Твердость почвы

Твердость - свойство почвы в естественном состоянии сопротивляться проникновению в нее какого-либо тела (деформатора). Это сопротивление сжатию и расклиниванию.

Твердость почвы выражается в Па (Н/м2) и измеряется с помощью приборов, называемых твердомерами.

По данным Н. А. Качинского, почвы по твердости разделяют на следующие категории:

> 10,0 МПа - слитная; 5,1... 10,0 МПа - весьма твердая;

  • 3.1.. .5,0 МПа - твердая; 2,1.. .3,0 МПа - твердоватая;
  • 1.0. . .2,0 МПа - рыхловатая; < 1,0 МПа - рыхлая.

Твердость связана с несущей способностью почвы. Несущая способность почвы определяется удельным давлением на почву, при котором поверхность почвы под движителем уплотняется, но не приводит к образованию колеи. Допустимое удельное давление на почву при оптимальной влажности не должно превышать

150.. .300 Па, а при избыточном увлажнении - 100.. .120 Па.

Трение

В процессе работы почвообрабатывающих машин возникают силы сопротивления, вызванные трением. Различают внутреннее трение, или трение почвы о почву, и внешнее трение - трение почвы о поверхности рабочих органов.

Знание величины коэффициентов трения позволяет правильно подойти к выбору рабочих органов почвообрабатывающих машин, которые бы позволили выполнять наиболее качественно технологический процесс при возможно меньшей затрате энергии.

Коэффициент внутреннего трения определяют на установке, схема которой представлена на рисунке 2.

Схема прибора для определения коэффициента внутреннего трения почв

Рисунок 2 - Схема прибора для определения коэффициента внутреннего трения почв:

  • 1,3- неподвижные обоймы; 2 - подвижная обойма; 4 - динамометр;
  • 5 - лебедка; 6 - рукоятка

Обоймы 1, 2 и 3 заполняют почвой, по возможности сохраняя ее монолитность. Затем, поворачивая рукоятку лебедки 5, перемещают подвижную обойму 2 относительно неподвижных 1 и 3. Динамометр 4 определит усилие F, необходимое для перемещения обоймы 2.

Сила Fa по величине равна и противоположно направлена силе трения FJp:

где FTp- сила трения, возникающая при смещении обоймы 2 относительно обоймы /;

FjP - сила трения, возникающая при смещении обоймы 2 относительно обоймы 3.

Численные значения .Ртр и FTP равны:

где Fx - сила тяжести обоймы 1;

F' — сила тяжести обоймы 2;

fm - коэффициент внутреннего трения почвы.

Тогда

Отсюда

где тр т2 - масса обоймы / и 2.

Коэффициент внутреннего трения изменяется в зависимости от типа почвы и ее влажности.

Например, для чернозема тяжелосуглинистого при изменении влажности от 6 до 30 % он уменьшается от 0,9... 1,1 до 0,3...0,5.

Коэффициент трения покоя /п и коэффициент трения движения f почвы по поверхности рабочего органа определяют на установке «Трибометр».

Установка состоит из плоскости 1 (рис. 3), на которую крепится один из испытуемых материалов (стальная полоса), тягового реле с упором 2, датчика 3, секундомера 4, включателя с кнопкой 5, транспортира б и рамы 7.

Для определения коэффициента трения покоя почвенный образец 8 помещают на плоскость /, установленную горизонтально. Затем плавно наклоняют плоскость до момента начала движения образца. В этот момент с помощью транспортира фиксируется угол ан наклона плоскости.

Обозначим через Fu нормальную реакцию плоскости, FTp- силу трения и F - силу тяжести образца почвы. F имеет две составляющие Fc и Q. Проецируем все силы, действующие на образец почвы, на оси X и Y.

Схема установки «Трибометр» для определения коэффициентов трения покоя и трения движения

Рисунок 3 - Схема установки «Трибометр» для определения коэффициентов трения покоя и трения движения:

  • 1 - плоскость; 2 - упор; 3 - датчик; 4 - секундомер;
  • 5 - включатель с кнопкой; 6 - транспортир; 7 - рама; 8 - почвенный образец

При равновесии системы будем иметь Flp-Fc = 0;FH-Q = 0.

Из треугольников находим Fc = 77)KsinaH; Q = F>KcosaH.

Тогда FTP -^sina,, = 0; Fu -F)KcosaII = 0.

Отсюда FTP = F^sina,,; FH = cosaH.

Разделим F на F : = tgaH.

^H ^)KC0SaH

Максимальный угол ан, при котором образец еще остается в покое, равен углу трения ф, т. е. ап < ф.

Тогда tgaH < tgcp = /п.

Тангенс максимального угла ан равен коэффициенту трения покоя /п. Образец почвы остается в равновесии до тех пор, пока угол наклона плоскости не превысит угла трения.

Сила трения FTp пропорциональна нормальному давлению FH.

Коэффициент трения движения при относительном перемещении почвы по поверхности под действием силы F^ = Fc FTp со скоростью, близкой к рабочей, определяется из дифференциального уравнения движения тела по наклонной плоскости:

После интегрирования уравнения получим

где ан - угол наклона плоскости при движении образца почвы;

/п - путь, пройденный почвенным образцом за время опыта, м; t - время, за которое почвенный образец прошел путь /, с;

/- коэффициент трения движения.

Коэффициент трения движения почвы по стали для черноземов средне- и тяжелосуптинистых изменяется в пределах от 0,4 до 0,8. При этом зависимость его от влажности имеет параболический характер. Это выпуклая парабола, до влажности 25.. .30 % коэффициент возрастает, а затем начинает уменьшаться. Общее сопротивление скольжению складывается из сопротивления движению от трения и сопротивления движению от прилипания. Уменьшение коэффициента трения движения при влажности более 30 % объясняется появлением и утолщением водных пленок между почвой и поверхностью рабочего органа.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >