Основи теорії та розрахунку машин і знарядь для обробітку ґрунту

= 0,76…1,24, для борін n = 0,12…1,2). При цьому більше значення n відповідає малій глибині обробітку і великому куту атаки.

Співвідношення між силами Rx і Rz має такий вигляд:

Rz = mRx ,

(1.51)

де m — коефіцієнт (для лущильників m = 0,37…0,76, для борін m = 0,76…1,57). При цьому більше значення m відповідає більшій глибині обробітку і меншому куту атаки.

Питомий тяговий опір дискових плугів і лущильників такий самий, як і опір лемішних плугів і лущильників, тому при розра- хунках і використанні їх можна користуватися даними динамомет- рування лемішних плугів і лущильників.

Залежно від механічного складу ґрунту, вологості та твердості питомий тяговий опір дискових лущильників при глибині обробітку 6…8 см становить k = 1500…2500 Н/м. Для двослідних польових і садових борін залежно від властивостей ґрунту, глибини обробітку і кута атаки k = 2000…3000 Н/м. Питомий тяговий опір важких (бо- лотних) двослідних борін при глибині обробітку 10…20 см становить k = 4000…8000 Н/м.

1.4. Теорія та розрахунок зубових борін

Зубові борони є одним із найпростіших ґрунтообробних знарядь поверхневого обробітку ґрунту. За їх допомогою кришать, розпушують і перемішують ґрунт, руйнують кірку і вирівнюють поверхню поля, розбивають брили, знищують бур’яни. Такі борони застосовують для догляду за пасовищами і луками та загортання насіння і добрив у ґрунт. За призначенням зубові борони поділяють на польові, лучні та спеціальні; за жорсткістю — на жорсткі, шарнірні та пружні; за ва- гою, що припадає на один зуб, — на важкі, середні та легкі.

1.4.1. Робочі органи і процес роботи зубових борін

Робочими органами зубових борін є зуби, які залежно від будови і призначення бувають жорсткими і пружними. На важких і серед- ніх боронах загального призначення встановлюють жорсткі зуби квадратного перерізу (рис. 1.51, а), на важких боронах також уста- новлюють лапчасті зуби (рис. 1.51, б), а на легких — зуби круглого перерізу (рис. 1.51, в). Навантаження на зуб важкої борони стано- вить 16…20 Н, середньої — 12…15 Н, легкої — 6…10 Н. Довжина зубів важкої борони l =195 мм, середньої l =170 мм, переріз квад-

ратний (n×n) 16 × 16 мм. Зуби легкої борони мають круглий переріз d =14 мм і довжину l =100 мм. Зуби квадратного перерізу в нижній

87

Розділ 1

частині загострені на одне із ребер, а круглі — на центр. Довжина загостреної частини дорівнює приблизно 0,25 загальної довжини зу- ба. Сітчасті борони обладнані зубами, які виготовлені з пружного дроту і мають діаметр d = 8…10 мм і довжину l = 180…210 мм. Вони бувають із загостреними (рис. 1.51, г), ножеподібними (рис. 1.51, д) і тупими (рис. 1.51, е) кінцями. На полільних боронах для кришення і розпушування ґрунту на посівах, що мають висоту рослин до 35 см, установлюють зуби (рис. 1.51, є), висота яких l = 410 мм. На лучних

боронах застосовують ножеподібні зуби (рис. 1.51, ж).

Рис. 1.51. Зуби борін:

а— квадратного перерізу; б — лапчастий; в — круглий; г, д, е — сітчастих борін;

є— пружинний зуб полільної борони; ж — ножеподібний зуб лучної борони;

з— зона деформації ґрунту зубом у поперечно-вертикальній площині

88

Основи теорії та розрахунку машин і знарядь для обробітку ґрунту

На польових боронах загального призначення жорсткі зуби вста- новлюють вертикально.

Процес роботи квадратного зуба нагадує роботу двогранного клина з кутом 2γ. Під час руху в ґрунті зуб переднім ребром розрізує ґрунт, а боковими гранями, розміщеними під кутом γ до напрямку руху, розсовує його в боки. При цьому часточки ґрунту зминаються, сколюються і перемішуються, що зумовлює його кришіння і розпу- шування. Крім цього, якщо зуб квадратного перерізу скошеною ни- жньою частиною переміщується вперед, то нижні шари ґрунту дещо ущільнюються. Робота круглих зубів також нагадує роботу здвоєних двогранних клинів, але відрізняється від роботи квадратного зуба тим, що кут γ змінюється від 90° до 0. При цьому залежно від умов роботи перед круглим зубом може утворюватись ущільнене ядро, яке працює як клин.

Зона деформації ґрунту зубом по глибині у поперечно- вертикальній площині неоднакова. З боків вона обмежена площи- нами тп (рис. 1.51, з), які проходять під кутом θ/2 до поздовжньо-

вертикальних площин. Ця зона зверху ширша, ніж знизу, внаслідок чого після проходження суміжних зубів дно поля має поздовжні трикутні гребені. Висота цих гребенів є одним із важливих показ- ників якості роботи зубової борони. Висота гребенів залежить від відстані b між борозенками (слідами) зубів борони і кута θ.

Із рис. 1.51, з видно, що

h = bctg	θ.	(1.52)
2	2

Згідно з дослідними даними кут θ залежить від ґрунтових умов, форми зуба, маси борони та глибини обробітку і становить: для ва- жких борін θ = 30…50°; для середніх — θ = 40…60°; для легких

θ = 40…75°.

Щоб зменшити висоту гребенів, зменшують відстань між слідами зубів. В існуючих конструкціях борін, залежно від глибини обробіт- ку, ця відстань має бути 30…60 мм.

1.4.2. Розміщення зубів на рамі борони

Для забезпечення рівномірного обробітку ґрунту боронами під час їх проектуванні потрібно враховувати такі умови.

Кожен зуб має утворювати самостійну борозенку. Між сусідніми борозенками не слід залишати необробленої смуги і не повинно бу- ти великого перекриття деформованих зон ґрунту. На всій ширині захвату борони борозенки мають розміщуватися на однаковій від- стані одна від одної.

89

Розділ 1

Для забезпечення стійкого ходу борони в поперечному напрямку потрібно, щоб кожен зуб працював в однакових умовах, тобто щоб поперечний опір ґрунту з обох боків зуба був однаковий. Цього мож- на досягти, якщо з обох боків зуба буде непорушений ґрунт або якщо зуб проводитиме свою борозенку між борозенками, розміщеними на однаковій відстані від нього.

Відстань між сусідніми зубами має бути такою, щоб проміжки між ними не забивалися брилами ґрунту та рослинними рештками. У сучасних борін ця відстань становить 150…350 мм.

Розглянемо найпоширеніші схеми розміщення зубів борони на рамі.

При розміщенні зубів в один поперечний ряд (проста однорядна борона — граблі) відстань між зубами l дорівнює відстані між слі- дами b (рис. 1.52, а). Ця борона забиватиметься ґрунтовими брила- ми і рослинними рештками.

Відстань між зубами l може збільшуватись, якщо зуби розмісти-

ти в один похилий ряд під кутом α (рис. 1.52, б). Проте необхідної відстані між зубами можна досягти при дуже довгій бороні, оскільки навіть за максимальної відстані між слідами b = 60 мм і куті

α = 45° відстань між зубами в ряду становитиме лише

l = cosbα = cos4560 ° = 85 мм.

Довжину борони можна скоротити, якщо зуби розмістити в два ряди (рис. 1.52, в). Проте ця борона, як і борона з розміщенням зубів в один ряд, має нестійкий хід, бо поперечний тиск на зуби з лівого боку більший, ніж з правого, де ґрунт оброблений.

Стійкість ходу борони можна збільшити за трикутної схеми роз- міщення зубів (рис. 1.52, г), при якому поперечний тиск на зуби правого ряду зрівноважується тиском ґрунту на лівий ряд. Проте ця борона залишається довгою і також може забиватися рослинними рештками.

Вимогам, що ставляться до зубових борін, найбільше відповідає розміщення зубів на кількох похилих планках (рис. 1.52, д). Як вид- но з рисунка, похилі лінії a − a, b −b, c − c, … , n −n нагадують на-

прямок гвинтових ліній на розгортці багатоходового гвинта. Якщо

ці лінії перетнути горизонталями

a

′

′

′

′

c

′

′

… ,

n

′

′

− a ,

b

−b ,

− c ,

−n ,

проведеними на однаковій відстані одна від одної, то точки їх пере- тину можуть бути точками розміщення зубів. Таку схему застосову- ють при проектуванні сучасних борін.

Розглянемо розміщення зубів борони на рамі (побудову зубового поля) на розгортці гвинтових ліній.

Введемо такі позначення основних параметрів, які характеризу- ють зубове поле борони: L — довжина гвинтової лінії для одного

90

Основи теорії та розрахунку машин і знарядь для обробітку ґрунту

Рис. 1.52. Схеми розміщення зубів на рамі борони:

а — в один поперечний ряд; б — в один похи- лий ряд; в — у два по- хилі ряди; г — трикут- на схема; д — на кіль- кох похилих планках

кроку; t — крок гвинтової лінії; K — число заходів гвинта; M — кількість поперечних рядів зубів (планок); a — відстань між зуба- ми в поперечному ряду; b — відстань між слідами зубів; l — від- стань між суміжними зубами по розгортці гвинтової лінії; z — кіль-

кість зубів на бороні.

Більшість цих параметрів взаємопов’язані такими залежностями. Відстань між суміжними зубами l по розгортці гвинтової лінії:

l =	L	.	(1.53)
	M

Відстань між зубами в поперечному ряду а (відстань між похи- лими планками):

a =	t	.	(1.54)
	K
Водночас
a = Mb.			(1.55)

91

Розділ 1

Прирівнявши праві частини значень а, отримаємо

Mb =	t	,
	K
звідки
t = MKb.			(1.56)

Кожен зуб робитиме свою борозенку і два зуба не проходитимуть по одному й тому самому сліду, якщо число заходів гвинта K не буде кратним і не дорівнюватиме кількості поперечних рядів зубів М, а різниця між ними не дорівнюватиме одиниці. В існуючих конс- трукціях борін, як правило, M = 5 і K = 3.

Ширину захвату борони визначаємо за формулою

B = bz.

(1.57)

Побудову зубового поля здійснюють на основі розрахунків, проведених за наведеними вище формулами. Залежно від призна- чення і типу борони задають відстань h між поперечними рядами

зубів, відстань a між зубами в поперечному ряду і відстань b між суміжними борозенками.

Між суміжними борозенками b для легких борін беруть відстань

30 мм, для середніх — 40…50 і для важких — 50…60 мм. Між попе- речними рядами зубів h для лег-

ких борін відстань становить 200 мм, для середніх — 250 і для важких — 300 мм. Між зубами в поперечному ряду a для легких

	борін відстань має бути близько
	150 мм, для середніх — 200…250 і
	для важких 250…400 мм. Щоб за-
	безпечитикращепристосуваннядо
	рельєфу місцевості, борони виго-
	товляють ланками невеликої ши-
	рини захвату (0,6…1,0 м). Кіль-
	кість зубів на одній ланці борони
	становить z = 20.	залежністю
	Користуючись
Рис. 1.53. Схема розгортки	(1.55), визначаємо	кількість по-
гвинтових ліній:	перечних рядів зубів:
1, 2, 3, 4, 5 — поперечні планки; І, ІІ, ІІІ —
розгортки гвинтових ліній; а — відстань		a
між зубами в поперечному ряду; L — до-
вжина гвинтової лінії для одного кроку	M = b.

92

Рис. 1.54. Схема побудови зубового поля борони:

а — типу «зиґзаґ»; б — швидкісної

Основи теорії та розрахунку машин і знарядь для обробітку ґрунту

Зубове поле будують, користуючись вкороченим кроком гвинтової лінії t1 , бо якщо розмістити зуби на перетині розгорнутої гвинтової

лінії з поперечними планками (рис. 1.53), то верхній ряд зубів про- ходитиме по сліду нижнього ряду. Щоб уникнути цього, верхній ряд зубів відкидають і укорочений крок визначають за залежністю

t1 = (M −1)Kb.

(1.58)

Побудову зубового поля здійснюємо у такому порядку. Відповідно до визначеної кількості рядів зубів М проводимо паралельні гори- зонтальні лінії на відстані h одна від одної (рис. 1.54) у вибраному

масштабі. На нижній лінії вибираємо точку A і відкладаємо право- руч від неї відрізок АВ, який дорівнює вкороченому кроку t1. Із точ-

ки В проводимо перпендикуляр до перетину з верхньою лінією в точці С. З’єднавши точки A і С, отримаємо похилу пряму, яка ви- значатиме напрямок розгортки гвинтової лінії.

На нижній лінії від точки А відкла- даємо ряд заданих відрізків a і через

їхні кінці проводимо похилі прямі, пара- лельні лінії АС. Пе- ретин цих похилих прямих із попере- чними лініями утво- рює зубове поле про- ектованої борони.

Будь-яке зубове поле можна розгля- дати як розгортку гвинта лівого або правого обертання.

Побудувавши зубове поле і вибравши кількість зубів на ланці бо- рони, визначаємо обрис борони і місце зубів, які задовольнятимуть вимоги, що ставляться до борони. При цьому, як правило, відкидають короткі відрізки на лівому краю гвинтової лінії і довгі — на правому. Після цього визначаємо порядок роботи зубів (4 – 1 – 3 – 5 – 2).

Рама борони може мати поздовжні планки у вигляді «зиґзаґів» (рис. 1.54, а) або прямих ліній (рис. 1.54, б). Поперечні планки у всіх борін зазвичай прямолінійні. Швидкісні борони не мають середніх поперечних планок, а мають лише передню і задню, що зменшує забивання борони ґрунтовими брилами та рослинними рештками. У швидкісної борони поздовжні планки прямолінійні.

93