Руководитель курсовой работы                                                          В. Ф. Кондрашов

1 Исходные данные

1) Схема прицепной тяжёлой дисковой бороны по типу БДТ-3,0

2) Удельное сопротивление почвы

3) Наибольшая глубина обработки

4) Ширина захвата

2 Агротехнические требования для разработки пластов первичной вспашки на торфяных почвах

Обработка почвы - это механическое воздействие на нее рабочих органов машин и орудий. Прием обработки характеризуется воздействием рабочих органов одного наименовании.

Система обработки почвы представляет собой совокупность научно обоснованных приемов обработки почвы под культуры к севообороте (например, под зерновые культуры, лен и т. д.).

Виды обработки почвы существуют следующие: основная на глубину от 16 до 24см и более, существенно изменяющая сложение почвы, и поверхностная на глубину до 8см. Обработку почвы на глубину более 24см называют глубокой, от 8 до 16см - мелкой.

К основной обработке почвы относятся вспашка, безотвальная обработка плугами, глубокая плоскорезная обработка, фрезерование (на глубину вспашки) и чизелевание (глубокое рыхление с промежутками между следами рыхлительных лап).

Обработку почвы следует выполнять в установленные сроки. Если обработка состоит из нескольких приемов, то желательно не разрывать их во времени.

Необходимо соблюдать заданную глубину обработки; отклонение не должно превышать ±(1...2) см.

Не допускаются огрехи или пропуски. Поскольку огрехи чаще всего появляются в результате небрежного вождения трактора, то о них судят по виду следов рабочих органов машин и орудий. Следы должны быть прямолинейными.

Концы участка обрабатывают так же аккуратно, как и основной участок, на котором не должна просматриваться пестрота в каком-либо показателе качества (например, глыбистости, гребнистости поверхности, заделке сорной растительности и навоза). Чаще всего пестрота этих показателей - результат работы на разных скоростях, а также небрежного вождения агрегата и плохого состояния рабочих органов машин и орудий (тупые лезвия, ржавая рабочая поверхность).

При любой обработке желательно получить комочки почвы размером 1...10мм и нежелательно - частицы менее 0,25мм. Эти показатели зависят от вида обработки и свойств почвы. Они трудно достижимы, но желательны.

Рабочие органы в конце обрабатываемого участка поля следует включать и выключать на одной линии; допускаемое отклонение не более ±0,5м.

К каждому виду обработки почвы предъявляются специфические требования. Например, свальные гребни не должны превышать фона остальной пашни более чем на 10см, а почва под ними должна быть вспахана. Развальные борозды должны иметь по всей длине гона заданную ширину и глубину.

Не допускается, чтобы безотвальные орудия для рыхления подверженных ветровой эрозии почв уничтожили более 10% стерни за один проход при мелком рыхлении и более 25% - при глубоком и чтобы при этом почва разрушалась до частиц менее 1мм.

В верхнем рыхлом слое почвы, подготовленной к посеву, не должно содержаться комков более 3см, гребнистость поверхности пашни должна быть не более 3...4см.

При уходе за посевами все сорняки следует уничтожать так, чтобы повреждения культурных растений были минимальными.

Оценивая качество работы почвообрабатывающих машин, учитывают соблюдение всех агротехнических требований, помня о том, что главное из них - борьба с сорняками.

2.1 Физико-механические свойства объекта обработки

Почва - многофазная дисперсная среда, состоящая из твердых частиц, воды, воздуха и живых организмов, перемешанных между собой в различных соотношениях. По разнообразию свойств, в природе нет подобного почве тела. Свойства же почвы имеют решающее значение для качественных и энергетических показателей работы почвообрабатывающих машин.

Механический состав: в зависимости от размеров твердые частицы почвы подразделяются на каменистые включения (размер частиц более 1 мм) и мелкозем. При определении типа почвы по механическому составу анализируют только мелкозем, который делится на две фракции: физический песок (частицы более 0,01мм) и физическую глину (частицы менее 0,01мм). По количеству физической глины различают почвы глинистые (более 50% глины), суглинистые (50...20%), супесчаные (20...10%) и песчаные (менее 10% физической глины). Чем больше в почве физической глины, тем труднее она в обработке.

Структура почвы: со временем в почве первичные частицы коагулируют и слипаются, в результате чего создаются новые, более крупные агрегаты различного размера. Структурные образования размером 0,25мм условно принято называть микроагрегатами, а более крупные — макроагрегатами почвы. Считается, что при механической обработке почвы нельзя допускать разрушение ее до частиц меньше 0,25мм, так как это приводит к разрушению структурных агрегатов.

Коэффициент структурности почвы служит ее оценкой после обработки. Он вычисляется так:

,

где

 – массы агрегатов размеров 0,25…7мм;

 – массы остальных частей почвы.

Плотность почвы. Плотность минералов, образующих почву, равна , твердой фазы почвы - , перегноя - .

Плотность представляет собой отношение массы  абсолютно сухой почвы с ненарушенным сложением (включая поры) к ее объему V, тогда:

У культурной пашни , при  она уплотнена, а при  - сильно уплотнена.

Подпахотные горизонты имеют плотность . Влажность почвы. Объем почвы, не занятый твердыми частицами, заполнен водой и воздухом.

Влажность почвы считают оптимальной, когда вода заполняет три четверти имеющихся в ней капиллярных скважин.

О количестве воды в почве судят по ее абсолютной влажности , которую вычисляют по формуле:

,

где

 – масса влажной почвы;

 – масса влажной и сухой почвы.

Влажность почвы существенно влияет на ее обработку. Время перехода от полутвердой к твердой консистенции соответствует физической спелости почвы и является оптимальным для обработки. При этом большим рабочим скоростям соответствует большая влажность почвы, при которой сопротивление обработке наименьшее. При обработке подзолистой песчаной почвы оптимальной можно считать абсолютную влажность, равную 12 %, дерново-подзолистых суглинистых почв - 12...22, черноземов - 17...30%.

Коэффициент пористости е служит для характеристики сложения почв. Он равен отношению объема пустот  к объему твердых частиц , то есть:

,

где

 – плотность твердых частиц.

При 0,5<<1,5 почва уплотнена, а при > 1,5 — рыхлая.

Каменистость почвы. Камнями в почвоведении называются первичные частицы размером 1мм и более. Почвы делятся на некаменистые (менее 0,5% камней), слабокаменистые (0,5...5%), среднекаменистые (5...10%) и сильнокаменистые (более 10 % камней).

Способность почвы к крошению выражается отношением массы комков размером меньше 50мм к массе почвы в пробе, выраженным в процентах.

Пределом нецелесообразности обработки почвы считают количество пылеватых частиц, близкое к 30% по объему.

Идеальной считается такая обработка почвы, когда на глубине заделки семян ее составные части достигают размеров 0,25. . .7мм, а ниже этого слоя объемная масса составляет в зависимости от типа почв и возделываемой культуры.

Минимальный размер частиц для почв, подверженных эрозии, не должен быть менее 1мм.

Твердость почвы - способность сопротивляться внедрению в нее под давлением какого-либо тела в виде конуса, цилиндра или шара. Твердость - сравнительный показатель механических свойств почвы. Однако корреляционная связь между твердостью и сопротивлением почвы, наблюдаемая лишь при работе плугов, различна для песчаных и глинистых почв.

Для измерения твердости почвы служат приборы - твердомеры. Для твердомеров стандартом предусматривается применение наконечников конической формы двух размеров: с площадью основания и углом при вершине - для твердых почв и с площадью основания и углом при вершине - для рыхлых почв.

Твердомеры снабжают самописцами. При внедрении в почву наконечника вычерчивается диаграмма. По данным этой диаграммы определяют стандартную твердость Р почвы по формуле:

,

где

 – средняя ордината диаграммы твердомера, определяемая методом планиметрирования, см;

 – жесткость пружины, определяемая тарировкой, Н/см;

 – площадь основания конуса, .

По диаграмме твердомера, кроме твердости почвы, можно определить предельное значение удельного давления или несущую способность почвы:

и коэффициента объемного смятия:

где

 – силы, отвечающие соответственно пределу пропорциональности (точка А), Н;

 – силы, отвечающие соответственно пределу текучести (точка В на диаграмме), Н;

 – погружение плунжера в пределах пропорциональности, см площадь основания конуса, .

Для жнивья, паров и лугов , для грунтовой дороги .

Коэффициент внешнего трения. На трение рабочих органов машин о почву бесполезно расходуется много энергии и, кроме того, изнашиваются рабочие органы машин.

Под трением понимается сопротивление скольжению одной поверхности по другой. Сила трения:

где

– нормальная сила, Н;

– коэффициент трения;

– угол трения.

Для каждой почвы имеется свое значение влажности, при которой коэффициент трения достигает максимума.

Для обыкновенного чернозема Wa≈30%.

Коэффициент трения для разных почв колеблется от 0,25 до 0,90, угол трения - от 14° до 42°. Для ориентировочных расчетов принимают = 0,5, что соответствует углу трения  = 26°30'.

Коэффициент трения для чисто шлифованной стали ниже, чем для нешлифованной. В то же время полировка поверхности почти не изменяет его значения.

Наиболее низкий коэффициент трения о почву имеют некоторые новые материалы (например, тефлон, фторопласт).

Сопротивление почвы деформациям (прочностные свойства) до сих пор изучено слабо. В качестве примера приведем опытные данные прочностных свойств для глинистого чернозема при абсолютной влажности 20%; примерное значение временного сопротивления на растяжение; сопротивление сдвигуи сжатию .

Сопротивление почв различным деформациям уменьшается с увеличением их влажности (до определенного предела) и с улучшением структуры.

Сопротивление сдвигу и растяжению в сильной степени зависит от наличия в почве корней растений.

Удельное сопротивление почв при пахоте. В качестве показателя для классификации почв по трудности обработки принято удельное сопротивление почвы при вспашке k (), которое определяется по формуле:

где

 – общее сопротивление плуга, измеренное динамометром, Н;

 – глубина пахоты, см;

 – ширина захвата корпуса, см;

 – число корпусов плуга.

Удельное сопротивление почвы зависит от ее механического состава, структуры, степени уплотненности, задернелости, влажности и т. п.

Почвы с удельным сопротивлением до считаются легкими, от 3 до 5 - средними; от 5 до 7 - среднетяжелыми и от 7 до 12- тяжелыми.

Абразивные свойства. Под абразивными понимаются свойства почвы, способствующие соскребанию (царапанью) и уносу поверхностного слоя металла рабочих органов почвообрабатывающих машин движущимися почвенными частицами. Из минералов, образующих почву, наибольшую твердость имеет кварц, который составляет основу песчаных почв. Наибольшая изнашивающая способность у мелких песчинок размером от 0,01 до 0,25мм. С увеличением влажности песчаных почв износ рабочих органов машин увеличивается, на глинистых и суглинистых почвах наблюдается обратное явление.

Липкость почвы. Способность частиц почвы в сыром состоянии склеиваться и прилипать к различным поверхностям называется липкостью. Липкость характеризуется усилием, отнесенным к 1см соприкасающейся с почвой стальной поверхности, необходимым для ее отрыва.

Липкость почвы зависит от следующих основных факторов: влажности, дисперсности, свойств материала рабочего органа, чистоты его поверхности и удельного давления. С увеличением дисперсности липкость почв увеличивается. Поэтому глинистые почвы наиболее липкие. Зависимость липкости от удельного давления сложная: в одних случаях почва прилипает к выступам на рабочей поверхности, в других - к впадинам.

3 Технологические расчёты

3.1 Силы действующие на диск

Реакция почвы всегда нормальна к рабочей поверхности диска, а так как диск сферический, то она направлена под углом к горизонту и способствует заглублению диска. При увеличении угла атаки растет сопротивление движению диска, вследствие чего увеличивается глубина обработки почвы.

Равновесие несимметричных дисковых орудий достигают правильным выбором угла атаки передней и задней батарей и направления линии тяги. Поскольку сопротивление дисков первой батареи, работающих в более плотной почве, больше, чем у дисков задней батареи, равновесие будет обеспечено, если направление линии тяги совпадает с направлением равнодействующих сил   и  .

При изменении сопротивления батарей диски будут стремиться  отклониться  в  сторону от исходного направления, соответствующего разности сопротивлении  и  . В результате этого возникает момент, создаваемый силой тяги трактора и стремящийся возвратить батарею в исходное положение.

Основным условием устойчивого хода несимметричных дисковых орудий является правильный выбор углов  и  постановки батарей.

В вертикальной плоскости, действующие на диск, силы расположены ниже оси батареи, вследствие чего они создают момент, стремящийся заглубить тот конец батареи, к которому диски обращены своей вогнутой стороной. Чтобы выровнять батарею в вертикальной плоскости, регулируют положение рамки батареи с помощью понизителей. Для этого конец батареи, к которому диски обращены своей вогнутой стороной, присоединяют к понизителям выше, чем противоположный.

Удельное тяговое сопротивление q для тяжелых борон при а = 10...20см равно 4...8 кН/м.

3.2 Параметры дисков

Диаметр дисков выбирают из условий обеспечения требуемой глубины обработки и экономии металла.

Расстояние b между дисками должно быть таким, чтобы орудия не забивались и получалась необходимая высота h гребней на дне борозды. При глубине обработки a это расстояние b≥1,5а. Для дисковых плугов допускается h≤0,4a, для лущильников h ≤ 0,5a, для борон h≤а.

Диски затачивают, как правило, с выпуклой стороны. Угол заточки или заострения диска i =10...20° для борон и лущильников и 15...25° для плугов. Более острые углы заточки приводят к ослаблению прочности лезвия и быстрому его выщербливанию, а более тупые - к увеличению затылочного угла , ухудшению заглубляемости диска в почву.

Затылочный угол меняется с высотой (глубиной) обработки. Для нормальной работы диска необходимо, чтобы затылочный угол на уровне поверхности поля был положительным.

Угол наклона образующей конуса заточки к плоскости режущей кромки определяется по формуле:

где

 – диаметр диска, ;

 – длина хорды погруженного в почву сегмента диска на глубину:

 – угол:

где

 – угол атаки,;

 – затыловочный угол.

тогда

Угол, характеризующий кривизну рабочей поверхности диска:

Радиус кривизны рабочей поверхности диска:

В соответствии с ГОСТ принимаем R = 350мм.

3.3 Расчёт получаемого гребня

Расстояние между смежными дисками равно:

где

 – высота гребня, .

Принимаем

Расстояние между вершинами гребней:

где

 – диаметр диска.

После упрощений получим:

Корень уравнения:

Отсюда следует, что с увеличением угла атаки высота гребней уменьшается и наоборот.

Степень неравномерности глубины обработки:

где

 – площадь поперечного сечения бороздки;

 – площадь поперечного сечения  почвы;

 – высота гребней;

 – площадь равнобедренного треугольника.

тогда

 При высоте гребней, равной глубине обработки а, степень неравномерности глубины равняется 0,5 и является предельной.

На заглубляемость дисковых борон, кроме угла атаки, массы бороны и направления линии тяги, оказывают влияние и такие факторы, как рабочая скорость, диаметр, толщина, заточка и кривизна дисков.

Снижение скорости невыгодно с точки зрения производительности, а ее увеличение свыше 7 км/ч ведет к ухудшению качества обработки почвы.

4 Настройка прицепной дисковой тяжёлой бороны и основные регулировки

Дисковые бороны бывают легкие (полевые и садовые) и тяжелые. Полевые бороны применяют для обработки зяби, после пахотного рыхления задернелых пластов, лущения стерни, освежения слабо задернелых лугов. Садовые бороны предназначены для обработки почвы в междурядьях садов. Глубина обработки до 10см. Тяжелые бороны используют для разделки задернелых пластов после вспашки целинных и залежных земель, дискования заболоченных почв, обработки лугов и пастбищ, заделки удобрений и пожнивных остатков. Глубина обработки до 20см.

Рабочий орган легкой дисковой бороны - стальной заостренный сферический диск диаметром 450 или 510мм. Тяжелые дисковые бороны имеют вырезные диски диаметром 660мм, которые хорошо заглубляются в почву и интенсивно измельчают растительные остатки.

Несколько дисков, смонтированных на квадратной оси, образуют батарею. Диски на оси располагают на некотором расстоянии один от другого, между ними ставят распорные шпульки. Ось устанавливают в подшипниках, и батарея во время движения вращается.

Батареи закрепляют на раме в два ряда под углом к направлению движения. Передние батареи работают вразвал, задние - в свал. Для лучшего крошения почвы диски задних батарей смещены относительно дисков передних. Угол а между плоскостью вращения диска и линией направления движения орудия называют углом атаки. Его можно изменять от 0 до 21°. При обработке сухих и твердых почв угол атаки увеличивают, при дисковании влажных и легких почв уменьшают.

При движении бороны диски, сцепляясь с почвой, вращаются. Режущая кромка диска отрезает полоску почвы и поднимает ее на внутреннюю сферическую поверхность. Затем почва падает с некоторой высоты и отводится диском в сторону. В результате перемещения по диску и падения почва крошится, частично оборачивается и перемешивается. С увеличением угла атаки диски глубже погружаются в почву, крошение ее возрастает. Глубину обработки устанавливают изменением угла атаки и давления дисков на почву. Давление регулируют, изменяя массу балласта или силу сжатия нажимных пружин.

Дисковые бороны по сравнению с зубовыми меньше забиваются, перерезают тонкие корни и перекатываются через толстые. Для работы на каменистых почвах диски непригодны: лезвия их ломаются.

Перемещая по брусу кронштейны и фиксируя их штырями, можно установить углы атаки дисков 12, 15, 18 и 21°. Для переоборудования бороны на ширину захвата 2м боковые брусья сближают, смещая их по поперечным брусьям, и присоединяют батареи с меньшим числом дисков. Глубину обработки регулируют изменением угла атаки дисков и массы балласта, закрепляемого на раме.

Тяжелая прицепная борона БДТ-3 агрегатируется с тракторами тягового класса 3. К раме посредством кронштейнов крепят четыре батареи. Батареи составлены из сферических вырезных дисков диаметром 660мм, насаженных на круглую ось. Передние и правая задняя батареи имеют по семь дисков, левая задняя - восемь. Дополнительный диск батареи  подрезает  огрехи, остающиеся между передними батареями. Диски очищаются скребковыми чистиками.

Равномерность заглубления дисков передних и задних батарей регулируют механизмом выравнивания рамы. Соединенный с ней рычаг связан регулировочным винтом с прицепным устройством, а тягой - с кулаком коленчатой оси. При вращении винта рычаг перемещает тягу, которая кулаком 9 поворачивает ось с опорными колесами.

Глубину обработки регулируют изменением угла атаки дисков (12, 15 и 18°), раздвигая или сдвигая внешние концы батарей.

В транспортное положение раму переводят гидроцилиндром, опускающим вниз колеса.