НЕТРАДИЦИОННЫЕ РАБОЧИЕ ОРГАНЫ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН
Почвообрабатывающие машины с винтовыми Рабочими органами
Почвообрабатывающие машины с винтовыми рабочими органами являются разновидностью машин с активными рабочими органами. Их рабочими органами являются винтовые поверхности» применению которых большое значение придавал В. П. Горячкин. Он указывал, что "... сама собой возникает мысль, что в будущем рабочей частью плуга должен быть вращающийся винт, как это делается в фрезах" [75].
Винтовые рабочие органы давно привлекают внимание ис-г следователей и изобретателей во' многих ^странах [76] . Об этом свидетельствует значительное число патентов по машинам со шнеками.
3 машинах с винтовыми рабочими органами поверхность шнека подобно отвалу лемешного плуга принимает подрезанный пласт почвы и оборачивает его. Шнек, как правило, располагается перпендикулярно продольной оси трактора, качество работы винтового плуга примерно такое же, как дискового. При работе плуга сопротивление почвы дает слагающую, направленную в сторону движения, как во фрезерных машинах.
Плуг с продольно расположенным шнеком в зависимости от частоты вращения шнека и рабочей скорости может выполнять различную 'обработку почвы: от вспашки с оборотом' пластов до измельчения на мелкие комки (как при фрезеровании) . Такой шнековый плуг несколько более энергоемок, чем обычный, но почти вся необходимая для его работы энергия передается через ВОН трактора. Прн работе, шнековый плуг создает реактивную силу, направленную вперед по ходу агрегата.
Плуг со шнеком, установленным вдоль направления движения агрегата, не получил распространения, так как он имеет небольшую ширину захвата и сложен по устройству.
Представляет интерес шнековый плуг К. Кюнле [77] . Этот плуг может быть выполнен в двух вариантах: с одним шнеком, ось вращения которого расположена под углом к направлению движения, и с двумя шнеками, расположенными под Углом друг к другу симметрично продольной оси агрегата. В первом случае двухзаходные шнеки плугов работают с Перекрытием н осуществляют сплошную обработку почвы. Недостатком такого плуга является наличие боковой состав - лягащей силы резания почвы, которая стремится развернуть плуг в сторону вспаханного поля.
При симметричном расположении шнеков боковые составляющие сил резания взаимно уравновешиваются."Однако в этом случае посередине плуга получается разъемная борозда (свальный гребень).
Стремление компенсировать боковые силы, действующие на шнековый рабочий орган, расположенный перпендикулярно направлению движения агрегата, привело к созданию машины, состоящей из двух горизонтальных шнеков, расположенных один за другим и имеющих противоположное направление витков. Перед первым шнеком установлен каток, шарнирно соединенный с рамой машины. Он служит для при - катывания сорной растительности и стерни, что облегчает ее измельчение шнеками. Шнеки получают вращение от ВОМ трактора. Разное направление витков шнеков также способствует интенсивному перемешиванию почвы с растительными остатками и ее аэрации [78] . Эта машина служит дйя дополнительной обработки после вспашки плугом, для ухода за! парами и для весенней предпосевной обработки почвы.
Шнековые рабочие органы могут использоваться для образования гряд. Примером может служить машина английской фирмы "Вэллич", . рабочие органы которой выполнены в виде ротора с двумя спиральными шнеками с разным направлением витков. Диаметр шнеков уменьшается к свободному концу. Привод роторов - от ВОМ трактора. На раме машины установлено три ротора. Они при вращении сдвигают почву от середины к краям, образуя в месте прохода борозду. При таком способе нарезания гряд не образуется крупных и плотных комков, что облегчит в будущем комбайновую уборку картофеля. После такой обработки почвы создаются хорошие условия для раннего созревания картофеля. Ширина захвата грядоделателя -2м, ширина гряд может изменяться в пределах 65-80 см-. Ширина захвата одного ротора - 45 см, наибольший диаметр шнека - 325 мм, частота вращения - 100 мин"'
Модификацией машины "Вэллич" является грядоделатель с фрезой вместо центрального ротора. Фреза разравнивает почву, поднятую боковыми шнеками, образует широкую и ровную грядку с тщательно измельченной ПОНВОЙ, ПОДГОТОВ" ленной под посев или посадку. ,
Основные технологические недостатки винтовых рабочих органов - плохое крошение пласта при обработке сухих или переувлажненных почв, получение глыбистой па-
Доты, а также неполная заделка растительных остатков.
Недостаточное крошение объясняется особенностью винтовой поверхности. Как известно, плужные корпуса обыч-, кых плугов с винтовой поверхностью также обладают недостаточной крошащей способностью. Качество обработки почвы винтовыми рабочими органами примерно такое же, как дисковых лущильников и ітугов, но машины с винтовыми рабочими органами имеют ограниченную ширину захвата из-за невозможности копирования рельефа рабочими органами, расположенными на жесткой оси. Однако этот недостаток в винтовом (шнековом) рабочем органе можно преодолеть, выполнив его безвальным. К тому же, за счет уменьшения жесткости появляется возможность получить колебания витков рабочего органа.
При этом крошение почвы может быть значительно улуч - вено. Все это расширяет перспективу использования таких рабочих органов.
Изложенные соображения легли в основу принципиальной схемы комбинированного агрегата [79] . Агрегат (рис. 22) состоит из безвального винтового режущего элемента 1 (типа безвального шнека), расположенного внутри него шнека, включающего вал 2 и навивку 3, бортовых редукторов 4, шарниров 5, рамы б и механизма подвески 7 для присоединения к навесной системе трактора. Винтовой режущий рабочий орган 1 и шнек 3 приводятся во вращение от вала отбора мощности трактора с помощью любого известного в технике привода.
При движении агрегата винтовой рабочий орган заглубляется в почву и крошит ее. Улучшению крошения почвы и компенсации боковых сил способствует шнек 3, расположенный внутри винтового рабочего органа 1. Этот шнек должен "меть навивку, противоположную винтовому рабочему орга - 5У, или вращаться в противоположную сторону. Наличие Двух таких рабочих органов дополнительно к перечисленным создает гладкую (без свальных гребней и развальных 'орозд) обработанную поверхность. Такой рабочий орган Дает возможность за счет регулировки частоты вращения винтовой части 1 и шнековой 3 в широких пределах ^менять качество обработки и приспосабливаться к изменяющимся свойствам почвы.
В дополнение к изложенному у данного рабочего органа есть большие преимущества перед существующими комбинированными агрегатами, Все известные комбинированные агрегаты ■ имеют большую длину (порядка 5-Ю м). Данный агрегат при диаметре пружины 400-600 мм будет иметь длину примерно 1-1,5 м. Он выполнен навесным^ поэтому легко может переводиться в транспортное положение.
Для повышения качества обработки гребневой поверхности почвы был предложен ротационный рыхлитель [80] , в котором спирально-пластинчатый рабочий орган выполнен в виде двух конических спиралей с противоположным направлением навивки. При этом меньшими основаниями спирали обращены вовнутрь, т. е. в сторону продольной оси рыхлителя. Каждая спираль подпружинена относительно осн и наружного фланца.
Ротационный рыхлитель, Перемещаясь по откосу гребня, обрабатывает его на глубину 4 - 5 см. Под действием усилия пружины спирально-пластинчатый рабочий орган прижимается наружным фланцем к откосу гребня и в зависимости от изменения профиля гребня копирует его. При выполнении технологического процесса элементы спирали постоянно колеблются, т. е. перемещаются вдоль своей оси, чем и обеспечивается их очищение от налипшей почвы и растительных остатков, и исключается их. забивание почвой.
Использование ротационного рыхлителя позволяет за один проход агрегата разрыхлять поверхность откосов гребня |и подрезать раннюю сорную растительность. , Проведенные исследования [81] различных вариантов однорядного спирально-винтового рыхлителя показали, что он в режиме свободного качения не удовлетворяет требованиям предпосевной обработки гребнистой поверхности поля и дна борозды.
На устранение этих недостатков, а также на улучшение мульчирования почвы и заделку^растительных"остатков после уборки, например зерновых культур, направлено показанное на рис.-23 почвообрабатывающее орудие [82}., смонтированное на жат^е.
В почвообрабатывающем орудии рабочий орган выполнен в ввде четырех пружинных рыхлителей 1-4, расположенных' Попарно с образованием двух батарей. Рыхлители 1 и 3 имеют правостороннюю навивку, а рыхлители 2 и 4 - левостороннюю. При этом витки пружин 1 и 2 смещены в осевом направлении относительно витков рыхлителей 3 и 4 на
Рис.23. Почвообрабатывающее орудие, смонтированное на жатке зерноуборочной машины
Половину шага пружин. Такое выполнение и расстановка рыхлителей приззаны обеспечивать качественное измельчение поверхности почвы и выравнивание микрорельефа поля. Рыхлители монтируются снизу днища жатки 5. Пара рыхлителей кинематически связана с другой парой посредством цепной передачи 6.
При движении жатки по полю рыхлители 4 и 2 за счет взаимодействия с почвой приводятся во вращение. Кинематическая снязь 6 обеспечивает также вращение рыхлителей 3 н 4 с подрезанием жнивья. Вращающиеся рыхлители, копируя рельеф поля, осуществляют смещение верхнего слоя почвы на глубине 4-5 см, дробление почвенной корки, измельчение жнивья, корневищ сорняков и выравнивание микрорельефа поля.
Качественная работа рыхлителей обеспечивается при диаметрах спирали 210-240 мм и 360-400 мм и ее ширине * соответственно 60-80 мм и 120-140 мм [81] . Совмещение 4 операций скашивания жаткой ЖРБ-4,2и лущения стерни спирально-винтовым почвообрабатывающим орудием позволяет накопить продуктивную влагу в пахотном слое почвы. По сравнению с существующей технологией снижаются тру - : доемкость процесса на 40,7%, металлоемкость и энергоемкость - соответственно на 9,8 и 29,4%.
Описанная схема расстановки спирально-винтовых почвообрабатывающих рабочих органов использована и в ротационной бороне [83] .
В машине для обработки почвы [84] спирали расположенных друг за другом приводных рабочих органов заходят одна в пространство другой с возможностью контактирования их витков. Спирали могут иметь одинаковый или различные диаметры. Недостатком этой машины является то, что витки каждой спирали имеют жесткую связь с проходящим внутри нее валом, что не дает ей возможности копировать микрорельеф почвы.