Раздел 2
Теоретические предпосылки обоснования параметров и режимов работы
колебательно-ударных чизельных рабочих органов
2.1. Бионические предпосылки обоснования принципа действия колебательно-ударных
чизельных рабочих органов
Живые организмы играют определяющую роль в формировании и развитии почвы. Это
отмечал М.В. Ломоносов в работе «О слоях земных», с которой связан значительный
этап в развитии почвоведения и физики почв. Он рассматривал почву в
динамическом развитии и считал, что она образуется на материнских породах под
действием живых существ и развивается вместе с ними [108]. Биологический
фактор, положенный в основу принципа классификации почв, которая была
предложена в 16 веке профессором М.И. Афониным, необходимо учитывать при выборе
способов обработки почвы. С целью минимизации возможных отрицательных
последствий вмешательства в естественное функционирование почвы как природной
системы рабочие органы почвообрабатывающих машин нужно наделять свойствами
живых организмов [100].
Для обоснования принципа действия колебательно-ударных чизельных рабочих
органов рассмотрим особенности живых организмов, предлагаемых в качестве
биологических прототипов.
Одними из наиболее замечательных почвообитающих организмов, способствующих
повышению плодородия земли, являются дождевые черви. Ч. Дарвин, много лет
занимавший изучением жизни дождевых червей, так сказал об их значении: «Нельзя
не удивиться, когда подумаешь о том, что весь растительный слой уже прошел
через тело дождевых червей и через несколько лет снова пройдет через них. Еще
задолго до изобретения плуга почва правильно обрабатывалась червями и всегда
будет обрабатываться ими. Весьма сомнительно, чтобы нашлись еще другие
животные, которые в истории земной коры заняли бы столь видное место…» [116].
В результате прокладывания дождевыми червями ходов повышается скважность почвы,
она делается более рыхлой, её объем увеличивается на 15…30 %. Вследствие этого
облегчается доступ в глубокие слои почвы воды и атмосферного воздуха,
необходимых как для корней растений, так и для деятельности полезных
микроорганизмов. Черви постоянно перемешивают слои почвы, занося
полуразложившиеся органические остатки с поверхности вглубь почвы и вынося её
из нижних горизонтов на поверхность. Таким образом, осуществляется выравнивание
соотношения между органическими и минеральными компонентами почвы по её толщине
[115].
Под влиянием червей изменяются и химические особенности почвы. Переработанная
ними, почва приобретает устойчивую мелкокомковатую структуру, в ней повышается
количество полезных микроорганизмов. Все эти процессы, происходящие благодаря
деятельности дождевых червей, заметно изменяют состав, структуру и свойства
почвы, повышают её плодородие [115, 117].
Рассмотрим особенности морфологии дождевого червя и его движения в почве,
которые могут быть использованы при разработке принципиально новых
почвообрабатывающих рабочих органов.
Название «дождевые черви» относится ко всем представителям олигохет, или
малощетинковых кольчецов, обитающих в почве. Наиболее полно изученным считаются
семейство настоящих дождевых червей, или люмбрицид (Lumbricidаe), которое
включает около 300 видов. Самые мелкие из них имеют размеры 2…3 см в длину и
около 1 мм в толщину, а самые крупные достигают 0,5 м длины при толщине до
1,5…2,0 см [116].
Важнейшей особенностью организации олигохет является метамерия, т.е. правильная
повторяемость органов вдоль оси тела животного. Это выражается в том, что все
червеобразное тело поделено перетяжками на отдельные участки-кольца, называемые
сегментами или сомитами. Все сегменты, начиная со второго, как правило,
снабжены четырьмя пучками щетинок каждый: двумя спинными (справа и слева) и
двумя брюшными. У большинства дождевых червей в каждом пучке бывает по две
щетинки.
Стенка тела состоит из пяти основных слоёв: тонкой неклеточной кутикулы,
кожного эпителия, состоящего из одного слоя клеток, двух слоёв мускулатуры
(наружного кольцевого и внутреннего продольного) и внутреннего слоя эпителия,
ограничивающего вторичную полость тела (целом), в которой располагаются
внутренние органы. Эта полость, заполненная прозрачной жидкостью, содержащей
взвешенные в ней клетки, разделена тонкими мускулистыми перегородками
(диссепиментами) на отдельные отсеки, соответствующие наружной сегментации
тела. Жидкость, заполняющая полость тела, находится в непрерывном движении. Как
и всякая жидкость, она не сжимается и поэтому служит червю хорошим
«гидравлическим скелетом» [116].
У дождевого червя замкнутая кровеносная система, которая включает в себя
продольные сосуды, идущие вдоль всего тела, и связывающие их кольцевые сосуды в
каждом сегменте. Это позволяет червю передвигаться с минимальными затратами
энергии, поскольку сокращение мускулатуры продвигает тело червя в почве и
одновременно проталкивают кровь по сосудам.
Наличие двойных нервных узлов в каждом сегменте тела червя, соединенных
продольными нервными тяжами (коннективами) в единую нервную цепочку,
осуществляет эффективную связь между элементами его тела и позволяет червю
быстро реагировать на изменение условий внешней среды.
Когда червь зарывается в землю с поверхности или прокладывает новый ход в
толщине почвы, он действует своим передним концом как клином, расталкивая
частицы почвы в стороны (рис. 2.1). Если червю не удается найти трещину в
почве, он начинает вонзать в нее переднюю часть, ударяя изнутри зевом,
приводимым в действие с помощью гидродинамического механизма. Повышение
давления от 20 до 137 Па позволя
- Київ+380960830922