ЛЕМЕХ ПЛУГА

Полезная модель относится к сельскохозяйственной технике обработки почвы, именно, к рабочим органам почвообрабатывающих орудий с жестко закрепленной режущей частью и может найти применение при создании современных лемехов машинных плугов.
Известно устройство лемеха плуга для вспашки под зерновые и овощные культуры, содержащего носовую, лезвийную, основную части и защитные элементы, размещенные на рабочих поверхностях (см. патент на ПМ №31478, бюл. №23, 2003).
Известный лемех плуга выполнен из листовой стали в виде трапеции и имеет долотообразную носовую часть, термически обработанную до твердости 35-40,5 HRC. Наплавленный на лезвийной части лемеха слой твердого сплава является защитным элементом, увеличивающим его ресурс. Материалом для основной части лемеха обычно является специальный листовой прокат, например, для современных плугов - сталь Л 53 с местной закалкой и отпуском на твердость.
Для наиболее изнашиваемых областей носовой и лезвийной частей лемеха в современных условиях наплавляют более износостойкие слои высоколегированных сплавов (УС-25, ФБХ-6-2 и др.) толщиной 2,8-3,5 мм в носовой части лемеха и 1,7-2,2 мм в его лезвийной части.
Благодаря этому указанные части лемеха изнашиваются значительно медленнее, чем металл основы. Тем не менее, срок службы известного плужного лемеха с защитной наплавкой не удовлетворяет условию равного ресурса с другими деталями плужного корпуса при глубокой вспашке почвы с твердостью, превышающей 1,5-1,7 МПа.
Так, наработка известного лемеха из прокатной стали 65Г составляет около 12 га, для того же лемеха с наплавкой сплава УС 25 на режущих частях -до 16 га. Для сравнения, долотообразный лемех из стали 40ГР (производство Германии) имеет наработку до 20 га и выше, тогда как ресурс остальных частей машинного плуга значительно их превышает.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является лемех плуга, содержащий основную, лезвийную и носовую части (см. патент РФ №53530, бюл. №15, 2005 - прототип).
Особенностью известного лемеха является наличие защитных элементов, выполненных в виде плоских вставок или наплавных слоев из износостойкого материала, размещенных в локальных зонах рабочих поверхностей носовой и/или лезвийной части, причем плоские вставки выполнены в плане в форме пластин прямоугольной, трапециидальной или иной выпуклой фигуры из чугуна, керамики, легированных сплавов, металлокерамических или углеродсодержащих соединений и закреплены с вылетом над основой лемеха пайкой, сваркой или клеем.
К недостаткам известного лемеха плуга следует отнести его сравнительно высокую стоимость, связанную с оснащением рабочих поверхностей носовой и/или лезвийной части плоскими вставками из износостойкого материала. Были изготовлены и испытаны лемеха плугов с защитными элементами в виде ряда прямоугольных керамических вставок толщиной около 2,5 мм в лезвийной части и чугунной вставки трапециидальной формы толщиной около 5 мм в носовой части лемеха. При этом чугунная пластина соединена с основой носовой части пайкой или сваркой, а керамические пластины заглублены в паз в лезвийной части лемеха и соединены с ним клеевым соединением. В затраты на изготовление такого лемеха входят, кроме изготовления или покупки стандартного лемеха, стоимость покупных изделий (керамические и чугунные элементы, клеевые композиции, оснастка), доработка лемеха (фрезерование паза), затраты на склеивание и сварку и др. Кроме того, испытания известного лемеха плуга в условиях вспашки под сельскохозяйственные культуры в Подмосковье показали недостаточную надежность крепления указанных керамических элементов на поверхности лемеха - часть из них потрескалась, а некоторые были утрачены при вспашке.
Решаемой задачей полезной модели является создание современного, надежного и эффективного почвообрабатывающего орудия, обладающего высокими ресурсом и износостойкостью элементов лемеха в различных условиях эксплуатации, в том числе, на тяжелых глинистых, суглинистых и песчаных почвах, а также в условиях высокой влажности почвы и при значительной глубине вспашки. Дополнительной, к указанной, является задача обеспечения равностойкости лемеха при одинаковой долговечности его носовой и лезвийной частей, способствующей снижению общих затрат на обработку почвы.
Указанная задача решается тем, что в лемехе плуга, содержащем основную, лезвийную и носовую части, согласно полезной модели, в носовой части лемеха установлен наконечник из износостойкого материала, состоящий из расположенных вдоль общей оси конусообразного элемента и крепежной вилки, охватывающей носовую часть лемеха, причем угол наклона оси наконечника к линии лезвийной части составляет 20-80°, а угол при вершине конусообразного элемента наконечника находится в диапазоне 40-80°.
Кроме того, наконечник лемеха может быть выполнен из легированной износостойкой стали Х12 или Х12МФ, а крепежная вилка наконечника может быть установлена на носовой части лемеха с использованием сварного и/или болтового соединения.
Кроме того, наконечник может быть выполнен с возможностью разъемного соединения хвостовой части крепежной вилки и конусообразного элемента, а по оси конусообразного элемента может быть установлен цилиндрический стержень из твердого сплава ВК диаметром 4-6 мм.
Кроме того, основная часть лемеха плуга может быть выполнена по трапециевидной или долотообразной схеме, а угол заточки его лезвийной части может составлять 8-10° и носовой части 25-30° при толщине заостренных частей 1,5-2,5 мм.
Угол наклона оси наконечника к линии лезвийной части лемеха нецелесообразно уменьшать менее 20° из соображений прочности конусообразного элемента с минимально возможным углом 40° при его вершине. С другой стороны, превышение угла наклона оси наконечника к линии лезвийной части лемеха более 80° также нецелесообразно, но по причине значительного увеличения лобового сечения наконечника и, следовательно, нагрузки на носовую часть лемеха при вспашке.
Уменьшение угла при вершине конусообразного элемента наконечника менее 40°, как было указано, лимитируется его прочностными характеристиками, а его увеличение более 80° связано с ухудшением условий заглубления лемеха в почвенный слой.
Выполнение наконечника лемеха из металлокерамики, легированных или углеродосодержащих сплавов с низким коэффициентом трения позволяет достичь равностойкости элементов лемеха при равной долговечности носовой и лезвийной частей. Прочность наконечника зависит также от вида и способа его крепления к телу лемеха, при этом наконечник может быть сборным и может иметь центральный стержень из твердого сплава, обеспечивающий самозатачивание наконечника.
Экспериментальные и теоретические исследования предложенного лемеха, проведенные в МГАУ им. В.П.Горячкина показали, что оптимальный диапазон углов заточки его лезвийной части для разных типов тяжелых и среднетяжелых глинистых, суглинистых или супесчаных грунтов составляет 8-10° и носовой части 25-30° при толщине заостренных частей 1,5-2,5 мм.
Лемех плуга с наконечником в его носовой части показан на прилагаемом чертеже фиг.1.
Трапециевидный лемех с переменной шириной содержит основную 1, лезвийную 2 и носовую 3 части, выполненные из листового проката, а также наконечник из износостойкого материала, включающий расположенные вдоль общей оси конусообразный элемент 4 и крепежную вилку 5, которая охватывает носовую часть 3 лемеха. При этом угол α наклона оси наконечника к линии лезвийной части составляет около 45°, а угол β при вершине конусообразного элемента наконечника составляет около 50°. В результате угол γ между линией лезвийной части и нижней образующей конусообразного элемента 4 составляет около 19°, что обеспечивает необходимое заглубление лемеха в почвенный слой. Носовая часть 3 лемеха проходит через паз крепежной вилки 5, обеспечивая с помощью болтов 6 прочное неподвижное соединение указанных элементов. Отверстия для крепления лемеха к корпусу плуга обозначены поз.7.
В конкретном варианте выполнения лемеха указанные конусообразный элемент 4 и крепежная вилка 5 наконечника выполнен целиком из стали Х12 или Х12МФ. Интенсивность изнашивания такого наконечника в 3,5 раза меньше, чем интенсивность изнашивания стандартной носовой части 3 лемеха из стали 65Г, упрочненного, например, наплавкой электродом Т-590. При использовании указанных и других материалов элементов лемеха его основная часть может быть выполнена по трапециевидной или долотообразной схеме.
Применение для наконечника металлокерамики, легированных или углеродосодержащих сплавов с низким коэффициентом трения обеспечат дополнительное упрочнение носовой части предложенного лемеха. При работе такого лемеха значительный разрыхляющий эффект слоев почвы создает конусовидная поверхность наконечника, что и обеспечивает резкое снижение износа лезвийной части 2 и повышение ресурса лемеха данной конструкции. Предложенный лемех предназначен для вспашки всех типов почв, возможно, кроме каменистых. Он изготавливается из листовой стали 40ХС или 40Х и устанавливается на плугах общего назначения с шириной захвата корпуса 35 см. Ширина лемеха изменяемся от 140 до 120 мм. Для увеличения прочности и износостойкости производится дополнительная закалка его до HRC 40-45.
Для наконечника предложенного лемеха можно использовать также чугун с содержанием углерода 3,14%, кремния 1,27%, марганца 2,8%, хрома 8,5%, ванадия 5,3%, алюминия 0,16%. В качестве материала центрального стержня диаметром 6 мм в наконечнике возможно использование твердого сцлава ВК (не показан). Крепление крепежной вилки 5 наконечника к носовой части 3 лемеха возможно также с использованием сварного соединения.
В некоторых разновидностях плугов наконечник предложенного лемеха может быть выполнен с возможностью разъемного винтового соединения хвостовой части крепежной вилки 5 и конусообразного элемента 4, что обеспечивает возможность быстрой замены изношенного конусообразного элемента 4 без съема крепежной вилки 5.
Функционирует предложенный лемех следующим образом. На носовую часть 3 лемеха с помощью крепежных болтов 6 и отверстий в теле лемеха закрепляют под указанным углом 45° к линии лезвийной части крепежную вилку 5 с конусообразным элементом 4 с углом при вершине 50°. После установки лемеха в корпус плуга и плуга в сцепку с трактором обеспечивают необходимое заглубление элемента 4 наконечника, носовой 3 и лезвийной 2 частей лемеха в обрабатываемую почву. При движении плуга элемент 4 наконечника лемеха обеспечивает рыхление и подрезание пласта с последующей его подачей на отвальную часть плуга.
Срезаемые слои почвы перемещаются в направлении от конусообразного элемента 4 носовой 3 и лезвийной его части 2 к отвалу плужного корпуса. При этом абразивному износу подвергается прежде всего коническая часть 4 наконечника и, в меньшей степени, его лезвийная часть 2 лемеха. При его работе значительную часть пути новые слои почвы контактируют непосредственно с конической поверхностью наконечника, что и обеспечивает разрыв связей между частицами обрабатываемой почвы на поверхности конусообразного элемента 4 и резкое повышение ресурса лемеха данной конструкции. Износ основных частей лемеха зависит, прежде всего, от угла при его вершине и от угла относительно лезвийной части лемеха. Поскольку лемех для подрезания пласта почвы берет на себя более 50% тягового усилия, следует рассчитывать и оптимизировать указанные углы, габаритные размеры и способы крепления наконечника, исходя из условий его работы. Применение конусной наставки на носке лемеха позволяет в наибольшей мере повысить конструктивную износостойкость носовой части.
Интенсивность изнашивания носовой и лезвийной частей предложенного лемеха по сравнению с лемехами с наплавкой уменьшилась примерно в 3,5 раза, при этом интенсивность изнашивания носовой и лезвийной частей лемеха уравниваются, обеспечивая равностойкость всего лемеха. В результате внедрения лемехов машинных плугов предложенной конструкции снижаются стоимость обработки сельскохозяйственных площадей и повышается производительность труда при сравнительно невысоких капитальных затратах. Выпуск плугов, оснащенных предложенным лемехом, может быть налажен в условиях обычных предприятий по производству сельскохозяйственной техники.