Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Разделы: Сельское хозяйство
Размещена 26.12.2016. Последняя правка: 25.12.2016.

СОСТАВЛЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КЛИНА С ПОЧВОЙ

Сыромятников Юрий Николаевич

Аспирант

Харьковский Национальный технический университет им. П.М. Василенко

Кафедра оптимизации технологических систем им.Т.П. Евсюкова,

Пащенко В. Ф., доктор технических наук, профессор кафедры оптимизации технологоческих систем им.Т.П. Евсюкова, Харьковский Национальный технический университет им. П.М. Василенко


Аннотация:
В статье предложена математическая модель физических процессов взаимодействия клина с почвой, качественные и энергетические показатели его работы.


Abstract:
In the article the mathematical model of the physical processes of interaction with the soil wedge, high-quality and energy performance of its work.


Ключевые слова:
клин; почва.

Keywords:
wedge; soil.


УДК 631.316.6

Процесс скалывания  пласта  почвы,  то есть отделение его от монолита, под действием клина может происходить путем его  сдвига или отрыва.  На основании проведенных экспериментальных исследований Т.М. Гологурский, В.П. Горячкин и др. утверждали, что основным видом деформации  почвы  является  сдвиг.  Однако позднее в работах В.В. Бородкина и В.Г. Кирюхина отмечалось,  что  суглинистые  и глинистые почвы  под  воздействием клина разрушаются путем отрыва. Г.Н. Синеоков утверждает,  что отделение пласта почвы от монолита на  песчаных и супесчаных почвах происходит путем сдвига. При воздействии клина на малосвязные почвы сначала она сжимается, а затем вдавливается в недеформируемую массу до тех пор, пока она не достигнет предельного состояния и не произойдет сдвиг  пласта. Следовательно, отделение  пласта  почвы  от монолита путем сдвига или отрыва происходит в зависимости от вида почвы и ее состояния. При обработке почвы,  находящейся в связном состоянии,  отделение пласта почвы от монолита происходит путем отрыва,  а для  сыпучей среды — путем сдвига.[1,2,3]

Характер деформации почвы под воздействием клина зависит от величины угла резания и свойств почвы. Связные почвы деформируется путем отрыва пласта почвы от основной массы. Увеличение угла резания более 32…350 на связных почвах способствует смене процесса разрушения почвы путем сдвига, что способствует увеличению затрат энергии на крошение пласта почвы.[4,5,6]

Исходя из анализа проведенных исследований и с учетом сложности математического описания процессов происходящих в почве под воздействием клина, модель их взаимодействия в первом приближении опишем следующим образом. Пласт почвы подрезается лезвием клина снизу.  Изгибаем и уплотняем его до тех пор, пока напряжения в почве не достигнут предельных значений, при котором происходит процесс скалывания пласта почвы путем его отрыва от основной массы. При этом на основании результатов экспериментальных исследований, а также с целью упрощения решения задачи будем полагать,  что деформируемый пласт почвы под воздействием клина совершает вращательное движение вокруг точки лежащей на поверхности и плоскости скалывания пласта почвы. Кроме того будем полагать, что поверхность скалывания пласта почвы близка к плоскости  и расположена к направлению движения клина под углом ψ , который принято называть углом скалывания.

Рассмотрим схему взаимодействия сил на отрываемый пласт почвы в результате воздействия на него двухгранного клина в момент достижения внутренних сил предельных значений (рис.1).

 

 

 

Рис. 1. Схема действия сил на отрываемый пласт почвы

Полагаем, что клин в почве перемещается совместно с подвижной системой координат ХАZ прямолинейно с постоянной скоростью движения V. На пласт почвы воздействует распределённые нормальные сильные воздействия клина и основной массы почвы, сила инерции пласта Fj, вес пласта G и сила трения пласта о поверхность клина F. Для упрощения решения задач принимаем, что равнодействующие распределённые нормальные силы воздействия клина на пласт почвы R и основной массы почвы N расположены на расстоянии 2/3 соответственно от точек А и О.

Уравнения равновесия (см. рис. 1) крутящих моментов относительно точки О и проекций сил на ось АZ, которые образуются в результате действия клина на почву, записываются следующим образом:

 

Σ Мо = N + FjLj +GLg +FLf - RLR = 0;                        (1)

 

Σ Fz = - Fjcosβ – G + Rcosα – Fsinα – Ncosψ;                       (2)

где          α   – угол резания;

               h   – глубина хода клина;

               β   – угол, определяемый направление действия силы инерции;

               ψ   – угол скалывания пласта почвы;

Lj;L;L;LR – плечи воздействия относительно точки „О” соответственно силы инерции, веса пласта, силы трения и равнодействующей действия клина на пласт.

Значение плеча силы инерции Fj определяем:

 

 ;                                 (3)

 

где L – длина сколотого пласта почвы.

Плечо силы веса пласта почвы определяемые из рис. 1.

            (4)

Решив уравнение (3) относительно равнодействующей силы R получим: 

                     (5)

Подставив в уравнение (2) выражение (4), получим трансцендентное уравнение:

                                                                                        (6)

 

Трансцендентное уравнение (6) решали при V=2 м/с; ψ=90-(α+φ), где φ – угол трения почвы о металл;

      φ = 26,50f= 0.5; и γоб = 1300 кг/м3.

В результате решения уравнения с учетом выражения (5), находим длину сколотого элемента от угла резания пласта почвы и глубины хода клина. Зависимость представляет собой кривая второго порядка (рис 2.) Причем с увеличением глубины хода клина, а также с уменьшением угла резания размеры сколотого пласта почвы повышаются. Увеличение угла резания с 10о до 30о способствует снижению размеров глыб примерно в 1,3 раза, глубины резания почвы клином с 0.05 м до 0.20 м увеличение размера глыб в 3 раза.

После нахождения значений размеров сколотого пласта находим значение равнодействующей силы его воздействия на клин по уравнению (3) и через его горизонтальную составляющую. Анализ полученных результатов показывает, что увеличение угла резания и глубины хода клина в почве приводит к тому, что тяговое сопротивление последнего возрастает. Увеличение угла резания от 100 до 300 способствует возрастанию тягового сопротивления клина примерно в 2 раза, а глубины хода его в почве от 0,05 м до 0,20 м – примерно в 5 раз.

                                      

Рис. 2. Зависимость длинны сколотого пласта от угла резания (L=f(a)) при различных глубинах хода (L=f(h)) клина и величины допустимых значений напряжения почвы на разрыв (L=F(sigma))

Эксперименты по определению качественных и энергетических показателей работы ножа проводились в лабораторных условиях.

Результаты экспериментальных исследований подтвердили  характер влияния параметров клина на качественные и энергетические показатели его работы.

Выводы

Предложенная математическая модель физических процессов  взаимодействия клина с почвой позволяет определить качественные и энергетические показатели его работы с достаточной для практики точностью и может быть использована для обоснования параметров почвообрабатывающих рабочих органов.

Библиографический список:

1. Дринча В.М. Агротехнические аспекты развития почвозащитных технологий: Монография / В.М. Дринча, И.Б. Борисенко, Ю.Н. Плескачёв. – Под. ред. Кряжкова В.М. – Волгоград: Перемена, 2004. – 145 с.
2. Пащенко В.Ф. Теория воздействия рабочих органов орудий на почву: Монография / В.Ф. Пащенко, С.И. Корниенко, Н.П. Гусаренко // – Харьков: ХНАУ, 2013. – 89 с.
3. Коршиков А.А. О глубоком рыхлении почвы / А.А. Коршиков, А.А. Михайлин // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. – 2003. – № 4. – С. 28-30.
4. Пащенко В.Ф. Вплив локального розпушення ґрунту на його фізико-механічні властивості / В.Ф. Пащенко, М.П. Гусаренко, С.О. Дьяконов, Є.М. Огурцов // Механізація сільськогосподарського виробництва: Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. П. Василенка. Вип. 107, Т. 1 / Харків: Друкарня ФОП Червяк В.Є., 2011. – С. 198-203
5. Мельник В.И. Предельное равновесие сплошных неупругих сред: Монография. – Харьков: Издательство КП «Типография № 13», 2006. – 367 с.
6. Мельник В.И. Предельное равновесие связных и сыпучих сред: Монография. – Saarbrücken: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2012, – 357 с.




Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх