РОЗДІЛ 2
ДОСЛІДЖЕННЯ І ТЕОРЕТИЧНИЙ АНАЛІЗ ПРОЦЕСУ ВЗАЄМОДІЇ ГНУТОШТАБОВОГО РОБОЧОГО
ОРГАНУ З ҐРУНТОМ
2.1. Теоретичні передумови до обґрунтування форми гнутоштабового робочого
органу для об’ємного різнонаправленого деформування ґрунту
Визначаючим критерієм якості обробітку ґрунту є показник степені кришіння у
відповідності з ґрунтово-кліматичними умовами вирощування сільськогосподарських
культур.
Дослідження пов’язані із вивченням фізико-механічних властивостей ґрунтів і
механічних процесів взаємодії ґрунтообробних робочих органів з ґрунтом мають
велике значення як для створення нових ґрунтообробних машин, так і для
удосконалення процесів обробітку ґрунту.
Для зниження енергоємності обробітку ґрунту необхідно створювати такі
деформації, яким він здійснює найменший опір. Одним із шляхів зниження опору
ґрунту є правильний вибір виду деформації. Експериментальні дані цілого ряду
авторів показують, що найбільший опір ґрунт здійснює при деформації стиску.
Майже всі ґрунти мають границю міцності на стиск у декілька разів більшу, як на
розтяг (розрив) і згин. Наприклад А.Н. Гудков вказує, що ґрунти створюють в
10...30 разів менший опір розтягу і згину в порівнянні із опором стиск
А.Д.Далин встановив, що окультурені ґрунти мають тимчасовий опір розриву в
12...20 разів, а опір сколювання в 6-10 разів менше опору стиску . А.Н.
Зеленин, Я.М. Жук встановили, що глинкові ґрунти різко зменшують опір розриву,
згину і зсуву із збільшенням вмісту фізичної глини і вологості, а опір стиску
навпаки, збільшують.
Очевидно, що всі перераховані факти вказують на перевагу деформацій розтягу,
зсуву та згину перед деформаціями стиску для застосування їх з метою кришіння
ґрунту.
В залежності від форми робочого органу, в ґрунті створюються деформації стиску,
розтягу, згину, кручення або їх комбінації. Реалізація лише деформацій розтягу
в технологічному процесі ґрунтообробних машин, як найменш енергоємних, поки що
практично відсутня.
В останні роки запропоновано декілька технічних рішень для зниження
енергоємності обробітку ґрунту: дія на ґрунт різнонаправленими деформаціями,
руйнування скиби ґрунту по лініях найменших зв’язків та створення в ньому
оптимального поля напружень (переважно розтягуючих деформацій).
При послідовному прикладанні до зразка ґрунту деформацій різних знаків його
границя пружності знижується (ефект Баушингера), що пояснюється появою у
матеріалі при пластичних деформаціях внутрішніх залишкових напружень. При
повторних навантаженнях у протилежному напрямку ці ділянки руйнуються раніше за
інші. Ефект Баушингера спостерігається в комбінованих знаряддях, робочі органи
яких створюють різнонаправлені деформації.
Зменшенню затрат енергії на процес обробітку ґрунту сприяє і той факт, якщо
напруження стиску доповнити напруженнями зсуву.
Ідея руйнування скиби ґрунту по лініях найменших зв’язків лежить в основі
конструкції глибокорозпушувача «Para-plow» зігнуті, похилі, нахилені стояки і
долота якого піднімають і розпушують скибу переважно під дією розтягуючих
зусиль.
Ще один із шляхів скорочення енерговитрат - інтенсифікація взаємодії робочих
органів із ґрунтом шляхом їх ярусної установки, ударних навантажень, вібрацій.
Вивчаючи фізичні основи деформації сухих безструктурних ґрунтів А.Н. Гудков
запропонував їх пошарове кришіння. При цьому шари ґрунту деформуються переважно
згином а не стиском. Такий принцип застосовується при використанні зубчатих
лемешів.
Взаємодія робочого органу із ґрунтом може бути представлена двома видами руху
ґрунтових часток - загальним рухом скиби ґрунту і переміщенням окремих її
часток по відношенню одна до одної. При розпушуванні ґрунту другий вид
переміщення повинен переважати над першим. Разом з тим геометрія робочого
органу і кінематика його руху визначає характер полів напружень і деформацій.
Від форми робочого органа і кінематики його руху залежить також енергоємність
обробітку ґрунту [98].
Степінь кришіння ґрунту залежить від вибраного способу руйнування (подрібнення)
ґрунтової скиби, а також від кратності дії робочого органу на ґрунт. Згідно
класифікації професора А.М. Панченка [125] існує декілька різновидів
механічного способу руйнування ґрунтової скиби: різання, “сепарація”, стиск
(роздавлювання), “гравітаційне падіння”, розколювання, перетирання, злом та
удар. Він встановив залежність між способом подрібнення ґрунту та ступінню його
подрібнення (табл. 2.1).
Таблиця 2.1
Подрібнення ґрунту різними способами за один прохід.
Спосіб подрібнення ґрунту
Ступінь подрібнення ґрунту
Різання в площині:
горизонтальній
вертикальній
1,5…3,0
5,0…18,0
“Сепарація”
1,5…5,0
Стиск
2,0…4,0
Гравітаційне падіння
1,5…5,0
Розколювання
1,5…3,0
Перетирання
1,3…4,5
Злом
1,3…2,0
Удар
1,2…10,0
Таким чином для покращення якості роботи необхідно, щоб в одному знарядді було
якомога більше способів руйнування ґрунтової скиби.
Із таблиці також видно, що різання у вертикальній площині дає значно більшу
ступінь подрібнення як у горизонтальній. Вивчення полів деформації і напружень
в ґрунті від дії робочого органа дозволяє вибрати такий напружено-деформований
стан, при якому найкраща якість кришіння ґрунту, найменша енергоємність.
В останні роки широко використовуються агротехнічні прийоми пошарового
обробітку ґрунту. Забезпеченість технічними засобами полягає в тому, що робочі
органи ґрунтообробних машин встановлюють на різну глибину обробітку. Такий
агротехнічний прийом сприяє покрашенню якості кришіння ґрунту та формуванні
дрібногрудочкової структури. Це пояснюється зменшенням об’єму ґрунту, що
підлягає кришінню . Проте такий агротехнічний захід потребує збільшення числа
робочих органів.
Р.М.
- Київ+380960830922