Неравномерный износ рабочих органов почвообрабатывающих машин обусловлен прежде всего разным удельным давлением почвы на поверхность рабочего органа в различных ее точках, а также зависит от скорости скольжения и ускорения контактирующих частиц.
Установлено [53], что при пахоте супесчаной почвы влажностью 10–14% удельное давление на рабочей поверхности лемеха распределяется неравномерно и составляет в зоне носка около 60 колебаний на. 1 м пути. Максимальные значения давления в нижней части зоны носка при скорости 1,4 м/сек на глубине 22 см достигают 16–18 кГ/.см2. Среднее давление 4,34 кГ/см2. Наибольшее давление испытывает носовая часть лемеха. Средние давления в зоне носка в 4,6–12,8 раза больше среднего давления в его центральной части. Наиболее чувствительна к изменению режима пахоты зона носка лемеха.
Увеличение скорости или глубины пахоты приводит к резкому росту давления в нижней части носка лемеха и перераспределению его в других местах. Наличие предплужника или дискового ножа облегчает работу центральной части носка лемеха. Местам наибольшего давления соответствует наибольший износ.
Таблица 1. Удельные давления на лемехе при различной глубине и скорости пахоты
| Скорость (м/сек) | Глубина пахоты (см) | Среднее удельное давление (кГ/см2) | рн рср.n | Общая сила тяги плуга (кГ) | |
| в зоне носка | на пятке и средней части лемеха рср.n | ||||
| С предплужником | |||||
| 0,8 | 1,16 | 0,20 | 5,9 | ||
| 1,1 | 1,54 | 0,24 | 6,4 | ||
| 1,4 | 1,77 | 0,14 | 12,8 | ||
| 0,8 | 0,84 | 0,18 | 4,6 | ||
| 0,8 | 1,49 | 0,15 | 6,9 | ||
| С дисковым ножом | |||||
| 0,8 | 1,19 | 0,20 | 6,2 | ||
| 0,8 | 1,29 | 0,19 | 6,7 |
Средние удельные давления почвы при различных режимах пахоты приведены в табл. 1.
Между удельным давлением и величиной износа в отдельных точках лемеха и отвала отсутствует прямая пропорциональность.
Например, в носовой части давление в 1,5, а износы в 4–5 раз больше, чем на пятке. На отвале разница заметна еще больше. Объясняется это тем, что в точках максимального давления и сравнительно небольшого износа скорость скольжения почвы невелика. Здесь происходит деформационное скольжение, при котором скорость относительного перемещения частиц почвы гораздо меньше, чем при кинематическом.
Рис. 2. Места замера давлений на лемехе
В качестве датчиков нормального давления применяли специальные месдозы, на внутреннюю поверхность которых наклеивали тензодатчики. Для регистрации результатов измерений использовали многоканальный шлейфный осциллограф с усилителем.
Удельные давления почвы на поверхности плуга при пахоте измеряли на лемехе, отвале и полевой доске. Месдозы на этих деталях монтировали в специально просверленных гнездах и тщательно подгоняли заподлицо с рабочей поверхностью.
На лемехе удельное давление измеряли в 13 точках. Гнезда располагались рядами, совпадающими с направлением движения контактируемых с лемехом абразивных частиц почвы. Расстояние между центрами гнезд под месдозы по направлению движения абразивных частиц 40, а между рядами 135 мм (рис. 2).
На отвале давление измеряли в 13 точках. Расстояние между центрами гнезд составляло но вертикали 90 и по горизонтали 140 мм (рис. 3).
На полевой доске давление измеряли в четырех точках. Расстояние от пятки до центра гнезда 1 составляло 15, между центрами гнезд 1,2 и 3 – 60 мм и между гнездами 3и 4–115 мм (рис. 4).
I I
Рис. 3. Места замера давлений на отвале
Данные измерения средних давлений почвы на лемех в зависимости от скорости движения приведены в табл. 2.
Наибольшее давление испытывает зона лемеха в точках /, 2, 3 и 4 (см. рис. 2). В средней части лемеха (точки 5 – 10) и на пятке (точки 11 – 13) давление заметно падает. Так, при пахоте песчаной задернелой почвы на глубину 18–20 см и скорости движения в зоне носка 1,39 км/ч давление в средней части и на пятке соответственно равно 0,29 и 0,23 кГ/см1, т.е. в зоне носка оно больше, чем в средней части, в 4,75 раза и в 6 раз больше, чем на пятке.
Такая же картина наблюдается при работе на супесях. На среднем суглинке разница между давлением на носке по сравнению с центральной частью и пяткой уменьшается. Такое изменение среднего удельного давления почвы на рабочей поверхности лемеха объясняется усиленным деформированием грунта у носка лемеха, который испытывает большие давления, связанные с уплотнением, скалыванием и отрывом пласта. Средняя часть и тем более пятка, лемеха находятся у открытой стенки борозды, где усилие деформации почвы значительно меньше, чем у носка лемеха.
Изменение режима пахоты приводит к изменению среднего удельного давления почвы на лемех. Например, с увеличением скорости движения плуга от 0,46 до 3,2 м/сек, т.е. в 6,95 раза, на песчаной почве на глубине пахоты 18–20 см среднее удельное давление возрастает в носовой части в 1,49, в средней части и на носке в 1,3 раза.
С увеличением скорости движения среднее удельное давление в отдельных точках растет не пропорционально скорости. Более интенсивный рост давлений наблюдается у носовой части лемеха, в средней части и в некоторых точках пятки – незначительное увеличение и даже уменьшение удельного давления.
Максимальные давления в отдельных точках лемеха достигают величин, превышающих средние удельные давления в 5–6 раз. Например, в точке 2 (рис. 2) среднее удельное давление на песчаной почве при глубине пахоты 18–20 см и скорости движения 1,58 м/сек составляет 1,51, а максимальное – 1,84 кГ/см2. Увеличение скорости движения приводит к росту пиковых давлений.
Поскольку давление на пятке и в средней части лемеха почти одинаково, рабочую поверхность лемеха в зависимости от величины действующего на нее удельного давления можно разделить на две части: носовую, среднюю и пятку.
Наибольшее давление приходится на точки, расположенные на груди и у левого обреза крыла, наименьшее – на крыле отвала и у верхней его части. Если рассматривать распределение среднего удельного давления по горизонтальным сечениям, наибольшему давлению подвергаются точки отвала, расположенные в сечениях /–/ и // – //, и наименьшему – в сечении IV – IV (см. рис. 3). Если условно принять среднее удельное давление по всему сечению /–/ для песчаных почв при скорости 0,46 м/сек и глубине пахоты 18–20 см за единицу, то в сечении // – // и III – /// оно будет примерно в 2, а в сечении IV – IV в 3 раза меньше. чем в сечении /–/.
Средние удельные давления по вертикальным сечениям по мере удаления от груди к крылу отвала уменьшаются. С.ростом скорости движения плуга неравномерность в распределении удельного давления по поверхности отвала увеличивается. Давление возрастает на груди отвала и уменьшается на его крыле, а в остальных местах перераспределяется.
Увеличение среднего удельного давления с повышением скорости движения объясняется ростом силы динамического давления пласта на грудь отвала. Почвенный пласт при больших скоростях движения, попадая на грудь отвала, отбрасывается в сторону, не достигая его крыла. Поэтому на груди отвала давление увеличивается с повышением скорости, а на крыле – уменьшается.
Наибольшее давление во всех случаях отмечено в точке I (рис. 4), наименьшее-в точке 4. С увеличением скорости движения давление возрастает. Например, для песчаной почвы при глубине пахоты 18–20 см с увеличением скорости примерно в 7 раз в точке I давление возросло в 1,3, в точке 2 -в 2,1 и в точке 3- в 1,7 раза. В точке 4 давление не было зафиксировано.