Розрахунок параметрів культиваторних лап

Розрізняють культиватори для суцільного і міжрядного обробітку та спеціальні. Робочими органами культиваторів можуть бути лапи (універсальні, долотоподібні, списовидні, лапи-бритви), розпушуючі зуби, голчасті диски, підживлюючі лапи або ножі для сухого та рідкого підживлення, корпуси-підгортачі. Найчастіше використовуються лапи, які з рамою з’єднують за допомогою стійок. Під час дії лапи на кореневище бур’яну воно може бути перерізане, розірване або висмикнуте з ґрунту. Для того щоб перерізати бур’ян, необхідно мати лезо лапи, яке не товстіше 0,3 мм, а також достатню швидкість руху агрегату. Якщо ці умови не забезпечуються, то лапа своїм лезом буде висмикувати корені бур’янів або втискати у ґрунт. Якщо коренева система бур’яну не втрачає зв’язку з ґрунтом, то бур’ян розривається. Що відбувається найчастіше, оскільки лезо лапи культиватора затуплюється в ґрунті. Руйнування кореня бур’яну в цьому випадку може відбутись від розтягу, зламу, зминання або від дії цих деформацій одночасно. Це залежить не тільки від самої лапи, але й від виду бур’яну та ґрунту. Основна вимога до лапи полягає в тому, щоб тріщини, які утворюються у ґрунті не звільняли від зв’язків з ґрунтом кореневище бур’янів до тих пір, поки вони не будуть розірвані стебла. З цією метою кут постановки лапи по відношенню до горизонту виконують невеликим.

При роботі лапи бур’ян, який не висмикнувся із землі, може порівняно легко перерізатись не тільки дуже гострим, але й тупішим лезом, оскільки бур’яни підпираються ґрунтом. Бур’яни зминаються і одночасно розриваються, при цьому у ґрунті утворюються тріщини. Якщо ж бур’ян висмикнути із ґрунту, то він буде перерізаний або зійде з лапи, не зависаючи на ній, за певних умов. Для цього бур'ян повинен ковзати вздовж леза. При різанні з одночасним проковзуванням вздовж леза, сила різання буде тим меншою, чим більше буде повздовжнє переміщення відносно нормального. При ковзанні матеріалу по лезу, в ньому виникають напруження розтягу і зсуву, які характеризуються меншими величинами опору, ніж деформація зминання. Лезо не буває ідеально рівним по всій довжині, що добре видно зразу після загострення. Нерівності леза захоплюють частинки матеріалу і зміщують їх. При русі лапи в ґрунті, вона чинить тиск на бур’ян і ґрунт, який направлений по нормалі до леза. Сила тертя, що виникає при взаємодії стебла з лезом лапи становить

,

де - кут тертя стебла буряна по лезу лапи.

Розкладемо силу на складові: - за напрямком руху лапи та – уздовж леза (рис.4.1, а). Кут між напрямком швидкості і нормаллю до леза складає ( ), якщо , то сила тертя одержить найбільше значення, оскільки

,

або

.

У цих умовах на корінь бур’яну діють сили та , результуюча яких направлена під кутом до нормалі . Корінь бур’яну при різанні повинен переміщатись за напрямком цієї сили до тих пір поки не відбудеться зрізання. З цього випливає, що при пресуванні лапи з положення І в положення ІІ на величину шляху , бур’ян переміститься з точки в точку , тобто пройде по лезу шлях , якщо він не буде зрізаний раніше. Таким чином, бур’ян ковзає лезом, проходячи певний шлях.

Рис. 4.1. Схема взаємодії лапи із стеблом бур’яну

Якщо ж , то сила тертя не досягає значення і є рівною рівна силі . У такому випадку стебло бур’яну буде рухатись у напрямку дії сили , тобто різання із ковзанням не відбуватиметься. Отже, різання із ковзанням можливе, якщо , або .

Коефіцієнт ковзання або міра ковзання матеріалу лезом є відношення шляху , який проходиться частиною матеріалу лезом до шляху переміщення цієї частинки у ґрунті. Коефіцієнт ковзання можна визначити

.

Коефіцієнт ковзання тим більший, чим менший кут . Якщо , то ковзання не відбувається, . Оскільки кут тертя бур’янів лезом лапи приблизно рівний , то граничне значення кута також складає , а граничне значення кута розтину . Кут розтину, в свою чергу, не тільки зв’язаний з умовами перерізання бур’янів, але і з умовами взаємодії із ґрунтом. Тому для обробки різних типів ґрунтів пропонують використовувати лапи з різним кутом розхилу . Наприклад, для обробки чорноземів і близьких до них ґрунтів підвищеної в’язкості приймають . Для ґрунтів середньої в’язкості і для піщаних (сипких) ґрунтів .

Кут різання , який утворюється верхньою фаскою леза і горизонтальною площиною, також впливає на чистоту підрізання бур’янів. Цей кут складається з , де – кут загострення, а - затильний кут. Кут загострення , а затильний кут складає приблизно 10°, тому = 22 ...25°. Кут кришіння утворюється зовнішньою площиною лапи і горизонталлю, якщо £ 15°, то загострення лапи повинно бути верхнім (рис. 4.2, а), якщо 15°< <25°, то загострення повинно бути двохстороннім (рис. 4.2, б), якщо ж кут ³ 25°, то загострення буде нижнім (рис. 4.2, в). Для плоскоріжучих лап = 15° ...18°, а для універсальних = 20° ...30°.

а б в

Рис.4.2. Схема загострення леза лап культиваторів