Geum.ru

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

Вид материалаДокументы
Подобный материал:
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

  1. Оптимальные значения угла резания для суглинистого грунта при наименьших потерях энергии на преодоление сил трения составляют 25о…30о.
  2. Наименьшая удельная энергоемкость возможна при рыхлении с большей глубиной и углами резания 25о…30о.
  3. 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.