Žemės dirbimo mašinų darbinių dalių technologinius ir konstrukcinius parametrus turi gerai žinoti ne tik žemės ūkio mašinų gamintojas, bet ir jomis dirbantys žemdirbiai, nes nuo jų priklauso dirvos paruošimas, augalų sėja, augalų augimas.

Šiame straipsnyje pristatome nužertuvų, noragų, lėkščių paskirtį ir jų technologinių bei konstrukcinių parametrų įtaką žemės dirbimo procesui, taikant skirtingas technologijas, analizuojame žemės ūkio mašinas veikiančią traukos jėgą.

Nužertuvai

Kai dirvos paviršiuje paliekamos augalinės derliaus liekanos, ypač svarbi žemės dirbimo mašinos darbinė dalis yra nužertuvai, nes nuo jų konstrukcijos priklauso viso technologinio proceso kokybė. Svarbu, kad sėklos nebūtų įterptos į augalines derliaus liekanas, kurios trukdo geram sėklų ir dirvos sąlyčiui ir dėl to blogėja sudygimas. Augalinių liekanų pašalinimas iš būsimos sėklų eilutės taip pat leidžia sumažinti ir ligų perdavimo riziką. Nužertuvų darbo intensyvumas priklauso nuo priešsėlio ir dirvos paviršiuje likusių augalinių derliaus liekanų kiekio, jam padidinti gali būti didinamas nužertuvų darbinis gylis.

Galima naudoti skirtingų konstrukcijų diskinius nužertuvus. Populiariausi – vieno ir dviejų diskų. Vieno disko nužertuvas statomas didesniu atakos kampu, jis nužeria augalines liekanas tik į vieną pusę. Dviejų diskų nužertuvai, statomi mažesniu kampu pagal važiavimo kryptį, augalines liekanas nužeria į abi puses ir dėl mažesnio padėties kampo yra veikiami mažesnių šoninių jėgų, palyginti su vieno disko nužertuvais.

Dar vienas svarbus aspektas – diskiniai nužertuvai gali turėti skirtingą skaičių dantų. Tiek per daug, tiek ir per mažai dantų gali sumažinti augalinių liekanų nužėrimo kokybę. Diskiniai nužertuvai gali būti su tiesiais ir lenktais dantimis arba pirštais. Kai kuriais atvejais prieš nužertuvus arba tarp nužertuvo diskų gali būti montuojamas diskinis peilis, kuris augalines liekanas ir dirvos paviršių perpjauna, o tada nužertuvai nužeria jas į šonus. Tačiau tokiais atvejais į dirvą gali būti įterpiamos (įspaudžiamos) augalinės liekanos.

Taikant tiesioginę sėją, nužertuvų paskirtis yra pagerinti sėjos noragėlių įsigilinimą, sumažinti augalinių liekanų kimšimąsi ir taip užtikrinti sėjos kokybę. Taikant juostinio žemės dirbimo technologiją, nužertuvų paskirtis šiek tiek kitokia. Tiesioginės sėjos atveju užtenka augalines liekanas nužerti tik nuo kelių milimetrų dirvos pločio, kad sėjos noragėlis išbrėžtų vagutę, o juostinio žemės dirbimo atveju juostos plotis būna keliolika ar keliasdešimt kartų didesnis, todėl technologiniai procesai, kurie tinka tiesioginei sėjai, ne visai tinka juostinio žemės dirbimo technologijai.

Moksliniais tyrimais nustatyta, kad nuvalius augalų liekanas nuo tos dirvos dalies, kurioje įterpiamos sėklos, ten derlius gaunamas didesnis, negu kitoje dirvos dalyje, kurioje prieš sėjant nenaudoti nužertuvai.

Tiesioginės sėjos technologijoje naudojamas vieno disko pirštinis nužertuvas, kurio skersmuo 500 mm, padėties kampas 10^o, nužeria nuo 10 iki 15 proc. augalinių liekanų. Dviejų diskų dantytas diskinis nužertuvas, kai diskų skersmuo 330 mm, o kampas tarp jų 60^o, nužeria nuo 40 iki 50 proc. augalinių liekanų. Vieno pirštinio nužertuvo augalinių liekanų nužėrimas nežymiai sumažėja didinant judėjimo greitį nuo 1,4 iki 3,3 m/sek., o dviejų dantytų diskinių nužertuvų darbo kokybei įtakos neturi. Du dantyti diskiniai nužertuvai nužeria augalines liekanas platesniame ruože negu vienas pirštinis. Vertinant dviejų diskinių nužertuvų darbo procesą galima teigti, kad tarp abiejų diskinių nužertuvų, pastatytų kampu, būtina palikti 10–30 mm tarpelį, kad nepradėtų kimštis augalinėmis liekanomis ir nekeltų jų į viršų.

Nužertuvų darbas yra efektyvesnis, tai yra nuvaloma daugiau (apie 25 proc.) augalinių liekanų, kai dirvos plotas augalinėmis liekanomis uždengtas gausiau – 1 050 kg/ha, palyginti su 920 kg/ha.

Esant galimybei keisti nužertuvų diskų konstrukcinius parametrus (padėties kampą, tarpą tarp diskų), galima kokybiškai atlikti darbą, pritaikant įvairioms aplinkos sąlygoms, išvengiant nužertuvų kimšimosi augalinėmis liekanomis, pasiekiant augalinių liekanų nužėrimo efektyvumą, kai dirvos paviršiuje jų kiekis skirtingas. Be to, galima įdirbti pageidaujamo pločio juostas, atsižvelgiant į planuojamų auginti augalų rūšį.

Noragai

Žemės dirbimo padarguose naudojami noragai. Jie skirti sekliai arba giliai supurenti dirvą. Noragai – neatsiejamos neariminio žemės dirbimo technologijoms skirtų mašinų darbinės dalys.

Dirvos supurenimas noragais pagerina vandens infiltraciją į dirvą, taip pat sumažina dirvos tankį ir kietumą, palengvina sėklų įterpimą ir pagerina augalų šaknų skverbimąsi į dirvą. Taikant tiesioginę sėją, stengiamasi kuo mažiau paveikti dirvą, todėl dažniau naudojami diskiniai noragai.

Lyginant dirvos įdirbimą kaltiniu noragu su diskiniu peiliu, matyti akivaizdūs skirtumai dirvos paviršiuje. Įdirbant dirvą kaltiniu noragu, paveikiamas didesnis dirvos plotas – dirva supurenama platesniu ruožu. Tokiu atveju jos tankis ir drėgnumas yra gerokai mažesni, palyginti su dirva, kuri įdirbta diskiniu peiliu. Dirvos drėgnumas mažesnis, nes, esant mažesniam dirvos tankiui, padidėja vandens garavimas iš dirvožemio.

Kaltinis noragas purena dirvą plačiau negu paties norago plotis, nes purenama dirva veikia ir šoninius dirvos sluoksnius dėl vidinės trinties. Išilgai norago veikiant gana nedidele traukos jėga, sukuriama gana didelė normalinė jėga, suardanti dirvą.

Dirvos supurenimo kokybė priklauso ne tik nuo norago formos, bet ir nuo dirbimo gylio. Kuo dirva purenama giliau, tuo platesnė dirvos juosta supurenama. Purenant dirvą noragais, dirvos sluoksnis priešinasi jų judėjimui, atsiranda dirvos pasipriešinimo pjovimui jėga, kurios kryptis yra priešinga norago judėjimo krypčiai. Šios jėgos dydžiui didžiausią įtaką turi dirvos sluoksnio fizikinės-mechaninės savybės ir norago parametrai. Normalaus drėgnumo dirvoje pasipriešinimo pjovimui jėga yra lygiagreti dirvos dirbimo mašinos judėjimo greičio vektoriaus krypčiai. Tankiose arba sausose dirvose dėl drėgnumo ir išorinės trinties jėgos pokyčio šios jėgos kryptis keičiasi. Sausos ir drėgnos dirvos deformacijos noragu vaizduojamos paveiksle.

Lėkštės

Lėkštės ne tik sekliai purena dirvą, tačiau ir pjauna augalines liekanas, esančias dirvos paviršiuje, o tai ypač aktualus tiesioginės sėjos klausimas. Išpjaustytų ašmenų lėkštės kokybiškiau pjauna augalų liekanas negu lygių ašmenų. Išpjaustytų ašmenų lėkštės (pusapvalių išpjovų) pirmiausia su dirva besiliečiančia pusapvalės išpjovos dalimi pradeda pjauti augalines liekanas slystamai, vėliau – spaudžia jas ir visas kitas sutiktas kliūtis į dirvą. Atsižvelgiant į išpjovos plotį ir gylį lėkščių ašmenyse, keičiasi išpjovos pjovimo kampai.

Teoriniais ir eksperimentiniais tyrimais nustatyta, kad lėkštės, besisukdamos apie savo ašį, sminga į dirvą ir ją pjauna. Savo ašmenimis lėkštės augalines liekanas gali perpjauti arba pradėti stumti į priekį. Dirbdamos lėkštės pjauna arba perrieda augalines liekanas, kurios yra spaudžiamos tarp lėkščių ašmenų ir dirvos paviršiaus. Augalinių liekanų suspaudimas priklauso nuo sugnybimo kampo tarp lėkščių ašmenų ir dirvos paviršiaus. Teoriškai augalinės liekanos perpjaunamos arba įspaudžiamos į dirvą, kai spaudimo jėgos veikimo kryptis neviršija trinties kampo tarp augalinių liekanų ir dirvos paviršiaus.

Taip pat būtina pažymėti, kad dvi greta esančios lėkštės darbinio proceso metu kartu pjauna dirvą ir jos paviršiuje gulinčias augalines liekanas dviejose skirtingose vietose. Vadinasi, esant tam tikroms klimatinėms sąlygoms, kai dirvos viršutinio sluoksnio kietumas yra per mažas, kad būtų perpjautos augalinės liekanos, jos yra spaudžiamos į dirvą dviejose vietose ir tempiamos pagal tarp diskų formuojamą išgaubtą dirvos paviršių. Tuomet augalinės liekanos dėl sąveikos su dirva gali būti ne tik perpjaunamos, bet ir nutraukiamos. Dirva turi savybę priešintis lėkščių ir augalinių liekanų smigimui, todėl, viršijus leistinuosius augalinių liekanų įtempius, jos gali būti nutraukiamos.

Lėkštės gali atlikti ir nužėrimo funkciją. Nustatyta, kad, purenant tarpueilius išpjaustytomis lėkštėmis, dirvos riekės ir piktžolių šaknų nužėrimo atstumas priklauso nuo judėjimo greičio, lėkščių išgaubimo spindulio ir padėties kampo. Kai didinamas išpjaustytų lėkščių judėjimo greitis nuo 0,8 iki 3,2 m/sek., nužėrimo atstumas padidėja nuo 100 iki 500 mm (lėkščių skersmuo 280 mm, padėties kampas 0,35 rad, smigimo gylis – 50 mm).

Lėkščių išgaubimo spindulys nusako ir purenimo intensyvumą. Mažesnio išgaubimo spindulio lėkštės purena intensyviau. Lėkščių purenimo plotas 10–25 mm gylyje yra didesnis (apie 0,003 m2) negu diskinių noragų (diskinių peilių). Be to, kuo lėkštės ašmenų plokštumos ir judėjimo krypties kampas didesnis, tuo dirva intensyviau purenama. Kai šis kampas mažas, lėkštė daugiau pjausto negu purena.

Lėkštė darbo metu į dirvą įgrimzta tam tikru gyliu. Tik nugrimzdusi dalis dirvą purena, o likęs lėkštės paviršius nedirba. Lėkštės panaudojimo koeficientas apskaičiuojamas pagal lėkštės skersmens ir purenimo gylio santykį.

Traukos jėga

Žemės ūkio mašiną veikianti traukos jėga priklauso nuo darbinių dalių technologinių ir konstrukcinių parametrų, dirvos savybių, taip pat nuo darbines dalis veikiančių jėgų. Žemės dirbimo mašinos darbinę dalį, jai sąveikaujant su dirva, veikiančių jėgų schema pateikta paveiksle.

Didėjant trinties kampui, kuris susidaro tarp normalinės ir suminės jėgų, traukos jėga didėja.

Moksliniais tyrimais nustatyta, kad skutant dirvą 250 ir 380 mm gyliu su diskiniais išpjaustytų ašmenų lėkštiniais skutikliais reikia nuo 10 iki 68 proc. mažiau traukos jėgos negu dirbant su kaltiniais arba lygių ašmenų diskiniais lėkštiniais skutikliais. Diskinio norago išpjovos forma turi įtakos traukos jėgai. Traukti dantytą diskinį noragėlį, dirbantį 80 mm gyliu, reikia apie 41 proc. mažiau traukos jėgos, negu traukti išpjaustytų ašmenų diskinį noragą, ir apie 64 proc. mažiau jėgos, negu lygių ašmenų. Sunkaus priemolio dirvoje lyginamasis dirvų pasipriešinimas, kintant dirvos drėgnumui nuo 10 iki 25 proc., sumažėja nuo 2,7 iki 0,8 Pa. Dirvos pasipriešinimas traukai sunkaus priemolio dirvoje padidėja apie 1,4 karto, kai drėgnumas padidėja nuo 25 iki 28 proc. Pagrindinė to priežastis – padidėjęs dirvos lipnumas.

Nustatyta, kad 711 mm skersmens diskiniam dantytam noragėliui traukti reikalinga apie 9 proc. didesnė traukos jėga, negu tokios pačios konstrukcijos 610 mm skersmens noragui, ir apie 30 proc. didesnė negu 508 mm skersmens noragui. Traukos jėga taip pat priklauso nuo diskinių noragų formos ir važiavimo greičio. Išgaubtų diskinių noragėlių traukos jėga padidėja apie 30 proc., o lygių (neišgaubtų) – apie 15 proc., didinant važiavimo greitį kas 0,5 m/sek.

Lyginant trijų skirtingų diskinių noragų (lygaus paviršiaus ir banguotų ašmenų su 14 ir 26 bangelėmis) įtaką traukos jėgų svyravimams, esant skirtingiems važiavimo greičiams, pastebėta, kad važiavimo greitį padidinus nuo 0,8 iki 3,1 m/sek. padidėja traukos jėgų svyravimai, atsirandantys dėl didesnių darbinės dalies virpesių dirbant. Didesnė važiavimo greičio įtaka traukos jėgų svyravimams pastebėta, dirbant su lygiu neišgaubtu diskiniu noragu ir su banguotu, kurį sudaro 14 bangelių. Pastebėta, kad stabiliausiai dirba diskinis banguotas noragas, turintis 26 bangeles.

Keičiant diskinio sėjos norago padėties kampą nuo 0 iki 10o, horizontali pasipriešinimo jėga traukai lengvo priemolio dirvoje didėja nuo 1,28 iki 1,66 karto. Ši pasipriešinimo jėga energiniu požiūriu yra svarbiausia, ji sudaro 80–90 proc. visų sėjamosios darbinių dalių pasipriešinimo jėgos. Be to, įdirbant dirvą, kai diskinis noragas nuo sąlyčio su dirva sukasi laisvai, reikia apie 67 proc. daugiau traukos jėgos, negu jį priverstinai sukant nuo 75 iki 125 aps./min. dažniu, esant 23o diskinio norago atakos kampui. Didinant laisvai besisukančio norago atakos kampą iki 33o, traukos jėga padidėja apie 70 proc., palyginti su priverstinai sukamu diskiniu noragu. Pastebėta, kad, nepriklausomai nuo norago matmenų, didinant įdirbimo gylį, gerokai padidėja traukos jėga. Didinant važiavimo greitį tokios tendencijos nepastebėtos.

Dirvą įdirbant didesnių matmenų strėliniu noragu (570 mm pločio, 490 mm ilgio) reikia apie 80 proc. didesnės traukos jėgos, negu įdirbant mažesnių matmenų strėliniu noragu (330 mm pločio ir 240 mm ilgio). Mokslininkai nustatė, kad norago traukos jėga didėja, didėjant dirvos drėgnumui, tankiui ir įdirbimo gyliui.

Sėjant 20–30 mm gyliu purentoje dirvoje pavažinio norago traukos pasipriešinimo jėgos yra santykinai mažos. Priesmėlio dirvoje norago horizontalioji pasipriešinimo jėga 1,3 karto mažesnė negu priemolio dirvoje. Sėjant 40– 60 mm gyliu horizontalioji pasipriešinimo jėga 2–3 kartus didesnė negu sėjant 20–30 mm gyliu priesmėlio ir priemolio dirvose. Vadinasi, dirvos kietumas turi didesnę įtaką darbinių dalių traukos jėgai negu važiavimo greitis.