РОЗДІЛ 2
ТЕОРЕТИЧНІ АСПЕКТИ ОБРОБІТКУ ГРУНТУ РОБОЧИМИ ОРГАНАМИ КОМБІНОВАНИХ
ГРУНТООБРОБНИХ ЗНАРЯДЬ
Особливість виконання основного безвідвального обробітку ґрунту комбінованими
знаряддями полягає в тому, що різні робочі органи, які входять до складу
знаряддя, працюють з ґрунтом, як із середовищем, що має різні характеристики.
Можна припустити, що основні робочі органи, які першими розпушують необроблений
злежаний ґрунт, контактують з суцільним пружно-пластичним середовищем, а робочі
органи, які забезпечують додаткове подрібнення попередньо зрушених шарів
контактують з середовищем, яке складається з окремих різних за розмірами та
властивостями агрегатів ґрунту. За таких умов виникає необхідність застосування
різних підходів до аналізу процесів взаємодії робочих органів з ґрунтом на
відповідних стадіях його обробітку.
2.1. Формалізація процесу основного безвідвального обробітку ґрунту
2.1.1. Технологічна модель процесу безвідвального обробітку ґрунту.
Ґрунт представляє собою досить складну природну фізико-механічну структуру, в
якій самовільне кришення та зміна агрегатного стану неможливе і відбувається
тільки за рахунок поглинання енергії дії робочих органів. Тому, розглядаючи
продуктивний шар ґрунту як структуру, що може знаходитися тільки в
незруйнованому робочим органом стані та зруйнованому після закінчення його дії,
вважають, що однонаправлений перехід від одного стану до іншого може
відбуватися у фізичному просторі на деякій поверхні руйнування [160], яка є
поверхнею сильного розриву (тріщиною) для напружень і деформацій і
переміщується, розділяючи їх під впливом зовнішньої дії одним або кількома
сукупними способами [161, 162]. Таким чином, руйнування ґрунту та його
агрегатів можна розглядати як процес утворення та еволюції динамічних тріщин,
кількість яких у заданому об’ємі залежить від кількості поглинутої енергії
зовнішньої дії та фізико-механічних властивостей ґрунту. Розвиток поверхонь
тріщин іде по шляху найменшої міцності зв’язків між потенціальними агрегатами
ґрунту, тому можливо вважати, що залишки або сліди органічних речовин, розкладу
кореневої системи, нерівномірність розподілу вологи та інших включень є одною з
основних причин та осередків для утворення тріщин.
Дослідження процесів зміни агрегатного складу ґрунту при його обробітку з метою
створення найбільш сприятливих умов для розвитку рослин можливо тільки з
використанням адекватної математичної моделі, яка дозволить визначити основні
закономірності такого процесу. При цьому, досить важливим є встановлення
характеру дії зовнішніх збурень та внутрішніх зв’язків у зоні продуктивного
шару ґрунту.
Досить широко відомі детерміновані математичні моделі ґрунту як
пружно-пластичної або сипучої із зчепленням структури з використанням методів
теоретичної механіки дозволяють визначити співвідношення між параметрами та
кінематикою руху робочого органа та динамікою зміни його граничного стану, який
супроводжується утворенням тріщин і руйнуванням. Але такі математичні моделі не
дають відповіді на основне питання агротехніки обробітку ґрунту – виявлення
закономірностей зміни його агрегатного стану або процесу подрібнення.
Серед ряду факторів, які суттєво впливають на процес кришення ґрунту особливе
місце займає їх механічний склад, який передбачає наявність дискретних твердих
частинок та відповідних зв’язків, а останні, в свою чергу визначаються
співвідношенням твердої, рідкої і газоподібної фракцій, із яких складається
ґрунт. На рис. 2.1 зображено структуру трьох типів ґрунтів за механічним
складом – піску і супісі, суглинку і глини. У всіх схемах, зображених на
рисунку, передбачається наявність певної кількості вологи (рідкої фракції).
Види зв’язків між окремими частинами для різних типів ґрунтів мають різний
характер.
Якщо розглянути пісок (рис.2.1 а), основу якого складають пружні частинки
ґрунту (фізичний пісок) у сухому стані, то його стан буде характеризуватись
зв’язками внутрішнього тертя. Крупні частинки фізичного піску контактують між
собою і при переміщенні певного його об’єму чи при проникненні стороннього
предмету зминання ґрунту спостерігається слабо, а загальна маса інтенсивно
розсипається під дією сил стиснення на роздільні частинки. При певному
насиченні чи перенасиченні таких ґрунтів водою зв’язки між окремими частинками
стають міцнішими і мають характер рідкого тертя, але міцності таких зв’язків
теж недостатньо, щоб чинити суттєвий опір деформації і загальний об’єм
інтенсивно розсипається на окремі частинки.
а – пісок, супісь
б – суглинок
в – глина
Рис. 2.1. Модель механічного складу ґрунту як об’єкта обробітку:
- фізичний пісок; - фізична глина; - газоподібна та рідка фракції ґрунту.
Для суглинистих ґрунтів (рис.2.1 б) характерним є вміст в них практично в
рівних пропорціях фізичної глини і мулистих часток та фізичного піску. Такі
ґрунти класифікуються як зв’язні, і мають переважно пружні зв’язки між
частинками твердого компонента.
Таким ґрунтам уже властиве явище зминання (стиснення, ущільнення) під дією на
них сторонніх предметів у вигляді робочих органів ґрунтообробних знарядь.
При певній пористості та вмісту вологи вони задовільно кришаться, але
розділяються не на окремі частинки твердого компонента, а на грудки різних
розмірів. Наявність у твердій фракції мулистих частинок придає ґрунтам
пластичні властивості.
Найбільшу міцність зв’язків пружного характеру мають ґрунти з високим вмістом
фізичної глини (рис.2.1 в). Зв’язуючими елементами в них служать щільно
розміщені й притиснені одна до одної найдрібніші мулисті частинки. При певному
вмісті вол
- Київ+380960830922