Станіслав Смолінський, канд. техн. наук, доцент, НУБіП, Віктор Марченко, канд. техн. наук, Agroexpert (Україна)
Обробіток ґрунту дисковими знаряддями часто виконує завдання основного обробітку, тобто замінює, наприклад, оранку чи суцільну культивацію.
За допомогою дискування рільники вирішують важливі агротехнічні завдання: боротьба з бур’янами, шкідниками і збудниками хвороб культурних рослин; збереження й накопичення ґрунтової вологи; активізація мікробіологічних процесів; загортання у верхню частину орного шару післяжнивних решток та добрив; підготовка до якісного виконання подальших заходів основного обробітку ґрунту.
Важкими дисковими боронами ґрунт обробляють на глибину до 20 см замість інших заходів основного обробітку. Такі агротехнології досить часто застосовують для загортання у ґрунт мінеральних або твердих органічних добрив.
Робочими органами дискових ґрунтообробних агрегатів є плоскосферичні чи пласкі диски із загостреною різальною крайкою. Під час роботи диски розміщуються під кутом до напрямку руху агрегату. Завдяки зчепленню із ґрунтом диски обертаються і вирізують скибу у вигляді сегмента, яка розпушується, кришиться і частково перекидається та перемішується. Залежно від кута атаки, ваги знаряддя і стану ґрунту глибина обробітку може змінюватися.
Серед ґрунтообробних машин значну частку займають дискові знаряддя – дискові борони, лущильники, плуги, дискатори (різновид дискового знаряддя із індивідуальною стійкою для кожного диска). Вибір форми, розмірів дисків та їхніх вирізів, а також навантаження на один диск здійснюють залежно від умов і особливостей роботи.
Під час виконання робочого процесу диски мають забезпечити якісний обробіток ґрунту внаслідок заглиблення, кришення ґрунту, подрібнення і перемішування пожнивних решток, а одним із важливих чинників, які впливають на технологічну ефективність та надійність роботи дискових знарядь за будь-яких умов, є забивання міждискового простору ґрунтом і рослинними рештками, що унеможливлює подальшу роботу агрегату, особливо за батарейного кріплення дисків (оскільки відстань між дисками менша, а диски при цьому на батареях обертаються синхронно). Це стало причиною відмови багатьох виробників дискових ґрунтообробних знарядь від виробництва знарядь із батарейним кріпленням дисків.
Виконання операцій різними знаряддями визначається також і особливостями умов роботи. Це підтверджує також той факт, що у дискового лущильника порівняно з дисковою бороною робочі органи спрацьовуються непропорційно.
Важливими факторами, які мають істотний вплив на якість кришення ґрунту робочими органами дискових знарядь, крім ґрунтових умов, є форма та розмір дисків, радіус кривизни сферичних дисків, розміщення їх на рамі й орієнтація у ґрунті.
Форма диска
Суттєвий вплив на роботу дискових знарядь має форма диска. Рекомендовано використовувати гладенькі суцільні сферичні диски більшого діаметра за обробітку ґрунту на глибину до 14 см та наявності великостеблових післяжнивних залишків, а диски меншого діаметра – під час лущення на глибину 4 – 6 см і наявності на поверхні невеликої кількості рослинних решток. В якості робочих органів дискових борін використовують гладенькі сферичні суцільні або вирізні диски, а також конічні й сферичні гофровані диски.
Гладенькі або з дрібною нарізкою диски діаметром близько 400 – 450 мм зазвичай використовують на навісних знаряддях для лущення та інтенсивного подрібнення стерні перед наступним обробітком ґрунту. Застосування дисків більшого діаметра доцільне для роботи на важких і сухих ґрунтах за наявності великої кількості пожнивних залишків, що дасть змогу поліпшити їхнє перемішування. Знаряддя з такими робочими органами вважають легкими. Вирізні диски мають справляють активнішу дію, вони краще розрізують ґрунт і не обмежуються лише лущенням стерні, їх можна використовувати також і на важких боронах та дискаторах.
Сферичні диски порівняно з пласкими краще захоплюють і перемішують ґрунт. Під дією сферичного диска підрізаний шар ґрунту підіймається його внутрішньою поверхнею і внаслідок деформації кришиться. За збільшення кривизни сферичного диска поліпшується його деформація, а отже, і якість кришіння. Але за зменшення радіуса кривизни сферичного диска входження його у ґрунт погіршується, що зрештою призводить до більшого спрацювання робочої поверхні цього органа. Досягти поліпшеного заглиблення у ґрунт за зменшення кривизни внутрішньої поверхні диска без зниження при цьому якості кришення ґрунту допоможуть диски складної форми, в яких радіус сфери змінюється у напрямку від леза диска до його центра.
За збільшення кривизни сферичних дисків підвищення швидкості руху агрегату поліпшується якість перемішування післяжнивних решток із ґрунтом, хоча при цьому погіршується заглиблення дисків у ґрунт і збільшується величина тягового опору. Особливо ця проблема відчутна під час застосування мінімальної і ґрунтозахисної технологій у землеробстві, оскільки за збирання зернових культур уся солома подрібнюється і розкидається поверхнею (на відміну від традиційної, коли солому повністю вивозили за межі поля), що і утруднює подальший обробіток ґрунту дисковими знаряддями.
Суцільні диски у процесі роботи ліпше перерізують післяжнивні залишки, хоча внаслідок проковзування (за підвищених вологості й глибини обробітку) робочі органи забиваються ґрунтом та рослинними рештками. Вирізні диски навіть невеликих діаметрів краще захоплюють пожнивні рештки і ретельніше подрібнюють їх, легше заглиблюються у ґрунт, а отже, забезпечують стабільність робочого процесу без проковзування дисків та забивання борін.
Диски типу «ромашка» мають вирізи по периферії напівкруглої форми (перші варіанти мали трапецеїдальну форму). Водночас диски із більшими вирізами (до 30 – 60 мм) виконують якісне подрібнення післяжнивних решток і мають краще зчеплення із ґрунтом, а диски із вирізами до 30 мм – переважно забезпечують ефективніше обертання диска за взаємодії із оброблюваним пластом.
Для кращого обертання дисків, виконання ними різання із проковзуванням і подрібнення грубостеблових решток (соняшник, кукурудза тощо) можна використовувати диски з асиметричними вирізами до центру, в яких один бік вирізу у напрямку до його вершини виконаний радіально, що забезпечує різання із проковзуванням післяжнивних решток. Тому саме застосування вирізних дисків забезпечить якісне різання грубостеблових рослинних решток.
На дискових боронах можуть використовуватися також конічні диски, які легко заглиблюються у ґрунт, але якість кришення ґрунту знижується за збільшення глибини обробітку, хоча при цьому завжди зберігатиметься робочий кут (кут нахилу до горизонталі дотичної до поверхні диска), що є важливою умовою стабільної роботи. Особливо доцільно їх комбінувати з іншими робочими органами у складі комбінованих агрегатів.
Для інтенсивного подрібнення післяжнивних решток, кришіння ґрунту і їхнього перемішування, дискові знаряддя обладнують сферичними дисками із рифленим лезом, що забезпечуватиме підвищення якості обробітку ґрунту і зниження енергоємності.
За застосування сферичних дисків однією з основних проблем є можливе порушення курсової стійкості дискового знаряддя, особливо під час роботи на малих і середніх кутах атаки. Для усунення цього можна використовувати диски зі складнішою зовнішньою і внутрішньою поверхнями.
Розмір диска і навантаження на нього
Залежно від специфіки роботи дискові знаряддя обладнують дисками різного діаметра та з різним навантаженням на диск. На легких дискаторах (лущильниках, мульчувачах), які використовують для неглибокого обробітку ґрунту (до 10 см) на високих швидкостях і лущення або мульчування стерні, встановлюють диски діаметром 450 – 510 мм із навантаженням на окремий диск у межах 60 – 90 кг.
Важкі дискові борони (дискатори), які можна застосовувати на полях, що давно не обробляли, у засушливих умовах та за наявності грубостеблових післяжнивних решток (після кукурудзи чи соняшнику), необхідно обладнувати дисками діаметром 570 – 620 мм із навантаженням на диск 80 – 130 кг. На менш поширених надважких дискових боронах і плугах, у яких цілеспрямовано збільшують масу знарядь (через це не використовують у їхній конструкції індивідуальні стійки), встановлюють диски діаметром 610 – 810 мм, і навантаженням на диск у такому разі буде понад 140 кг.
Диски лущильників під час обробітку ґрунту на невелику глибину (4 – 6 см) зі збереженням вологи та провокуванням проростання бур’янів після збирання попередників, а також за підготовки поля до вирощування наступної культури, порівняно з дисковими боронами мають менші діаметр та навантаження на окремий диск (диски у ряду розташовані ближче) та більшу кривизну диска.
Кути встановлення дисків
Важливим параметром дискових ґрунтообробних агрегатів є кут атаки – це кут встановлення диска до напрямку руху агрегату, величина якого визначає площу захвату ґрунту диском, оскільки що більший кут атаки, то активніше диск діє на ґрунт. Від кута атаки залежить ступінь кришення ґрунту і ширина захвату диска, ступінь перемішування ґрунту й післяжнивних решток, хоча при цьому зростають і енергозатрати на виконання процесу, інтенсивність спрацювання робочої поверхні диска та ймовірність забивання його рослинними рештками, а отже, погіршується якість розпушення ґрунту. За зменшення величини кута атаки диск краще підрізатиме скибу, але погіршується повнота обробітку поверхні. За деяких умов роботи і геометричних параметрів дисків, за збільшення кута атаки знижується кутова швидкість диска, спостерігається проковзування диска й забивання простору між дисками ґрунтом і рослинними рештками.
За обробітку ґрунту вертикально встановленими дисками шар ґрунту підрізується, підіймається на незначну висоту і погано перемішується із післяжнивними залишками. А за збільшення глибини обробітку ці явища лише посилюватимуться. Класичною теорією сільськогосподарських машин встановлено, що лише у дискових плугів диски мають кут відхилення від вертикалі. На практиці доведено, що зі збільшенням кута нахилу диска від вертикалі поліпшується підіймання підрізаного шару ґрунту і зменшується величина тягового опору під час роботи агрегату. Тому у дискаторах нахил диска полегшує підіймання підрізаного шару ґрунту, а отже, і поліпшує перемішування ґрунту з рослинними рештками. Однак за значних кутів, особливо під час роботи на твердих ґрунтах, якість розпушування ґрунту погіршуватиметься.
Інші фактори, що впливають на роботу дискових знарядь
Робота дискового агрегату потребує достатньої швидкості. Але знаряддя за значного збільшення швидкості і кута встановлення дисків не забезпечуватимуть необхідної глибини обробітку. Тож для дотримання необхідної глибини обробітку ґрунту виникає потреба у важких котках. За їхнього застосування відбуватиметься прикочування обробленого шару ґрунту, що сприятиме кращому проростанню бур’янів.
Але котки малого діаметра на комбінованих агрегатах із випуклими дисками великого діаметра, які захоплюватимуть більшу кількість ґрунту, в умовах підвищеної вологості забиватимуться ним і рослинними рештками, особливо за недостатнього подрібнення грудок. Тому застосування котків доцільне лише для роботи на ґрунтах незначної вологості. У разі роботи за підвищеної вологості додатково встановлюють пружинні борони перед котками (залежно від умов роботи вони потребують установлення відповідного кута атаки пружин). Потреба у пружинній бороні зростає за збільшення діаметра опуклих дисків, хоча водночас це зумовлює підвищення маси агрегату і спричинює переущільнення ґрунту, особливо за маневрування техніки.
Надійність роботи дискових знарядь залежить від способу кріплення дисків до рами. У дискових боронах з індивідуальним кріпленням кожного диска до рами за їхнього фронтального розташування забивання ґрунтом міждискового простору практично не спостерігається, порівняно з кріпленням дисків у батареях, оскільки цього разу збільшується відстань між дисками у декілька разів. Хоча для дискових лущильників внаслідок невеликої глибини обробітку (незначний об’єм оброблюваного ґрунту) проблема забивання ґрунту між дисками не виникає.
У дискових знаряддях з індивідуальним кріпленням дисків до рами важливо звернути увагу не стільки на забивання міждискового простору ґрунтом, скільки на здатність диска до заглиблення у ґрунт і перерізування рослинних решток. Тому для поліпшення заглиблення диска діаметр його має бути мінімальним, а застосовувати сферичні не вирізні диски більшого діаметра доцільно за обробітку поверхні поля після культур із грубим стеблом (наприклад, кукурудза чи ріпак).
Застосовування гумових або пружинних амортизаторів для кріплення стійок дисків до рами також впливає на роботу дискових знарядь. Але за обробітку ґрунту на значну глибину на схилах, за підвищених вологості і твердості ґрунту, такі амортизатори не забезпечуватимуть повну компенсацію бічних зусиль, що характерно для цих умов, а це, своєю чергою, може призвести до появи необроблених ділянок.
Тому, здійснюючи вибір типу дискових ґрунтообробних знарядь та їхніх параметрів, слід зважати на цілий комплекс чинників, зокрема, глибину обробітку, тип ґрунту, вологість, засмічення бур’янами, наявність рослинних решток, радіус сфери, кут атаки, відстань між дисками на батареї тощо, а також особливості кріплення дисків до рами, оскільки вони мають істотний вплив на якість та енергоємність дискування.
