Почвообрабатывающие орудия с дисковыми рабочими органами получили широкое распространение, как в сельском, так и в лесном хозяйстве. Это объясняется тем, что диски обеспечивают интенсивное резание растительных остатков, находящихся на поверхности почвы, имеют низкую забиваемость, обеспечивают интенсивное крошение почвенного пласта и высокую проходимость в условиях наличия препятствий. Последнее достоинство становится особенно актуальным при работе в условиях каменистых почв и нераскорчеванных лесных вырубок. В полной мере высокая проходимость дисковых рабочих органов может быть реализована только при их упругом индивидуальном креплении к раме орудия, посредством предохранительных механизмов [1].

Однако при выборе дисковых рабочих органов для работы в условиях каменистых почв и нераскорчеванных лесных вырубок возникают следующие вопросы: какие типы дисков наилучшим образом приспособлены к подобным условиям, какие типы дисков могут устанавливаться на индивидуальных стойках, и какие типы дисков обеспечивает требуемые качественные показатели. Для этогопроанализируем конструкции дисковых рабочих органов с целью выявления наиболее приемлемых вариантов оснащения орудий, эксплуатируемых в подобных условиях.

Классифицируем дисковые рабочие органы по их типу (рис. 1).

 

Рис. 1. Классификация дисковых рабочих органов почвообрабатывающих орудий

 

Наиболее распространенным и универсальным типом дисков являются сферические диски. Рассмотрим основные варианты их исполнения.

Диски со сплошным лезвием наиболее полно перерезают растительные остатки, но при определенных условиях (повышенные влажность и глубина обработки почвы) легче забиваются из-за появления явления протаскивания с потерей оборотов (рис.2, а).

Вырезные диски даже при относительно небольших диаметрах более надежно захватывают стебли растений и перерезают их или переступают через них, легче заглубляются в почву и более постоянно находятся в зацеплении с плотным дном борозды, что способствует сохранению оборотов диска, следовательно, и исключению явления протаскивания и забивания орудий почвой и растительными остатками. Форма и размеры вырезов дисков бывают разные в зависимости от условий работы [2, 3].

Диски с вырезами по периферии получили название «ромашка». Первые диски типа «ромашка» устанавливались на боронах батарейного типа БДТ-7, БДТ- 3 и др. и имели вырезы трапецеидальной формы (рис. 2, б).

Дальнейшим развитием конструкции диска с трапецеидальными вырезами по режущей кромке является корончатый диск (рис. 2, в). Его геотермия обеспечивает более глубокое проникновение в почву и улучшает резание растительности за счет увеличения скольжения [5].

 

 

 

Рис. 2. Сферические диски: а – с гладкой режущей кромкой;

б – с трапецеидальными вырезами;в – с корончатыми вырезами

Впоследствии появились диски с вырезами полукруглой формы разных размеров. Диски с вырезами большего размера с углублением в диск до 30...60 мм (рис.3,а) предназначены для измельчения растительных остатков и обеспечения более надежного сцепления с почвой. Вырезы на дисках глубиной до 30 мм (рис.3,б) предназначены для обеспечения более надежного вращения диска[7]. Диски с большим радиусом выреза (рис.3, в) обеспечивают надежный захват растительных остатков, но их резание осуществляется с малым скольжением, что увеличивает процент «перешагиваний»[4].

 

 

 

Рис. 3. Сферические диски с полукруглыми вырезами по режущей кромке:

а –с вырезами глубиной до 60 мм;б – с вырезами глубиной до 30 мм;

в– с вырезами большого диаметра

 

В целях обеспечения более надежного вращения диска в соответствии с поступательной скоростью агрегата и перерезаниястеблей растительности (травянистые растения, молодая древесная поросль и др.) диски должны иметь ассиметричные вырезы, обеспечивающие резание со скольжением (рис. 4)[1]. Эти диски имеют вырезы, ориентированные в сторону центра диска, причем одна сторона выреза до его вершины выполнена радиально по прямой линии, другая часть выреза, сопрягаясь с радиусом диска, образует линию, обеспечивающую резание со скольжением стеблей растений, попадающих в вырез. Таким образом, наличие конструктивных элементов в виде ассиметричныхвырезов на кромке диска позволяет захватить и зафиксировать стебли растительности в почве, обеспечить их резание (рис. 4, а)[7].

С подобными вырезами большого размера изготовляются серповидные диски для тяжелой бороны БДТ (рис. 4, б) [5].

 

Рис. 4. Сферические диски с ассиметричными вырезами:

а – с малыми вырезами; б – рубящий диск;в – диск ФЛЕО-ФЛЕО

Аналогична конструкция дисков «ФЛЕО-ФЛЕО» фирмы «Quivogne» применяемым для обработки почвы на глубину до 20 см и измельчения грубостебельных пожнивных остатков и кустарниковых растений (рис. 4, в)[6].

Рассмотрим несколько типов дисков с геометрией отличной от сферы.

Диски с плоской режущей кромкой (рис. 5, а) снижают затылочное давление задней поверхности диска на борозду, что положительно сказывается на качестве работы, но только при малых углах атаки. Изменение геометрии ведет к усложнению процесса изготовления и некоторому снижению прочности [4].

Интерес представляют диски конической формы (рис. 5, б). У них всегда сохраняется рабочий угол (угол наклона к горизонтали касательной к поверхности диска) при износе. Такие диски легко заглубляются в почву, но плохо крошат почву по мере увеличения глубины еёобработки.

Поэтому конические диски в сочетании с другими рабочими органами с повышенными крошащими свойствами показывают хорошие результаты. Диски диаметром 430 мм широко применяются на дисковых боронах Carrier и в комбинированных агрегатах фирмы Vaderstad (Швеция), атакже на боронах Qualidisk фирмы KvernelandGroup диаметром 573 мм [7].

 

 

 

 

а – с плоской режущей кромкой; б – конический;в – с переменным радиусом сферы

Другой вариант снижения затылочного давление выпуклой поверхности диска на борозду с одновременным повышением степени крошения почвы, это применение дисков с радиусом сферы изменяющимся от лезвия диска к его центру (рис. 5, в).

У такого диска, с внутренней стороны, периферийная часть сферы диска на участке максимального заглубления в почву выполнена по большому радиусу, а далее к центру уменьшается. При этом наружная поверхность сферы выполнена по большему радиусу, что позволяет снизить затылочное давление. Использование подобной конструкции позволяет обеспечить высокие качественные показатели обработки почвы, но в тоже время ведет к усложнению конструкции и увеличению ее веса [7].

Применение дисков подобной конструкции направленно на решение проблемы высокого затылочного давление выпуклой поверхности диска на борозду при малых углах атаки. Однако, при индивидуальном упругом креплении рабочих органов к раме орудия, для обеспечения перекрытия рабочих органов применяют значительные углы атаки в 20…35°, что само по себе снимает эту проблему. Большие углы атаки наиболее свойственны лесным орудиям, так-как из-за специфики условий применения не используется расположение рабочих органов более чем в два ряда.

На основе проведенного анализа конструкций дисковых рабочих органов можно сделать вывод, что наиболее подходящими для орудий с индивидуальным упругим креплением рабочих органов к раме, эксплуатируемых в тяжелых условиях каменистых почв и вырубок будут сферические диски. При этом в условиях преобладания травянистой растительности рационально использовать диски со сплошным лезвием и вырезами полукруглой формы глубиной до 30 мм, так они обладают высокой прочностью и простотой конструкции. При необходимости подавления кустарниковой растительности и поросли древесных растений наиболее применимы диски с корончатой формой зуба и диски с ассиметричной формой выреза, так как они обеспечивают наиболее эффективное резание стеблей нежелательной растительности и обеспечивают стабильное вращение сферического диска.

Рецензенты:

Афоничев Д.Н., д.т.н., заведующий кафедрой электротехники и автоматики, профессор Воронежского государственного аграрного университета императора Петра I, г. Воронеж; Попиков П.И., д.т.н., профессор кафедры механизации лесного хозяйства Воронежской государственной лесотехнической академии, г. Воронеж.