специального назначения оба передних колеса опираются на поверхность необработанной почвы, имеют одинаковый диаметр, их полуоси объединены в одну коленчатую ось, положение которой регулируется винтовым механизмом, представляющим собой соосный плуг (четырехзвенник). Заднее колесо устанавливают за последним корпусом плуга на таком расстоянии от него, чтобы при переводе плуга в транспортное положение оно не задевало конец полевой доски.

Полунавесные плуги обычно оснащают двумя колесами: задним бороздным и опорным полевым. Назначение опорного колеса такое же, как и у навесного плуга, а заднего — такое же, как и у прицепного плуга. В продольной плоскости ось опорного колеса размещают между первым и вторым корпусом.

Количество корпусов плуга может варьировать от 1 до 10, но также выпускаются плуги с 12, 18, 20 и 21 корпусом. Многокорпусные плуги, выполненные по традиционной схеме, при числе корпусов более 8 изготовляются только полунавесными или прицепными, так как из-за большой длины и значительного удаления центра тяжести плуга от оси подвеса, при навесном варианте они нарушили бы продольную устойчивость агрегата.

Однако с увеличением количества корпусов ухудшается копирование рельефа поля в продольном и поперечном направлениях, что приводит к увеличению неравномерности глубины обработки и снижению урожайности сельскохозяйственных культур. Допустимую неравномерность глубины обработки обеспечивают плуги с жестким основным брусом рамы при числе корпусов не более 6-7. Поэтому при количестве корпусов плуга свыше указанного основной брус рамы делают шарнирным. Если ось шарнира, расположенного в горизонтальной плоскости, перпендикулярна к направлению движения плуга, то улучшается копирование рельефа поля в продольном направлении, а если совпадает с направлением движения — в поперечном направлении. Для уменьшения ширины многокорпусного плуга в транспортном положении используют шарнирное соединение с вертикальной осью. Необходимость в таком конструктивном решении обусловлена ограничением ширины при транспортировании его по дорогам. Например, плуг с 21 корпусом имеет ширину захвата 12,6 м при допустимом поперечном дорожном габарите 4 м.

В многокорпусных плугах с шарнирной рамой может быть использован принцип равного или неравного деления основного бруса. На зарубежных плугам преимущественно применяется равное деление основного бруса на секции с шестью, реже с семью корпусами, что обеспечивает удовлетворительное копирование рельефа поля и относительно небольшую материалоемкость. Преобладают двухсекционные плуги с горизонтальным шарниром по шесть корпусов в каждой секции (на рис. ниже цифра I). Также применяются трехсекционные плуги с равным делением основного бруса с 18 и 21 корпусом.

При равном размещении корпусов по секциям плуг в меньшей мере нагружает задние колеса трактора. При неравном размещении корпусов по секциям передняя секция имеет больше корпусов, чем задняя. Благодаря этому увеличивается нагрузка на задние колеса трактора. Если же на задней секции остается только три корпуса (на рис. выше цифра II), то для ее устойчивого хода по глубине требуется специальное устройство, догружающее заднее опорное колесо плуга.

В плуге фирмы «International Harvester» (США) с равным размещением корпусов по секциям шарнир, соединяющий переднюю и заднюю секции, опущен ниже оси бруса, благодаря чему обеспечивается устойчивый ход корпусов задней секции по глубине при вспашке почв повышенной плотности. Прицеп 4 удерживает левый угол рамы передней секции 6 на нужной высоте. Плуг оснащен передним бороздным колесом 5, двумя задними — бороздным 8 и полевым 7 и подъемно-транспортным механизмом 3 со сдвоенными колесами. Переднее и заднее бороздные колеса самоустанавливающиеся.

В полунавесном плуге фирмы Gassner (Германия) с неравным размещением корпусов по секциям под горизонтальным шарниром 2, соединяющим секции 6 и 7 плуга, установлена двухколесная тележка, левое колесо 10 которой идет по полю, а правое 12 — по борозде. Поскольку ось шарнира 2 расположена на уровне оси бруса, то для устойчивого хода по глубине корпусов задней секции 7 она отжимается вниз тремя пружинами. В рабочем положении передний конец рамы удерживается от опускания цепями, задний — опорным колесом 11, идущим по поверхности необработанной почвы, рама в зоне шарнира — тележкой с колесами 10 и 12. Таким образом, цепи заменяют переднее опорное колесо.

Один из главных недостатков многокорпусных плугов, выполненных по традиционной схеме, — их большая длина. Уменьшения длины многокорпусных плугов можно достичь различными способами, например, применением углоснимов вместо предплужников; изменением геометрической формы полевого обреза плужных корпусов, позволяющим вырезать пласты, поперечное сечение которых имеет форму параллелограмма или ромба; установкой полевой доски только на последнем корпусе; параллельным размещением секций плуга. Перечисленные способы, за исключением последнего, остаются в рамках традиционной конструкции плуга.

Рядные (секционные) плуги выпускаться в навесном варианте, лучше копируют поверхность поля в продольном и поперечном направлениях, менее материалоемки, более маневренны, но не полностью обеспечивают высокое качество вспашки. У двухрядного плуга (рис. ниже) корпуса расположены в левой 1 и правой 6 секциях. Последний корпус 7 правой секции 6 безотвальный. Перед ним установлен струг (сталкиватель) 8, который сдвигает пласт, поднятый на поверхность поля первым корпусом левой секции, в борозду, образованную предпоследним корпусом правой секции. При этом растительные остатки сдвинутого пласта укладываются в борозду хаотично и заделываются неудовлетворительно. Кроме того, первый корпус левой секции постоянно работает в условиях первой борозды. Такой плуг не отвечает одному из основных требований, предъявляемых к качеству вспашки, — равномерная глубина заделки растительных остатков по всей ширине захвата плуга. Общий недостаток короткогабаритных плугов — невысокая технологическая надежность.

Обязательное условие для эффективной работы многокорпусных плугов — регулирование ширины захвата. Это необходимо и для того, чтобы при изменении удельного сопротивления почвы агрегат продолжал работать в определенном диапазоне рабочих скоростей, обеспечивающем наилучшее качество вспашки и эффективное использование трактором мощности двигателя. Такой режим гарантирует максимальную производительность при минимальном расходе топлива. Наиболее полно этим условиям удовлетворяет плавное бесступенчатое изменение ширины захвата с помощью гидросистемы трактора без остановки агрегата. Ширину захвата регулируют изменением угла установки главного бруса с направлением движения и поворотом стоек плужных корпусов. Однако оснащение плуга такой системой увеличивает его массу, усложняет конструкцию и поэтому экономически не всегда оправдано.

Шестикорпусный полунавесной плуг ПЛП-6-35

Шестикорпусный полунавесной плуг ПЛП-6-35 применяется для вспашки почв с удельным сопротивление до 9 Н/см², на глубину до 30 см. Плуг может переоборудоваться в пяти- и четырехкорпусный.

На раме ПЛП-6-35 закреплены корпуса 2 (рис., I), предплужники 7, дисковый нож 8, навеска с догружателем, механизм заднего колеса, прицепки 3 для борон и катков. Предплужники 7 закреплены на специальных кронштейнах впереди каждого корпуса. Дисковый нож крепят перед последним корпусом на кронштейне на расстоянии по горизонтали 120 мм от носка предплужника.

На плуге могут устанавливаться культурные, полувинтовые, безотвальные, вырезные корпуса, с почвоуглубительными лапами, с выдвижными долотами.

Каждый предплужник отрезает часть задерненного пласта и сбрасывает его на дно борозды, образованной впереди идущим корпусом. Предплужник, установленный перед первым корпусом сбрасывает пласт в борозду, образованную задним корпусом при предыдущем проходе. Корпус отрезает основную часть пласта почвы, оборачивает, крошит и сбрасывает его в борозду, засыпая им сверху пожнивные остатки и дернину, сброшенные в борозду предплужником. Нож разрезает дернину перед задним корпусом и предплужником, облегчая тем самым отделение пласта от массива.

Рама плуга ПЛП-6-35 плоская, сварена из основной 15 (рис., II), продольной 9 и поперечной 12 балок. К балке 15 приварены угольники для крепления стоек корпуса и кронштейнов предплужников. К балке 12 крепятся кронштейны 13 с пальцами, на которые надеваются шарниры нижних продольных тяг навесного устройства трактора. В балке 12 сделаны отверстия для перестановки кронштейнов 13 при агрегатировании с различными типами тракторов и в зависимости от количества корпусов. В кронштейнах 13 просверлены отверстия для перестановки пальцев по высоте при изменении глубины вспашки.

Навеска сделана из стоек 11, между которыми закреплен передний конец трубы 16 догружателя. Задний конец догружателя штоком 17 крепится к кронштейну 18. Длина трубы 16 регулируемая. Догружатель обеспечивает равномерность глубины вспашки первым и последним корпусами при вспашке тяжелых переуплотненных почв.

Опорное колесо 10 обеспечивает регулировку и соблюдение заданной глубины вспашки. Стойку колеса можно перемещать по вертикали.

Механизм заднего колеса (рис., III) предназначен для подъема и опускания задней части рамы плуга и для поддержания заданной глубины вспашки задними корпусами. Механизм заднего колеса можно устанавливать на основной балке в трех местах в зависимости от числа работающих корпусов таким образом, чтобы колесо двигалось по дну борозды за последним корпусом. Механизм заднего колеса состоит из кронштейна 20, двух рычагов 28, верхнего рычага 30 с водилом 6, нижнего 24 и верхнего 23 стаканов, в которые вставлено вертикальное колено оси 5 заднего колеса. На конец оси 5 установлено и закреплено чекой направляющее кольцо 21 с пазом. В паз входит ролик 22, закрепленный на планке 27, которая установлена на рычагах 28 и 30. В рабочем положении ролик входит в паз кольца 27 и удерживает ось 5 от поворота.

Переднюю часть рамы ПЛП-6-35 поднимает навесное устройство трактора, а задний конец — гидроцилиндр 7, соединенный штоком с водилом 6. При подаче масла в левую полость гидроцилиндра шток поворачивает водило 6, а вместе с ним рычаги 28 и 30 по ходу часовой стрелки, опуская тем самым заднее колесо и поднимая раму плуга. Планка 27 опускается, ролик 22 выходит из паза, и ось 5 может свободно поворачиваться при развороте агрегата. К нижнему стакану 24 прикреплена рессорная пружина 25 с
роликом, который входит в паз кольца 26, приваренного к оси 5 ниже стакана. При прямолинейном движении плуга и небольших боковых нагрузках ролик удерживает ось в стакане. Во время поворота агрегата сильное боковое давление выталкивает ролик из паза, и ось может легко поворачиваться на угол 180° в обе стороны. Усилие, необходимое для выхода ролика из паза, регулируется набором пластин толщиной 0,5 мм.

При установке плуга на заданную глубину вспашки положение заднего колеса по высоте регулируют упорным болтом 29.

Глубину вспашки регулируют вращением винта механизма опорного колеса 10 и болта 29. Для одинаковой глубины вспашки всеми корпусами раму устанавливают в горизонтальное положение. Перекос рамы в продольной плоскости устраняют болтом 29, в поперечной — вращением стяжки раскосов механизма навески трактора.

Полунавесные плуги ПЛ-5-40 и ППН-6-40

Полунавесные плуги ПЛ-5-40 и ППН-6-40 снабжены механизмом изменения ширины захвата соответственно в пределах 1,75-2,25 и 1,8-2,4 м. Плуги имеют поворотные стойки корпусов, шарнирное соединение основной, продольной и поперечной балок рамы, гидроцилиндр и шарнирно-рычажный механизм для поворота стоек корпусов.

При подаче масла в гидроцилиндр взаимное расположение балок рамы изменяется, а стойки корпусов поворачиваются на шарнире на определенный угол. Ширина захвата каждого корпуса при этом остается постоянной, а ширина захвата плуга меняется. Ширину захвата плуга регулируют при изменении уклона пашни, переходе на вспашку с легкой почвы на тяжелую и наоборот.

Применение этих полунавесных плугов позволяет эффективнее использовать мощность трактора, повысить производительность пахотного агрегата и снизить расход топлива.

Пятикорпусный плуг ПЛН-5-35

Пятикорпусный плуг ПЛН-5-35, обычно навешивается на трактор Т-150 и предназначается для вспашки почв с удельным сопротивлением до 9 Н/см² на глубину до 30 см. На плуге могут устанавливаться четыре или пять корпусов с культурной или полувинтовой рабочей поверхностью (обычные и скоростные), с вырезными отвалами, выдвижным долотом, почвоуглубителями и безотвальные.

Корпуса 2 (рис.), предплужники 1 и дисковый нож 7 установлены на плоской раме, сваренной из пустотелых балок: главной 5, продольной 10 и поперечной 11. К главной балке приварены угольники 3 для крепления стоек корпусов и кронштейнов 13 предплужников. Вынос предплужника относительно корпуса регулируется перемещением хомута по кронштейну 13. Глубину хода предплужника изменяется перемещением стойки по высоте. Дисковый нож 7 закреплен на кронштейне 6. Ось вращения диска вынесена вперед относительно носка предплужника на 120 мм.

Рама плуга во время работы опирается на колесо 8, положение которого регулируется по высоте винтовым механизмом.

Навеска плуга состоит из раскоса, планок, образующих стойку, и кронштейнов 12 с пальцами. Задний конец раскоса может устанавливаться на продольной балке 10 в двух положениях. Кронштейны 12 прикреплены к поперечной балке 11. В зависимости от количества корпусов кронштейны могут устанавливаться в разные положения для согласования ширины захвата плуга с типом трактора.

Глубину вспашки всеми корпусами регулируют вращением винта механизма опорного колеса 8. Для одинаковой глубины вспашки всеми корпусами раму устанавливают на горизонтальной поверхности. Перекос рамы в продольной плоскости устраняют вращением стяжки центральной тяги; в поперечной — вращением раскосов механизма навески трактора.

Подготовка к работе

Подготовку плуга к работе сначала проводят на ровной площадке с твердым покрытием, а затем в поле. В процессе осмотра определяют техническое состояние рабочих органов, механизмов, колес и навески плуга, при необходимости, устраняют обнаруженные неисправности. В зависимости от технологии вспашки, типа почвы и агрофона поля на раме устанавливают необходимые рабочие органы, подготавливают навеску плуга и навесное устройство трактора к агрегатированию.

При агрегатировании плугов с тракторами тягового класса 3 и 4 навесное устройство собирают по двухточечной схеме. Для этого передние концы нижних продольных тяг закрепляют на шарнире, установленном на нижней оси навески трактора. Для перевода плуга из транспортного положения в рабочее золотник гидрораспределителя устанавливают в положение «Плавающее».

У колесных тракторов устанавливают рекомендуемые колею и давление в шинах колес. Например, для тракторов МТЗ-80 давление в шинах передних колес должно быть 0,14-0,15 МПа, в шинах задних колес — 0,1-0,14 МПа. Для гусеничных тракторов обеспечивают равное натяжение гусениц. Присоединяют плуг к трактору и регулируют его на заданную глубину вспашки.

Глубину вспашки четырех-, пяти-, шести- и девятикорпусных плугов предварительно регулируют на ровной площадке. Для этого плуг, агрегатируемый с трактором, устанавливают на ровную площадку и переводят в рабочее положение. Под все колеса или гусеницы трактора и под опорные колеса плуга помещают подкладки высотой, равной глубине вспашки, уменьшенной на 1-2 см (деформация почвы колесами). Задние колеса полунавесных плугов должны опираться на площадку. Вращением винтов механизмов опорных колес и механизмов навески трактора добиваются такого расположения плуга, чтобы носки долотообразных лемехов всех корпусов касались опорной площадки, а пятки лемехов находились на высоте 10 мм. Для полунавесных плугов вращением регулировочного болта добиваются, чтобы между опорной плоскостью и концом полевой доски заднего корпуса был просвет 1,5-2 см. Окончательно глубину вспашки устанавливают в поле.

При агрегатировании трехкорпусных навесных плугов с трактором МТЗ-80 глубину вспашки регулируют перемещением рукоятки силового регулятора трактора. Опорное колесо плуга при работе с силовым регулятором поднимают в крайнее верхнее положение или снимают.

Механизмом навески трактора устанавливают раму плуга параллельно поверхности поля. Перекос рамы в продольной и поперечной плоскостях приводит к неравномерному заглублению корпусов плуга. При наклоне рамы вперед передние корпуса пашут глубже, а задние — мельче; если рама наклонена назад, плуг выглубляется. Продольный перекос рамы устраняется изменением длины центральной тяги навески трактора. Перекос рамы плуга вправо приводит к тому, что первый корпус пашет глубже, чем задние, если рама наклонена влево, соответственно передний корпус пашет мельче заднего. Поперечный перекос рамы устраняют регулировкой длины правого раскоса, а иногда и обоих раскосов механизма навески трактора.

Ширина захвата. Корпуса плуга должны отрезать пласт одинаковой ширины. При уменьшении ширины захвата переднего корпуса уменьшается производительность плуга, тогда как при увеличении ширины захвата вследствие неполного подрезания пласта лемехом получается непропашка, а между соседними проходами плуга остается борозда.

Ширина захвата первого корпуса зависит от взаимного расположения трактора и плуга в горизонтальной плоскости. Для правильного присоединения плуга необходимо учитывать ширину захвата плуга B_пл (рис.), расстояние L между краями гусениц трактора. Расстояние C между кромкой гусеницы или колеса и стенкой борозды должно составлять 240-300 мм.

При агрегатировании трех-, двух- и однокорпусного плугов с колесным трактором нормальную ширину захвата переднего корпуса можно добиться расстановкой колес трактора и смещением рамы плуга по оси его подвески. Для работы с двухкорпусным плугом колеса расставляют на колею 1350 мм, с трехкорпусным — на 1500 мм. Чтобы масса трактора распределялась на колеса равномерно, их ставят несимметрично. При работе с трехкорпусным плугом правые колеса смещают от оси на 800 мм, левые — на 700 мм.

Устойчивость хода. Для устойчивого хода плуга в борозде плуг присоединяют к трактору так, чтобы линия O₁O₂ действия силы тяги пересекала след O₂ центра тяжести плуга и шарнир Ш крепления нижних продольных тяг к трактору. Следом центра тяжести (СЦТ) называется точка пересечения с горизонтальной площадкой перпендикуляра, опущенного из центра тяжести плуга. СЦТ находится посередине прямой линии, соединяющей носки первого и последнего корпусов.

Для правильного агрегатирования навесных и полунавесных плугов проводят прямую линию от точки O₁ (след центра тяжести трактора) до точки О₂, откуда находят необходимое смещение А навески на тракторе и расстояние Б от оси подвески плуга до бороздного обреза лемеха переднего корпуса. Установочные размеры А и Б зависят от количества корпусов. Для агрегатирования плугов ПЛН-5-35 и ПЛП-6-35 в четырех-, пяти- и шестикорпусных вариантах с тракторами Т-150 и Т-150К предусмотрена возможность регулировать подвеску плуга в четырех положениях: середину подвески располагают против носка третьего корпуса (смещение m равно нулю), смещают влево на 60, 120 и 220 мм. Для закрепления кронштейнов 1 (рис., I) с пальцами на поперечной балке 2 рамы выполнены соответствующие отверстия. Шток 6 догружателя плуга ПЛП-6-35 (рис., II) при этом также переставляют в четыре положения. Вынув болт 7, устанавливают согласно схеме длинную 4 и короткую 5 втулки на проушинах кронштейна. Кронштейн плуга ПЛН- 5-35 с задним концом раскоса крепят к двум другим отверстиям в раме.

Навесной оборотный плуг ПНО-4-30

Навесной оборотный плуг ПНО-4-30 предназначен для выполнения гладкой вспашки почв с удельным сопротивлением 9 Н/см² на глубину 22 см. Плуг оснащен симметричной рамой 2 (рис.), поворачивающейся относительно продольной горизонтальной оси на угол 180° под действием механизма поворота. На раме парами установлены правооборачивающие 12, 15, 16 и левооборачивающие 1, 3, 5 корпуса, снабженные вертикальными ножами 11, углоснимами 10 и перьями 13. На плуге может быть установлено 3 или 4 пары корпусов. Корпус гидроцилиндра 7 закреплен шарнирно на кронштейне навески 6, а его шток кинематически связан со звеньями механизма поворота. При подаче масла в верхнюю полость гидроцилиндра шток перемещается вниз и поворачивает раму плуга в положение, при котором правооборачивающие корпуса устанавливаются в нижнее (рабочее) положение, а левооборачивающие — в верхнее (нерабочее) положение. При подаче масла в нижнюю (штоковую) полость гидроцилиндра шток перемещается вверх и переводит в рабочее положение левооборачивающие корпуса.

Глубину вспашки устанавливается с помощью болтов, изменяя положение опорного колеса.

Вспашку оборотным плугом проводят обычно челночным способом без разбивки на загоны. В конце поля раму плуга поворачивают на угол 180°. При вспашке склоновых земель плуг движется поперек склона, а пласты отваливают вниз по склону.

Ширина захвата плуга ПНО-4-30 равна 120 см. Его агрегатируют с трактором МТЗ- 80. Рабочая скорость агрегата достигает 9 км/ч.

Поворотный плуг ПНП-3-35

Поворотный плуг ПНП-3-35 оснащен отвальными симметричными корпусами 8 (рис.), жестко закрепленными на поворотном брусе 9. Корпус состоит из стойки, лемеха, цилиндрического отвала, с двух сторон которого закреплены перья 7. Левая и правая сторона отвала снабжены одинаковыми профилями и служат для отрезания почвенного пласта ромбической формы. Ширина захвата корпуса 35 см. Поворотный брус 9 шарнирно соединен с рамой 5 и фиксируется в рабочем положении гидроцилиндром 10. Рама опирается на поперечный брус 4, оснащенный левым и правым колесами 2 с механизмами 3 вертикального перемещения. Гидроцилиндром 10 брус 9 поворачивают на шарнире 6 и устанавливают его в положение I или II. В первом случае корпуса оборачивают отрезанные пласты влево, во втором — вправо. При работе в левостороннем режиме оборота пласта левые колеса трактора и плуга движутся по дну борозды, а правые колеса — по необработанному полю. В правостороннем режиме положение колес изменяется на противоположное.

Вспашку выполняют челночным способом. Глубину вспашки до 27 см регулируют вращением винта механизма 20. Ширина захвата плуга 105 см. Поворотный плуг ПНП-3-35 агрегатируется с трактором МТЗ-80. Рабочая скорость агрегата до 9 км/ч.

Линейные плуги

Подлинно гладкую вспашку способны выполнять плуги, обеспечивающие полный (на π рад) оборот пласта в пределах собственной борозды. Для такой вспашки применяют плуги как с симметричными (фронтальны плуги), так и несимметричными (линейные плуги) рабочими органами. К последним, например, относятся линейные плуги фирмы «Farm Line» (Швеция). Их рабочие органы располагаются в один ряд, перпендикулярный к направлению движения, пласты оборачиваются лишь вправо.

При работе линейного плуга корпуса 3 (рис.) и заплужники 7, воздействуя на противоположные грани пластов, отделенных лемехами и дисковыми ножами, оборачивают их в собственных бороздах. Несимметричность линейного плуга обусловливает установку на нем полевой доски 2, обеспечивающей устойчивость движения в горизонтальной плоскости. Удельная материалоемкость линейных плугов составляет 500-650 кг/м, то есть в 2,4-3 раза меньше, чем у оборотных.

Фронтальные плуги

Характерная особенность плугов как симметричных, так и несимметричных — фронтальное (шеренговое) расположение рабочих органов. Таким образом, длина плуга не зависит от ширины захвата. Фронтальный плуг может включать один или несколько секций, каждая из которых может работать самостоятельно. Основные рабочие органы секции являются зеркальным отображением один другого. В отличие от рабочих органов оборотных плугов, функционирующих попеременно, все рабочие органы модуля фронтального плуга работают одновременно. Крайние ножи 1 (рис. ниже) отделяют захватываемую секцией полосу от остального массива поля, а центральный нож 5 разрезает ее на две равные части. Основные корпуса 2 и 4 подрезают пласты в горизонтальной плоскости и поворачивают их навстречу один другому. После того как пласты повернутся на угол, близкий π/2 рад, на них начинают действовать рабочие поверхности заплужника 3. Рабочие поверхности основных корпусов и заплужника поворачивают пласты на 150-160°, после чего оборот продолжается под действием собственной силы тяжести пласта. В результате пласты оказываются повернутыми на π рад и уложенными на дно собственных борозд дерниной вниз.

Ширина захвата фронтального плуга может быть равна ширине захвата одного или нескольких секций в зависимости от типа и тяговых возможностей трактора, с которым агрегатируется плуг. Модульная система отвечает задаче унификации конструкций семейства фронтальных плугов. Удельная материалоемкость фронтального плуга 440-450 кг/м, что примерно в 3 раза меньше, чем оборотного такой же ширины захвата; удельный расход энергии на вспашку снижает на 21-38%.

Опорные колеса фронтальных плугов могут располагаться только перед корпусами, так как открытая борозда отсутствует. В продольном направлении их располагают как можно ближе к рабочим органам, чтобы обеспечить наибольшую равномерность глубины хода. Расстояние между плужными корпусами и колесами определяют из условия неналожения зон деформаций, создаваемых в почве рабочими органами и колесами, т. е.

$latex l \approx a_{max} \tan (\alpha_0 + \phi)$, (19)

или $latex l \approx 1,5a$.

Для повышения устойчивости хода рабочих органов в поперечно-вертикальной плоскости расстояние между опорными колесами должно размещаться на как можно большем расстоянии, т. е. максимально близко к краям рамы с учетом сохранения целостности стенки борозды. В этом случае ширину колеи можно определить по формуле:

$latex B_k = B_p — (a_{max} + b_0)$. (20)

Фронтальные плуги имеют целый ряд преимуществ перед традиционными. Пахотный слой не смещается в сторону, что очень важно при обработке склоновых земель, почва не смещается вниз по склону, отпадает необходимость в затратах энергии на перемещение пластов в сторону, на поле не образуются свальные гребни и развальные борозды, отпадает необходимость разбивки поля на загоны, пахотный агрегат может работать челночным способом, исключающим образование клиньев и огрехов при стыковке работы в загонах, сокращается длина холостых переездов. Вследствие попарно симметричного расположения право- и левооборачивающих рабочих поверхностей плужных корпусов и заплужников отпадает необходимость в полевых досках, что также снижает расхода энергии вследствие устранения сил трения полевых досок о стенки борозд и смятия пластов, нередко защемляемых между полевыми досками предыдущих и лемешно-отвальными поверхностями последующих корпусов.

Благодаря фронтальному расположению рабочих органов уменьшается длина плуга (при многомодульном варианте — в несколько раз), она становится независящей от ширины захвата, повышается качество работы благодаря лучшему копированию микрорельефа поля и устранению огрехов при проходе первой борозды, заглублении и выглублении у поворотных полос, повышается маневренность агрегата. Малая длина фронтальных плугов позволяет создавать комбинированные машины и агрегаты на их базе, что сокращает число проходов тракторов и машин по полю.

Фронтальные плуги предназначены для гладкой вспашки связных задерненных почв с оборотом пласта на 180° и укладкой пластов в собственные борозды.

Плуг оснащен двумя основными, направленными встречно право- и левооборачивающими корпусами 3 и 4 (рис.), дополнительным корпусом (заплужником) 2, центральным 5 и боковыми 6 и 9 дисковыми ножами, установленными на раме 1. Основной корпус состоит из стойки, лемеха и винтового отвала, а дополнительный — из двух винтовых поверхностей, лемеха и стойки.

Крайние дисковые ножи 6 и 9 отрезают пласт шириной 1,05 м, а центральный нож 5 разрезает его на две равные части А и Б (схема I). Основные корпуса 3 и 4 подрезают пласты в горизонтальной плоскости и поворачивают их навстречу один другому (схема II). Заплужник 2 подрезает внутренние нижние ребра пластов и отделяет их от дна борозды. После поворота пластов на угол 90° (схема III) на них воздействуют рабочие поверхности заплужника. Рабочие поверхности основных корпусов и заплужника, действуя совместно на противоположные грани пластов, поворачивают их на угол 155-160° (схема IV), после чего пласты опускаются в борозду под действием силы тяжести (схема V).

Кустарниково-болотные плуги

Кустарниково-болотные плуги предназначены для первичной вспашки на глубину 30-50 см вновь осваиваемых земель после их осушения и удаления древесно-кустарниковой растительности. Из-за высокой твердости, задерненности и наличия древесных остатков сопротивление таких почв оказывается в 1,5-2 раза больше, чем старопахотных. Поэтому рама 3 (рис.) таких плугов имеет повышенную прочность, а корпус снабжен уширителем 7 полевой доски, сменным долотом и раскосами 6 крепления крыла отвала. Отвал корпуса полувинтовой и оснащен регулируемым пером 5.

В зависимости от условий работы перед корпусом плуга устанавливают дисковый, черенковый или плоский нож с опорной лыжей. Дисковый нож используют на торфяных и рыхлых почвах. Черенковый нож 10 устанавливают на плуге при вспашке почв, засоренных корнями выкорчеванного леса и камнями. Нож посажен на палец лемеха и закреплен натяжным прутком — раскосом 2. Плоский нож 22 устанавливают при обработке заболоченных почв, покрытых густым кустарником высотой до 2 м. Нож позволяет разрезать на полную глубину вспашки пласт, корневища, древесину и ветки кустарника. При этом закрепленная перед ножом лыжа 21 прижимает кустарник к поверхности поля. Положение лыжи регулируется по высоте в зависимости от глубины вспашки. Для наклона кустарника перед корпусом крепят кустоукладчик.

Навесной плуг ПБН-75

Навесной плуг ПБН-75 (рис.) используется для вспашки осушенных земель, заросших кустарником высотой до 2 м, без предварительного его удаления.

Основными составляющими конструкцию плуга являются рама, корпус со сменными лемехами, комплект ножей (черенковый, дисковый, плоский) и опорное колесо с механизмом регулировки. Лемех с приваренным долотом используют с дисковым ножом, а лемех с приваренным пальцем — с черенковым или плоским ножом.

Глубину вспашки устанавливают перемещением по вертикали опорного колеса 6.

Ширина захвата плуга 75 см, глубина вспашки до 35 см, рабочая скорость до 3,1 км/ч. Плуг навешивают на тракторы тягового класса 3.

Прицепной плуг ПКБ-75

Прицепной плуг ПКБ-75 (рис.) используется для вспашки болотистых и суходольных земель, покрытых кустарником высотой до 2 м.

Плуг оснащен корпусом с шириной захвата 75 см, черенковым, дисковым и плоским ножами. Рама опирается на три колеса: два передних 11 и 12 и заднее 2. Колеса имеют широкий обод, уменьшающий их давление на грунт и позволяющий использовать плуг для вспашки переувлажненных участков. Во время работы передние колеса движутся по невспаханной почве, а заднее — по дну борозды. Глубину пахоты устанавливают штурвалом 8 винтового механизма, изменяя положение колес по высоте. К трактору плуг присоединяют прицепным устройством 10.

Плуг поднимают в транспортное положение или опускают в рабочее при помощи гидроцилиндра 7 или механического автомата 9, работающего от левого переднего колеса.

Ширина захвата плуга 75 см, глубина вспашки до 35 см, рабочая скорость до 4,5 км/ч. Его агрегатируют с трактором ДТ-75БВ.

Плантажные плуги

Плантажные плуги используются для предпосадочной подготовки почвы, предназначенной для закладки садов и виноградников, на глубину 40-80 см. Так как такие условия увеличивают нагрузку на рабочие органы, а встречающиеся в почве камни и мелкие абразивные частицы ускоряют их износ, плуги оснащают усиленными корпусами, черенковыми ножами и прочной рамой. К сварной усиленной стойке корпуса прикреплены трапецеидальный лемех 14 (рис.), выдвижное или накладное долото 13, накладка 15, защищающая грудь отвала от истирания, отвал культурного типа и полевая доска 16 с уширителем. Для повышения жесткости конструкции между уширителем и крылом отвала устанавливают распорки.

Для предотвращения образования высоких свальных гребней плантажные плуги регулируют для первого прохода на 1/3 глубины вспашки, для второго на 2/3 и для третьего на полную глубину. У плуга ППУ-50А при первом проходе полевое и бороздное колеса устанавливают на 1/3 глубины обработки, для второго прохода полевое колесо — на 2/3, бороздное — на 1/3 глубины, для третьего прохода полевое колесо — на полную глубину, бороздное — на 1/3. Перед четвертым проходом бороздное колесо устанавливают на полную глубину вспашки.

Прицепной плуг ППУ-50А

Прицепной плуг ППУ-50А используется для вспашки на глубину до 60 см особо тяжелых почв, засоренных камнями. Рама плуга опирается на три колеса: полевое 9, бороздное 12 и заднее 17. На раме установлены основной корпус 1, предплужник 3, механизмы подъема полевого, бороздного и заднего колес, связи полевого колеса с бороздным и задним колесами. На трактор плуг устанавливается с помощью прицепного устройства 10. Механизмом подъема плуг переводят из рабочего положения в транспортное и наоборот. Механизм работает от автомата 11 или двух гидроцилиндров 5. При использовании шестеренно-храпового автомата гидроцилиндры снимают, а на их место устанавливают амортизаторы. Глубину вспашки устанавливают штурвалом 8 механизма полевого колеса. Штурвалом 7 механизма бороздного колеса устраняют поперечный перекос рамы. Тягой 4 механизм полевого колеса связан с механизмом заднего колеса. При регулировке глубины вспашки и переводе плуга в транспортное положение тяга 4 кулаком 6 перемещается вперед и, опуская заднее колесо, поднимает раму плуга.

Ширина захвата плуга 50 см. Его агрегатируют с трактором Т-130. Рабочая скорость агрегата до 2,3 км/ч, производительность 0,17 га/ч.

Садовые плуги

Садовые плуги предназначены для обработки почвы в садах. Особенностью их работы заключается в том, чтобы трактор не повреждал кроны деревьев, находился от них на некотором расстоянии, тогда как плуг — как можно ближе к стволам деревьев, не повреждая их. Садовые плуги бывают, как правило, прицепными и оснащаются секторными прицепами, позволяющими смещать их в сторону от продольной оси симметрии трактора. При этом механизмы колес вписываются в габариты рамы плуга. Межствольные полосы в садах обрабатываются специальными выдвижными секциями, которые отводятся и подводятся с помощью гидроцилиндра.

Прицепной садовый плуг ПС-4-30

Прицепной садовый плуг ПС-4-30 предназначен для обработки почв с удельным сопротивлением до 9 Н/см² в междурядьях садов.

Плуг снабжен специальным секторным прицепом, составленным из телескопической тяги, защелки, сектора, поперечной плиты с отверстиями. Сектор шарнирно соединен с рамой и удерживается в определенном положении гидроцилиндром. Плита закреплена на навеске трактора. Переставляя тягу по сектору и отверстиям плиты, плуг смещают влево или вправо относительно продольной оси трактора на расстояние, позволяющее проводить вспашку под кронами деревьев без въезда трактора в эту зону. Необходимое смещение регулируют в зависимости от размеров кроны, развитости корневой системы и ширины междурядья. Конструкция прицепного устройства позволяет получить максимальное смешение до 2,7 м. С минимальным смещением вправо ПС-4-30 работает как плуг общего назначения.

Устойчивый ход плуга в горизонтальной плоскости нарушается смещением прицепа, так как линия тяги отклоняется от следа центра тяжести плуга. От разворота плуг удерживает заднее колесо, снабженное ребордой и установленное наклонно к дну борозды. Перемещением коленчатой оси заднее колесо устанавливают с поворотом на угол 8° в сторону смещения прицепа. Плуг переводят в транспортное положение с помощью гидроцилиндра.

Глубину хода корпусов до 25 см регулируют болтами, ограничивающими перемещение опорно-ходовых колес. Почву под кронами деревьев обрабатывают на глубину до 15 см без предплужников и дискового ножа. Остальное междурядье вспахивают на глубину до 25 см с предплужником и ножом.

Прицепной садовый плуг ПС-4-30 агрегатируют с трактором ДТ-75. Ширина захвата составляет 1,2 м. Скорость агрегата до 7 км/ч, производительность 0,95 га/ч.

Навесной семикорпусный плуг ПГП-7-40

Навесной семикорпусный плуг ПГП-7-40, снабженный гидропневматическими предохранителями, предназначен для вспашки почв, засоренных камнями и с удельным сопротивлением до 10 Н/см² на глубину до 27 см.

На плоской раме плуга установлены семь корпусов 12 (рис.) шириной захвата 40 см, семь гидроцилиндров 18, пневмогидроаккумулятор 7 (ПГА), масляная магистраль (маслопровод) 8, манометр 4, запорный кран 3 и механизмы переднего и заднего опорных колес. Корпус оснащен Г-образным грядилем 10, стойкой 9, накладным долотом 14, углоснимом 11, трапецеидальным лемехом и отвалом полувинтового типа с пером 13. Каждый корпус присоединен шарнирно грядилем 10 к кронштейну 16, а стойкой 9 к штоку гидроцилиндра 18. Труба гидроцилиндра шарнирами закреплена на кронштейне 17. Кронштейны 16 и 17 приварены к основной балке рамы плуга. Рабочие полости гидроцилиндров подключены гибкими маслопроводами 2 к масляной магистрали 8, соединенной с пневмогидроаккумулятором 7. Аккумулятор состоит из цилиндра и плавающего поршня 5, разделяющего внутреннюю полость цилиндра на две части. Верхняя полость заполнена сжатым газом, нижняя — рабочей жидкостью гидросистемы трактора.

Во процессе работы (рис., I) все корпуса удерживаются от выглубления давлением газа, находящегося в газовой полости ПГА. При наезде на препятствие 15 (рис., II) сопротивление перемещению корпуса в почве возрастает, корпус при этом выглубляется и смещает плунжер гидроцилиндра 18. Рабочая жидкость вытесняется в ПГА, перемещает поршень 5, газ дополнительно сжимается, т. е. в ПГА аккумулируется энергия. Эта энергия затем используется для автоматического возвращения корпуса в рабочее положение после обхода препятствия.

Пневмогидросистему настраивают на рабочее давление как при помощи гидросистемы трактора, так и путем изменения давления зарядки газа. Газовую полость ПГА заряжают азотом из специального баллона, подключив его к штуцеру 6. По окончании зарядки баллон отсоединяют, а штуцер закрывают пробкой. Для зарядки ПГА маслом магистраль 8 через запорный кран 3 гибким маслопроводом 7 соединяют с гидросистемой трактора. По окончании зарядки кран 3 закрывают. Давление зарядки контролируют манометром 4. При работе на легких почвах рекомендуется устанавливать давление 6-9 МПа, на тяжелых — 9-11 МПа.

Лесные плуги

Лесные плуги предназначены для полосной обработки почвы под посадку и посев лесных культур на свежих или старых вырубках, гарях, а также для насаждения противопожарных минерализованных полос. Рабочая поверхность плужного корпуса обеспечивает подъем пласта, полный его оборот и укладку в виде непрерывной ленты по бокам борозды. Как правило, лесные плуги имеют один или два корпуса с шириной захвата 45, 75, 100 и 120 см. Впереди корпуса устанавливают черенковый или дисковый нож.

Ротационные плуги

Ротационные плуги используются для обработки тяжелых и переувлажненных почв на глубину до 30 см. Рабочий орган ротационного плуга (рис.) представляет собой барабан с Г-образными ножами 2, закрепленными на дисках 3 таким образом, чтобы горизонтальные лезвия двух соседних ножей были обращены навстречу один другому (рис., вид А). Барабан приводится в движение от вала отбора мощности трактора. Ножи отрезают клиновидные пласты.

На корпусе 7 закреплены отражатели 4. При вращении барабана лопатки 5 отражателей периодически входят в промежуток между ножами и сбрасывают с полок ножей пласты почвы. В отличие от фрез ротационные плуги укладывают отрезанные пласты в борозды с частичным их оборотом. Кроме того, они работают на более низких оборотах и большими подачами (до 25 см) на нож. Поэтому ротационные плуги крошат пласт и перемешивают почву менее интенсивно, чем фрезы.

Навесной плуг ПТН-3-40

Навесной плуг ПТН-3-40 используется для вспашки солонцовых почв с удельным сопротивлением до 13 Н/см², а также для обработки каштановых почв с обесструктуренным (распыленным) верхним слоем.

Плуг оснащается тремя корпусами 12, 14 и 16 (рис., I) для обработки верхнего яруса и тремя корпусами 13, 15 и 17 для обработки нижнего яруса почвы. Корпуса установлены на раме парами таким образом, чтобы корпус верхнего яруса шел впереди, а корпус нижнего яруса — вслед за ним. Ширина захвата одного корпуса 40 см. Впереди корпусов 12, 14 и 16 установлены черенковые ножи 11. Корпуса нижнего яруса снабжены укороченными и удлиненными отвалами. Стойки корпусов верхнего яруса могут переставляться по высоте, изменяя толщину подрезаемого пласта в интервале 15-25 см. Глубину хода корпусов нижнего яруса до 40 см регулируют винтовыми механизмами 1 и 5. Совместной регулировкой всех корпусов изменяют соотношение между толщиной пластов нижнего и верхнего ярусов.

Для вспашки солонцовых почв (рис., II) корпуса 13, 15 м 17 оборудуют укороченными отвалами, а глубину хода корпусов 12, 14 и 16 регулируют на подрезание верхнего плодородного слоя. В этом случае идущий впереди корпус каждой пары подрезает верхний слой I, оборачивает его и укладывает в открытую борозду сверху на слой II/III, взрыхленный за предыдущий проход корпусом нижнего яруса. Следующий за первым корпус нижнего яруса подрезает третий, карбонатный, слой III и лежащий на нем солонцовый слой II, сбрасывает их с укороченного отвала и перемешивает между собой.

Для обработки почв с обесструктуренным верхним слоем I (рис., III) на корпуса 13, 15 и 17 устанавливают удлиненные отвалы. В этом случае корпуса 12, 14 и 16 подрезают верхний слой I и сбрасывают его в открытую борозду, а корпуса 13, 15 и 17 подрезают нижний слой II, поднимают его и укладывают сверху на слой I. Такую вспашка может применяться для борьбы с сорняками, которые заделываются в нижние слои почвы и погибают.

Плуг ПТН-3-40 агрегатируют с трактором К-701. Ширина захвата плуга 1,2 м, рабочая скорость агрегата до 9 км/ч, производительность 0,8 га/ч.

Навесной плуг ПД-3-35

Навесной плуг ПД-3-35 используется для двухъярусной вспашки почв под хлопчатник на глубину до 40 см, обеспечивая при этом полную заделку растительных остатков, семян сорных растений и зимующих вредителей.

На раме плуга установлены четыре корпуса 19 (рис. выше, IV) верхнего и четыре корпуса 18 нижнего ярусов. Ширина захвата каждого корпуса составляет 35 см. Отвалы корпусов верхнего яруса полувинтовые, корпусов нижнего яруса — культурные. Корпус верхнего яруса смещен влево относительно расположенного за ним корпуса нижнего яруса на расстояние x. Такая пара плужных корпусов образует секцию. Корпус верхнего яруса закрепляют с правой или левой стороны брусьев рамы плуга. В первом случае поперечное смещение x корпусов составляет 65 мм, во втором — 130 мм. При большом количестве растительных остатков, корпус устанавливают с большим смещением, на чистом поле — с меньшим.

Передний верхний корпус 19 вырезает пласт I и сбрасывает его с оборотом на дно борозды. Идущий следом нижний корпус 18 вырезает пласт II и с оборотом укладывает его на пласт I.
Глубину хода верхних корпусов (10, 15 или 20 см) регулируют, перемещая их стойки по вертикали. Глубина хода нижних корпусов (максимально 40 см) зависит от положения опорного колеса.

Ширина захвата плуга 1,05 м, производительность агрегата 0,5 га/ч.

Навесные плуги ПНЯ-6-40 и ПНЯ-4-40

Навесные плуги ПНЯ-6-40 и ПНЯ-4-40 используются для вспашки почв под сахарную свеклу и технические культуры на глубину до 35 см.

Плуг ПНЯ-6-40 оснащен шестью парами корпусов. В корпусах верхнего яруса применяются полувинтовые отвалы, в корпусах нижнего яруса — культурные. Перед задним корпусом устанавливается дисковый нож. Расстановка корпусов и рабочий процесс вспашки аналогичны плугу ПТН-3-40. Отличие заключается в том, что корпуса нижнего яруса укладывают пласт II с оборотом.

Плуг агрегатируют с трактором К-701. Ширина захвата плуга 2,4 или 2 м, рабочая скорость агрегата до 8,1 км/ч, производительность 1,59 га/ч.

Плуг ПНЯ-4-40 оснащен четырьмя парами корпусов. Расстановка корпусов и рабочий процесс аналогичны плугу ПД-3-35.

Машина МСП-2

Машина МСП-2 используется для ярусной вспашки солонцовых почв. Каждый из двух комбинированных рабочих органов оснащен плоскорежущей лапой 10 (рис.), фрезой 9, двумя прижимными 11 и двумя прикатывающими катками. Фреза приводится во вращение от ВОМ трактора через редуктор 4 и цепную передачу, смонтированную в полой стойке 5.

Во процессе работы плоскорежущая лапа подрезает почвенный пласт на глубине залегания карбонатного слоя III, приподнимает его, деформирует и рыхлит на всю толщину. При сходе с лемехов лапы 10 пласт попадает под фрезу 9, ножи которой измельчают и перемешивают солонцовый II и карбонатный III слои. Верхний плодородный слой 1 при такой обработке рыхлится и остается на месте. Катки 8 уплотняют почву. Глубину хода лапы (до 40 см) регулируется перемещением опорных колес 1 с помощью механизма 3.

Машину агрегатируют с трактором К-701. Ширина ее захвата 2 м, рабочая скорость до 7,1 км/ч, производительность 0,8-1 га/ч.

Навесные плуги-рыхлители ПРПВ-5-50 и ПРПВ-8-50

Навесные плуги-рыхлители ПРПВ-5-50 и ПРПВ-8-50 используются для безотвальной обработки почвы на глубину до 40 см с одновременным рыхлением пахотного и подпахотного горизонтов.

Рама, навеска, опорные колеса с механизмом регулирования глубины обработки почвы и прицепка для борон выполнены по типу плугов общего назначения. Отличие их заключается лишь в особой конструкции рабочих органов. Плуги оснащены рыхлительными корпусами и дисковыми ножами с рифленой режущей кромкой, которые установлены парами на раме 4 (рис., I). Стойка 11 корпуса изогнута, ее нижняя (рабочая) часть наклонена в продольно- и поперечно-вертикальной плоскостях к горизонтали под острым углом. Угол наклона в поперечно-вертикальной плоскости составляет 45°. К стойке жестко прикреплены лемеха 6, башмак 8, сменное долото 7 и полевая доска 9. Сзади со стойкой на шарнирной подвеске соединена рыхлительная пластина 10. Перед каждой стойкой наклонно установлен дисковый нож 5, плоскость вращения которого совпадает с плоскостью резания лемехов 6.

При движении плуга нож разрезает верхнюю задерненную часть пласта по линии движения стойки и предотвращает чрезмерное разрушение дернины. Вырезанный ножом и лемехами ромбовидный почвенный пласт деформируется стойкой и рыхлительной пластиной в продольной и поперечной плоскостях. Возникающие при этом напряжения изгиба и растяжения способствуют более интенсивному крошению пласта. При сходе пласта с пластины 10 и стойки 11 происходит его дополнительное крошение от удара при падении в борозду. При этом перемешивание и вынос на поверхность почвенных агрегатов исключаются. Степень рыхления регулируется изменением наклона рыхлительных пластин, расстояния между корпусами и скоростью движения плуга.

Плуг ПРПВ-5-50 может агрегатироваться с трактором Т-150К, ПРПВ-8-50 — с трактором К-701. Ширина захвата плугов соответственно 2,5 и 4 м.

Плуги-рыхлители ПБ-5 и ПБ-9

Плуги-рыхлители ПБ-5 и ПБ-9 используются для безотвальной обработки почв на глубину до 35 см.

Рабочим органом плугов ПБ-5 и ПБ-9 является рыхлительная стойка 12 (рис. выше, II), которая состоит из прямолинейной и криволинейной частей. Стойка обеспечивает рыхление пахотного слоя почвы с сохранением стерни и растительных остатков. Рыхлительные стойки (рис. выше, III) устанавливаются на плугах общего назначения.

Плуг ПБ-5 может агрегатироваться с тракторами класса 3, ПБ-9 — с тракторами класса 5.

Чизельный плуг-глубокорыхлитель ПЧ-4,5 и ПЧ-2,5

Чизельный плуг-глубокорыхлитель ПЧ-4,5 используется для рыхления почв по отвальным и безотвальным фонам с углублением пахотного горизонта, безотвальной обработки почвы взамен зяблевой и весенней вспашек, глубокого рыхления почвы на склонах и паровых полях.

Конструкция плуга состоит из треугольной рамы 4 (рис.), рабочих органов — рыхлителей 7, опорных колес 2, регулятора 5 глубины обработки, навески 3 и подставки. На раме плуга имеется возможность дополнительно установить девять или одиннадцать рыхлителей.

Составные части рыхлителя: стойка 6, обтекатель 7, долото 8 шириной 60 мм или стрельчатая лапа 9 захватом 270 мм. Долото крепится к стойке рыхлителя осью со шплинтом, а стрельчатая лапа — болтами. Долотообразные рыхлители разрыхляют уплотненную плужную подошву, образующуюся после вспашки лемешными плугами на глубину до 45 см. Стрельчатые лапы применяются для рыхления тяжелых почв на глубину до 30 см с одновременным подрезанием сорной растительности.

Шаг расстановки рыхлителей определяется глубиной обработки. Глубину хода рыхлителей устанавливают вращением винта регулятора 5, который изменяет положение колес по высоте. Чизельную вспашку в зависимости от плотности почвы выполняют в несколько проходов. Для дополнительного крошения верхнего слоя почвы и выравнивания поверхности поля к плугу присоединяют бороны или специальное приспособление ПСТ-4,5, состоящее из бруса с валом и закрепленных на нем ножевидных рыхлителей.

Ширина захвата плуга-глубокорыхлителя ПЧ-4,5 равна 4,5 м, рабочая скорость — до 6 км/ч, производительность — 3,2 га/ч. Агрегатировать рекомендуется с тракторами К-700 и К-701.

Чизельный плуг ПЧ-2,5 имеет ширину захвата 2,5 м и обычно агрегатируется с тракторами Т-150, Т-150К.

Полунавесной плуг-лущильник ППЛ-10-25

Рама плуга ППЛ-10-25 состоит из передней и задней секций, шарнирно соединенных пальцами. В месте соединения двух рам закреплена П-образная ось с двумя ходовыми пневматическими колесами и винтовым механизмом, с помощью которого регулируется глубина обработки почвы средних корпусов. Для установки на заданную глубину первого и последнего корпусов используются два опорных колеса в начале и в конце рамы. На прицепе плуга-лущильника установлен выносной гидроцилиндр, кинематически связанный с механизмом ходовых колес. При переводе плуга в транспортное положение колеса подкатываются под раму и приподнимают переднюю и заднюю части лущильника с помощью тяг.

Па почвах с неглубоким плодородным слоем плуги-лущильники могут заменять плуги. Такая вспашка выгодно отличается от плоскорезной обработки тем, что уничтожается больше сорняков. Однако она должна проводится одновременно с предпосевной подготовкой почвы (если она не на зябь) и даже вместе с посевом.