Каток с кольцевыми рабочими органами предназначен для прикатывания посевного слоя для обеспечения плотного контакта высеянных семян с почвой и подвода к ним почвенной влаги. При этом поверхностная часть почвы остается рыхлой и представляет собой мульчирующий слой. За счет этого не создается сопротивление росту культурных растений и сохраняется почвенная влага.
Кроме того, кольцевой каток целесообразно применять после каждой обработки почвы для сохранения на ее поверхности защитного мульчирующего слоя.
Технологический процесс работы кольцевого катка состоит в следующем. При перемещении по полю рабочий орган катка, выполненный в форме кольца, перекатывается и под действием веса орудия заглубляется. Внешней стороной рабочий орган уплотняет находящуюся под ним почву. Часть пласта проходит по внутренней стороне кольца и разрыхляется. С этой частью почвы перемещаются и вырванные с корнем сорняки. Вырывание осуществляется фронтальной частью рабочего органа, где в определенной части траектории может формироваться почвенный клин. Указанная сторона перемещает частицы почвы в поперечном направлении, за счет чего происходит выравнивание поверхности поля.
В настоящее время нашли применение кольцевые катки с конусным сечением обода. Угол конуса ε0 уних постоянный (рисунок 3.4). Анализ показывает, что при взаимодействии с почвой угол наклона поверхности катка ко дну борозды изменяется в пределах -70°...+30° (рисунок 3.5). По абсолютной величине максимальное значение достигается в период заглубления рабочего органа. Прочностные же свойства почвы могут обеспечить скольжение уплотняющей поверхности с углом ε = -25...-30°. При больших значениях абсолютной величины угла ε происходит сгруживание почвы. При Θ> 100° угол ε становится положительным и рабочий орган уплотнения почвы не производит. Процесс уплотнения почвы происходит только в промежутке, образованном треугольником абв. В связи с отмеченным угол конусности не должен быть постоянным. Поверхность кольцевого катка должна иметь переменный угол наклона ко дну борозды.
Выполнены лабораторные исследования для определения величины осадки
почвы, необходимой для получения оптимальной плотности почвы. Выявлено, что плотность почвы зависит от осадки h и глубины залегания недеформируемого основания Н (рисунок 3.6). Существует линейная зависимость между осадкой h и глубиной залегания недеформируемого слоя, при которых обеспечивается оптимальная плотность почвы 1,15 г/см (рисунок 3.7). Установлено, что уплотнение со скольжением штампа по поверхности уплотняемой почвы обеспечивает более высокую плотность почвы на расстоянии до 1,5 см по сравнению с уплотнением без скольжения, (рисунок 3.8).
Проведены исследования по уплотнению почвы кольцевым катком в сравнении с клиновидным (рисунок 3.9). На заданной глубине 7-8 см они обеспечивают практически одинаковую плотность почвы. Но поверхностный слой почвы после клиновидного катка более плотный, а за кольцевым - рыхлый.
Для обеспечения переменного угла наклона рабочей поверхности катка ко дну борозды форма поперечного сечения принята круглой с радиусом
r = h/к, (3)
где h - высота уплотняемого, выбирается из графика рисунка 3.6;
к - коэффициент, определяемый из соответствующих формул.
Для уменьшения тягового сопротивления рабочего органа его поперечное
сечение целесообразно выполнять в виде сегмента круга радиусом r. На рисунок 13 приведены графики зависимости высоты уплотняемого слоя почвы от радиуса r поперечного сечения рабочего органа. При уплотнении почвы в условиях достаточного подпора (уплотненная почва) высота уплотняемого слоя изменяется пропорционально радиусу r. При уплотнении рыхлой почвы, где подпор со стороны необработанной почвы недостаточен, пропорциональность зависимости сохраняется до r=10 мм. При дальнейшем увеличении радиуса величина h практически не изменяется.
