Як знизити тяговий опір плуга
Без перебільшення можна сказати, що історія розвитку техніки - в першу чергу історія боротьби за розумне витрачання енергії, за її економію.
Протягом багатьох століть люди прагнули знизити тяговий опір плуга. Зниження тягового опору плуга тільки на 10% дозволить в масштабах нашої країни заощадити понад 300 тис. Т палива.
Опір грунтів при оранці плугом оцінюють питомим опором. Його визначають діленням тягового опору плуга на площу поперечного перерізу оброблюваного плугом пласта грунту.
Питомий опір узагальнюючий показник. Він однаково необхідний як конструктору для правильного розрахунку і вибору достатньої міцності плуга, так і економісту при складанні норм виробітку на тракторні роботи, витрати пального та визначенні необхідної кількості тракторів і грунтообробних машин. Тому вивченням питомої опору грунтів займаються у нас в країні в усіх зонах. Всі поля повинні мати паспорт по тяговому опору. Це допоможе правильно вибрати знаряддя і трактор.
За опору грунту поділяють на легкі, середні, середньотяжкі, важкі і дуже важкі, якi мають питомий опір відповідно 0,3; 0,3 - 0,5; 0,5 - 0,7; 0,7 - 1,2 і понад 1,2 кг / см 2.
У загальному опорі плуга частка опору коліс складає 8 - 10%, польових дощок корпусів - 10 - 15%, відвалу і леміш - 75 - 80%, причому на леміш припадає 50 - 60%. Енергія, безпосередньо витрачена на виконання процесу оранки, розподіляється так: на деформацію ґрунту 16%, на підняття і прискорення грунтового шару 12%, на подолання сил тертя 60%, на різання грунту 12%.
Сила тертя грунту по сталі залежить від вологості і механічного складу грунту.
Зі збільшенням вологості вона зростає до певної максимальної величини, після чого починає різко знижуватися з подальшим збільшенням вологості. Вологість грунту, відповідна максимальній силі тертя, є критичною, після якої грунт переходить в стан пластичної течії з надлишком пухкої води.
Сила тертя залежить і від механічного складу грунту. Чим більше в грунті глинистих частинок, тим вище сила тертя.
При 40 - 60% капілярної вологості настає фізична стиглість грунту, тоді тяговий опір оранки стає мінімальним. З силою тертя пов'язані інші фізичні явища - залипання грунтом, перетирання і знос робочих органів плуга.
У міру зростання вологості грунту настає момент, коли сила опору ковзання грунту по металу стає вище сили внутрішнього тертя. У цей момент починається залипання поверхні відвалу.
На поверхні відвалу утворюються осередки залипання навколо головок болтів або лінії стикування лемеші відвалу. Поступово зона залипання поширюється на весь відвал, відкидання пласта припиняється, і грунт сгружівать перед корпусом. Тяговий опір різко зростає, а якість оранки знижується.
Однак при подальшому зволоженні грунту настає гідродинамічний тертя. В цьому випадку сили тертя між ґрунтом і робочою поверхнею зменшуються за рахунок товстої водної плівки, що утворюється на робочої поверхні відвалу.
Ще в минулому столітті селяни ставили на рамі плуга бочку з водою і самопливом подавали воду на відвал; так вони боролися з залипання і тертям.
У 1936 р в Швеції цей прийом для боротьби з залипання застосували вже на тракторному плузі "Олівер-99". Виявилося, що тяговий опір плуга при оранці чорноземних грунтів знизилося на 25 - 40%. Води при цьому витрачали 200 - 400 л / га.
Вода з резервуара, встановленого на плузі, під тиском підводилася до спеціальних впорскується отворів діаметром 1,5 - 2,0 мм, розташованим на лемеші, і змочувала робочу поверхню відвалу. Щоб отвору не забивалися грунтом, їх просвердлили під гострим кутом до поверхні лемеша.
У Франції зараз вже застосовують на невеликих ділянках плуги з водної мастилом. Вода впорскується на поверхню відвалу через отвори, просвердлені в болтах, що кріплять леміш і відвал до стійки корпусу. Витрата води можна регулювати зміною болтів з різними діаметрами отворів.
У цьому випадку рух ґрунтового пласта по поверхні відвалу нагадує ковзання ковзанів по дзеркальному льоду. Під тиском ковзанів лід тане і утворює між поверхнями, що труться водяну плівку. Вона-то і грає роль мастила, і тому ковзани легко ковзають по поверхні льоду.
У нашому випадку дзеркально-гладка поверхня відвалу - лід, а шар води - водяна плівка. Ефективність будь-якої мастила залежить від товщини її шару. Занадто товста плівка води не полегшує, а, навпаки, ускладнює ковзання. Тому конструктори прагнуть отримати оптимальну товщину водяній мастила, але практично це виконати не так просто.
У нашій країні в кінці 50-х років було випробувано пристрій для створення аеродинамічній мастила силою вихлопних газів, а пізніше за допомогою компресора.
Для цього стиснене повітря, що нагнітається компресором, проштовхував в вузьку щілину між поверхнею відвалу і пластом грунту. Новоутворена повітряний прошарок утримує пласт від зіткнення з поверхнею відвалу. Тертя пласта по відвалу виключається, а має місце ковзання шарів повітря відносно один одного. Тому сила опору на переміщення плуга знижується на 20 - 25% в порівнянні з роботою без повітряної подушки.
Виникає питання: чи вигідніше знижувати тяговий опір переміщенню плуга створенням повітряної мастила, інакше кажучи, заміною механічного тертя пласта про відвал тертям повітряних шарів? Що ж, питання закономірне. Було б все добре, якби не одне "але". Економлячи енергію на зниження тягового опору на переміщення плуга, ми програємо на додатковому витраті енергії для приводу компресора.
Крім того, грунт не утворює завжди злитого, суцільного пласта. Вона кришиться, і поданий під тиском повітря виходить назовні.
Обнадіює вчених застосування так званої електросмазкі. Вона заснована на явищі електроосмосу грунту, відкритого ще в 1807 р російським вченим Ф.Ф. Рейсом. Він встановив, що якщо прикласти до ґрунтової шару електричне поле, то почнеться рух капілярної води в грунті до негативного електроду під дією електричного струму.
Це явище використовував в 1931 р С. І. Долгов для зниження тягового опору плуга. Приклавши до ізольованого від рами плуга корпусу негативний полюс електричного кола, а позитивний опустивши в грунт, С. І. Долгов викликав явище електроосмосу. Волога, піднімаючись до поверхні відвалу, створювала рідинну прошарок між грунтом і відвалом. Тяговий опір при цьому знижувався на 8 - 10%.
Однак явище електроосмосу діяло ефективно тільки при малих швидкостях руху, не вище 0,5 м / сек: зі збільшенням швидкості капілярна вода не встигала переміщатися до зв'язаних поверхонь (грунт - відвал).
У повоєнний час швидкість оранки з "електросмазкой" довели до 1,26 м / сек. При цьому тяговий опір знизилося на 10 - 15%. Такий спосіб знайде застосування в грунтообробних агрегатах, які працюють на малих робочих швидкостях.
У нашій країні в кінці 30-х років для боротьби з залипання стали застосовувати вібрацію робочих органів. Наприклад, при роботі плуга корпусу роблять коливання з малою амплітудою, але з великою частотою. Що рухається по поверхні відвалу пласт отримує безліч імпульсів-впливів безпосередньо по поверхні контакту грунту з корпусом плуга. Пласт перебуває ніби в підвішеному стані, тиск його на корпус знижується, а отже, зменшується і сила тертя. З іншого боку, внаслідок меншого часу контакту грунту з корпусом плуга відбувається заліпаемость робочих органів плуга.
Для боротьби з заліпаемостью починають застосовувати покриття робочих органів грунтообробних машин спеціальним матеріалом, що володіє тим властивістю, що в процесі роботи відбувається як би стирання його, т. Е. Безперервний знесення грунтом його поверхневих частинок. Такий матеріал повинен мати воістину чарівними властивостями: по-перше, зв'язок між поверхневими частками нанесеного матеріалу і його внутрішніми шарами повинна бути менше дотичних сил тертя і прилипання, що розвиваються в області контакту, а, по-друге, матеріал, нанесений на поверхню робочих органів, міг би відділятися за допомогою поверхневих частинок, інакше служити такий матеріал буде недовго і прийом виявиться малоефективним.
Тільки з розвитком хімії з'явилася надія практичного застосування цього методу боротьби за економію енергії.
В СРСР застосовують фторопласт 3 або 4, в США - тефлон, в Англії - Флюонія, в Італії - алгофон, у Франції - сорофлок, в Чехословаччині - тефлокс, в ФРН - костофлон.
Ці матеріали, напилені на поверхню відвалу, мають чудовими властивостями - відштовхувати від себе грунт при будь-якій її вологості. Наприклад, застосування на плузі групи фторопластових пластмас і поліетилену високого тиску знижує тяговий опір на 20%, а іноді на 35%.
Але ахіллесова п'ята цих чудових матеріалів - їх низька зносостійкість і поки ще висока вартість. Найбільш перспективним напрямком для зниження тягового опору плуга є пошуки шляхів заміни тертя ковзання грунту по відвалу на тертя кочення.
Пізніше угорський винахідник Іштван Сабо сконструював спеціальний плуг, у якого частина відвалу була відрізана і замінена обертовими гумовими пневматичними роликами. Такий же ролик встановили замість знятої польовий дошки. Цей плуг проходив випробування в нашій країні. Тяговий опір його було на 17% нижче звичайного плуга.
Іншим напрямком зниження тягового опору плуга є пошуки підтримки постійної гостроти леза лемеша.
Надалі, можливо, леміш матиме хвилясту лінію леза. Зубці - виступи цих лемешів - тонше самого лемеші і не вимагають заточування. Вони служать до повного зносу зубів.