Зональність сільськогосподарського виробництва та різноманітні технологічні вимоги, зумовлені конкретними морфологічними, ґрунтовими, геологічними та іншими умовами, спрямованими на покращення сільськогосподарських угідь, оптимізацію водно-повітряного режиму використовуваних земель, а в системах обробітку ґрунту на запобігання водній та вітровій ерозії обумовили, відповідно наявність широкого спектру ґрунтообробних знарядь з ротаційними робочими органами [7, 11].

Ротаційні ґрунтообробні знаряддя можна поділити на два класи: знаряддя з активними робочими органами та знаряддя з пасивними робочими органами. Активні робочі органи ротаційних ґрунтообробних знарядь мають ряд недоліків, які полягають в підвищеній нетехнологічності виготовлення цих знарядь, і як наслідок, великої їх вартості, а також додаткових витратах енергії, пов'язаних з наданням робочим органам примусового обертового руху від джерел енергії (валу відбору потужності трактора), що призводить до підвищення вартості виконання технологічних операцій обробітку ґрунту.

Обробіток ґрунту пасивними ротаційними робочими органами потребує значно менших енерговитрат, не лише в порівнянні з активними роторами, а й з іншими ґрунтообробними знаряддями пасивного типу (табл. 2.6, [12]). Згідно прогнозу перспективного співвідношення ґрунтообробних знарядь, які застосовуються в системі основного обробітку ґрунту в умовах України, ротаційному обробітку важкими дисковими боронами відводиться досить значна частка - понад 20% (рис.2.1).

Основні типи дисків та їх конструкційні параметри визначені ОСТ23.2.147-85 [13]. Відповідно до цього стандарту встановлюються такі типи дисків ґрунтообробних машин: тип "А" - плоскі диски з центральним отвором та декількома кріпильними отворами; тип "В" - сферичні диски; тип "С" - сферичні диски з плоским днищем; "D" - сферичні диски з ексцентричним плоским диском та квадратним отвором; тип "Е" - плоско-сферичні диски.

Таблиця 2.6

Експлуатаційні та еколого-технологічні показники способів обробітку ґрунту з використанням ґрунтообробних робочих органів різних типів

Рис. 2.1 Прогноз перспективного співвідношення застосування ґрунтообробних знарядь

Деякі найхарактерніші стандартні ротаційні робочі органи, які встановлюються на секціях ґрунтообробних знарядь, та характеристика розподілення в ґрунті органічних речовин [14] при їх роботі, наведені в табл. 2.7

Заслуговують на увагу, також, деякі перспективні конструкції ротаційних робочих органів, спрямовані на покращення агротехнологічних показників щодо розподілення органічних речовин.

Так, робочий орган [15] (рис. 2.2) складається із закріпленого на осі 1 сферичного диску 2 з ріжучою кромкою 3, виконаного з радіальними трапецеїдальними вікнами 4. Більша основа 5 кожного вікна 4 звернена до ріжучої кромки диску, а бічні ріжучі кромки 6 та 7 кожного вікна відігнуті в протилежні боки відносно робочої поверхні диску. Суміжні вікна 4 диска мають різну висоту.

Таблиця 2.7

Ротаційні робочі органи, які встановлюють на секціях ґрунтообробних знарядь

Диски можуть встановлюватись в батареї і бути виконані вирізними по периферії. Обертаючись, диск 2 виконує своєю ріжучою кромкою 3 звичайне дискування ґрунту при цьому отвори 5 за допомогою кромок 7 і 8 частково обертають ґрунт і рівномірно розподіляють його по поверхні поля. Однак, конструкційні особливості такого робочого органу зумовлюють забивання його рослинними рештками та залипання в силу недостатніх геометричних розмірів вікна 5.

Рис. 2.2 Ротаційний робочий орган з вирізами у вигляді радіальних трапецевидних вікон

Ґрунтообробне знаряддя [16] (рис.2.3.) складається з опорних коліс 1 або пруткових котків 2, механізму навіски 3 рами 4 і розміщених в два ряди поперек руху напівсферичних кілець 5 з механізмами 6 та 7 регулювання кута атаки б і кута нахилу в до горизонтальної площини, відповідно. Робочі органи 5, підрізають ґрунтовий пласт, кришать, підіймають його увігнутою сферичною поверхнею, обертають і скидають на дно борозни, однак наявність двох кутів регулювання (б, в) підвищує складність підготовки його до роботи, а знаходження в робочій зоні підшипникового вузла збільшує ймовірність його залипання грунтом.

Ротаційно-зубовий робочий орган (рис. 2.4) [17] складається з ступиці 1 з квадратним отвором 4, оснащеної зубами 2, які виконані з різальною кромкою 3. Кінці зубів 2 розвернуті відносно поздовжньої осі 5 і відхилені в протилежних напрямках від площини ступиці 1, за рахунок чого в процесі роботи виконується поперечне зміщення ґрунту, що сприяє доброму перемішуванню верхнього шару ґрунту в горизонтальній площині. Відсоток заробки рослинних решток незначний внаслідок невеликої ширини робочої поверхні зубів 2.

Рис. 2.3 Ґрунтообробне знаряддя з двома ступенями регулювання кута встановлення робочих органів

Рис. 2.4 Ротаційно-зубовий робочий орган

Відомий робочий орган [18] (рис. 2.5), який складається з диску 1 на якому під деяким кутом в до площини обертання даного ротора встановлені зуби 2, які за рахунок гвинтової форми робочої поверхні, обертаючись в шарі ґрунту, розпушують його. В силу конструкційних особливостей (незначна ширина робочої поверхні) такі робочі органи мають невелику загортаючу здатність.

Рис. 2.5 Ротаційно-зубовий робочий ґрунтообробний орган

Робочий орган [19] (рис. 2.6) ротаційного ґрунтообробного знаряддя містить встановлений на горизонтальній осі несучий елемент 1, в формі циліндра, на поверхні якого під кутом б до площини обертання та під кутом ш до його твірної закріплено ножі 2, які при виході з ґрунту працюють в режимі відриву, що призводить до зменшення енергомісткості процесу Відомий ротаційно-ножовий робочий орган [20], який складається з основи 1 у вигляді диску, ножів 2 в яких передні різальні кромки 3 виконано за спіраллю Архімеда (рис. 2.7), які подрібнюють великі грудки, вирівнюють поверхню поля і загортають попередньо розкиданні по поверхні поля добрива. Конструкційною особливістю такого робочого органу є зменшення ширини робочої поверхні ножа в напрямку до периметра робочого органу, що призводить до зниження однорідності обробітку ґрунту.

Недоліком такого робочого органу є те що при виході ножу 2 з ґрунту відсутнє бічне переміщення скиби і, як наслідок, відбувається неповне загортання добрив та рослинних решток.

Рис. 2.6 Ротаційно-ножовий робочий орган

Рис. 2.7 Ротаційно-ножовий ґрунтообробний робочий орган

Цікавим, з точки зору виконуваного робочого процесу є також, робочий орган (рис. 2.8) ґрунтообробного знаряддя, яке складається з встановленої на рамі 1 осі 2 з втулками 3, на яких закріплено диски 4, оснащені трапецеїдальними ножами 5 з кутом растру б=120?.130?. За рахунок збільшення ширини робочої поверхні ножа 5 в напрямку до периметру, знаряддя забезпечує рівномірність обробітку приповерхневого шару ґрунту, однак, через плоску форму ножів 5 знаряддя має незначний показник заробки.

Рис. 2.8 Секція ґрунтообробного знаряддя з ротаційно-ножовим робочим органом

Ґрунтообробний ротаційний робочий орган має робочу поверхню виконану у формі гелікоїда. Такий робочий орган досить добре перемішує ґрунт, переміщуючи його в поздовжньому напрямку. Однак, в силу особливостей процесу роботи він не забезпечує достатнє обертання оброблюваної скиби ґрунту.

Рис. 2.9 Гвинтовий ґрунтообробний робочий орган

Отже на підставі аналізу існуючих конструкцій робочих органів ротаційних ґрунтообробних знарядь та за результатами порівняльних оцінок (табл. 2.6, табл. 2.7) можна зробити висновок про перспективність використання робочих органів ротаційного типу в зоні Полісся України. Однак, проаналізовані типи конструкцій як серійних машин так і пропонованих ротаційних робочих органів, з огляду на особливості їх робочих процесів, не повною мірою забезпечують агротехнічні вимоги стосовно заробки добрив, рослинних решток, гербіцидів тощо. Тому необхідна розробка конструкції ротаційного робочого органу, яка б забезпечувала достатнє обертання оброблюваної скиби ґрунту, та показники якості щодо заробки в ґрунт на оптимальну глибину стерні, органічних та мінеральних добрив тощо.

2.3 Аналіз досліджень впливу форми робочої поверхні ґрунтообробних органів на параметри обробітку