Механический состав и состояние почвы влияют не только на интенсивность износа, но и на его характер. Особенно это видно на примере износа лемехов, лап культиваторов и дисковых борон. На тяжелых суглинистых и глинистых почвах лезвие и полевой обрез лемеха затупляются и принимают овальную форму. На песчаных и супесчаных почвах он изнашивается достаточно интенсивно как по толщине, так и по ширине. Лезвие при этом сохраняет свою остроту, но на тыльной стороне его создается резко выраженная затылочная фаска, на лицевой – глубокая лучевидная канавка; носок по профилю закругляется.

В.П. Горячкин износ лицевой поверхности лемеха и отвала с образованием сквозного протирания в верхней части носка и груди объяснял возникновением в этих местах больших давлений. Другие исследователи объясняют тем, что подрезаемый слой почвы значительную часть пути скольжения не деформируется и сохраняет свою форму. При этом опирается нижней гранью на рабочую поверхность и в местах контактирования создает высокие давления. Считают, что протирание лемеха происходит вследствие более высокого коэффициента трения нормализованной стали, из которой изготовлена спинка его. Этот довод не дает объяснения, почему одновременно с лемехом протирается прилегающая часть отвала, поверхность которого закаливается до HRC 48.

Многочисленными опытами установлено большое влияние на величину и характер износа влажности почв. Например, на суглинистом черноземе влажностью 10% износ происходит примерно в 6 раз быстрее, чем при влажности 26%. По данным Е.П. Огрызкова [58], зависимость между интенсивностью износа лемеха по ширине и абсолютной влажностью для диапазона влажностей 8–28% имеет гиперболический характер:

Δl=А/Вп-Н

где: Δl – интенсивность износа лемеха по ширине; Вп – абсолютная влажность; A и H – постоянные коэффициенты; для лемехов с заводской термообработкой они равны 18 и 0,54.

Некоторые исследователи считают, что при пахоте относительно сухой почвы у лемехов наиболее интенсивно изнашивается лезвие с тыльной стороны, кромка его при этом остается острой. Другие отмечают, что при пахоте суп'есчано-подзолистых почв влажностью 2,8–4% лемеха не затачиваются, а, наоборот, теряют свою режущую способность. После непродолжительной работы на таких почвах их необходимо оттягивать. Совершенно иной характер износа наблюдается на этих же почвах при влажности 9,4–12,2%. Режущая способность лемеха в этом случае сохраняется в течение всего периода работы.

Опыты показывают, что до влажности 7–8% самозатачивания лезвия не наблюдается, а интенсивность изнашивания незначительная. При влажности 10–12% и выше происходит интенсивный износ вплоть до протирания носовой части лемеха и прилегающей части отвала, а лезвие сохраняет остроту. В связи с наличием в почве влаги, в которой растворены различные соли и газы, можно ожидать проявления коррозийного износа. Влияние химического воздействия почвы на интенсивность изнашивания до настоящего времени еще не изучалось.

2. Факторы, влияющие на затупление лезвия

Обычно тяговое сопротивление рабочего органа плуга исследуется в условиях, когда лезвие лемеха имеет номинальные геометрические размеры. В действительности, такое состояние лезвия сохраняется незначительное время. составляющее очень малую долю общего срока эксплуатации. В основном лемех работает в затупленном состоянии, причем степень затупления зависит как от геометрических форм лемеха, так и от физико-химических свойств и состояния почвы.

Рассмотрим некоторые особенности перемещения лезвия в почве. Если лезвие острое, т.е. радиус сопряжения пересекающихся плоскостей клина ничтожно мал, оно при встрече с твердыми частицами почвы испытывает очень большое давление. Под действием этого давления присходит смятие кромки и ее округление. Увеличение радиуса округления продолжается до тех пор, пока этот процесс не стабилизируется, что зависит от свойств почвы. Если представить, что затупленное лезвие в сечении представляет дугу окружности, которая при своем перемещении соприкасается с какой-нибудь частицей почвы в точке А (рис. 1), то возможность скольжения этой частицы ка поверхности лезвия определяется условием

δ < 90 –φ,

где: δ – угол, образованный плоскостью симметрии лезвия и плоскостью, касательной к нему в рассматриваемой точке; <р – угол трения почвы о сталь.

При δ > 90 –φ, частицы не могут скользить по поверхности лезвия и будут вдавливаться в почву. В результате создается зона смятия, определяемая двойным углом:

АА´=2rcosδ

де r – приведений радиус окружности округления лезвия.

Рис. 1. Форма і параметри ріжучого леза

Таким образом, зона смятия зависит от толщины лезвия и величины трения почвы о сталь. Для одного и того же лезвия в почвах, обладающих большей величиной трения, будут создаваться большие зоны смятия. С другой стороны, при перемещении такого лезвия происходит смятие почвы, разрушение связей между ее частицами и относительное перемещение их, т.е. сопротивление почвы характеризуется силами внутреннего трения. Таким образом, трением почвы о сталь и внутренним трением в почве определяется тяговое сопротивление затупленного лезвия.

Асимметричное расположение лемеха плуга обусловливает некоторые особенности его изнашивания. Снизу лезвия образуется так называемая затылочная фаска. Наклон этой фаски зависит от физико-механических свойств почв. Для песчаных почв он приближается к нулю, для глинистых – достигает 35°.

Влияние угла наклона затылочной фаски на тяговое сопротивление весьма значительно, однако его трудно отделить от влияния округления лезвия, поэтому их обычно рассматривают совместно.

3. Влияние скорости на нормальное давление почвы

Неравномерный износ рабочих органов почвообрабатывающих машин обусловлен прежде всего разным удельным давлением почвы на поверхность рабочего органа в различных ее точках, а также зависит от скорости скольжения и ускорения контактирующих частиц.

Установлено [53], что при пахоте супесчаной почвы влажностью 10–14% удельное давление на рабочей поверхности лемеха распределяется неравномерно и составляет в зоне носка около 60 колебаний на. 1 м пути. Максимальные значения давления в нижней части зоны носка при скорости 1,4 м/сек на глубине 22 см достигают 16–18 кГ/.см2. Среднее давление 4,34 кГ/см2. Наибольшее давление испытывает носовая часть лемеха. Средние давления в зоне носка в 4,6–12,8 раза больше среднего давления в его центральной части. Наиболее чувствительна к изменению режима пахоты зона носка лемеха.

Увеличение скорости или глубины пахоты приводит к резкому росту давления в нижней части носка лемеха и перераспределению его в других местах. Наличие предплужника или дискового ножа облегчает работу центральной части носка лемеха. Местам наибольшего давления соответствует наибольший износ.

Таблица 1. Удельные давления на лемехе при различной глубине и скорости пахоты