Основной рабочий орган и классификация
Главным элементом, выполняющим разрушение грунта, является зуб рыхлителя. Он может быть одиночным или входить в состав многорезцовой системы, где несколько зубьев монтируются на специальных стойках. Эти стойки закрепляются в башмаке, который, в свою очередь, устанавливается на несущей раме машины. Ключевые параметры рабочего оборудования — количество зубьев, их форма и взаимное расположение — не являются постоянными. Они подбираются инженерами в зависимости от целого ряда факторов: целевой глубины и ширины обработки, мощности базового трактора, его тягового усилия, а также физико-механических характеристик разрабатываемой породы.
Исходя из мощности и тяговых возможностей трактора-тягача, все рыхлители принято делить на четыре основные категории: сверхмощные (тяга > 350 кН, мощность > 370 кВт), мощные (тяга 200–350 кН, мощность 185–370 кВт), средней мощности (тяга 135–200 кН, мощность 120–185 кВт) и малой мощности.
Рамы и типы подвесок
Конструкция рамы, на которой крепятся стойки с зубьями, напрямую зависит от выбранного типа подвески. На практике наибольшее распространение получили два вида рам: внутренние и охватывающие. Внутренняя рама предназначена для монтажа одной стойки и имеет для этого специальное гнездо. Охватывающая рама, напротив, представляет собой широкую поперечную балку, что предоставляет оператору гибкость в настройке: можно установить от одного до трех зубьев и варьировать расстояние между ними. Оба типа рам могут дополнительно оснащаться буферными устройствами для гашения ударных нагрузок, что особенно важно при работе с толкачом.
На карьерных работах, где чаще всего используют гусеничные тракторы, применяются в основном два типа подвесок для крепления рамы: радиальная и параллелограммная. Оба типа крепятся к корпусу заднего моста трактора с помощью шарниров.
Радиальная подвеска
Радиальная подвеска пользуется большой популярностью благодаря своей простоте, надежности и относительно небольшому весу. Ее обычно устанавливают на тракторы с жесткой подвеской гусениц. Такая конструкция, как правило, рассчитана на один зуб и эффективна для рыхления пород, склонных к выколу крупных глыб размером до 2 метров. Глубина обработки при использовании одностоечной радиальной подвески может достигать 2.1 метра, особенно при выполнении нескольких проходов.
Принцип работы радиального рыхлителя заключается в движении зуба по дуге вокруг шарнирной оси при подъеме или опускании рамы. Это приводит к тому, что угол резания (обозначаемый как δ₀) в процессе заглубления постоянно меняется. В исходном положении он может составлять 90°, а на максимальной глубине — уменьшаться до 36.5°. Для эффективной работы оптимальные значения угла резания различаются: для плотных пород это 50–65°, а для пород средней твердости — 38–45°. Регулировка угла и глубины погружения осуществляется путем перестановки хвостовика зуба в одно из отверстий на стойке.
Параллелограммная подвеска
Параллелограммная подвеска предлагает более высокий уровень контроля над процессом рыхления. Ее ключевое преимущество — возможность поддерживать постоянный угол резания на любой глубине, что обеспечивается геометрией параллелограмма. Начальный угол задается с помощью специального гидроцилиндра и может дистанционно изменяться оператором по мере необходимости.
В другой модификации этой подвески угол резания регулируется изменением положения верхней распорки, а глубина — перестановкой хвостовика стойки. Конструкция с уширенной рамой позволяет устанавливать до трех зубьев одновременно. Однако максимальная глубина рыхления для параллелограммных систем обычно не превышает 1.1 метра, а расстояние от стойки до гусеницы меньше (1.5–1.6 м), чем у радиальных аналогов.
Использование параллелограммной подвески становится предпочтительным выбором в случаях, когда требуется строго контролировать размер получаемых кусков породы или когда твердость разрабатываемого массива неоднородна и варьируется от средней до высокой.
Конструкция и прочность зубьев
Стойки зубьев изготавливаются методом ковки (реже — литья) и для повышения долговечности оснащаются съемными защитными элементами: козырьками и наконечниками из особо износостойких материалов. Прочностные расчеты зуба ведутся с большим запасом: он должен выдерживать нагрузку, в 1.5 раза превышающую тяговое усилие трактора. Если же в работе задействован толкач, то запас прочности увеличивается до 2–2.5 раз. Толщина стойки обычно не превышает 100 мм. Длина (вылет) зуба всегда делается на 100–300 мм больше максимальной планируемой глубины рыхления, а рекомендуемое расстояние между соседними зубьями (шаг) лежит в диапазоне от 900 до 1400 мм.
Для повышения комфорта работы и защиты ходовой части трактора от динамических нагрузок хвостовик стойки иногда соединяют с амортизатором, установленным на раме. Это помогает гасить удары, обеспечивать постоянный контакт зуба с забоем и сглаживать резкие колебания сил сопротивления.