автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование косвенного метода определения тягового сопротивления плугов и районирование почв Эфиопии по удельному сопротивлению

Наутаочис следовав ельо кий”~ин ститу т ''' сельскохозяйственного машиностроения АО ”ВИСШ,Г

На правах рукописи Кебере Тадеаое Эстифанос'

УДК 631.312 ОБОСНОВАНИЕ КОСВЕННОГО МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИИ

тягового сопротивления плугов и районирование

ПОЧВ ЭФИОПИИ ПО УДЕЛЬНОМУ СОПРОТИВЛЕНИЮ

Специальность 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства

•Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1395

Работа выполнена в Научно-последоватольскол! института сельскохозяйственного машиностроения АО "ВІІСХШ" в отделе сор чвообрабатыващих машин. .

Научный руководитель - доктор технических наук, професЦ \ . оор И.М. Ианов.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профєоі-

сор П.Н. Бурченко;

доктор ЮХНИЧ80КИХ наук В.А. Шмонин.

Ведущая организация: Московский государственный отрок

' , инженерный университет.

Защита состойся " їй. “ Л* 199 5 г. в

10 часов на заседании ~ диссертационного совета Д 169.03.01 в Научно-исследовательском институте сельскохозяйственного машиностроения (АО "ШСХШ"). ■ • • . ’

Отзывы и замечания во автореферату в двух экземплярах, ваверенных печатью, просим направлять по адреоу: 127247,

г. Москва, Дмитровское соаде, 107, дис«оргационяігіГ • совет АО "ВДОХОМ". ' .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке инотиту~| та. : - V

Автореферат разослан " 10 " . ^ 199 5 г.

Ученый секретарь специализированного />

совета, д.т.б., проф. 'Сорокин

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность темы. С целью обеспечения населения про-яукташ питания и промышленность сырьем аграрная политика Республики Эфиопия предусматривает планомерное оснащение сель-! □кого хозяйства современными средствами механизации, что позволит повысить производительность труда, сократить сроки ' проведения полевых работ и увеличить производство сельскохозяйственно!! продукции.

Осуществление этой задачи требует научного обоснования [требований к средствам механизации о учетом условий эксплуатации техппкп в различных регионах страны. В настоящее время' в Эфаошш дая пахоты применяют в основном дисковые плуги,которые пе обеспечивают высокое качеотво работы по всем показателям: глубине обработки, качеству крошения почвы, обороту пласта, заделке пожнивных и раотительных оотатков и выровнен-рости поверхности.

Более качественно вспашку выполняют отвально-лемешные ¿яугп. Однако' применение лемешных плугов пока еще имеет ко-' эоткуи ноторив и не накоплено достаточно опыта по их эксплуатации. Поэтому нообходшо изучить условия их эффективного фпмененпя, определить рациональные типы плугов для различнее почвзнпо-клзлзтачеекях зон. Кроле того, для заказа тракторов, плугов п другой почвообрабатываадей техники, назначения нору выработки, расхода горшего и запасных частей веоб-' ходдао знать распределение почв Эфиопии по удельному сопротивлению вря вспеаке, т.в, по трудности обработки.

Определение удельного сопротивления почв обычно производится о поглоцыз данемометрзровапия. Однако Динамомотрирование является достаточно сложным и дорогостоящим процессом с использованием тензометрической, гидравлической или другой аппа-| рятуры. Поэтому обоснование косвенного метода районирования ‘ йочв по удельному сопротивлении в больших масштабах является; весьма актуальным и важным. .

Цель.работы - обоснование простого и надежного косвен-Вого метода определения удельного сопротивления почв при вспашке для районирования почв Эфиопии по трудности обработ-1

КП. ■

Объекты исследований - дисковый ¡Готвально-демешный плу-¡ги, динамический и статический, твердомеры (плотноиери), про-< десс взаимодействия штампа о почвой.

Методы исследований. Закономерности деформации почвы под действием клина и штампа изучены на основе законов меха-1 ники сплошных сред в условиях предельного равновесия.

Экспериментальные исследования проводилиоь на натурных образцах с использование»! стандартных методик. Расчеты и о работку результатов экспериментов проводили о иопользовани теории вероятностей и математической статистики на ЭЕМ.

Научную новизну составляют:

- аналогия $изичеоких процессов резания почвы клином и! деформации почвы штампом;

- корреляционные зависимости между показаниями отатичео|*

кого и динамического плотномеров и удельным сопротивлением почвы при вспашке; • • ‘ * ,

- переводные коэффициенты для расчета' удельного сопроти-

вления почв при вопатке на основе показаний статического и Динамического плотномеров; ' .

! - агротехнические и’силовые показатели работы диоксвого!

и лемешного плугов в условиях Эфиопии* .

; - статиотические и частотные характеристики агротехни-

ческих и силовых показателей дискового я лемешного плугов.

Достоверность основных положений,' выводов и рекомендаций подтверждается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, корреляционным анализом екс-Ьериментальншс данных о определением доверительных интервалов случайных величин. . * .

Практическая ценность Работы заклпчаетоя в разработке косвенного метода районирования-почв на оонове показателей твердости почвы, полученных о помощью динамичеокого и сгати-| веского плотномеров. . .

Получены агротехнические в оиловые показатели работы да4* скового и лемешного плутов на трех почвенных разностях Э£нсн| шга. • ■

Реализация результатов работы. Результаты исследований., переданы Агропромышленным органам Реопублики Эфиопии. Результаты. теоретических исследований приняты Московским гооагройнже-

2 " верным

рйверсцтетоы для использования' в"у чё'бном процессе.

Апробация работа. Основные положения работы докладываюсь в 1993-1994 гг. на секции научно-технического совета АО; "ВДОХОМ".

Публикации. Основное содерзсанпо работы опубликовано в Ьонографии объемом 4 п.л. и отатье объемом з п.л.

Структура и объем работы. Диссертация написана на рус- ¡ окон язнко на 206 стр. машинописного текста и включает общие' сведения о работе, 5 глав, основные вывода и 12 приложений,

¡20 таблиц, 60 рисунков, список использованной литературы 'включает 84 источника. .

На защиту выносятся;

. ■ - методика определения тягового сопротивления лемешного

!и дискового плугов с помощью переводных коэффициентов, учитывающих твердость почвы;

- агротехнические и силовые показатели работы дискового Я лемешного плугов;

- метод определения твердости почвы с помощью динамического твердомера (ударника ДорНШ);

- метод районирования почв Эфиопии по тр^ости обработки; ' ’

- расчет экономической эффективности косвенного метода Определения удельного сопротивления почв при вспашке

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ' .

Глава I. "Состояние вопроса и задачи исследования".

Дана краткая почвенно-климатическая характеристика Эфиопии. В целом климатические и почвенные условия (обилие теп-, да и света, продоляюельный дождливый период, наличие сравнительно плодородных почв) благоприяготвуют выращиванию различных о.-х. культур: пшеницы, ячменя, теффа, кукурузы, сорго и! Др. Процесс механизации сельскохозяйственного производства в Ьтране только начинается. Вследствие низкой агротехники урожайность возделываемых культур остается пока еще низкой, а трудоемкость высокой, при этом значительная часть всех затрат приходится на обработку почвы. .

. Одной из причин, препятствугацих широкой эксплуатации и: районированному применению специализированных по прочности и'

■ ‘ .3!

износостойкости по'таообрабатшащюГиашгш и ихрабочЕХ органов, является недостаточная изученность условий работы иашш! в разннх зонах Эфиопии. Поэтому чрезвычайно важным является! проведение массовых опытов по определению величины и прадедов варьирования удельного сопротивления ври вспатко типич- . них почв Эфиопии. .

Наиболее надежным методом определения удельного сопротивления почв при вспашке является прямое динаыометрирование плугов в полевых условиях. Однако для районирования почв до трудности обработки в болышх масштабах необходимо изыскание1 'более простого и надежного метода.

Вопросам обоснования метода определения удельного сопротивления почв при вспашке без прямого дияашыетрирования посвящено много работ в различных странах, особенно большое внимание этому вопросу уделяли ученые России: В,П. Горячкину Г.И. Покровский, M.Z. Пигулевский, М.Н. Яковлева, Н.А.Качин-' ский, С.Б. Амплевокая и др. Ряд авторов (B.C. Волкановоквй, Д.Р. Морозов, Г.А. Николаев) для оценки почвы по трудности eô обработки предложили применять показатели твердости почвы,noj-лученше с помощью стандартного плотномера (твердомера). H.BL Шучкин, проанализировав многочисленные работы своих продоестг-венников, пришел к вьшоду, что из всех физико-механических свойств почвы ее твердость представляет’комплексный показатель, характеризующий полезное сопротивление при вспашке.Дпя! Установления степени корреляции мо&ду удельным сопротивлением К и твердостью почвы Ррр достаточно провести рекогносцировочное динамометрирование плуга с одновременным определением1

твердости ПОЧВЫ И определить переводной коэффициент /Пе -Д-,I

‘ ■‘ср

по которому в дальнейшем, зная только твердость почвы, ыокнЫ

рассчитать удельное сопротивление почв при вспашке, т.е.

' К « 7ЛРср. Н/см2. • (I)i

Обзор состояния вопроса позволил сформулировать следую-i щие задачи настоящих исследований:

■ - провести анализ взаимодействия с почвой клина и штампа;

- разработать теоретические основы использования твердости почвы для определения удельного сопротивления почв при вопашке; ' '

~ рровести полевые опиты по дшнамометрированию дисково-} |го и лемапного плугов;

- определить степень корреляции между удельным сопротивлением почв при вспашка и показателями твердости почвы; .

- обосновать районирование почв Эфиопии ію удельному сопротивлению при вспашке; •

- определить ЭКОНО!.ТОЧеСКуЮ Эффективность косвенного М0-;тода определения удельного сопротивления почв при вспашке по |оравнешто о прямым динамометрироваяием.

. Глава 2. "Анализ взаимодействия о почвой клина и штампа”¿

ВзвтоіодоЗстбно клина о почвой. При действия клина на по-¡чву пропсходит периодическое скашівание стружки, размер кото-Ірой зависят от состояния почвы (су ус л, влагшая, задернелая),

■а 'частота скола от скорости двикения (рис. I). По мере перед-¡впжвяия клина в почве увеличивается смятие почвы. Одновременно возрастает давление на передано грань клина п суммарная : ісила сопротивления почвы резанию. Рост силы сопротивления Р продолжается-до тех пор пока предельное состояние почва не' распространится на всю область пласта между его свободной поверхностью п передней гранью клипа. Вслед за этим появляется плоскость скалывания (АВ) под углом У и сила сопротивления уыепьпаегся до кишялукэ.

1 При образовании нового участка сдвига уоилие Р на передней грани КЛИН9 в состоянии предельного равновесия будет равно сопротивлению (5*СМЯТИЯ ПОЧВЫ, Т.О. Р-О.Х , где р- усилие сопротивления почвы на передаей грани клина в состоянии предельного равновесия почвы; /2х- горизонтальная составляющая

сопротивления смятию почвы’ в 'моывнтТюяаденш^пвуёжаЩЯГ трещины. . •

На основании допущения лилейной зависимости между вапряр дением.и деформацией почвы до момента разрушения можно при-) вять, что давление почвы ва переднюю грань клина пропорционально объему смятой почвы (полагаем лезвие клина острым).

Сила сопротивления 40- смятию почвы площадкой передней грани клина на пути £ равна ¿/<3=^'Ь-ёЛоиЛЬ , где1

\ ^ - коэффициент объемного смятия почвы (Ц/см3); Ыа и о1ь -| высота и ширина элементарной площадки (сы), причем !{ - угол крошения клина).

Поладя^ сила давления на переднюю грань клина равна

*}-&фь4 тогда горизонтальная составляющая склй#

• (А + Я Н; . • (2)

Где угол трения; . , . •

По выражению (2) можно определить длщу стружки сдвига, и частоту ее образования или частоту колебаний сопротивления.

На рис. 2 дана зависимость сопротивления #*ог эеличиш1, смятия почвы {£ ). Функция Ах=■£С£) рассчитана при следую- [ щих данных: <£ ~ 30°; </> = 25°; ¿=25 см; = 1,35 • Ю8;! Й,7»Ю3; 4,05*108 кН/м3. • '

Рис. 2. Зависимость усилия

6* ОТІ

д/шны смятия почвы {„-----j)t [

диаграмма ^плотномера Р=?(я)

Из-графика видно, что; при максимальной величине 1 омятая почвы клином &**■=! 20-31 см давление на перед-j-ней грани клина достигает , также предельной величины, соответствующей моменту разрушения пласта, т.е,'tfnx% = Gtfí*y-с согласно теории прочности 0. Нора. !

При заданной скорости движения клша частота образования стружки, а значит и частота колебаний сопротивления Q. равна Так, например, при скорости паюты равной 1,5-2 із/q, частота составит ^ = 5-7 с-^, что совпадает с . низкочастот-:

рши колебаниями сопротивления: при работе лемешного плуга.

1 Длина отрукки сдвига Сем. рис. I) равна

/ = «а------------а----------, см,

В,п* с« (¿t2.tr.)

!где /•* - угол внутреннего трения почвы. Тогда скорость распространения плаотичеоких деформаций (деформаций разрушения) будет равна I

1^=4-=1/4 - -аз--------------------м/с.

¡Для глубины обработки О. = 20 см и _/** = 40° скорость пластических деформаций = 1,8-1,9 м/с, что совпадает о данными А.Н. Гудкова.

Зависимость &-$(£) характеризуется резким подъемом усилия 9- на коротком участке (зона упругой деформации). Затем процеос идет при постоянном усилии (зона пластической деформации) , так как усилие б превышает предельное напряжение разрушения почвы. Резание почвы сопрововдается ее уплотнени-! ]ем с образованием опережающих трещин впереди и по бокам юшка.

Описанной физической картине деформации почвы клином в Наибольшая степени отвечает процесс, происходящий при вдавливании штата (наконечника) плотномера в почву (пунктирная кривая на рис. 2). Обо диаграммы характеризуются резким подъемом усилия Р яа коротком пути в пределах упругой деформации, а ¡затем усилие сопротивления остается постоянным. Поэтому можно утверждать, что показатели твердости почвы, определяемые Плотномером, будут достаточно высоко корродироваться с сопротивлением резанию почвы и могут служить критерием трудности Почв при вспашке. ■

' Взаимодействие цилиндрического штампа с почвой в условиях предельного равновесия. Рассмотрим действие сосредоточен-йой силы Р, приложенной перпендикулярно к ограничивающей полупространство плоскости. Будем полагать полупространство однородным в глубину и в стороны.

/ Предельное равновесие в данной, точке полупространства. бреда соответствует такому напряженному состоянию, когда небольшое добавочное силовое воздействие нарушает равновесие ^

приводит ореду в неустойчивое состоянкег в массиве почвы воз}-никают поверхности скольжения, разрывы п нарушаются структург-ныэ овязи между частицами и агрегатами.

Критическая нагрузка, вызывающая распространи 'весия в почве на заданную глубину МтА* > равна (решение Н.П.| Дузырерского) _

где

& * С сЦ?) +$п

§ - плотность почвы, кг/см3;

"А

(3)|

С - сцепление почвы, На; _

А - боковая пркгрузка от веса почвы на глубине. А , Па.

Если в выражение (3) подставить значение Ят**=о, то

ролу там первую критическую нагрузку, при которой ни в одной

точке полупространства среды не наступит предельное равнове-1 сие, т.е. будут полностью отсутствовать пластические деформа}-ции сдвига: . ■ . , . -

. Р =Л.{?}цСсЩ*\ (4)1

'**1 + ,

Решение уравнений равновесия среды совместно о условиеы| предельного равновесия (критерий прочности Ренкина-ДОора) поа+-воляет найти вторую критическую нагрузку, при которой полностью исчерпывается несущая способность почвы, достигается при окончании формирования уплотненного ядра под штампом. | Эта задача впервые была решена Прандтлеы и Рейонером: ■

(5)

={fh-tCctjj*)Jg!£-е ~-Сщ»

На графике рио. 3 дано решение уравнений (4) и (б) при следующих данных: С = 5 Н/см2, = 0,015 кг/см3, f4 = 30°.

<о го зо Н,сл .

Рис. 3. Зависимость Ркр от глубины вдавливания штампа Е:

1-Р.е -J(HJ;E;3-/Z -/(И)

рон.Конуоныо штампы (наконечники) применяют на стандартних плотномерах. Будем полагать, что при омятпи почвы конуоом яа}-рравление движения частиц отклонено от нормали к образующей конуса па угол трети ^, т.е. частица А переместится в точ~; ку В ‘(рпо. 4).Тогда максимальная деформация почвн//г

оудет иметь место при погружении конуса на глубину •

Н =~d [if (¿+t)4 CifdJ , где d - диаметр оонования ко-

яуса; t - длина образующей конуса; d- - угол наклона образующей конуса к оси симметрии. . -

Сопротивление погружению в почву конусного деформатора 'равно . '

. p=2f/[s¡nl¿t?)+fa>s¿. cosí?]; (6)|

У?дэ N - нормальное давление, кН;

/ - коэффициент трения.

Рис. 4. Схема оил, действующих на конуо при погружении в почву

" Нормальное давление”равно' ¡'Г- & 5 - с? /где сГ- нз

пряжение в плоскости сдвига почвы, Па; 5 - поверхность кону ;оа, ш2. Напряжение 3 может быть апрокскшровано по В.В.Ка-Цыгияу. функцией гиперболического тангенса £-{%{}] ^ //, • .

где Щ - предел несущей способности ПОЧВЫ (Н/с!.^);

к - коэффициент объемного смятия почв и (Н/сы3-).

Подставляя значения // а С ъ уравнение (6), получал

В +ЦА] А. (8)

^де А=$т(<*4У)+1ш<)-анч- ч

Уравнение (8) можно применять только в тех случаях, ког*-р# еще "не образовалось уплотненное ядро под шташоы. С оформлением уплотненного ядра деформация почвы происходит не рабо[-¡чей поверхностью конуса, а поверхностью уплотненного ядра. В’ этон случае вмеото угла следует брать угол Л- .

На ряс. 3 дан график изменения сшш Рк от величины лог-: ружения штампа Н при следущих постоянных: к = 2,7*Ю3 Ц/см)5;

1 у?= 50 Н/с!?\ - 15°; </ = 2 сы; У = 30°; ./«'= ВО°;«с'»=б0о

Из графика видно, что прп образовании уплотненного ддра! ропрогивление почвы погружению конуоного иташа возрастает ^пунктирная кривая ). ■ . (

Взаимодействие о почвой динамического плотномера (удяр-рика ДорНИИ). Рассмотренные выше закономерности погружения штампа в почву являются отатичеожкш, так как не учитывают скорость приложения нагрузки.

Благодаря пористости почва представляет собой нелинейную, у пругопла с гичио-вязкую сжимаемую среду. Нелинейность среды проявляется в изменении интенсивности нарастания деформаций р увеличением напряжения, упругость - в наличии у почвы воо-станавливатдахся деформаций, пласпшюоть - в развитии необ-, ратимой деформации, вязкость - в способности развивать дефор|-нации во времени. .

При статической погружении штампа в почву не учитываете^ скорость приложения нагрузки. Поэтому динамическое погружение стамаа ударником ДорНИИ, когда груз весом 2,5 кг падает о вы| соты 0,4 м на буртик отврашя, в большей степени отвечает уо+ ловиям работы почвообрабатывающих машин.

Полагая, что юшетическая анергия удара падащего груза

Тіолпоотю переходит в работу деформация'почвы и трети,"уотаЬ

•■новим глубину погружения штампа в почву_______________

/ . ((-тгг*/>0+^А^у]1г,-1/яг,$рЪ1$Н СА?

д"

тдо тл - маоса груза, га*; ..

н - висота падения груза, см;

Ъ- радпусг наконечника, см , _

Р - неоущая способность почвы, II/сі?;

«*■ - угол конуса уплотненного ядра почвы, град;

Л1- угол внутре/шого трения почв и, град.

Расчеты показали, что за один удар яоконечншс ударника ■ДорНШ погружается в почву па 3-6 см (при т. = 2,5 кг, ъ = см , р = 50 11/с;?, /«= <£ = 30° ,

Определение удолъного сопротивления почвн по показателе твердости почвц. В качестве показателя трудности обработки почвы принимает значения удельного сопротивления почвц при ¡вспашке К (И/С'? или Па). Величина коэффициента К, определенная по данным далошиетрировапля плуга (К = , включает

не только сопротивление почвн деформации, но и сопротивление ітреігая половых досок п др. опорних поверхностей плуга, сопротивление перекатывания колес, т.о. включает как "полезные", ¡так и "вредные” сопротивления плуга. Более правильно коэффи-1 дпспт К определять по величино "чистого" усилия резания поч-

¿¿П, лЗ^оіча8рлЗуь/мЄіГО ТОЛЬКО **ПОЛСЗЇЇОО сопротивление Пв^/ГЗ

. Н>= ~аб~у гдз ~ сопротивление на деформацию почий, которое можно определить, например, с помощыэ динамометрического! плуга ЕИСХИя. і

Значения К0 п К связаны зависимостью /4, = !1 I' , где £ коэффициент полезного действия плуга, средняя величина кото-і рого равна 0,7.

Ірудем полагать по аналогии с СI)

, ^&&Ь^тЯрО-Ь-!\Со.Ь , (Ю)'

Откуда переводные коэффициенты равны

т--Лк-) (п)

где РСр - твердость почвы по статическому плотномеру (Н/см2);

и:

"С - твердость почвы,” выракенная числоы ударо¥”данайгчёс}-

• кого плотномера. .

Тагам образом, определив предварительно удельное сопротивление плуга и переводные коэффициенты, в дальнейшем при массовых опытах достаточно знать показатели твердости почвы •для расчета удельного сопротивления почвы при вспашке по выражениям: .

Н.М&В.- И , (12)1

Глава 3. "Программа и методика экспериментальных иослэ-/ дований". '

Программа экспериментальных исследований включала следу [-даие этапы: '

- выбор и подготовка объектов испытаний и измерительного! ¡оборудования; •

- характеристика участков иаоытаний;

- ягротехничеокая оценка плугов;

- энергетическая оценка плугов; .

- определение твердости типичных почв; - •..... _ ' •

- обработка и анализ результатов экспериментальных исследований;

- экономическая оценка.

В основе методов испытаний били использованы положения ГОСТ 20915-75 и ОСТ 70.4.1-80. .

Полевые испытания проводились о 24 мая по 10 июня 1993 ¡рода на полях госхозов Адщелло, Сиянаяе-3 и Робе.

В качества объектов полевых испытаний, были выбраны дисковый четырехкорпусный плуг марки 70/Е фирмы "Нарда’1 (Италия) и чегырехкорпусный лемешный плуг В210 производства ГДР. Длуги агрэгагаровалиоь о трактором ?Г303 немецкого производи ства.

При составлении характеристики опытных участков указывались: место испытаний, тип почвы, рельеф в микрорельеф, влах-ь ность и твердость почвы, предаествущая обработка, возделыва-. емая культура, выоота над уровнем моря, заоореннооть почвы камнями я сорной растительностью.

Для определения твердооти ПОЧВЫ использовали плотномер | Равякина и^ударник ДорНИИ. Влахвость почвы определяли вековым

12 ' ■

Катодом. .

. Динамометрнрование плугов проводили совмеотно о агротехі-шчеокой оценкой. Регистрировались следующие параметры: передача трактора, тяговое сопротивление, путь за опыт, время пыта, пшрияа захвата плугов, глубина обработки, влажноотъ и, ■вердооть почвы.

Тяговое сопротивление плугов определялось с помощью пру*-кинного динамометра ДПУ-5-2 па ,5 то, устанавливаемого меж-! ду рабочим и вспомогательным трактором# •

В качество энергетичеокой оценки пахотного агрегата применяли значение удельного сопротивления почвы К = (Н/см?).

Результаты агротехнической и энергетической оценки плу-| сов, а также показания твердости почвы обрабатывали методами ¿атематической статистики и теории вероятностей. При этом определяли оледукщие характеристики случайных процессов: мате-1 гатачеокое овдцание /7}» ; оредаеквадратичеоков отклонение б \ \ щспероия Ъ ; коэффициент вариации 1* *, доверительные интерва-пи; автокорреляционные функции АIX). и автоспектральные плотг

ЇООТП 5,(ш) .

Для того, чтобы случайные величины не превышали оуммар-іую сиотематичеокую ошибку измерений в 5-10$ при надежности ),9-0,95 число, измерений (повторностей) было не менее 5-7.

Глава 4. "Анализ результатов экспериментальных исоледо-, ваний а расчетов яз ЭЕЫ".

; ■ Эксперименты проводилиоь на полях гооферм Адделле, Син-йане-3 и Робе, на агрофонах типичных для зерносепцюс зон Эфит

|>ШШ. ’ .

Почвы гооформы Адделле (район Арси) представляют собой Тяжелый суглинок. Во время экспериментов часто ш дожди,что Обусловило высокую влажность почвы (до-27$) и невысокую твер-дооть - до 5,0 МПа, Почвы гоофермы Сивнане-З (район Балле)ог-Вооятоя к супеочанш, имели влажность около 40$, твердооть -до 3,0 МПа. Почвн гоофермы Робе (район Балла) отнооятоя к чер-ноземновидноыу среднему оуглинку, влажяоотьв 20%, тверд^тьп -до 6,5 Ша. ,

| По результатам экспериментов построены гистограммы час» тот статистического распределения я вырзвяиваадие их кривые нормального распределения. Проверка адекватности отатиотичес-і

.........‘...................*..... ..............із’

ї;бго'1Г теоретического распределения проведена по критерии Пирсона ^

После обработки статистических рядов средние данные силовых характеристик плугов по воем вариантам опытов приведе-; ны в табл. І.

Таблица І;

Результаты знергетичеокой оценки токового и леыэиного плугов

Среднее ¡Коэффз-квадрати-|циент , чеокое ¡вариации, отклонениа;

Место испытаний, плуг, фон

,Показате-]Математи-¡ли, раз- ¡чеокое ¡мерность |ожидание

І і т’ ■

Є

!

!______________

Адделла-1, 70/Е Р, кН 14,12 4,92 2,85

старопахотный к. Н/см^ 9,04 2,19 4,12

Адделле-3, Ш1 70/Е Р. кН 11,92 4,34 2,74

залекь к, Н/о'.? 11,79 1,87 6,28

Сишшне-3, ОЬ 70/Е Р, кН 21,48 6,81 3,15

старопахотный К, Н/он2 13,28 3,95 3,33

Синнане-3, В2І0 р, т 20,95 2,85 7,33

старопахотный к, П/см2 5,94 0,89 6,67

Робе, 70/Е р, кН 22,49 7,84 2,80

залежь к, П/о;/ 13,30 4,52 2,94

По статистическим характеристикам экоперЕментальвпх данных для оценки их точности и надежности бшш определены доверительные интервалы при заданной доверительной вероятности Р,8 (табл. 2).

Корреляционный анализ позволил определить меру зависимости (тесноту связи) между тяговым (удельным сопротивлением) |и глубиной обработки, шириной захвата, скоростью и твердостью почвы» Параметры эмпирических уравнений определены способом наименьших квадратов. Некоторые уравнения регрессии, коэффициенты корреляции и их надежность приведены в следующей таблице (госферма Адделле, фон старопахотный, плуг дисковый).

. "Таблица 2

Доверит олышо интервалы £^з глубины обработки, ширины захвата, тягового и удельного сопротивления

Варианты опытов

Место попитаний

Адделле

Т

Синнане-З

Робе

Марка плуга

70/Е і (5Й70/Е; В2І0 70/Е

(Агрофон

. 'Глубина, обработки 4» (а), ои

ІДирпна захвата,

■ ^ (в), с

си

3» (Р), кН

¡Удельное сопротивдя-і|Ш9, Н/сіг

старо- залеиь пахот. старопахотный залежь

14,6- 10,724,0 17,1 14,9- 21,8 19,2- 31,0 • ид- 22,7

60,1- 53.999,7 87,3 68.0- 109,0 112,1162,8 73,3- 107,7

7,8- 6.419,0 і£,3 12,730,2 ’ 17,324 ¡6 13,4- 31,6

6,2- 9,611,8 14,4 8,2- и;з 4,8- 7.1 7,5- 19,1

1-------------------------

Завпогаюотя !Вцд

'___________I_____

_____________¡реляции [Коррэляшм

[ШЭ от

аяговоз сопротпвлен

1піг!і/<тттт гілчглин» ( **Ц |

Гяговоз сопротивление от лзряш захвата, (хН)

Гяговоз сопротивление 02 ркорости, (кН)

Удельное сопротивление ^Т/ТВ^^ДООТЗ почвы,

Сдельное сопротивление рт чиола ударов,(Н/ом*)

Р

Р

Р

К

К

=14,93-20,0*^ + +22,54^-*

ор

0,51 0,075

•0,41 0,080

0,76 0,043

0,99 0.002

0,88 0,023

В кячеотвв примера на графике рио. 5 показана завися-ыооть удельного сопротивления К о* твердости почвы РСр.

' Как видно из'графика, гавиовмость удельного оопротивло-Ішя (К) о» твердости почви (Р0„) алрсконмирувтся линой-

пой завнсимостыэ..... ... “

| ■ : 15,

Рио. 5. Зависимость Адделле-1,

дисковый плуг, о'таропахотный фон

, Анализ результатов прямого и коовенного методов опрздс-|

ка дорнш. лак видно из диаграммы, характер изменений твер-, дости почвы примерно соответствует характеру изменения удельного сопротивления на учаогках иопытаний. Это подтверздаетоя!

^ высоким значением коэффициентов корреляции ( Ьу=0,83-0,9^).

! Между показателями твердости почвы отатичеокого плотно-і Мера (Р0р) и числом ударов динамического плотномера (С) име-! ется прямая зависимость (рио. 7). Поэтому вполне правомерно ^дельное сопротивление определять по уравнению (12):

Обобщенные величины переводных коэффициентов т иА приведены в следующей, таблице і '; ,

АМС-.

Ч

Рио. 6. Диаграммы оредних значений (К)7 (Р0р) я (С): I - Аддвлле-1; 2 - Аддвллв-2;

3 - Синяане-1; 4 - Синнане-2; 5 - Робе

Рио. 7. Зависимость между числом ударов (С) . и твердостью дочви (Р0р)

?---------г

! Глубина!

■ Фон, . ---------

•■влажность почвы,% ! обработ+ ! ки, см !

Ковф$ПЦИ8НТЫ

—.----------г

т

I

71

, Н/сы^

•Ьли

|плуг

т

;ДИСКО- лемеш- ¡ДИСКО- }ЛЄЙ8Ш—

,ный

¡плуг

¡вый ¡плуг

|НЫЁ

¡плуг

Старопахотный; 20-26 ®

Старопахотный,

20-40.

¡Старопахотный, до 40

Залежь,

19-22

15-22 1,82 - 0,57

15-22 2,44 - 0,61

20-30 - , -1,58 -

10-22 2,52 - 0,76

0,44

По результатам експериментальних исследований для боль-; іпшнства старопахотных оредаэсуглнниотых почв Эфиопии при влажности 20-30$ и глубине пахоты 15-22 ом значение переводных ■ ¡коэйвдиентов равны: для диокового плуга,-т = 1,8-2,5; П =

0,57-0,76 Н/Ъг; для лемешного плута -?п - 1,58; '<Л= 0,44 По результатам наших исследований получены следующие ¡расчетные значения коэффициентов удельного сопротивления некоторых типов почв Эфиопии: ‘

Почвы

Механически!

ооотав

удельного сопротивления почвы К, Н/с,\г

!при вллй- і при глубина

!ности ;---------------1-----------

119-22$ Ій-с 15 см Я > 22 см І а. =15-22 сЦ |

!

±

краснозем- Тяжелый суглинок, Вые жнивье,

дисковый плуг

Тяжелый суглинок, залежь, дисковый плуг

Супесчаная,жнивье, отвальный плуг

9,0

7,92

11,79 10,37

5,94 5,22

11,07

14,50

7,30

Краснозем- Средаесуглиниотая, 33,3 11,70 . 16,35

!ше залежь,

ДИСКОВЫЙ плуг ■

Таким образом, методические основы определения косвен-¡нш методом удельного сопротивления почв при пахоте ПОЗВОЛЯ-) ■иг провести районирование почв по труднооти обработки в боль-'еих масштабах о минимальными затратами,

. Необходимо отметить, что.проделанная работа - только начало, ее следует продалкить на других типах почв, при рааигч-шх влажностях почвы. '

Глава 5. "Экономическая оценка коовенного определения

--------- удельного сопротивления плугов"

Расчет экономической эффективности выполнен по действу»-

Гм в настоящее время в РФ нормативно- справочным материала^, стандартной методике.

■ Эффективность предлагаемого метода раоочитали по раэноо-¡та приведенных затрат на прямое и косвенное определение удельного сопротивления. . '

При прямом динамометрированш используется следующий состав оборудования: 2 трактора, плуг, динамометр. Оболукивающий персонал состоит из 2-х трактористов и 3 операторов (для Ьй.чера глубины и ширины вспашки, 'твердооти почвы).

] При косвенном метода определения удельного сопротивления

?. оператора попользуют только динамический плотномер.

Прзданениэ коовенного метода определения удельного сопротивления почв при вопашке по оравяеншэ о прямым динамомет-рированием дает на каждом опыте экономию 88,5' рублей (в це-’ ¡Йах 19эа г.), снижение эксплуатационных издержек на 42$,снижение затрат труда на 10,5£.

ВЫВОДЫ И РЕНаЛЕНДАЦИИ

, Экспериментально-теоретические последования взаимодейст-

вия клина и штампа о почвой, динамометрирование дискоег"п и* леиешного плугов на полях трех госфери, определение твердоо-ти почвы двумя типаш плотномеров позволили сделать следующие Основные выводы и рекомендации: ,

; I. В Республике Эфиопия процесс механизации сельскохозяй-

ственного производства находится в начальной стадии. Для рационального использования машинно-тракторного Еарка, планирования распределения тракторов и сельхозтехника, обоснования

норм выработки, раохода горшего п запасных чаУте^н^обходи-мо провести районирование почв Эфиопии по трудности «- удель-| .ному сопротивлению почв при вопашко. ' . •

2. Обзор споообов определения удельного сопротивления .

почв при вопашке без динамометрирования показал, что наибольр ший интерес представляет косвенный метод определения удельнор го сопротивления по показателю твердости почвы, который является комплексны^ показателем фавико-мохавичбокюс свойств почвы. , . .

3. При воздействии клина на почву происходит периодичос’р ¡кое образование стружки, оопровождашцееся периодическим измер !нением уоилия резания. Диаграмма уошшя резания почвы клинок [характеризуется резким подъемом уошшя нв короткой участка ¡пути (зона упругой деформации). Затем резание идет при поотог янном усилии (зона плаотичеокой деформации),

В ооновв резания почвы лежит деформация уплотнения с обр разованием опережающих трещин впереди и по бокам движущегося клина. '

т

Расчеты показали, что чаотота окола отруиси (5-7 о ) и: окорость распространения пластических деформаций (1,8-1,9 м/с) совпадают о данными других авторов.

4. Аналогичная картина физичеокшс процеосов деформации ^ почвы имеет место при вдавливании в почву металлического шта<-мпа: оначала происходит уплотнение частиц почвы о образованием уплотненного ядра, а затем плаотичеокое течение со сдви- ' ¡том и выпиранием стружки из-под шташа.

5. Характер диаграммы Р = /{/г ) при статическом вдавливании штампа аналогичен диаграмме розонкя потаи клипом: при: погружении штампа происходит резкое возрастание усилия до момента преодоления несущей способности почвы (зона упругих деформаций); последупцее погружение штампа осуществляется практически при постоянном усилии (зона плаотачеового течения).

6. На основе решения задачи Фламана определена критическая нагрузка на штамп, при которой полностью исчерпывается несущая способность почво-грунта и формируется уплотненное Конусообразное ядро с углом при вершине <А' = ^.Кривая равиоимости напряжений в почве от глубины погружения штампа апроксимируется функцией гиперболического тангенса (по В.В. Кацыгину), используя которую.можно рассчитать необходимое

.20 . . .

¡усшшевдавливания разлптих штптов.

• 7. Рассмотрение процеоса ударного взаимодействия штампа ;о почвой позволяет раоочитать предельную окорооть соударения', при которой происходит разрушение почвы. Для ореднеоуглинис-иых почв окорооть разрушения по вашим раочетам равна 0,65-il,13 п/а, что совпадает о даяяшга А.Н. Гудкова.

8. Для косвенного метода определения удельного, сопротивления почв при вспашке наиболее подходящими являются показа-рели твердооти почвы, определяемые чиолом ударов динамического плотномера (ударника ДорНШ), так как при этом учитывается окорооть приложения нагрузки.

9. Статиотнчеокий анализ о применением теории вероятностей показал, что глубина обработки (а) я ширина захвата (в) блокового п лемешного плугов подчиняются нормальному закону ¡распределения. Ддекватнооть теоретического и 'отатистичеоксго распределения случайных величия.(а) я (в) установлена по критерию согласия Пирсона.

10. Корреляционный анализ показал, что зависимость тяго-Ього сопротивления (Р) от глубины пахоты (а) и ширины захвата (в) апрокошшруютоя линеЯякм уравнением регрессии, а от скорости - кЕадрагичнш.

Эавлсс.гооть удельного сопротивления почв при вспашке (К) Ьт твердости почвы (Р0р) и от чиола ударов (0) динамического! твердомора опрокош.шрувтся лилейным уравнением регрессии.

ыОКДу ТВОрДООТЫО, ВириЗиДПСлж число*, ударов (С) ДИПСМИГ10— ского твердомера, и твердостью, полученной о помощью отатиче-ского твердомера (РСр) имеется пропорциональная зависимость, выраженная уравнением прямой, типа С - APQp, где А - коэффициент. ■

11. Исследования показали, что твердость почвы является комплексным показателем доли полезного тягового сопротивления плугов, который может быть использован для определения переводных коэффициентов при раочете удельного сопротивления почв

12. Применение коовенного метода определения удельь ,х'0 сопротивления■почв при вспашке дает снижение эксплуатационных издержек на 42$ и снижение затрат труда на 10,5%.

Основный положанкя даайврЕаЩОГ^ШвШГВ следупцих’ работах:' ' ' . ..

1. Теоретические и экспериментальные ооновы косвенльго

'определения удельного сопротивления почв при вспашке (монография в ооавторотве о д.т.н. Пановым Й.М.). М., АО ВИС2СЫ, 1994. - 95 о. -

2. Обоснование косвенного метода определения удельного

оопротивления почв при вспашке. - Тракторы и сельхозмашины, 1994, Ш В , 0.27. • - /