Реферат: С. С. Евсюков влияние параметров объемного рыхлителя на характер деформации грунта и тяговое усилие

Ю.П. Леонтьев, С.С. Евсюков


ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕМНОГО РЫХЛИТЕЛЯ НА ХАРАКТЕР

ДЕФОРМАЦИИ ГРУНТА И ТЯГОВОЕ УСИЛИЕ.


В результате воздействия природно-климатических факторов, а также работы пневмоколесных сельскохозяйственных машин происходит не только поверхностное уплотнение почвы, но и уплотнение глубоких, подпахотных слоев, что особенно характерно для почв суглинистого состава. В результате чего плотность почвы может достигать 1,5…1,6 г/см3, что приводит к существенному уменьшению урожайности. Так, по данным исследований Б.А. Писарева [1], при такой плотности клубни картофеля не давали всходов. По результатам исследований Н.Н. Третьякова, оптимальная плотность суглинистых почв для большинства сельскохозяйственных культур должна быть в пределах 1,1…1,2 г/см3 [2]. Целесообразность глубокого рыхления, как вида агромелиоративного мероприятия при обработке тяжелых суглинистых почв научно доказана рядом исследований. Одним из наиболее простых, но достаточно производительных машин является рыхлитель с V– образным рабочим органом типа РГ 0,5, РГ 0,8 конструкции ВНИИГиМ. Существенным недостатком этих машин является значительное тяговое сопротивление. Вопросы влияния процесса рыхления на улучшение водно-физических свойств, структуры почвы, урожайность культур достаточно изучены. Однако научно обоснованных рекомендаций по определению тяговых усилий, методики выбора параметров рыхлителей практически нет.

Характер взаимодействия объемного рыхлителя с грунтом существенно отличается от рабочего процесса землеройных машин. Основные отличия состоят в том, что у рыхлителей имеет место блокированное резание с большой толщиной стружки, при условии достижения значительной степени рыхления грунта. При таких условиях работы рыхлителя, известные методы расчета усилия резания не обеспечивают достаточной точности результатов.





Рис. 1


Рассматривая рабочий процесс объемного рыхлителя, каждый элемент рабочего органа можно представить в виде клина (рис. 1), расположенного в пространстве под определенными углами. Характер деформации грунта под действием клина зависит от его геометрических параметров и свойств грунта. В процессе рыхления происходит отделение части грунта, имеющего в поперечном сечении форму трапеции. Грунт, двигаясь относительно поверхности клина со скоростью V1, одновременно перемещается перпендикулярно плоскости клина со скоростью V2, в результате чего происходит сдвиг и крошение стружки грунта. С увеличением угла резания , увеличивается скорость V2, что способствует более интенсивному рыхлению. В случае, когда сумма углов резания  и угла трения  приближается к 90о, то есть  +   90о, происходит сгруживание грунта впереди клина, что способствует образованию уплотненного ядра. При малых значениях угла  стружка грунта меньше деформируется, интенсивность рыхления снижается. Кроме того, при большой глубине рыхления вертикальной составляющей усилия резания может быть недостаточно, чтобы преодолеть силу тяжести грунта, отделяемого от массива. В этом случае возможно образование зоны уплотнения на определенной глубине. Вероятность этого явления возрастает при работе на влажных пластичных суглинистых грунтах.

Величину КПД клина ориентировочно можно оценить по формуле

.

Из этой формулы можно найти оптимальное значение угла резания для различных грунтов, при котором возможны наименьшие потери энергии на преодоление сил трения. Так, для суглинистого грунта средней плотности с углом трения  = 26о, без учета потерь на трение грунта о грунт, угол резания рекомендуется   30о.

Для изучения процесса деформации грунта при рыхлении и исследования влияния некоторых параметров объемного рыхлителя на рабочий процесс был выполнен комплекс экспериментов на грунтовом канале с моделью рабочего органа. В процессе исследования измерялось тяговое усилие тензометрическим методом, оценивалась степень рыхления, рабочая скорость, определялась влажность грунта и его плотность. Конструкция модели рыхлителя позволяла изменять ширину горизонтального ножа, угол резания, глубину рыхления. Тип грунта был суглинок средней плотности, влажность грунта во всех опытах составляла 8,5…9,7%, плотность – 6 ударов плотномера ДОРНИИ.

Результаты экспериментальных исследований позволили установить зависимость тягового усилия от глубины рыхления при различных значениях угла резания, рис. 2. По графикам видно, что при увеличении глубины рыхления от 4 см до 8 см усилие увеличивается практически линейно примерно в 1,8 раза. Наименьшие тяговые усилия были получены при угле резания 25о, при  = 36о наблюдалось увеличение усилия приметно в 1,08 раза, при  = 17о усилие увеличилось в 1,2 раза. Наибольшие усилия наблюдались при  = 45о, по сравнению с углом резания  = 25о оно увеличилось в 1,4 раза.




Рис. 2. Рис. 3.


На рисунке 3 приведены зависимости тягового усилия от угла резания для различных значений глубины рыхления. Анализ графиков показал, что наименьшие значения усилий получены при углах резания 25о…30о. Следует заметить, что характер этих зависимостей в достаточной мере аналогичен данным М.Е. Мацепуро, полученным для болотно–торфяных грунтов [3] и данным А.Н. Зеленина для супеси [4].

Результаты исследований позволили определить удельную энергоемкость процесса рыхления. В таблице 1 приведены эти значения для разных углов резания и глубин рыхления. Анализ данных показал, что при увеличении глубины удельная энергоемкость уменьшается. Наименьшие значения энергоемкости получены при  = 25о.

В процессе рыхления происходило увеличение объема грунта, что наблюдалось в виде подъема его над исходной поверхностью (см. рис. 1). В таблице 2 приведены значения площади сечения разрыхленного грунта над исходной поверхностью. Анализ этих данных показал, что при  = 45о и максимальной глубине рыхления величина площади наибольшая, при этом рыхление происходило крупными глыбами. Результаты этих измерений позволили определить значения коэффициента разрыхления Кр = Vp/Vo, где Vp – объем разрыхленного грунта, Vo– объем грунта в плотном сложении. Наибольшие значения коэффициента были получены при  = 45о, Кр= 2,6…2,7. При оптимальном значении угла  = 25о значение Кр= 2,2…2,3.

Таблица 1

h, м

º

0,04

0,06

0,08

17 º

14,9

14,0

13,15

25 º

12,2

11,5

11,4

36 º

13,4

12,0

12,7

45º

18,5

16,0

15,1

Таблица 2

h, м

º

0,04

0,06

0,08

17 º

68

96

125

25 º

72

120

132

36 º

80

126

148

45º

110

180

190


Выводы


Оптимальные значения угла резания для суглинистого грунта при наименьших потерях энергии на преодоление сил трения составляют 25о…30о.

Наименьшая удельная энергоемкость возможна при рыхлении с большей глубиной и углами резания 25о…30о.

Достаточно приемлемые степень и полнота рыхления достигается при тех же значениях угла резания.


Библиографический список


1. Писарев Б.А., Воривода В.Д. Влияние плотности почвы на урожай картофеля //Доклады ВАСХНИЛ. 1965. № 4.

2. Яцук Е.П. и др. Ротационные почвообрабатывающие машины. М.: Машиностроение. 1971. 256 с.

3. Мацепуро М.Е. , Манюта И.В. Вопросы земледельческой механики. Под ред. М.Е. Мацепуро. Минск: Госиздат БСС. 1959. Т. 2.

4. Зеленин А.Н. Основы разрушения грунтов механическими способами. М.: Машиностроение. 1968. 376 с.