Упрочнение рабочих органов почвообрабатывающих машин на заданный ресурс

В. С. Новиков

Упрочнение рабочих органов 

почвообрабатывающих машин на 

заданный ресурс

Москва

Инфра-М

2018

В. С. Новиков

Упрочнение рабочих органов 

почвообрабатывающих машин на 

заданный ресурс

Монография

Москва

Инфра-М; Znanium.com

2018

Новиков, В.С.

Упрочнение рабочих органов почвообрабатывающих машин на 

заданный ресурс.: монография / В.С. Новиков. – М.: Инфра-М; Znanium.com, 
2018. – 169 с.

ISBN 978-5-16-106953-0 (online)

Изложены характер износа рабочих органов почвообрабатывающих машин,
результаты исследований относительной износостойкости материалов,
теоретические основы расчета динамики изнашивания и долговечности
деталей и рабочих органов почвообрабатывающих машин, позволяющие
оптимизировать их конструктивные параметры.

Книга предназначена для инженерно технических работников сельского
хозяйства, а так же студентов сельскохозяйственных вузов, обучающихся по
направлению « Агроинженерия» Она может быть полезна для специалистов,
занимающихся проектированием рабочих органов.

ISBN 978-5-16-106953-0 (online)
© В.С. Новиков, 2013, 2018

Введение. 

Основным средством производства в сельском хозяйстве является 

почва. С целью создания в ней благоприятных условий для роста и развития 

культурных растений, производится ее механическая обработка : вспашка, 

глубокое рыхление, культивация, фрезерование, боронование, прикатывание. 

Качество обработки почвы, энергетические расходы и общие затраты на ее 

обработку 
в 
значительной 
мере 
определяются 
конструкционными 

параметрами и состоянием рабочих органов почвообрабатывающих машин. 

Так 
как 
почвенная 
среда 
абразивна, 
рабочие 
органы 
интенсивно 

изнашиваются, изменяя свою форму и размеры, поэтому их приходится часто 

заменять или ремонтировать, чтобы обеспечить выполнение агротехнических 

требований при обработке почвы. Особенно это относится к деталям 

плужного корпуса, культиваторным лапам, дискам лущильников, дисковых 

борон. Многочисленные испытания серийных деталей отечественных 

плужных корпусов показывают, что средняя наработка на отказ лемехов П
702(ПНЧС) в зависимости от видов почв и их физического состояния 

колеблются от 5 до 20 га, грудей отвалов – от 10 до 100 га, крыльев отвалов – 

от  40 до 270 га, полевых досок от 20 до 60 га. Ограниченный ресурс имеют 

рабочие органы и других почвообрабатывающих машин: диски лущильников 

и дисковых борон – 8…20 га, лапы культиваторов – 7…18 га. Кроме 

изнашивания при высоких скоростях обработки почвы рабочие органы 

испытывают значительные динамические нагрузки, в результате чего они 

деформируются и ломаются. Как показывают испытания, до 16% лемехов 

заменяются по причине их деформации и излома.  

Все это говорит о том, что выпускаемые нашими предприятиями 

рабочие органы почвообрабатывающих машин недостаточно совершенны 

как с точки зрения износостойкости, так и прочности. В последнее время 

рынок сельскохозяйственной техники в нашей стране, в особенности 

почвообрабатывающих 
машин, 
 
значительно 
расширился 
за 
счет 

предложений зарубежных фирм. Широкое распространение в России, в 

частности, получили машины таких известных зарубежных фирм, как 

«Lemken»(Германия), «Kverneland» (Норвегия), «Vogel-Noot»(Австрия) и 

другие. 
Многие 
сельскохозяйственные 
предприятия 
предпочитают 

приобретать импортную технику в связи с тем, что она обладает целым 

рядом положительных свойств. В частности за рубежом получили 

распространение оборотные плуги, обеспечивающие гладкую вспашку без 

свальных гребней и разъемных борозд. Особенно привлекательным в 

зарубежных плугах является то обстоятельство, что ресурс их рабочих 

органов в ряде случаев в 2 и более раз превышает ресурс рабочих органов 

отечественных плугов. Этому способствует обеспечение плугов зарубежных 

фирм предохранительными устройствами, которые позволяют плужным 

корпусом огибать препятствия в виде камней, уплотнительных участков 

почвы, других препятствий при пахоте, сохраняя рабочие органы от излома и 

деформации.  

В то же время, как показывают расчеты, несмотря на цельный ряд 

преимуществ, которыми обладают плуги зарубежных фирм, в силу 

дороговизны самих плугов, и особенно стоимости сменяемых деталей 

рабочих органов, удельные затраты на вспашку зарубежными плугами 

превышают затраты на вспашку отечественными плугами не менее чем в 

2…3 и более раз. То же относится и к другим видам обработки. 

Сравнительные испытания отечественных плугов показывают [8], что 

по основным агротехническим показателям – крошению почвы, заделке 

растительных остатков, устойчивости хода по глубине обработки и ширине 

захвата они не уступают зарубежным. В связи с этим одним из направлений 

повышения эффективности не только отвальной вспашки, но и других видов 

обработки, может быть совершенствование конструктивных параметров и 

технологий упрочнения деталей рабочих органов как для отечественных, так 

и зарубежных машин с целью замены дорогостоящих импортных рабочих 

органов 
своими, 
отечественными, 
обладающими 
высокой 

работоспособностью и износостойкостью. 

Изнашиваемые детали рабочих органов составляют основную часть  

ненадежных и недолговечных элементов сельскохозяйственных машин. 

Разработка и применение для этих элементов расчетных методов их 

износостойкости позволит конструктору в значительной мере еще на стадии 

разработки проекта оценить, а в ряде случаев и выбрать оптимальные 

конструктивные 
размеры 
и 
формы 
изнашивающихся 
деталей, 

обеспечивающие заданную долговечность. 

Общие основы теории и расчета сельскохозяйственных машин были 

заложены академиком В. П. Горячкиным. Большой вклад в изучение 

вопросов изнашивания рабочих органов селькохозяйсвенных машин и 

разработки мер по повышению их работоспособности и долговечности 

внесли ученые Бернштейн Д. Б., Бойков В. М., Бурченко П. М., Винокуров В. 

Н., Виноградов В. Н., Голубев И. Г., Ермаков Л. С., Ерохин М. Н., 

Краснощеков Н.В.,Крагельский И.В., Костецкий С. И., Львов П. Н., 

Михальченков А. М., МаяускасИ. С., Ниловский И. Л., Огрызков Е. П., 

Панов И. М., Пронин А. Ф., Рабинович А. Ш., Розенбаум А. Н., Севернев М. 

М., Сидоров С. А., Синеоков Г. Н., Тененбаум М. М., Ткачев В. Н., Хрущов 

М. М. и другие. 

В тоже время, как показывают анализы, ряд вопросов до сих пор не 

получил должного решения. В частности, в настоящее время нет достаточно 

обоснованной классификации почв по их изнашивающей способности, 

отсутствуют математические описания относительной износостойкости 

материалов от их химического состава, отсутствует методика расчета износа 

и 
долговечности 
деталей 
рабочих 
органов 
в 
различных 
условиях 

изнашивания. Нет обоснованных рекомендаций по оптимизации материалов 

для изготовления деталей рабочих органов, а так же их конструктивных 

параметров, обеспечивающих равностойкость рабочих органов.  

В данной книге сделана попытка обобщить имеющиеся материалы и 

дать рекомендации по расчетам конструктивных параметров деталей рабочих 

органов почвообрабатывающих машин, исходя из их износостойкости и 

прочности. 

Книга 
предназначена 
для 
инженерно 
технических 
работников 

сельского хозяйства и студентов сельскохозяйственных высших учебных 

заведений  по направлению «Агроинженерия».  

 

Глава I. Характер и интенсивность изнашивания рабочих 

органов сельскохозяйственных машин. 

1.1. Физико-механические и технологические свойства 

почвы и их влияние на изнашивание рабочих органов. 

Почва – это природное образование, состоящее из генетически 

связанных горизонтов, формирующихся в результате преобразования 

поверхностных слоев литосферы под воздействием воды, воздуха и живых 

организмов и обладающее плодородием. [1] 

В сельском хозяйстве почва – это основное средство производства. 

В зависимости от климатических условий, количества осадков, 

длительности зимы и лета, видов деятельности, почвы различают по цвету, 

гранулометрическому составу и физическим свойствам и подразделяют на 

генетические типы: подзолистые, черноземы, сероземы, красноземы и др. 

Почва представляет собой трехфазную дисперсную среду (рис 1.1), 

состоящую из твердых, жидких и газообразных частиц, раздробленных и 

перемешанных между собой. В почве содержатся также растительные 

остатки (корни и стебли растений) и живые организмы растительного и 

животного происхождения. 

Так как промежутки между твердыми частицами заполнены водой и 

воздухом, от соотношения жидкой и газообразной фаз в большей степени 

зависят технологические свойства почвы. Чем больше в почве воды, тем 

меньше воздуха и наоборот. Твердая фаза почвы – это «скелет», содержащий 

каменистые включения (частицы более 1 мм) и мелкоземы (частицы до 1 мм). 

Отношение массы «скелета» к массе мелкозема в процентах 

характеризует каменистость. Почвы бывают не каменистые (менее 0,5 % 

камней), слабокаменистые (0,5…5,0 % камней), среднекаменистые (5…10 % 

камней) и сильнокаменистые (более 10 % камней). 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.1. Строение и фазовый состав почв 

Почва
Растительные 
остатки 

Живые 
организмы 

Твердая фаза 
Жидкая фаза 
Газообразная 
фаза 

Вода 
Растворы различных 
веществ 

Другие газы 
(углекислый газ, 
метан, азот и др.)

Воздух 

Каменистые 
включения 

Мелкоземы 

Не каменистые<0,5 
% камней 

Сильнокаменистые>1
0 % камней 

Слабокаменистые 
0,5‐5,0 % камней 

Среднекаменистые 5‐
10 % камней 

Глинистая>50 % 
глины 

Песчаная<10 % 
глины 

Суглинистая 20‐
50 % глины 

Супесчаная 10‐
20 % глины 

Гранулометрический состав почвы определяют по результатам анализа 

мелкозема. При таком анализе почвенные частицы условно делят на 

физический песок (частицы более 0,01 мм), физическую глину (от 0,01 до 

0,0001 мм) и коллоидные частицы (менее 0,0001 мм). В зависимости от 

содержания физической глины почвы классифицируют на глину или 

глинистые (более 50 % физической глины), суглинок или суглинистые (от 50 

до 20 % глины), супесь или супесчаные (от 20 до 10 % глины), и песок или 

песчаные (менее 10 % глины). 

В 
глинистых 
частицах 
содержатся 
цементирующие 
вещества, 

обеспечивающие связность почв. Почвы, содержащие много глинистых 

частиц, относятся к тяжелым. Во влажном состоянии они налипают на 

рабочие органы машин, а в сухом – образуют глыбы. В таких почвах 

растительные остатки и органические удобрения разлагаются медленно. Эти 

почвы плохо поглощают влагу, но хорошо ее удерживают. 

Почвы, содержащие много песчаных частиц, относятся к легким. Они 

нелипки, непластичны, легко крошатся, хорошо поглощают влагу, но плохо 

ее удерживают. В них быстро разлагаются растительные остатки и 

удобрения. 

Супесчаные и суглинистые почвы по своим свойствам занимают 

промежуточное положение между песчаными и глинистыми почвами. 

Супесчаные и суглинистые почвы обладают большим плодородием. 

 При взаимодействии с почвой при ее обработке рабочие органы 

сельскохозяйственных машин подвергаются интенсивному физическому 

изнашиванию. 
Под 
физическим 
изнашиванием 
понимается 
процесс 

разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела при трении, 

проявляющееся в постепенном изменении размеров и формы тела. 

Наибольшее влияние на изнашивающую способность почвы оказывает 

ее механический состав. 

Механические элементы разных почв отличаются не только по 

размерам, процентному содержанию, но и по минералогическому составу, 

что определяет их различие по разнообразным свойствам. 

Основными агентами износа рабочих органов являются твердые    (HV 

7-11 ГПа) минеральные частицы кварца и гранита, составляющие примерно 

36,6…70,8 % почвы. Затем по степени распространения идут полевой шпат, 

слюда и другие минералы (HV 6-7,2 ГПа) твердость гранита- 8200 МПа, 

Кварца- 10500-11300 МПа, Полевого шпата- 7200 МПа.Сталь, имеющая 

твердость HRC60, соответствует 8500 МПа. 

Значительное 
влияние 
на 
изнашивающую 
способность 
почвы 

оказывает 
и 
ее 
технологические 
свойства. 
Под 
технологическими 

понимаются свойства почвы, которые проявляются в процессе ее 

механической обработки и оказывают влияние на закономерности и характер 

протекания 
технологических 
процессов, 
связанных 
прежде 
всего 
с 

характером и интенсивностью изнашивания рабочих органов, изменением 

тягового сопротивления в процессе их изнашивания, соблюдением 

агротехнических требований. К ним относятся такие свойства, как 

фрикционность, абразивность, твердость, сопротивление различным видам 

деформации, липкость. 

Фрикционность  почв (трение) проявляются при скольжении почвы 

относительно какого-либо тела, с ней соприкасающегося (внешнее трение), 

или при скольжении одних частиц одной и той же почвы относительно 

других (внутреннее трение). При таком скольжении возникает сила трения, 

представляющая собой силу сопротивления перемещению (скольжению). 

 

Максимальную силу трения при скольжении определяют по формуле: 


Ntg
fN
F


max
, 

где f – коэффициент трения; N – нормальное давление, Н; φ – угол трения.