Розділ 1

1.6.1.Робочі органи фрез, проріджувачів і штангових культиваторів

Основними робочими органами фрез є прямі та зігнуті ножі, пружинні гаки і долота, які закріплюються жорстко, шарнірно або підпружинено на дисках, що встановлюються на барабані фрези.

Прямі ножі (рис. 1.64, а) застосовують для скарифікації дернини луків і обробітку нових земель на глибину до 15 см. Вони розрізують ґрунт на окремі стрічки та дещо кришать і розпушують.

Прямі ножі можуть мати одно- чи двобічне загострення. Якщо фрезерний барабан установлюється перпендикулярно до напрямку руху фрези, то він обладнується ножами з симетричним загострен- ням з обох боків під кутом 20…35°. Ножі з більшим кутом загост- рення використовують для обробітку мінеральних ґрунтів, а з мен- шим — задернілих. Ножі з однобічним загостренням застосовують на барабанах, вісь обертання яких розміщена під гострим кутом до напрямку руху.

Зігнуті Г-подібні ножі (рис. 1.64, б) призначені для обробітку бо- лотних і задернілих лучних ґрунтів. Вони підрізують кореневу сис- тему рослин, інтенсивніше кришать і розпушують ґрунт, а також перемішують його мінеральні елементи з органічними залишками. Зігнуті ножі мають стояк і крило. Крило може згинатися вправо і вліво. Ширина захвату крила 45…150 мм. Зігнутий ніж кріпиться до диска так, щоб лезо стояка відхилялося від радіуса диска на кут не менше ніж 30°, а лезо крила — від напрямку руху на кут не більш як 60°. Таким чином забезпечується різання із ковзанням.

Пружинні гаки (рис. 1.64, в) застосовують для обробітку ґрунтів, засмічених дрібним камінням та корінням.

Рис. 1.64. Основні типи робочих ор- ганів фрез і проріджувачів:

а — прямий ніж; б — зігнутий ніж; в — пружинний гач; г — розпушувальне долото; д — зігнутий ніж проріджувача; е — штанга квадратного перерізу

в роботі

108

Основи теорії та розрахунку машин і знарядь для обробітку ґрунту

Розпушувальні долота, або польові гаки (рис. 1.64, г), призначені для обробітку староорних ґрунтів із незначними рослинними решт- ками при основному і передпосівному обробітку. Розпушувальне до- лото має стояк, за допомогою якого воно кріпиться до диска, і різаль- ну частину шириною захвату 25…55 мм. Характерним для розпу- шувального долота є те, що воно має розвинутий кут розпушуван- ня α, який забезпечує інтенсивне кришіння і розпушування ґрунту.

Обмежено застосовують лущильні гаки, тарілкові ножі, розпушу- вальні мотики та ін.

Робочі органи розміщуються на барабанах (дисках) рівномірно і кріпляться переважно жорстко. Вісь обертання барабана може бути горизонтальною і вертикальною. Горизонтальна вісь лежить перпен- дикулярно до напрямку руху або під гострим кутом. Найпоширені- ші фрези з горизонтальною віссю обертання, перпендикулярною до напрямку руху. Напрямок обертання барабана може збігатися з на- прямком обертання ведучих коліс трактора (пряме фрезерування) і бути протилежним йому (зворотне фрезерування). Частіше застосо- вують пряме фрезерування, оскільки воно створює підштовхувальне зусилля, тоді як зворотне спричинює більше тягове зусилля та гір- ше загортання рослинних решток. Барабани приводяться в рух від вала відбору потужності трактора за допомогою редукторів.

Зігнуті ножі (рис. 1.64, д) встановлюють на проріджувачах при вздовжрядному проріджуванні цукрових буряків. Вони одночасно з проріджуванням сходів знищують бур’яни та кришать і розпу- шують ґрунт. Плоскорізальні крила цих ножів бувають загнуті вправо і вліво. Ширина захвату крила 25 і 53 мм. Глибина підрі- зання 3…4 см.

Вісь обертання різальної головки з ножами розміщена вздовж або під кутом до напрямку руху проріджувача. В обертальний рух різальна головка приводиться від опорно-привідного колеса секції проріджувача.

На автоматичних проріджувачах цукрових буряків ножі здійс- нюють коливальний рух перпендикулярно до напрямку руху прорі- джувача. Ножі приводяться в рух від гідродвигуна автономної гід- равлічної системи проріджувача. Глибина ходу ножів 1…4 см.

Штанги культиваторів (рис. 1.64, е) застосовують для обробітку ґрунтів, що зазнають вітрової ерозії. Вони є, як правило, валами квадратного перерізу (22 × 22 або 25 × 25 мм), встановленими пер- пендикулярно до напрямку руху культиватора. Під час руху куль- тиватора штанга, заглиблена в ґрунт, обертається в напрямку, зво- ротному обертанню коліс, і здійснює на шляху 1 м від 0,7 до 1,3 обер- ту. Зіткнувшись з коренем бур’яну, вона спочатку його згинає і ви- риває нижню, а потім верхню частину кореня. Штанга, завдяки обертанню, звільняється від бур’яну, залишаючи верхню його час-

109

Розділ 1

тину на поверхні поля. В процесі роботи шар ґрунту, що лежить ви- ще від штанги, кришиться і розпушується, а нижній — ущільнюєть- ся. Штанга приводиться в рух від колеса культиватора. Глибина обробітку 4…10 см.

1.6.2.Процес роботи і траєкторія руху робочих органів фрези та проріджувача

Процес роботи фрези із зігнутими ножами, розпушувальними долотами відбувається так. При переміщенні фрези і обертанні ба- рабана 2 (рис. 1.65) зігнуті ножі 1 відокремлюють від загальної маси ґрунту невелику стружку і відкидають її на пруткову решітку 8 і кожух 7, внаслідок чого ґрунт інтенсивно кри- шиться, розпушується і перемішується. Куски де- рнини і рослинні рештки, ковзаючись по решітці, падають униз і зверху присипаються подрібне- ними грудочками ґрунту, які пройшли крізь решіт-

ку.

	Траєкторія		руху ро-
	бочого	органа фрези.
Рис. 1.65. Загальний вигляд болотної фрези:	Робочі	органи	фрези в
	процесі роботи здійснюють
1 — ніж; 2 — барабан; 3 — опорне колесо;	складний рух:		поступаль-
4 — навіска; 5 і 6 — редуктори; 7 — кожух;
8 — решітка	ний з агрегатом і оберта-
	льний	біля осі	барабана.

Розглянемо траєкторію руху робочого органа 1 (рис. 1.66), коли вона переміщується прямолінійно і рівномірно зі швидкістю v, а вісь обер- тання барабана 2 фрези є перпендикулярною до напрямку її руху. Розмістимо центр осей координат у точці О, вісь х напрямимо за на- прямком руху фрези, а вісь у — униз.

Нехай у початковий момент руху крайня точка робочого органа, яка розміщена на колі з радіусом R, знаходиться в положенні A0.

При обертанні барабана за деякий час t на кут ωt, де ω — кутова швидкість барабана, фреза пройде шлях vt, де v — поступальна швидкість. Унаслідок цього точка A0 перейде в положення Аі. Коор-

динати точки Аі відносно нерухомих осей х і у:

	xi = vt + Rcosωt;	(1.76)
	yi = Rsinωt.

110

Основи теорії та розрахунку машин і знарядь для обробітку ґрунту

Рис. 1.66. Траєкторія руху точки робо- чого органа фрези:

а — схема для визначення траєкторії руху робочого органа; б — траєкторія при λ < 1; в — траєкторія при λ > 1; 1 — робочий ор- ган; 2 — барабан

Рівняння (1.76) виражає траєкторію абсолютного руху крайньої точки робочого органа в параметричній формі. Як відомо, ця траєк- торія геометрично є циклоїдою (трохоїдою).

Здійснимо деякі перетворення рівнянь (1.76), вилучивши із них час t і врахувавши, що ωt = α, де α — кут, на який повернеться ро- бочий орган із початкового положення за час t, а колова швидкість крайньої точки робочого органа u = ωR. Тоді можна записати:

	t	= α/ω;	(1.77)
	ω = u/ R.
	Підставивши значення ω	у залежності (1.77), отримаємо

t = αR/ω. Вилучивши із рівняння (1.76) t i ωt, матимемо

xi = R(αu/v + cosα); yi = Rsinα.

Якщо замінити відношення колової швидкості u до поступаль- ної v через кінематичний параметр λ, то дістанемо

xi = R(α/λ + cosα);		(1.78)
yi = Rsinα.

Рівняння (1.78) показують, що зміна форми циклоїди залежить тільки від відношення λ = u/v, яке характеризує кінематичний режим роботи фрези. Якщо λ < 1, то траєкторія матиме форму вкороченої циклоїди (рис. 1.66, б), яка не має петлі. У фрезах та інших ротацій- них робочих органах при λ > 1 абсолютна траєкторія руху матиме фо- рму подовженої циклоїди (рис. 1.66, в). У штангових робочих органів λ < 1, а траєкторія руху ребра штанги набуває форму вкороченої цик- лоїди, що призводить до ущільнення нижнього шару ґрунту.

111

Розділ 1

Траєкторія руху ножа проріджувача. Ножі обертаються в площині, перпендикулярній до напрямку руху проріджувача або під гострим кутом.

Розглянемо траєкторію руху ножа, коли він обертається в пло- щині, перпендикулярній до напрямку руху. Розмістимо центр коор- динатних осей у центрі обертан- ня різальної головки в точці О (рис. 1.67), а вісь х напрямимо за напрямком руху проріджувача.

Осі y і z розміщуються у площині, перпендикулярній до напрямку руху. При цьому вісь у напрями- мо горизонтально, а z — верти- кально вгору.

При переміщенні центра го- ловки за деякий час t зі швидкіс- тю v із положення О в положення

Oi головка з ножем повернеться

Рис. 1.67. Схема до визначення рів- няння руху ножа проріджувача

на кут ωt, унаслідок чого точка A0 ножа, розміщена на відстані

R від осі обертання, займе поло- ження Ai . Її координати, як вид-

но з рис. 1.67, визначатимуться рівняннями

xi	= vt;
y	= Rcosωt;		(1.79)
i
zi
	= −Rsinωt.

Така траєкторія ножа є гвинтовою лінією.

Якщо головка ножів проріджувача обертатиметься в площині, розміщений під гострим кутом θ до напрямку руху, а вісь обертання буде під кутом 90° – θ, то рівняння траєкторії набере вигляду

xi = vt − Rcosωtcosθ;
yi = Rcosωtsinθ;		(1.80)
zi = −Rsinωt.

Якщо так само, як при розгляді траєкторії ножа фрези, подати t через αR/и, ωt — через α, а и/v — через λ, то матимемо

xi = R(α/λ − cosαcosθ);
yi = Rcosαsinθ;		(1.81)
zi = −Rsinωt.

112