Проектируем и разрабатываем самодельный плуг

Самодельный плуг


Изобретение плуга историки относят к концу четвертого тысячелетия до н.э. Именно тогда догадались использовать для рыхления почвы заостренный крепкий сук. Отсюда и слово «соха», которое в переводе с шумерского означает не что иное, как «дерево пахаря». А металлический наконечник к этому орудию придумали в Древнем Египте, получив, по сути, почвоуглубитель с подошвой, образованной горизонтально поставленным лемехом, но не имеющий отвала. Последний появился в конструкции плуга лишь во времена Римской империи и явно не спешит сдавать завоеванных позиций.

При всем разнообразии заложенных в него технических решений современный плуг состоит в основном из рабочих органов, вспомогательных узлов и механизмов.

Рабочие органы плуга

Рабочие органы плуга: 1 – нож; 2 – предплужник; 3 – корпус; 4 – почвоуглубитель

Нож (дисковый, как изображено на рисунке, или черенковый) отрезает пласт почвы, равный ширине захвата корпуса. Предплужник снимает верхний слой, покрытый растительными остатками, сорняками и их семенами, укладывает его на дно борозды, образованной при предыдущем проходе. Корпус же подрезает снизу пласт, равный ширине своего захвата, отрывает его от не вспаханного поля, оборачивая и кроша, перемещает в сторону и сбрасывает в борозду.

Почвоуглубитель сзади корпуса рыхлит подпаханный слой почвы, не выбрасывая его на поверхность. Ну а вспомогательные узлы и механизмы обеспечивают весь технологический процесс вспашки, выполняемый рабочими органами (в данном случае — тремя) орудия.

В малогабаритной сельхозтехнике (мини-тракторы, мотоблоки) из рассмотренного выше комплекта рабочих органов используют подчас лишь корпус. Да и число вспомогательных узлов и механизмов в целях упрощения и удешевления плуга сводят зачастую к минимуму.

Лемех и отвал корпуса образуют его общую лемешно-отвальную поверхность определенной геометрической формы. Как показывает практика, немаловажная задача — выбрать ее оптимальный вариант, исходя из технологических требований почвообработки, кинематических и энергетических условий, а также реальных возможностей, которыми разработчик и изготовитель плуга располагает. Вплоть до конструкционных материалов, наличия станочного оборудования, газоэлектросварки, мини-кузницы и пр.

Разновидности лемешно-отвальных поверхностей и плужных корпусов

Разновидности лемешно-отвальных поверхностей и плужных корпусов: 1 — цилиндрическая; 2 — культурная (переходная); 3 — полувинтовая; 4 — винтовая поверхность; 5 — корпус со сменной грудью; 6 — вырезной; 7 — дисковый; 8 — роликовый; 9 — с ротором.

Многие останавливают свой выбор на плуге общего назначения. Причем стараются использовать корпуса с цилиндрической (см. рисунок), а то и культурной лемешно-отвальной поверхностью. При вспашке такие плуги хорошо крошат, но недостаточно полно оборачивают пласт. Поэтому-то и применяются в основном для обработки старопаханых почв, которыми средняя полоса России, как известно, не обделена.

Типы лемехов

Типы лемехов: 1 — трапецеидальный; 2 — долотообразный; 3 — с приваренной щекой в передней
части; 4 — зубчатый; 5 — с выдвижным долотом.

Корпуса с полувинтовой лемешно-отвальной поверхностью лучше оборачивают, но хуже рыхлят пласт. Их применяют для обработки задернелых старопаханых, осушенных торфяных и болотных почв. Корпуса с винтовыми лемешно-отвальными поверхностями вспахивают целинные, залежные, луговые и другие тяжелые почвы, так как они хорошо оборачивают пласт. Значительно реже обращаются к корпусам со сменной грудью, вырезному, дисковому, с ротором и др.

Трехгранный клин, лежащий в основе конструкции плуга

Трехгранный клин, лежащий в основе конструкции плуга

У каждой из вышеназванных конструкций свои преимущества. И соответственно — свои недостатки. Например, роликовый отвал снижает потери на трение, но он сложен по устройству. А широко разрекламированные в ряде мест скоростные отвалы других корпусов интенсивнее, оказывается, крошат почву, плотнее укладывают ее на поверхность поля, что приводит, в свою очередь, и к значительному росту энергозатрат. Или взять лемехи. Наибольшее распространение, как свидетельствует статистика, получили трапецеидальные и долотообразные конструкции (см. иллюстрации). Работая в сложных условиях, отрезая пласт почвы и направляя его на отвал, они быстро изнашиваются и ломаются.

Читайте также:  Самодельный трактор с дизельным двигателем

Зубчатые лемехи сложнее в изготовлении. Но они снижают тяговое сопротивление корпуса, так как на отрыв пласта требуется значительно меньшее усилие, чем на срез почвы. Для работы в особо тяжелых условиях применяются лемехи с приваренной щекой в передней части. А при обработке особо плотных почв или глубокой пахоте неплохие результаты показывают лемехи с выдвижным долотом. Все это нельзя, естественно, не учитывать. Как, впрочем, и различия в конструкциях полевых досок и стоек корпусов, обусловленные определенными требованиями или условиями эксплуатации.

Перестройка плоского трехгранного клина в лемешно-отвальную поверхность плужных корпусов

Перестройка плоского трехгранного клина в лемешно-отвальную поверхность плужных корпусов: 1 — цилиндрического; 2 — винтового; 3 — цилиндроидального типов.

И еще. Нетрудно заметить, что в основе корпуса плуга лежит (см. иллюстрации) трехгранный клин АВСО, параметры которого во многом являются определяющими при проектировании конкретной конструкции, придавая ей те или иные эксплуатационные и технологические свойства.

В частности, угол а, расположенный в продольно-вертикальной плоскости, способствует изгибу и крошению пласта почвы. С помощью угла В, лежащего в поперечно-вертикальной плоскости, происходит оборачивание пласта. А угол у, расположенный в горизонтальной плоскости, способствует перемещению последнего в сторону. При этом пласт соответствующим образом изгибается и крошится. Указанные параметры трехгранного клина связаны между собой тригонометрической зависимостью:

zavi

Следовательно, здесь можно произвольно менять лишь два угла, а третий определяется по значениям первых двух. Вывод для конструктора немаловажный. Как, впрочем, и то, что рассматриваемый трехгранный клин в зависимости от изменения того или иного его параметра может приобрести лемешно-отвальную поверхность корпуса плуга определенного типа (см. иллюстрации): цилиндрическую при развитии угла а, винтовую при соответствующем изменении угла В и цилиндроидальную — с развитием углов а и Y У стандартных плужных корпусов. Их геометрических параметров, разработанных для серийных мотоблоков и мини-тракторов, настоятельно рекомендуем придерживаться при конструировании самодельных мотоблоков:
акь2

Читайте также:  Самодельный трактор из мотоблока

Известно несколько практичных способов построения лемешно-отвальных поверхностей плужных корпусов. Наиболее простой из них предусматривает движение горизонтальной образующей АБ по двум направляющим параболам 1—1¹ и 2—2¹, которые располагаются соответственно в плоскости стенки борозды и в плоскости, параллельной ей на расстоянии ширины захвата корпуса. Для выбора параметров направляющих необходимо одними величинами задаваться, а другие определять расчетным или опытным путем.

Один из наиболее простых способов построения лемешно-отвальных поверхностей, используемый при проектировании плужных корпусов.

Один из наиболее простых способов построения лемешно-отвальных поверхностей, используемый при проектировании плужных корпусов.

В частности, установлено: некоторые параметры корпуса плуга зависят от ширины обрабатываемого пласта, удельного сопротивления и плотности почвы, скорости движения и ряда других факторов. Исходя из этого, длина лемеха с достаточной для практики точностью определяется соотношением:
акь

где к — удельное сопротивление почвы при вспашке, кН/м²;
е=v/2g— коэффициент, зависящий от формы клина и свойств почвы (v плотность почвы, g — ускорение свободного падения, кН/м²);
v — поступательная скорость, м/с;
a — угол наклона переднего ребра корпуса (угол крошения пласта);
ф — угол трения почвы по рабочей поверхности клина (в пределах 26 градусов).

При расчете самодельного плуга пригодится еще одно не менее ценное, по свидетельству специалистов, соотношение, согласно которому ширина захвата у проектируемого корпуса должна превышать возможную глубину вспашки в 1,5 раза. Это необходимо для нормального оборота пласта. Применение в конструкции предплужника приводит к снижению только что упомянутой дроби. Но на малогабаритных почвообрабатывающих орудиях предплужники, как уже отмечалось, обычно не используются. И это следует, естественно, учитывать.

Новый лемех — из старого: 1 — трапецеидального; 2 — долотообразного.

Новый лемех — из старого: 1 — трапецеидального; 2 — долотообразного.

Вооружившись приведенными выше предпосылками и математическими формулами, можно разработать самодельные плуги, в максимальной степени отвечающие современным агротехническим требованиям, характерным особенностям конкретной малогабаритной техники, той или иной почвенно-климатической зоне. Новичкам же рекомендуется держать ориентир на геометрические параметры серийного прототипа, а также на образцы выпускающихся к промышленным мини-тракторам и мотоблокам конструкций.

Зубчатый лемех

Зубчатый лемех: 1 — основа («сносившийся» лемех заводского изготовления); 2 — зуб приварной носковый (отрезок рессорного листа от автомобиля ЗИЛ 150); 3 — зуб приварной прямолинейного участка лемеха (из выбракованной рессоры от автомобили ГАЗ 51, 2 шт.).

Конечно же, не возбраняется и слепое копирование понравившегося по тем или иным причинам плуга. Но лучше подойти к делу творчески, взяв на вооружение идеи наиболее интересных технических решений.

Немало ценного можно почерпнуть, скажем, из конструкции самодельного плуга, корпус которого сделан из старого, выбракованного за ненадобностью предплужника с приваренными стальными пластинами. Тому, кто хорошо знаком с кузнечными работами, вполне по силам окажется выполнение отличного, надо сказать, лемеха из изношенного, но имеющего запас металла на тыльной стороне. Требуемых размеров и конфигурации добиваются здесь горячей рубкой и кузнечной оттяжкой. Для этого выбракованный было лемех кладут плашмя в горн и медленно нагревают его лезвие на ширину 70—80 мм до температуры 500—600º С (до появления свечения), после чего скорость нагрева постепенно увеличивают. Доводят ее до 1100—1200º С (светло-желтый цвет каления). Причем, чтобы не подвергать металл опасности пережога, не допускать нарушения связи между зернами стали и повышения ее хрупкости, нагревают обычно только тот участок лемеха, который в данный момент подлежит обрубке или оттяжке. Остальную поверхность засыпают свежим углем (для уменьшения потерь тепла и в то же время для того, чтобы не допустить выгорания углерода с поверхностного слоя металла и, следовательно, снижения его твердости).

Отвал из корпуса изношенного плуга

Отвал из корпуса изношенного плуга: 1 — отвал изношенный (от выбракованного ПП-40 или другого плуга); 2 — дефектная часть; 3 — развертка отвала самодельного плуга.

Оттяжку лемеха прекращают, как только температура понизится до 800º С (светло-вишневыи цвет каления). Ведь в противном случае могут появиться трещины. Поэтому, чтобы не допускать вредных для металла повторных нагревов, стараются вести оттяжку лемеха «без проволочек». Тогда работу по доводке каждого из участков будущего изделия можно выполнять с одного нагрева.

Читайте также:  Самодельный мотоблок с двигателем ПД-10. Чертежи и схемы

В ходе оттяжки меняется кривизна поверхности лемеха. Смещаются порой и крепежные отверстия в нем. Поэтому изделие нуждается в корректировке формы, что выполняется обычно на вогнутой оправке с хвостовиком, укрепленным в наковальне. Оправку изготавливают по новому лемеху. Кривизну поверхности устанавливают по просвету между лезвием и плитой: у долотообразного изделия просвет должен быть порядка 3—5 мм. Что касается смещения крепежных отверстий, то оно устраняется осадкой по торцу и соответствующей правкой спинки лемеха.

Оттянутый, но не остывший еще лемех зажимают в тисках и запиливают его лезвие. А остывший — затачивают на наждаке с лицевой (рабочей) поверхности. Ширина ленточки (фаски) при этом должна достичь 5—6 мм, толщина же лезвия — 0,5—1,0 мм. Причем тоньше затачивать не нужно. В противном случае возможно коробление лезвия при закалке, а в процессе работы — выкрашивание.

Для закалки лемех вначале нагревают до В00—840º С (светло-вишневый цвет каления) по всей длине лезвия на 1/3 ширины. После опускают спинкой вниз в подсоленною (1—1,5 кг/л), подогретую до 30—40º С воду. А долотообразный лемех до погружения в соляной раствор нуждается еще и в дополнительном охлаждении. Выполняется оно во избежание трещин, для чего в месте перехода от лезвия к носку прикладывают на 2—3 секунды мокрую тряпку.

И еще одна, на сей раз уже общая для обоих типов лемеха, особенность. Чтобы уменьшить хрупкость изделия после закалки, проводят отпуск при температуре 350º С с последующим охлаждением на воздухе. О степени нагрева здесь судят по цвету побежалости. Качество закалки определяют напильником: он не должен оставлять заметных на глаз следов на лезвии лемеха. Это соответствует 444—653 единицам по Брииелю. После проверки твердости лезвия контролируют линейкой прямолинейность лемеха.

Весьма перспективным видится конструкция лемеха зубчатого. Ведь работает он на вспашке сухих почв в 7—10 раз дольше стандартных. Причем зубья изготавливаются из выбракованных автомобильных рессор и привариваются к основе (лицевой ее стороне) на одинаковом расстоянии друг от друга (см. рисунок). Угол наклона передней грани зубьев к режущей кромке лезвия 4Вº. Заточка зубьев верхняя, под углом 45º.

Вырубка зубьев из рессорных листов облегчается нагревом последних в кузнечном горне до температуры В50—1000º С (оранжевый цвет каления). Помогает термообработка и при осуществлении самодельщиком другой не менее ценной задумки: изготовлении отвала из износившегося основательно корпуса серийного плуга (см. иллюстрацию). Как свидетельствует практика, не окажутся лишними, невостребованными и другие знания и навыки. Так что дерзайте, и ваши трудолюбие, упорство в достижении поставленной цели будут вознаграждены сторицей.