(7)

, тогда или

(8)

где - масса почвы, поступающая на рабочий орган в единицу времени.

Выразим массу пласта через его объем, тогда при :

(9)

где - объемный вес (плотность почвы).

Тогда сила инерции пласта определяется по формуле:

(10)

Силу тяжести пласта выразим через объем:

(11)

где - длина долота.

Подставив полученные выражения (10), (11) в формулу (6), а затем полученное выражение в формулу (2) и выполнив некоторые преобразования получим:

(12)

В полученном выражении (12) - угол сдвига (скола) определяется по формуле, приведенной в литературе [1]:

(13)

Это уравнение выведено, исходя из теории прочности Мора [1], по которой разрушение пласта происходит в плоскости, где действием нормального и касательного создается напряжение, равное чистому сдвигу. Т.е. всякий раз величина угла сдвига устанавливается такой, при которой сила резания будет минимальной.

Подставив уравнение (13) в неравенство (12) и выполнив некоторые преобразования, получим:

(14)

Неравенством (14) определяется условие при котором, не возникает сгруживания почвы перед рабочим органом.

Из анализа выражения (14) следует, что вероятность возникновения сгруживания почвы перед рабочим органом возрастает с увеличением длины долота, плотности почвы, скорости агрегата; зависит от физико-механических свойств почвы и угла крошения, но не зависит от поперечного сечения пласта.

С помощью полученной формулы (14) определим угол крошения и длину долота , при которых процесс глубокого рыхления будет наименее энергоемким, т.е. при отсутствии сгруживания почвы перед рабочим органом.

Согласно агротребованиям, при глубоком рыхлении почвы ; .

Углы трения , [3].

Согласно изобарам сжимающих напряжений в продольно-вертикальной плоскости [2], .

Полученные зависимости представлены графически на рисунке 2, б. Из анализа полученных кривых следует, что при изменении от до и от до сопротивление почвы сжатию начинает резко возрастать при угле резания .

Анализ полученных данных (рисунок 2, б), свидетельствует о том, что для глубокого рыхления черноземной сухой почвы рабочий орган должен располагаться под углом крошения к дну борозды и иметь длину долота до при заданной агротехническими требованиями плотности почвы и скорости движения.

Исходя из анализа процесса деформации пласта почвы, определим расстояние между рабочими органами для глубокого рыхления в продольном направлении :

почва пласт рыхление агрегат

(15)

где - расстояние на которое разрушается почва перед долотом.

Исходя из условия распространения зон деформации почвы, определим :

, или

(16)

где - глубина рыхления.

Перепишем формулу (15) с учетом выражений (16) и (13):

(17)

С помощью полученного выражения (17) определяется расстояние между рабочими органами глубокорыхлителя в продольном направлении.

С учетом полученных данных по выбору угла крошения и длины долота для глубины рыхления , .

Рабочие органы глубокорыхлителей разрушают пласт почвы в пределах прорези, расширяемой в сторону поверхности массива. Угол (рисунок 3, а) характеризует деформацию почвы с боковых сторон долота глубокорыхлителя в поперечном сечении пласта.

Характерной особенностью орудий для глубокой обработки почвы является рыхление с недорезом пласта по ширине захвата с образованием не разрушенных гребней над дном борозды и разрыхленного слоя над гребнями. Размеры гребней зависят от ширины захвата рабочих органов и расстояния между рабочими органами глубокорыхлителя.

а)

б)

Рис. 3 Определение параметров комбинированного почвообрабатывающего агрегата

а) схема поперечного сечения пласта при глубоком рыхлении

б) зависимость расстояния между рабочими органами от степени разрыхлённости почвы

В агротехнических требованиях не содержится сведений о том, какую площадь пласта допускается оставлять необработанной. Иногда в исходных требованиях к глубокорыхлителю оговаривается допускаемая высота гребня, но отсутствует допускаемое соотношение обработанной и необработанной площадей при глубоком рыхлении почвы. Болгарским исследователем [4] установлено, что площадь обработанного глубокорыхлителем пласта почвы в поперечном сечении должна составлять не менее 60%. Поэтому в качестве оценочного критерия при определении расстояния между рабочими органами глубокорыхлителя целесообразно принять степень (полноту) разрыхленности пласта почвы, определяемую отношением обработанной и общей площадей, выраженное в процентах:

,(18)

где - площадь сечения взрыхленной части пласта в поперечном сечении;

- общая площадь поперечного сечения пласта.

Площадь взрыхленной части пласта определяется выражением:

, (19)

где - площадь поперечного сечения не разрушенных гребней высотой и перемычек между бороздами, шириной и высотой.

С учетом выражения (19) формула (18) примет вид:

 (20)

Площадь не разрушенных гребней и перемычек:

, (21)

где - число рабочих органов;

и - площадь гребня и перемычки соответственно.

Площадь гребня (треугольник) и площадь перемычки (прямоугольник) определяются с использованием геометрии и тригонометрии.

Подставляя найденные значения в формулу (21), получим выражение для определения площади не разрушенных гребней и перемычек:

(22)

Далее необходимо определить площадь сечения пласта.

Поперечное сечение пласта почвы представляет собой прямоугольник с длинной стороной, ограниченной конструктивной шириной захвата глубокорыхлителя, а короткой, определяемой заданной глубиной обработки. Общая площадь поперечного сечения пласта определяется по формуле:

(23)

где - конструктивная ширина захвата;

- глубина рыхления пласта.

На основании рисунка 3,а конструктивную ширину захвата можно выразить через расстояние между рабочими органами и ширину захвата :

(24)

Тогда общая площадь поперечного сечения пласта составит:

(25)

Подставим полученные выражения (23) и (25) в формулу (20), получим:

(26)

Полученная формула (26) выражает степень разрыхленности пласта почвы. При помощи полученного выражения можно определить расстояние между рабочими органами глубокорыхлителя , обеспечивающее качественную обработку почвы .

Подставив значения параметров рабочего органа глубокорыхлителя в формулу (26), графоаналитическим способом определим расстояние между рабочими органами. При , , , , пласт почвы рыхлится в достаточной степени при (рисунок 3,б, кривая 1). Исходя из конструктивных соображений, выбирается расстояние между рабочими органами глубокорыхлителя, значения которого должно быть около 0,37 м.

Проанализируем формулу (26). Для этого определим влияние входящих в формулу величин на расстояние между рабочими органами, путем изменения одного из параметров при неизмененных остальных.

Уменьшим ширину долота от до , получим расстояние между рабочими органами . Исходя из анализа кривой 2 на рисунке 3,б, с уменьшением ширины долота расстояние между рабочими органами глубокорыхлителя уменьшается.

Изменение угла , характеризующего деформацию пласта с боковых сторон долота (значение которого обычно принимают 90-1200) не оказывает существенного влияния на расстояние между рабочими органами.

При нулевом значении высоты перемычки прорезь имеет форму трапеции; кривая, характеризующая степень разрыхленности пласта в зависимости от расстояния между рабочими органами глубокорыхлителя, имеет вид 3 на рисунке 3,б, из анализа которой следует допустимые значения: . Следовательно, при уменьшении высоты перемычки расстояние между рабочими органами увеличивается.

При форме прорези в виде равнобедренного треугольника при , расстояние между рабочими органами должно быть (рис.4, кривая 3,б), т.е. практически такое же, как в варианте 1 (кривая 1).

Глубина рыхления пласта оказывает влияние на выбор расстояния между рабочими органами: чем больше глубина, чем дальше друг от друга можно располагать рабочие органы (кривые 1, 5 на рисунке 3,б). При глубине , , а при глубине ,

По рассчитанным параметрам во ВНИПТИМЭСХ разработана конструкторская документация на создание опытного образца комбинированного агрегата для глубокой безотвальной послойной обработки почвы. Изготовленный опытный образец прошёл приёмочные испытания на Северо-Кавказской МИС [5].Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что комбинированный агрегат качественно выполняет безотвальное послойное глубокое рыхление почвы в соответствии с агротехническими требованиями. Пашня после прохода агрегата получается выровненной (5,0 см.), с преобладанием в обрабатываемом слое фракций размером до 50 мм. (79,97 %). Содержание эрозионно-опасных частиц в поверхностном слое после прохода агрегата уменьшилось. Рабочие органы обеспечивают полное подрезание сорных растений, при этом, не забиваясь и не залипая.

По результатам испытаний Северо-Кавказская МИС рекомендует поставить на производство комбинированный агрегат для глубокой безотвальной послойной обработки почвы.

Литература

1. Зеленин А.Н. Лабораторный практикум по резанию грунтов / А.Н. Зеленин, Г.Н. Карасев, Л.В. Красильников. М.: Высшая школа, 1969. с. 241-307.

2. Вагин А.Т. К вопросу обоснования параметров рабочих органов для основной обработки почв/ А.Т. Вагин // Вопросы сельскохозяйственной механики: Труды УНИИМЭСХ нечерноземной зоны СССР - Минск, 1967. Т. 16, с. 57-98.

3. Бахтин П.У. Физико-механические и технологические свойства почв. М.: Знание, 1971. 64 с.

4. Джамбов В. Изследване върху работата на машините за дълбоко разрохване // Селскостопанска техника. 1979. №4. с. 3-9.

5. Протокол №11-51-04-(1010082) от 7 декабря 2004 г. приёмочных испытаний комбинированного агрегата для основной обработки почвы КАО-10-35 // Северо-Кавказская государственная зональная машиноиспытательная станция. Зерноград, 2004. 50 с.

Размещено на Allbest.ru