Параметры и режимы работы предохранительно-копирующего механизма тяжелой дисковой бороны

ХХУ1 съезд КПСС поставил задачу продолжать техническое перевооружение сельского хозяйства /I/. Дисковые почвообрабатывающие машины в настоящее время находят широкое применение для возделывания различных сельскохозяйственных культур, в том числе и по индустриальным технологиям. В Продовольственной программе СССР на период до 1990 года, принятой на майском 1982 г. Пленуме ЦК КПСС, поставлена задача: «Ускоренно развивать производственные мощности и организовать выпуск в необходимом количестве для сельского хозяйства:. комбинированных агрегатов, тяжелых дисковых орудий, сеялок точного высева, свеклопогрузчиков и иной техники, необходимой для внедрения индустриальных технологий возделывания сахарной свеклы, кукурузы, картофеля, овощей и других сельскохозяйственных культур» /2/.

На засоренных камнями почвах применение тяжелой дисковой бороны ВДТ-7,0, предназначенной для агрегатирования с тракторами T-I5CK и «Кировец», невозможно из-за выхода ее из строя вследствие поломок, вызванных наездом на камни. В настоящее время в связи с необходимостью снижения трудозатрат в Нечерноземной зоне РС&СР тракторы «Кировец» получают все большее распространение. Простой агрегата с дорогостоящим трактором, вызванный поломками рабочих органов от оказавшегося в почве препятствия, соизмерим с увеличением цены орудия, вызванным наличием в нем предохранительных устройств. Тяжелые дисковые бороны с предохранительными устройствами найдут применение в таких зонах страны, как Прибалтика, Белоруссия, Нечерноземная зона Р (ЖЗР, Северный Кавказ и Закавказье, где площадь засоренных камнями сельхозугодий составляет около 10 млн. га /3/.

В данной работе обоснованы параметры и режимы работы предохранительного механизма секции широкозахватной тяжелой дисковой 1 бороны. Определены силы, действующие при ударе диска о препятствие и обходе препятствия. Показано, что наиболее опасными являются силы, действующие на диск при обходе препятствия.

Обоснована силовая характеристика предохранительного механизма, позволяющая секции дисков копировать профиль поверхности поля, срезая при этом микронеровности, отклоняться при столкновении с препятствием, заглубляться после обхода препятствия, оставляя огрех определенной длины.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧА ИССЛЕДОВАНИЙ.

I.I. Особенности использования дисковых почвообрабатывающих машин на засоренных камнями почвах.

Дисковые почвообрабатывающие машины в настоящее время находят широкое применение. Например, В. Ф. Стрельбицкий /4/ указывает, что дисковые тяжелые болотные бороны предназначены для разработки пластов после вспашки целинных земель, особенно на суходольных и болотных почвах — их успешно применяют при освоении и улучшении лугов и пастбищ — широко используют для обработки тяжелых почв после уборки пропашных и зерновых культур, частодля основной обработки почв вместо отвальной пахоты. В условиях Нечерноземной зоны РСФСР дискованием можно создать благоприятные условия для прорастания семян сорняков и их дальнейшего уничтожения, добиться угнетения сорных растений и прекращения их вегетации, сохранить и накопить влагу в пахотном слое, измельчить глыбы и заделать стерню и другие пожнивные остатки, а также заделать в почву удобрения. В отдельных случаях лущением и дискованием заменяют вспашку /5/.

При работе на засоренных камнями почвах рабочие органы почвообрабатывающих машин наезжают на камни и если они не оснащены предохранителями, то могут произойти поломки рабочих органов. Исследования, проведенные G-.G-ebtcbff /6/, Х. Г. Тамнетсом /7/, И. М. Пановым /8,9/, показали, что при столкновении с камнями на рабочие органы почвообрабатывающих машин действуют нагрузки, колеблющиеся от 2,5 до десяти кратных значений тягового сопротивления орудия. По данным А. Г. Параева /10/ ударные нагрузки в 20−30 раз превосходят средние, действующие на рабочие органы на незасоренных камнями почвах. Дисковые почвообрабатывающие орудия менее подвержены такого рода поломкам, т.к. они могут перекатываться через препятствия /II/. Но в последние годы вследствие появления скоростных энергонасыщенных тракторов возросли рабочие скорости, а из-за увеличения ширины захвата возросла масса почвообрабатывающих машин. По данным М. С. Кринко /12/, влияние засоренности полей камнями особенно сильно сказывается на скоростях свыше 8 км/ч. Применение тяжелой дисковой бороны ВДТ-7,0 на засоренных камнями почвах запрещено заводской инструкцией /13/. Для работы на засоренных камнями почвах эта машина нуждается в оснащении предохранительными устройствами, защищающими дисковые секции от перегрузок при наезде на камни /14,15,16,17/. За рубежом в настоящее время выпускаются дисковые почвообрабатывающие машины с предохранителями рабочих органов. Для обработки почв, засоренных камнями и древесными остатками, фирма Массей-Фергюс-сон СМ выпускает лущильники, у которых каждый диск шарнирно присоединен к раме и удерживается в рабочем положении мощной витой пружиной. При наезде на камень или другое препятствие диск выходит из рабочего положения и поломка его предотвращается /4/. В Австралии фирмой Джон Ширер выпускается дисковый плуг с максимальной шириной захвата 6,5 м, каждый диск которого удерживается в рабочем положении гидроцилиндром. Изменяя давление в масляных магистралях этих гидроцилиндров, можно приспосабливаться к различным почвенным условиям /18,19/•.

В Советском Союзе почвы, засоренные камнями, занимают значительные площади. Кроме горных районов, засоренные камнями почвы сосредоточены в Северо-Западном регионе СССР, в которую входят Ленинградская, Псковская, Новгородская, Вологодская, Архангельская, Мурманская и Калининградская области РСЖ1Р, Карельская.

АССР, Коми АССР, Эстонская, Латвийская и Литовская ССР. В этом регионе насчитывается 7 млн. га пашни и сенокосов, засоренных камнями /3/. В настоящее время ведутся широкие работы по очистке полей от камней. Но удаление скрытых камней затруднено, 1фоме того, из-за расширения почвы при замерзании и постепенного ее оттаивания весной камни, находящиеся на глубине промерзания, постепенно «всплывают» в пахотный слой, а затем и на поверхность почвы. Так, по наблюдениям М. Г. Догановского /20/, в одном из хозяйств Волосовского района Ленинградской области, после удаления кашей с поля площадью 3,9 га, осталось более 40 потайных камней.

Таким образом, тяжелые дисковые бороны, предназначенные для работы на почвах, засоренных камнями, в агрегате с энергонасыщенными скоростными тракторами необходимо оснащать предохранительными устройствами дисковых секций, которые позволяли бы защитить диски секций от поломок при соударении с камнями.

1.2. Выбор типа предохранителя секций тяжелой дисковой бороны.

И.М. Панов в своих работах /21/ приводит следующие способы предохранения орудий от поломок.

1. Увеличение прочности орудия.

2. Снижение силы тяги трактора в момент удара орудия о препятствие посредством выключения муфты сцепления, выключения системы зажигания и уменьшения силы сцепления с почвой ведущих колес.

3. Автоматическое отцепление орудия от трактора при встрече орудия с аварийным препятствием.

4. Установка амортизатора между трактором и орудием, с помощью которого при наезде орудия на препятствие погашается кинетическая энергия трактора и происходит его остановка. i.

5. Выглубление орудия из рабочего положения для обхода препятствия.

6. Индивидуальные предохранители, установленные на стойках рабочих органов, которые позволяют рабочим органам выглубляться из почвы при наезде на препятствие.

Из анализа, проведенного И. М. Пановым, можно сделать вывод, что для почвообрабатывающих орудий, имеющих значительную массу и большое количество рабочих органов, целесообразно применение индивидуальных предохранителей. Для индивидуальных предохранителей разработана классификация (рис. I.I.) /22/.

Г. Н. Синеоков /23/ выделяет тросовые предохранители в группу индивидуальных предохранителей двухстороннего действия, включает в эту группу вальковые предохранители и указывает, что применение такого типа предохранителей невозможно, например, на плугах с числом корпусов более 5.

Анализируя работу культиваторов с индивидуальными предохранителями, И. М. Панов /9,22/ пришел фыводу, что наиболее перспективными являются автоматические предохранители, т.к. применение неавтоматических предохранителей требует больших затрат времени на приведение рабочих органов в рабочее положение после обхода препятствия.

Н.Г. Параев /24/, на основании расчета силы соударения, пришел к выводу, что с ростом скоростей необходимо применять индивидуальные предохранители. И. К. Захаров, Г. Н. Чирков, Л. Х. Ким. /25/ приводят классификацию индивидуальных предохранителей автоматического действия (рис. 1.2.) .Из приведенного ими анализа следует, что для почвообрабатывающих машин, имеющих значительную массу и большое количество рабочих органов, наиболее перспектив.

Индивидуальные предохранители автоматического действия неавтоматического действия штифтовые фрикционные.

Рис. I.I. Классификация индивидуальных предохранителей рабочих органов культиваторов (по И.М. Панову).

Рис. 1.2. Классификация индивидуальных предохранителей автоматического действия (по И. К. Захарову, Г. Н. Чиркову, Л.Х. Киму) тивными являются индивидуальные автоматические предохранители.

Э.В. Блоштейн /26/ считает, что лучшим для плугов является комбинированный пневмогидравлический либо гидромеханический индивидуальный предохранитель, обеспечивающий простоту и надежность в эксплуатации, а также снижение металлоемкости многокорпусных плугов при работе на засоренных камнями почвах.

И.М. Панов делает вывод, что гидравлические предохранители целесообразно применять там, где надо обеспечить значительную величину усилия срабатывания и усилия, возвращающего рабочий орган в рабочее положение.

Автоматический предохранитель можно выполнять по двум схемам /27/:

— с поворотом рабочего органа при ударе о камень вокруг шарнира ;

— с подъемом рабочего органа под действием возрастающей нагрузки параллельно самому себе.

К недостаткам первого способа автор относит то, что в момент обхода корпусом препятствия он поворачивается самым опасным, по условию прочности, сечением, плохо заглубляется, оставляет значительные огрехи. Применение схемы предохранителя, при котором рабочий орган выглубляется при встрече с препятствием параллельно самому себе требует сложной конструкции. Для дисковых рабочих органов эта схема не имеет преимуществ, поскольку диск круглый.

Таким образом, предохранитель секции тяжелой дисковой бороны должен быть автоматическим гидропневматическим и обход препятствия должен осуществляться поворотом секции вокруг шарнира. Выбор автоматического гидропневматического предохранителя с общим аккумялятором основан на следующих соображениях. Силы, действующие на секцию тяжелой дисковой бороны в процессе работы, сопоставимы с силами, действующими на корпуса плугов, и достигают * 3,3 кН/м /4/. На плугах наибольшее распространение получили имен* но гидропневматические предохранители. Для агрегатирования с энергонасыщенными тракторами требуются бороны большой ширины захвата и, соответственно, с большим количеством секций. Следовательно, целесообразно применить общий гидропневмоаккумулятор. Кроме того, вероятность встречи с камнем секции бороны выше, чем корпуса плуга или лапы культиватора, что требует повышенной надежности предохранителя в работе. А гидропневматические аккумуляторы надежнее и проще в эксплуатации, чем гидромеханические.

В настоящее время промышленность выпускает плуги, оснащенные автоматическими гидропневматичесшши с общим гидропневмоаккумуля-тором предохранителями. В существующих работах достаточно полно разработаны такие вопросы, как выбор объема гидропневмоаккумуля-тора, диаметра масляных магистралей и т. д. Следовательно, в настоящей работе требуется обосновать параметры предохранительного механизма, связанные именно с применением на тяжелой дисковой бороне.

вывода И ПРЕДЛОЖЕНИЯ.

1. Анализ существующих средств защиты рабочих органов показал, что для тяжелых дисковых борон в настоящее время целесообразно применение автоматических гидропневматических предохранителей с общим аккумулятором. Отклонение секции для обхода препятствия должно осуществляться за счет поворота относительно шарнира, соединяющего секцию с рамой бороны.

2. Определена закономерность изменения сил, действующих со стороны почвы на секцию дисков в процессе ее заглубления.

3. Установлено, что предохранительный механизм секции не должен иметь фиксированного рабочего положения. Силовая характеристика такого предохранительного механизма должна быть растущей при выглублении секции.

4. Обоснована силовая характеристика, обеспечивающая копирование профиля поверхности поля секцией с предохранительным механизмом, не имеющим фиксированного рабочего положения, и заглубление секции после обхода препятствия. При этом отклонения глубины не превышают допустимых по агротехническим требованиям, а огрехдопустимых размеров.

5. Теоретически и экспериментально установлено, что усилия, действующие со стороны препятствия на диск, зависят от скорости дисковального агрегата, высоты препятствия, величины нагрузки со стороны гидроцилиндра предохранителя, момента инерции секции относительно шарниров подвески, коэффициента трения диска о препятствие и величины угла между вертикалью и отрезком, соединяющим центр дисков и шарниры подвески секции. Составлены уравнения, отображающие эти зависимости.

6. При проектировании предохранительного механизма секции надо стремиться к тому, чтобы угол между вертикалью и отрезком, (Соединяющим центр дисков и шарниры подвески секции, был равен углу между горизонталью и отрезком, соединяющим центр дисков и точку, соприкосновения диска и препятствия. При этом диски секции должны иметь возможность подняться на 0,3 м от рабочего положения вверх и опуститься на 0,1 м от рабочего положения вниз.

7. Наиболее опасными для прочности диска являются силы, действующие на него при обходе препятствия.

8. Наиболее слабым элементом диска является основание зуба. Для увеличения его прочности следует принять профиль впадины, образованный окружностью или другой плавной кривой.

9. Копирующая способность бороны зависит от давления масла в гидросистеме предохранителя, которое должно выбираться с учетом массы бороны и балласта.

10. Определена оптимальная рабочая скорость, обеспечивающая максимальную производительность агрегата за час основного времени при соответствующей ширине захвата.

11. В конструкции бороны необходимо предусмотреть элементы, препятствующие самопроизвольной установке дисков секции зубьями по одной линии.

12. Годовой экономический эффект на одну борону составляет для 7-метровой бороны 336 руб., для 10-метровой — 356 руб.