Материал: Модернізація приводу робочих органів ґрунтової фрези КФГ-3,6

Фізико-механічні властивості ґрунту

Ґрунт - трьохфазне дисперсне середовище, яке складається з твердих частин, рідких і газоподібних, роздрібнених і перемішаних між собою. Крім того в ґрунті є рослинні залишки (коріння і стеблі рослин) і живі організми рослинного і тваринного походження. Ґрунтові мікроорганізми, розчинюючі органічні залишки, не тільки забезпечують мінеральне живлення рослин, але і беруть участь в ґрунтоутворюючому процесі, сприяючи накопичуванню гумуса, який позитивно впливає на технологічні властивості ґрунту [2].

Тверда частина має складний склад: поряд з мінеральною частиною вона містить органічну частину (гумус), а також мікрофлору і мікрофауну. Рідка частина в основному складається із водяного розчину мінеральних і органічних солей і кислот, а газоподібна - з повітря, яке містить в собі різні гази і пори води. Від становища в ґрунті рідкої і газоподібних фаз в більшості залежить від технологічних властивостей.

Основні загальні характеристики будови ґрунту - скважність (парозність, пористість) і щільність (об'ємної маси).

Скважність - відношення об'єму пустоти до загального об'єму грунту, виражених в процентах. Скважність залежить від структури грунту і змінюється від 40...50% в піщаних, 80...90% в торф'яних ґрунтах, суглинкові і глинисті займають проміжне положення, їх скважність 50...60%.

Щільність - відношення маси (m) абсолютно сухого ґрунту до об'єму (V) досліджуваної проби, взятої без порушення її звичайної будови. Щільність залежить від механічного складу, вмісту гумусу и сквапності ґрунту. Щільність одного шару ґрунту змінюється в широких межах від 0,9 до 1,6г/смі. Щільність ґрунту можна регулювати за допомогою механічної обробки ґрунту в співвідношенні з вимогами для окремих видів рослин. Тверді елементи ґрунту являють собою частини різних розмірів, які утворені в результаті вирівнювання. Процентний вміст механічних елементів в ґрунті характеризує його виробничу цінність. Так, ґрунти з високим процентним вмістом мулуватих частин відносяться до важких ґрунтів. Чим більше в ґрунті мулистих частин, тим більше його питомий опір, тим гірше він поглинає вологу, погано прогрівається, рослинні залишки в ньому розпадаються повільно. Ґрунти з великим вмістом піску відносяться до легких. Подібні ґрунти легко орати, вони добре поглинають вологи, але погано її зберігають, добре сприймають тепло. Рослинні залишки і добрива в них легко розчиняються. Кращими по механічному складу вважають суглинкові і супіщані ґрунти з вмістом мулових частин від 10 до 40%. При класифікації ґрунтів по механічному складу мілкозем розподіляють на дві фракції, фізичну глину (частинки менші 10мкм). Ґрунти з різним відношенням цих фракцій одержали різні назви. Розділяють ґрунти на дві групи - структурні і безструктурні. Структурні ґрунти можуть розпадатися на окремі різні по величині і формі агрегати, грудки зерна і залягати рихлим шаром. Найбільш липким по структурі ґрунт складається з окремих важко роздільних коточків з діаметром 0,25 - 10 мм. Безструктурний ґрунт звичайно представляє собою, або щільну масу з маленьких пилових частин (діаметром лише 0,25 мм), або складається із щільно великих комків діаметром від 1до 10 см і більше. Безструктурні ґрунти погано зберігають вологу і мають слабку повітропроникність. Тяговий опір при обробці структурного ґрунту менше ніж при обробці безструктурного. Залипання робочих органів лише при роботі на структурних ґрунтах. Властивості окремих частин ґрунту триматися одна біля іншої і чинити опір механічним впливам називається в'язкістю. В'язкість залежить від механічного складу ґрунту [3].

Ґрунт при будь-якому ущільненні являє собою пористе тіло. Під пористістю ґрунту розуміють відношення об'єму всіх пор, заповнених водою, або повітрям, до об'єму ґрунту. Розподіляють також два види ґрунтів - некапілярні та капілярні.

Основним джерелом для живлення і життя рослин є ґрунтова волога. В ґрунті розподіляють чотири основні категорії води: зв'язану, капілярну, вільну, або гравітаційну і пароутворюючу. Твердість - це властивість чинити опір проникненню в нього будь-якого тіла.

Пластичність - властивість ґрунту деформуватися під дією зовнішніх сил і зберігати деформований стан після припинення дії.

Пружність - властивість ґрунту після припинення дії зовнішніх сил, які викликають його деформування, частково повертати свою попередню форму і розміри.

Липкість - властивість частин ґрунту в вологому стані склеюватися між собою, прилипати до робочих поверхонь робочих ґрунтообробних машин.

Дані фізико-механічних і технологічних властивостей різних ґрунтів, використовують при розробці нових машин для обробітку ґрунтів, визначені норми їх виробітку.

Агротехнічні та експлуатаційні вимоги до ґрунтообробних фрез

Основні функції, що покладені на знаряддя для поверхневого обробітку ґрунту, і вимоги, які з цього випливають [4]:

• - розпушення верхнього шару ґрунту - уміст фракцій ґрунту розміром 0,3...5,0 мм до 90 % у посівному шарі;
• - вирівнювання поверхні поля - гребнистість поверхні поля не більше ніж 3 см;
• - підрізання бур'янів - повне, тобто 100 %;
• - ущільнення ґрунту - до щільності посівного шару 0, 9... 1,1 г/смі.

Ці функції можна реалізовувати послідовним застосуванням одноопераційних знарядь або об'єднанням різних робочих органів у комбіновані агрегати. Суміщення операцій приводить до появи багатофункціональних сільськогосподарських машин, зокрема ґрунтообробно-посівних комплексів.

Основні вимоги до машин для поверхневого обробітку ґрунту:

• - дотримання встановленої захисної зони рядка ± 2 см;
• - витримування агротермінів виконання технологічної операції;
• - рівномірне розпушення ґрунту на задану глибину, без вивертання на поверхню нижніх вологих шарів;
• - повне підрізання бур'янів у (100 %);
• - під час букетування або механічного проріджування в прорізах підрізання не лише бур'янів, а й культурних рослин;
• - допустиме пошкодження чи присипання культурних рослин у зоні рядка не більше ніж 3 %;
• - у міру підростання рослин поступове збільшення глибини при повторних міжрядних обробітках від 2 до 10 см та відповідне розширення захисних зон рядків;
• - за потреби передзбиральне розпушення на глибину до 16 см;

За якістю виконання технологічного процесу поверхневий обробіток поділяється на:

• - грубий (захисна зона рядка до 30 см), який потребує додаткового ручного чи механічного або хімічного втручання;
• - точний (захисна зона рядка до 10 см), який потребує механічної перевірки у захисній зоні рядка;
• - селективний (рівня "точного землеробства"), що дає змогу механічно знищувати бур'яни у зоні рядка, розрізняючи культурні та дикорослі рослини за допомогою фотоелементів (перебуває у стадії розробки).

Загальна конструкція і принцип роботи фрези

У залежності від призначення машини робочими органами фрез можуть служити ножі різної форми, зуби, гаки, шнеки. Вони кріпляться на вал, який примусово обертається від валу відбору потужності трактора через карданну передачу і редуктори. Вал разом з робочими органами називають фрезерним барабаном. При поступальному русі фрези обертовий барабан (200-300 об / хв.) своїми ножами послідовно відокремлює частки ґрунту (стружку) і відкидає їх назад (рисунок 1.1). При цьому відбувається інтенсивне рихлення і перемішування ґрунту на всю глибину ходу робочих органів (10-25 см). Ззаду за фрезерним барабаном встановлені граблі, які затримують великі шматки дернини і вони укладаються на оброблену смугу. Дрібні ж фракції ґрунту проходять крізь пальці граблів і присипають дернину зверху, частково вирівнюючи поверхню оброблюваної смуги. У роботі фреза спирається на два полоза, які кріпляться по краях рами. Перестановкою полозів по висоті регулюють глибину ходу фрезерного барабана [5-8].

Загальне пристрій і робота фрези полягають в наступному: при русі агрегату робочий орган (фрезерний барабан) (рисунок 1.2), який одержує обертання від ВВП трактора через карданну передачу і конічної-циліндричний редуктор, ножами 1, встановленими на вільно сидить на валу відомому диску 2, відділяє від масиву ґрунту стружку, інтенсивно кришить і перемішує її і відкидає за барабан.

Ґрунт, вдаряючись об грати (гребінку) 5, додатково пухка і укладається ззаду фрези. Для запобігання перекидання ґрунту через барабан зверху нього встановлений кожух 4. Обертання на ведений диск 2 передається через провідний диск 3 з фрикційними накладками, жорстко посадженим на валу і притискуються до веденого диску 2 за допомогою пружин. Сила притиснення дисків регулюється зусиллям пружин.

Рисунок 1.1-Технологічна схема роботи фрези: 1 - опорні полози; 2 - карданна передача, 3 - редуктори, 4 - граблі, 5 - робочі органи фрезерного барабана

Рисунок 1.2- Схема пристрою і роботи фрезерного робочого органу: 1 - ножі; 2 - ведений диск, 3 - провідний диск; 4 - кожух; 5 - решітка (гребінка)