CC BY
58
УДК 631.312.02
П.Г. Свечников, канд. техн. наук
Челябинская государственная агроинженерная академия
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ПЛАСТА ПРИ ДВИЖЕНИИ ДВУГРАННОГО КЛИНА В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ
Рабочие органы культиваторов-плоскорезов-глубокорыхлителей (КПГ) не всегда удовлетворяют агротехническим требованиям, особенно на обработке твердых пересушенных почв: слой скалывается большими кусками, что ведет к снижению сохранности стерни, ухудшению крошения, увеличению гребнистости, ширины развальной борозды, неравномерности крошения почвы по ширине захвата рабочего органа и снижению урожайности на 30...35 % [1, 2]. Поэтому совершенствование рабочих органов КПГ — актуальная задача.
Для ее решения автором проведены исследования деформации слоя почвы двугранным клином. Исследуемые почвы — чернозем обыкновенный, глина, влажный песок.
Часть экспериментов была проведена в лабораторных условиях, так как необходимо было изучить процесс взаимодействия рабочих органов с почвой и определить направление поисков по совершенствованию рабочих органов КПГ.
В то же время проведение экспериментов на моделях в почвенном канале связано с минимальными организационными и методическими трудностями по сравнению с полевыми условиями.
Для изучения влияния параметров клина на характеристики формируемого пласта был предложен почвенный канал с прозрачными стенками, позволяющими наблюдать и изучать данный процесс.
С целью изучения наиболее общих закономерностей процесса формирования пласта на клине автор выбрал для изучения среды с широким диапазоном физико-механических свойств:
• песок — силы сцепления незначительны и изменяются с изменением влажности;
• глина — силы сцепления велики;
• горох — силы сцепления практически отсутствуют;
• чернозем — наиболее близкая по своим свойствам к реальной почве среда.
Прозрачные стенки позволяли производить непосредственные замеры угла ^, толщины пласта на клине ак, расстояния между трещинами разрушения пласта й от изменения угла постановки ра-
бочей грани клина е к дну борозды, глубины хода и скорости движения клиньев, влажности и твердости среды и т. д.
Для определения угла | применялись различные меченые элементы (нить, покрашенный горох, тонкие деревянные палочки и т. д.).
Эксперимент показал, что несмотря на различия в тяговом сопротивлении движению клина и внешней картине формирования пласта, все среды при взаимодействии с клином имеют некоторые общие характеристики. К таким характеристикам (рис. 1) относятся:
• зависимость отношения ак/а от угла установки клина к дну борозды е (рис. 2а);
• зависимость угла между плоскостью разрушения и дном борозды ^ от угла установки клина к дну борозды е (рис. 2б);
• наличие угла вращения поперечного сечения пласта в продольно-вертикальной плоскости | и его зависимость от угла е при движении клина в малосвязных и несвязных средах (горох, сухой песок и т. д.) (рис. 3);
• наличие элементов разрушения d и зависимость их толщины от угла е при движении клина в связной среде (чернозем обыкновенный, глина, влажный песок) (рис. 3).
Анализ полученных экспериментальных данных позволили сделать некоторые теоретические выводы по основным закономерностям формирования пласта почвы на клине.
Используя принципы вариационной механики, получено уравнение (1), определяющее действительное движение пласта почвы при его вступлении на клин с учетом физических особенностей процесса обработки почвы:
tg ^ = cos е. (1)
Рис. 2. Зависимость от величины угла е при движении клина в различных средах:
а — отношения ак/а; б — угла ф: 1 — горох; 2 — глина; 3 — чернозем; 4 — песок
с учетом физических особенностей процесса обработки почвы определяется углом постановки рабочей поверхности клина к дну борозды е, т. е. каждому конкретному углу постановки рабочей поверхности клина к дну борозды е от материковой почвы будет скалываться кусок строго определенных размеров. Таким образом получен механизм влияния на крошение почвенного пласта изменением параметра рабочего органа.
Анализируя экспериментальные данные и теоретическую зависимость (2), можно также отметить, что толщина пласта на клине ак зависит прежде всего от угла.
Величина ак характеризует вспушенность почвы, гребнистость, крошение почвенного пласта и т. д. Поэтому угол е имеет основное влияние на агротехнические показатели работы КПГ, в связи с этим был создан р/о КПГ, который в каждой точке лезвия лемеха имел разный угол е: увеличивающийся от носка к пятке лемеха, а для этого он был изогнут, как пропеллер двигателя самолета. Данные рабочие органы КПГ были защищены а.с. № 1068056, 1158060, 116247 [3, 4, 5].
Производственные испытания отмеченных рабочих органов КПГ с увеличивающимся углом е от носка к пятке лемеха в сравнении с серийными рабочими органами КПГ (где угол е постоянный по длине лемеха) показали, что разработанные рабочие органы КПГ способствуют увеличению крошения почвы на 15.20 %, уменьшению ширины развальной борозды на 17.22 %, повышению сохранности стерни на 14.17 %, уменьшению греб-нистости вспашки на 20.25 %, сохранению плодородия почвы и повышению урожайности сельскохозяйственных культур.
Рис. 3. Зависимость толщины й (1) и 1 (2, 3) при движении клина в песке (1, 2), горохе (3)
Толщина пласта на клине ак зависит от угла постановки его к дну борозды е и определяется по выражению (2):
ак/а = е + 008 е.
(2)
Теоретические зависимости, полученные по уравнениям (1) и (2), удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными как по характеру, так и по численным значениям.
Таким образом, установлено следующее.
В процессе взаимодействия двугранного клина со средой необходимо исследовать 3 самостоятельных процесса:
• разрушение среды клином;
• формирование пласта при вступлении его на клин;
• движение пласта по клину.
Установлено также, что толщина пласта
на клине определяется только углом установки клина к дну борозды. При входе пласта на клин в нем образуются разрывы, которые при сходе с клина характеризуют вспушенность почвы.
Полученные экспериментальные данные и теоретические зависимости (1), (2) свидетельствуют о том, что действительная траектория движения пласта при его вступлении на клин (лемех)
Список литературы
1. Бурченко, П.Н. Механико-технологические основы почвообрабатывающих машин нового поколения / П.Н. Бурченко. — М.: Изд-во ВИМ, 2002. — 212 с.
2. Баранов, А.И. Комплекс противоэрозионных орудий и машин, основные направления их совершен-
a
ствования / А.И. Баранов, А.Н. Важенин // Механизация и экономика с.-х. производства: труды ВНИИЗХ. Т. 5. — М.: Колос, 1974. — С. 112-116.
3. А.с. 1068056 СССР. Плоскорежущая лапа /
В.В. Бледных, П.Г. Свечников. — Заявл. 1982 г.; опубл.
1984 г., Бюл. № 3. — С. 12-13.
4. А.с. 115806 СССР. Рабочий орган для безотвальной обработки почвы / П.Г. Свечников, В.В. Бледных. — Заявл. 1983 г.; опубл. 1985 г., Бюл. № 20. — С. 15-17.
5. А.с. 1165247 СССР. Плоскорежущая лапа / П.Г. Свечников, В.В. Бледных. — Заявл. 1983 г.; опубл.
1985 г., Бюл. № 25. — С. 9-11.
УДК 631.431.5
С.И. Старовойтов, канд. техн. наук Н.П. Старовойтова, канд. биол. наук Н.Н. Чемисов
Брянская государственная сельскохозяйственная академия
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЯЗКОСТИ СРЕДНЕСУГЛИНИСТОЙ ПОЧВЫ
В идеальных реологических почвенных моделях [1] 1, 2, 3 класса наряду с упругими и пластичными [2] свойствами представлена вязкостная характеристика. Сочетание указанных параметров позволит смоделировать нагрузку [3] на рабочих органах почвообрабатывающих машин с учетом гранулометрического состава и влажности почвы.
Величина вязкости, служащая характеристикой сил внутреннего трения, является как функцией нагрузки, так и времени [4]. Почва, как реальное тело, деформируется с переменной скоростью. И только на некотором этапе деформирования скорость становится постоянной. И только этот этап деформирования соответствует понятию ньютоновой вязкости.
В то же время известна корреляционная зависимость вязких свойств дерново-подзолистой почвы в зависимости от плотности р, абсолютной влажности ю, скорости нагружения V [5]:
П = 34,4857 - 12,2663р - 14,3719К + 0,0915ю.
Для измерения вязкости с учетом анализа прямолинейного участка, как более надежного метода исследований, используются вискозиметры, определяющие вязкость материала через силу сопротивления движению. Данная вязкость называется динамической и измеряется в Пас. Вискозиметры подразделяются на две группы. В основе принципа действия первой группы приборов лежит определение скорости вытекания материала из малого отверстия.
Вторая группа приборов основана на определении скорости падения шарика в вязком материале.
Разброс данных по вязкости грунтов находится в интерва-
ле от 106 до 1017 Па с. Н.Н. Маслов (1968) на основе анализа опытных данных считал возможным принять следующие осредненные значения вязкости глинистых грунтов: мягкопластичной консистенции — 1010...10п Пас; тугопластичной консистенции — 1012...1013 Пас; полутвердой консистенции — 1014...1015 Пас; твердой консистенции — 1015...1017 Пас.
Таким образом, чрезвычайно большой разброс экспериментальных данных значений вязкости требует уточнения зависимости коэффициента динамической вязкости от абсолютной влажности с учетом гранулометрического состава, в частности, для среднесуглинистой почвы.
Для проведения исследований использовалась установка Цытовича—Файнциммера (рис. 1).
Были использованы следующие фрагменты методики [6]. Масса подвешиваемого груза должна быть такой, чтобы погружение шарика за 30 с составило 0,5^. Опыт повторялся на одном образце почвы. Кольцо с почвой перемещалось таким образом, чтобы центр следующего погружения находился на расстоянии 3d от центра предыдущего по-
Рис. 1. Установка Цытовича—Файнциммера Вестник ФГОУ ВПО МГАУ № 2'2011 -------------------------- 55
