автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.04, диссертация на тему:Совершенствование конструкций объемных мелиоративных рыхлителей и технологии их работы (применительно к почвам Гвинейской Республики)

РГб од

1 кЙШЫЖз СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССХСОХОП 1ZZ&W31

МССК013СК1-Й OPJU'iiA ТРУДОВОГО КРАСлОГО 'SWXZZi ПШШШРАТлЕРЫЙ ЖСТПТУТ

На празах рукописи

Ахмед Секу «Диарра

/;1К fi3I.3IG.22

COBSPSQ3HCTDOBAIUnS КОДСТР/КВ5Й СВЪЗ.ИЬХ

,/3)ШРА'ГИШЬК РШЖСШй и тшояагаи

¡ОС РАБОТЫ

(применительно к почвам Гвлно^охэй РОСПуЗЛШСИ)

Специальность 05.20,04 - еолъокохозяйс'гза'шкз

м ril.xcpoNicoiiiopaiinji'iie ыгшшы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискагмо ученой етэисшх кавдэдата технических наук

■ . Научай руководитель

кацовдат T3;<;nr-iscisDc нау::, доцент Рсшш :0.Г. ;

Нау-ший консультант1 доктор Т0хл:г-'сс:с;г:с паук, лрофоссоо Казаков B.C.

Москва, 12S3

Раоота выполнена в *«оа:о некой ордена 'Трудового Красного Знамени :-.1дромс;:кэра,г:13'.1Э'.'. институте (МИЛЯ) и в Московском ип-- стлтуте инженеров сельскохозяйственного производства им.Г.Л.Го-рячкнна (МЖСП).. '

рфиаиалыше оппоненты - доктор тоххнгюсгаос наук, профессор

Пакчеихо А.Н, - кандидат технических наук,.старший научнхй сотрудник Кокоз В.А, Воду лее г{рсдпр1ШТио - Поыородгнпркводхсз

О-'ед-п-а состоится 14 ж>1я 1093 года б и? часос на зисодаша Спондаллзярошанного Совета КЛ20.16.02 по присуждению учоних стеиоаъй «Москоиояого ордо»«1 Трудового Кроеного Знамоня гздро-иелиоратпапого япстжгууа.

/."рос: г.Москхп," ул.ГЕрлггпшпнкопа, 13, МЕЛИ,

сяегдеалйзнрошюнЯ совет К. 120.10.02.

С диссерт^цио?. мо-;-:но ознакомиться в библиотеке МПН. Ах!торо'|.орат рал о слан ^ :.$ая 1593 года.

, Учопий секретарь сисцпаллзпроваклого соаата,

кан;уу;1т тоу.нпчь-ок'.:х наук,доцент Т.К.Сурикова

Актуальность теми. В Гвинейской республике значительные площади обрабатываемых земель представлены тяжелый почваш, глинистыми л суглинистыми. В результате длительно:; эксплуата-ш сельскохозяйственных угодий происходит уплотнение почвенного профиля, активизируются процессы водно:; и ветровой эрро-зли. Проведение мелиоративных работ усложняется лрп паютпн латеритов, которпе затрудняют регулирование водно-воздушного л водно-солевого режимов. Б связи с этш возникает необходимость восстановления почвенного профиля, структура которого нарушена в результате интенсивного использования земель.

Мелиорация таких почв, с учетом природоохранных требований представляет собой трудную и до настоящего времени не решенную техническую проблему. Существующие технолопш и технические средства но обеспечивают получение требуемого качества работ и ¡плепт невнеокие технико-экономические показатели.

Опыт показывает, что глубокое рыхление позволяет устранить различные уплотнения почвенного профиля и монет применяться при строительство, эксплуатации мелиоративных систем, а таете при их реконструкции. Эту технолегичееху:) операцию выполняет с по-ко'дь» объемных рыхлителей с глубиной хода 0,5...1,2 м.

Разработка доставленных вопросов потребовала рещенля взаимосвязанной совокупности научных и пр ¡.ктических задач, бази-руодихея ¡та исследованиях системы "лс'зм - мелиоративное орудие" и отдельных ее подсистем-исследования, создании и разработка эсМюктивша: конструкций мелиоративных 1 нхллталей и технологии их работы с учетом почвенных условий тропическо!'! зоны (обильных осадков и наличии латеритов в яочзенни: профилях).

■ч

Решению указанных вопросов посвящена настоящая диссертационная работа, выполненная автором в Московском гидромелиорати-д'ю:.; институте 1889-1893 гг.

Цель исследований. Разрабоиса конструкции объеттых мелиоративных рыхлителей с глубиной хода 0,5... 1,2 гл для почвенно-клшатическкх условий тропической зоны Гвинейской республики, включая-шнхрозыэ почвы, содержащие большое количество илистых частиц, а также почв, содержащих латериты и подверженных лате-ргцзации.

Разработать семейство объемных мелиоративных рыхлителей в зависимости от видов выаошкшвс ггелпорагквних работ, определить потребные тяговые сопротивления и условия применения этих машин.

Для достлзония постаакехшоЗ целя необходимо было решить следующие задачи:

- изучить водно-физические, водно-солевые свойства различных почв тропической зоны,' определить пригодность почв для глубоко;; мелиоративной обработки;

- провоста полок дркемпешдс схем и конструкции обьшшос ме< лиопатизгшх р:шштелеп, изучить зависимости основных параметров рыхлителей и влияние их на тяговое сопротивление;.

- разработать технологию применения объемных мелиоративных рыхлителей для почвенных условий тропической зоны.

методика исследований. В соответствии с составленными целя т и задачами методикой предусматривалось проведение теоретиче ских, лабораторно-экслериглентальных исследований на основе гша яированая эксдеркменга и »морфологической карты. Обоснованы основные этапы разработки конструкции объемных, мелиоративных рых лителеп и технологии их работы применительно к сложным мелиорг

тивным условиям мангровых почв, почв, содер::;а;цнх латерптпке горизонты. Разработана блок-схема исследований, Использованы гэд-родкна^пчесгаю методы изучения шшематшш потока почвенных частиц. Тяговые исследования конструкции изучали с помощью модуль-пых пломеитоп и рнхлятеля в целом.

, По результатам лабораторных исследовании и численного эксперимента уточнили элементы резания лочв, взатюдействие модульных элементов резания. Тооретичесш! изучена ооповнно параметры объемных мелиоративных рыхлителей. С использованием модсль-ного метода моделирования созданы вариационные ряды этих орудн-. Для изучения энергетических показателен объемных рыхлктэле-И применяли теызометрпрование с записью показателен на остеографическую лекту. Для обработки получении): результатов использовали методы математической статистики, корреляционного анализа. ЧислспннП эксперимент проводили на ипрсснапьпых вычислительных машинах; и алгоритмического языка "ЬКиСДЕК".

Научная новизна. Разработаны й обоснована общие принципы морфологического метода создания объемных мелиоративных р1гсли-телей для работы на тякелых и уплотненных почвах с глубиной хода 0,5...1,2 м, а таю.се вариациошше ряды этих рыхлителей для получения семейства орудии при использовании дх на различных почвах с различными мелиоративными целями.

Предложено исходить из необходимости целенаправленного изучения кинематики почвенных частиц в потоке, образующемся при рыхлении почвы с помощью объемных рыхлитглеи, активизации процессов разрыхления почвы в движущемся потоке почвенных агрегатов.

Изучейк закономерности изменения тяговых сопротивлений объемных мелиоративных рыхлителей яри различной глубине их

б

хода, с различном скоростью движения орудия и углами резания. Дана опенка энергетических характеристик базового и предлагаемого варианта объемного мелиоративного рыхления.

Подтверждена возможность гидродинамического моделирования объемных мелиоративных рыхлителей в гидравлическом лотке. Основные закономерности, полученные в гидравлическом лотке подтверждены последующим изучением процессов резания в грунтовом канале.

На защиту выносятся:

- усовершенствованный морфологический метод создания парна-

)

ционных рядов объемных мелиоративных рыхлителей и их отдельных семеств.для использования в различных почвенно-Юнсдатических условиях тропической зоны Гвинейской республики;

- установление в процессе теоретических и экспериментальны: исследований закономерностей изменения тягового усилия конструкций объемных рыхлителей в зависимости от глубины хода и режимов их работы на основании выполненной оценки этих показателей ;

- гидродинамические методы моделирования конструкций объемных мелиоративных рыхлителей, позволяющие на первом этапе дать сравнительную оценку этих орудий, отобрать наиболее перспективные для последующей проверки эадекйгвности их работы в грунтовом канале или непосредственно в полевых условиях;

- технология работы объемных мелиоративных рыхлителей для различных почвенно-климатических зон Гвинейской республики с обоснованием параметров рыхления почв при различных уплотнениях.

■Практическая ценность и реализация раб.оты. Выполнение исследования и полученные при этом результаты экспериментальных

т

исследовании обеспечивают создание и разработку усовершенствованных объемных мелиоративных рыхлителей для работы на переувлажненных гякелнх почвах. При этом полнота рыхления не зависит от степени увлажнения почв к засоленности, что значительно расширяет по времени года эффективную работу объемных рыхлителей. Показано, что латеритные почвы необходимо рыхлить при их увлажненном состоянии,когда механическая прочность этих пота сравнительно низкая.

Достигнуто снижение удельной -энергоемкости процессов мелиоративного рыхления почв на 15...20% по сравнению с'базовым вариантом.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на заседаниях кафедры мелиоративных и строительных машин МЕЖ, кафедры гидравлики и гидрометр™ кКПСП им. В.П.Горячкина в 1932-1933 годах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и заключении но работе, списка использованной литературы из "13 наименований, из :1их ~Ч- зарубежных изданий. Общий объем диссертации страниц Машинописного текста, в том числе страниц основного текста, 11 таблиц и 4е рисунков.

Содержание работы

В главе I проанализированы лочвенно-климатическпе условия 1 проблемы уплотнения почвенного профиля сельскохозяйственных земель Гвинейской республики, приведены способы глубокой мелиоративной обработ1ш тяделых и уплотненных почв, описаны констру-щии глубоких мелиоративных рыхлителей, дан анализ объемного зяособа рыхления. .

Гвинейская республика - тропическая аграрная страна, на большей территории которой сезон доадеи длится 6...8 месяцев. Годовое количество Осадков достигает 1800...2200 мм, про.долнп-телъность сезона доздеп уменьшается на юго-востоке. Температурный'' реглм отличается равномерным ходом высокой температуры на

i ;

протяжении всего года. Характерны?;! признаком солнечного освещения является отсутствие его резких колебании в течение дня. В сухол сезон развитие растительности практически прекращается. Зо вла;::кыП период,1 вследствие большого количества интенсивно вырадающих осадков, почвы подвержены эрозии, особенно на скло-

I

нах.

В физико-географическом отношении Гвинея подразделяется на четыре природных района: Нкшсло (приморскую), Среднюю, Верхнюю и Лесную Гвинею.

В Нижней Гвинее, в основном, распространены мангровые тяге елке почвы, потенциально плодородные, но имеющие низку» эффективность из-за болъдого содержания солен, интенсивного оглеэ-иия, налитшя в уплотненных слоях токсичных для растений записных форм Al , ра , Mrt и высоки!; уровень УГВ при больном количестве годовых осадков (до 2500 мм).

В Средней Гвинее почвенный покров отличается большей комплексность::), включает преимущественно 'ферралитные красные, крас-но-желние и желтые почвы. При вспашке таких почв органические вецоства бистро минерализуются, поэтому их отвальная обработка не рекомендуется.

Верхняя Гвинея представляет собой территорию, почвенный покров которой представлен, в основном, гидроморфными красными и светло-серыми ферралитньащ почвами. Гндроморфные почвы включают очень плодородные луговые, луго-болотные и болотные почвы.

я

* В Лесной Гвинее распространены, в основном, лесные и горные ферралитные почвы.

Анализ показывает, что почвенно-климатическпе условия Гвинейской республики благоприятны для развития земледелия. В то зхе время отрицательные влияния, проявляемые отдельными элементаш климата и почв на рост и развитие сельскохозяйственных культур, вызывают необходимость применения агрсмероприятий, способных уменьшить их неблагоприятное воздействие.

В красных ферраллитных почвах, имеющих обычно хорошую мелкокомковатую структуру, наблюдаются отдельные железистые конкреции и целые горизонты кошфеций (латеритныс уплотнения), имею-■ щие сравнительно невысокую прочность во влажном состоянии, однако твердеющие при высыхании и превращающиеся в латеритные панцири, трудно доступные для земледелия.

Мелиорации почвенного профиля в условиях тропической и субтропической зон, как показывает проведенный анализ, имеют значительные трудности, наиболее сложной является проблема улучшения плодородия тянелых и уплотненных почв плотностью 1500 кг/м3 и более.

Различают общие уплотнения почвенного профиля, которые возникают в результате действия тяжелых сельскохозяйственных агрегатов, транспортных средств на поверхность полей-. Уплотнения начшгаются в верхних горизонтах и распространяются вглубь почвы. Эти уплотнения могут достигать глубины 0,9...1,2 м.

встречаются локальные, слоистые уплотнения (геологические, генетические и антропогенные). Для условий Гвинейской республики причина уплотнения почв может также вызываться орошением, особенно там, где выполняются поливы ¿атоплением. Формируется так называемая "плужная подопша", образующаяся на границе па-

I о

хртного и подпочвенного горизонтов. Все это приводит к нарушению водно-воздушного и водно-солевого режимов почвенного профиля, требует проведения различных мелиоративных мероприятий, особенно на тяжелых почвах. Среди этих мероприятий можно выделить гидротехнические, агромелиоративные (глубокое рыхление, дискование, глубокая вспашка, щелевание, кротование.и т.д.), агрохимические, включающие внесение химических мелиорантов и минеральных удобрений.

Как установлено исследователями из перечисленных мероприятий наиболее эффективным является глубокое мелиоративное рыхление, которое 'в последнее время интенсивно развивается в ряде странсформулировали следующие основные требования к этому ш ду мелиорации:

- рыхление должно проводиться по всей толще.мелиорируемого слоя на заданную глубину с максимальной полнотой;

- водопроницаемость и воздухопроницаемость разрыхленного слоя должна увеличиваться в несколько раз и сохраняется в течение длительного периода времени без существенного снижения;

- рыхление должно быть частью комплексной технологии, включающей последующее и одновременное внесение в почвенный профилз различных мелиорантов и использование культур освоителей;'

- должна быть обеспечена полная механизация технологического процесса, а также безопасность груда обслуживающего персонала;

- з' условиях работы на латеритных почвах требуется повышенная прочность орудий и их универсальность, т.е. эффективность при рыхлении этих почв в сухом и во влажном состоянии.

Для рыхления уплотненных почвенных слоев применяют различию орудия, которые можно сгруппировать по принципу их действия, тассивного и активного. К первым относятся мелиоративные отвальные, а таю;:е плантажные плуги с глубиной хода 0,4...0,5 м. К »той группе относятся также мелиоративные рыхлители, чизели и шзели-глубокорыхлители, дисковые плуги, с помощью которых обкатывают почву на глубину до 0,5 м. В последнее время находят [рименение объемные рыхлители.

Имеется большая группа рабочих органов активного действия, рименяемых для рыхления слоистых уплотнений почвенного профи-я, общих уплотнений, для ликвидации плужной подошвы. Псполь-уют также и вибрационные рыхлители созданные в ФРГ, Венгрии, оссийской Федерации. Указанные рыхлители имеют ограниченное рименение из-за значительной энергоемкости и низкой эффектив-ости при работе не увлажненных почвах. Кроме того, применение ибрационных рыхлителей мсскет приводить к ухудшению микраструк-уры почвы.

В связи с этим наиболее целесообразно для целей глубокого нхления использование пассивных рабочих органов объемного тн-а.-

Процесс объемного рыхления заключается в отделешш части эчвы от массива с помощью лемеха, подъема почвенных частиц при алънейшем движении по внешней храни лемеха и за счет уыеныпе-1я площади выходного сечения рыхлителя по сравнению с площадко содного, движения этих частиц внутри рабочего органа гнезду бо->вдаи стойками и обруиеши, в конце процесса, пласта почвы под )йствием силы тяжести на дно борозды.

При двикешш пласта почвы внутри рабочего органа его эле-1нты совершают не только поступательное, но вращательное дзи-!ние, способствующее'разделению почвы на агрегаты.

Конструкция объемного рыхлителя позволяет получать максимальную полноту рыхления независимо от влажности и наличия различных горизонтов по плотности. Для различных зон глубина рыхления колеблется в пределах 0,5...1,2 м, но наиболее распространенной является глубина равная 0,4...О,5 и необходимая, в частности, для деструкции плужной подошвы.

В соответствии с распределением почв Гвинейской республики по зонам и типам автором определены условия для применения этого перспективного способа мелиорации. При этом учтены исследования, проведенные разнили учеными в 1985...1987 годах.

В результате объемного рыхления плотность почвы уменьшается на 25..-.40$ от первоначальной и достигает оптимального значения равного 1000...1300 кг/м3. Пористость подпахотного горизонта увеличивается на 15...25$ относительно почвы естественного сложения, что способствует созданию запаса почвенной влага,

г

используемой'растениями в засушливый период года.

В то же время требования, предъявляемые к профилю почвы повышаются и постоянно требуется усовершенствование мелиоративнш орудик, тем более, что объемные рыхлители обладают высокой зне| гоемкостью, степень разрыхления неравномерна по глубине. .

В главе П разработана методология и приведена результаты' теоретических исследовании технологического процесса 'взаимодействия объемных мелиоративных рыхлителей с почвой.

Составлена укрупненная структурная схема для разработки тез нологии мелиоративного рыхления с учетом природоохранных, мелис ративцых и технико-экономических требований. Определяющей в этой структуре управления является блок природоохранных требований', осуществляющий непосредственное влияние на выполнение мелиоративного рыхления.

\Ъ

Разработанная в диссертации структура управления послужила основой системного подхода для совершенствовашш объемных мелиоративных рыхлителей, в частности для условий Гвинейской республики. Было составлена морфологическая карта для разработки технологии глубокого мелиоративного рыхления и конструкций рыхлителей объемного типа, обеспечивающих создание благоприятного водно-воздушного и водно-солевого режимов почв.

Из морфологической карты вытекают следующие основные задачи и направления исследований :

1. На основе анализа современного состояния обрабатываемых. земель Гвинейской республики, с помощью теоретических и экспериментальных исследований создать эффективные'технологии разуплотнения почвенного профиля на глубину до 1,2 м на засоленных почвах и до 0,5...О,8 ш на почвах переувлажненных из-за наличия различного рода уплотнений. '

2. С помощью математического моделирования, а та;оке теоретически и экспериментальных исследований разработать математические модели технологического процесса рыхления почвы с целью обоснованного выбора оптимальных его параметров и обеспечения •требуемых характеристик почв в результате деструкции различных уплотнений.

3. Применяя методы аналогии и математического моделировашя исследовать различные конструкции объемных мелиоративных рыхлителей, используя при этом морфологические методы и теорию графов создать приемлемые схемы и наивыгоднейлие параметры объемных рыхлителей.

4. На основании метода аналогий и теоретического обоснования соответствия тягового сопротивления пассивных рабочих органов по Горячкину и уравнения Бернулли слределить переходные

переходные характеристики от моделирования в гидравлическом лотке к реальным производственным условиям работы.

5. Используя теорию резания почв, математическое моделирование, теорию аналогий, результаты лабораторных исследований в грунтовом канале, создать техшгаеские средства для выполнения глубокого рыхления без образования вертикальных щелей и вторичных уплотнении почвенного профиля; разработать рекомендации по глубокому мелиоративному' рыхлешпэ применительно к условиям Гви-. нейской республики.

6. Установить энергетические показатели и тяговые характеристики .объемных'мелиоративных рыхлителей, используя данные,

п

полученные, в гидравлическом и грунтовом каналах. Обосновать при этом коэффициенты полезного действия этих орудии.

Силы, действующие на рыхлитель можно разделить на внешние и внутренние. К первым относят силу тяга базового трактора, силы нормального давления и трения почвы, действующие на рабочие поверхности рыхлителя. Ко вторым - силы тяжести грунта, рыхлителя и их силы инерции.

Представляет интерес эффект дополнительного разрыхления почвы при движении .■ лтока почвы от входного к выходному сечению рыхлителя. Указанный эффект достигается при равенстве массовых расходов на входе и выходе, т.е.

где ^ , - плотность почвы на входе и выходе соответственно; О.,, , - расходы потока частиц грунта на входе и выхо-' де.

Для разрыхления почвы необходимо иметь ^ ' что тРе~ буе'т выполнения условия: , что возможно, при меньшей

ширине выходного сечения рыхлителя по сравнению с входным,

только в случав интенсивного дополнительного подъема грунта в процессе движения от входа к,выходу. Для этого подъема требуется затрата дополнительной энергии.

В целом весь комплекс указанных сил возможно формировать с ■ помощью рациональной формулы В.П.Горячкпна.

В процессе работы рыхлитель передает почве энергию двикущего-ся трактора, образуется поток почвенных частиц; впереди' рыхлителя образуется поле деформации, вызывающее напряжения в почвенной среде; происходит, изменение выделенного объема почвенных , частиц М =с1х.с1(^ . . При этом

где V - скорость частицы; х , ^ , Ъ' - координаты частицы; t - время.

Выражение в скобках (по В.С.Казакову) есть дивергежщя

выделенного объема, поэтому

= ~ ^ ' ^ ' т*е'

изменение выделенного объема пропорционально , чем больле

дивергешдая скорости частшт, тем больше изменение объема. Таким образом, дивергенция может служить критерием измельчения почвы.

Исследованные процессы взанмодепствда объемного рыхлителя с почвой позволили более обоснованно описать картину её деформаций при передаче почве рабочим органам кинетической и потенциальной энергии.

Полная удельная энергия, которую рабочий орган сообщает почве равна

• Ц - + 7 +

Н ~ К 1 2Ц '

где --- - удельная энергия давления ( Р - давление почвы и её удельный вес в контрольном сечении); Е. - удельная энергия положения; —-— кинетическая энергия в данном сече-2 ^

шш; - коэффипионт Кориолиса; V --скорость движения части почвы в сечении; д - ускорение свободного падения.

Приведенное уравнение макет интерпретировано как математическая модель технологических операций, выполняемых объемными рыхлителями, а явленно: первая, часть уравнения характеризует процесс* отделения части почвы от массива под действием давления со стороны лемеха н наклонных стоек; вторая - моделирует подъем почв'! впорсчи рабочего органа; третья - говорит об относительном перемещении потока иочвешшх частиц.

Тати образом, выполненные исследования, на основе структурного подхода к планированию диссертационной работы в долом позволили обосновать этапнссть исследований, выбрать методологию и наметить кратчайшие пути для решения поставленных задач.

■ Уточненный анализ процессов деформации почвы яри их резании клиновидным рабочим органом дал возможность обосновать .принципиальную математическую модель технологического процесса рыхления почвы при использовании объемного рыхлителя.

В главе 3 разработаны вариационные ряды объемных мелиоративных рыхлителей и приведены результаты их гидродинамических' исследований.

Вариационные ряды рабочих органов мелиоративных объемных рыхлителей разработаны на основе морфологического метода моделирована. При этом в качестве базового варианта был принят рыхлитель, включающий в себя лемех и.две наклонные стойки. Анализ-полученных результатов морфологического моделирования вариантов рабочих органов может позволить выбрать-наиболее целесообразные

\J

конструкции, отвечающие требованиям как мелиоративного производства, так и минимума энергоемкости и максимума надежности.

В результате анализа, проведенного в работе в качестве усовершенствованного рыхлителя объемного типа был принят U-образный рабочий орган с постоянным и переменным углами резания по высоте. Применяемые в настоящее время V-образные рыхлители имеют простую конструкцию, но полнота рыхления их меньше, т.е. значителен объем неразрешенной почвы между стойками.

С целью предварлгеной комплексной оценки двух сравниваемых . вариантов рыхлителя был принят за основу метод гидродинамических аналогий резания грунта,■предложенный и разработанный д.т.н. Казаковым B.C. Им была устано&чепа формальная аналогия уравнения Бернулли для потока и рациональной формулы В.П.Горячкина до последнего члена потерь .напора h-vv • В то ;:;о время по были учтены инерционные свойства потока жидкости и почвенных частиц при относительном движении рабочего органа объемного рыхлнтоля.

Совместно с В.С.Казаковым автором предложено утотттв указанных соотношений путем введения дополнительного члена в урав*-нение Бернулли инерционного напора), который должен най-

ти- отражение в формуле Горячкина В.П. в виде Р^ (инерция потока почвенных частиц). Уравнение Бернулли в этом случае будет

иметь вид 2 2. '

_ ft, . oi,VT _ , + Р2 + cCY, . Ц

+ Т т ^г '

Использование на практике метода гидродинамических аналопш позволило при проведении многофакторного эксперимента получить следующие уравнения регрессии, характеризующие изменение тягового сопротивления.орудия при переменных рабочей скорости V и глубины хода И с различными углами установки лемеха об (от 28 до 37°).

Так, для V -образного рыхлителя (с прямолинейншги .боковыми стойками, под наклоном к горизонту в 45°) •

Р = 257+41,2У +51,4Н +2В,1о<-+21,4УН +20,1 +25,2 Цг+ +27,3 об2+18,И .

'Для • и -образного рыхлителя (с криволинейными боковыми стойка,га)

р = 261,1+47,8V +41,0Н+22,4^+18,7УН +20,8о£Н 431,2Н*+ +29,0«с"+28,0 V2.

I

Анализ этих формул показывает, что тяговое сопротивление есть функция рабочей скорости, глубины хода и-угла установки лемеха. Отмечено взаимное влияние параметров на тяговое сопротивление. Значения коэффициентов при Н , I/ и об для сравниваемых вариантов отличаются друг от друга. Для объемного рыхлителя с криволинейными стойками отмечается нескольку более заметное влияние рабочей скорости на тяговое сопротивление, что объясняется дополнительны:-! сдвигом слоев при повышенной неравномерности скоростей но профилю потока явдкости.

При однофакторном эксперименте влияние основных факторов оценивалось раздельно: т.е. при изменении одного из них, другие оставались постоянными.

Как показали исследования двух базовых рабочих органов объемного рыхлителя V- и и -образного, зависимость тягового сопротивления этих рабочих органов от глубины хода довольна значительна. Опиты' проводились при скорости движения орудия равной 0,133; 0,2; 0,33; 0,60 и 1,0 м/с. Изменялись такие углы установки рабочего органа по направлений движения (30, 45 и 50°). Глубина хода орудия изменялась от 0,20 до 0,60 м.

1Й

Анализ получзшшх эмпирических заоястюстей тягового сопротивления от глубины хода, спорости движения, угла наклона • для двух рабочих органов объемного рыхлителя с прямолинейной и криволшшйнон наклонными стойками, т.е. и - и V-образных позволил сделать важный вывод о примерно равных абсолютных значениях этих сопротивлений для вравниваемых варпантоз. Однако уде-льние сопротивления, т!е. сопротивления приходящиеся на единицу обрабатываемой площади сечения отличаются и энергоемкость у рыхлителя V -образного типа вьгае, чем и - образного, так как у второго площадь разрыхляемого сечения больше на 15...17$.

Испытания в гидравлическом лотке включали в себя и.определение характера давлений на бокозые столки рыхлителей при их рабочем передвижении. Величины давленЫг измерялись с помощью пьезометров и трубки Пито.

Эксперименты показали, что при двнкешш рабочего органа, образуется поток жидкости, который вызывает дополнительные нагрузи!, впереди рабочего органа образуется волна, гребень которой убывает с ростом глубины хода. Дополнительное давление монет быть описано с помощью третьего члена уравнения Б'ернуллп.

Таким образом, примененный в работе метод морфологической карты и последующий эксперимент позволил с высоко'] степенью наг дежности рекомендовать как перспективный для дальнейшего исследования и -образный рабочий орган в качестве базового.

В четвертой главе приведены основные результаты экспериментальных исследований -образного объемного рыхлителя выполненных с физическими моделями разного масштаба. В соответствии с Целями диссертационной работы задачами экспериментов стали следующие :

I. Определение суммарных реакций грунта на объемный мелиоративный рыхлитель а зависимости от различных технологическое

ао

и конструктивных факторов;

2. Аппроксимация полученных опытных данных эмпирическими зависимостями;

3. Осмысление физических процессов, происходящих в грунте при работе объемных мелиоративных рыхлителей;

4. Экспериментальная проверка конструктивных измерений рабочего органа рыхления; тлеющего целью снижение энергоемкости рыхления и улучшения его качества.

Б работа обосновано целесообразность проведения экспериментальных исследований с помощью методов физического моделирования, подобраны параметры грунта модели, уточнено соотношения, позволяющее пересчитать данные полученные на модели на оригинал.

Первый этан экспериментов предусматривал проведение многофакторного эксперимента. Вала.запланирована сергл полшпе факторных экспериментов (ПФЭ) с различными сочетаниями комбинаций основных управляемых факторов (глубины рыхления Н . скорости V , угла резания лег-леха «£ ) на три параметра оптимизации: горизонтальную и вертикальную £реакции почвы, коэффициент разрцхлаиля пэчвн ( Кр ).

Таблша I

Итоговые результаты глногофакторного эксперимента (модель рабочего органа, Ке = 4)

дУд!__Уравнения регрессии

1 2Г)?г = 423,2 + 292,1Х4 + 49,9ХЛ + 42,6Х3

2 = 337,6 + 204,5*, + 27,0Ха + 25ДХ3 3' Кр » 1,24 + 0,05Х1 + 0,03Х3 + 0,О35Х.,Х5~

- 0,0275ХаХ3- 0,0275X^^X3

В таблице через Х(,Хг,Х'з обозначены глубина, скорость и угол резания лемеха в безразмерном виде ( К^ - масштабный коэффициент) .

Анализ приведенных уравнений говорит о той, что усилия, действующие на рыхлитель зависят только от основных факторов

в первой степени, эффекты взаимодействия отсутствуют. Разрых-

I г |

лятацая способность рабочего органа объемного типа с криволинейными стопками зависит, в основном, от глубины и угла, и практически не зависит от скорости орудия; имеет влияния взаимные эффекты.

Таким образом, при заданной по технологическим соображения:.! глубине рыхления реального влияния на эффективность работы объемного рыхлителя можно добиться оптшального сочетаем изменения рабочей скорости и угла резания лемеха1

Па втором этапе экспериментальных исследований большое внимание было уделено проведенщз однофакторных экспериментов. 3 качестве параметров оптимизации и управляемых факторов были приняты те же, что и при многофакторном эксперименте. Эмпирические зависимости оценивались в основном, с помощью выражения

$ = А • Xй ,

где X - управляемы,'! независимый фактор (аргумент);. А иб

постоянные коэффициенты, определяемые с помощью метода наименьших квадратов.

Зависимости реагапй грунта от глубины рнхяепзя для раэнкх рабочих скоростей (от Ут1ц = ОД и/с до = 0,5 м/с) при

различных углах резания лемеха (от 18° до = 24,5°)

подобны друг другу, значение показателей колеблется з пределах от 0,86 до 1,9 причем меньшие значения соответствуют малым рабочим скоростям, а большие - скорости V =0,5 м/с.

Я 2

Увеличение угла резания лемеха сС вызывает повышение реакций грунта, но особенно быстрый рост имеет место при = 24,5°.

Соотнооание вертикальной и говизонтальной составляющих рав-

Г

но примерно 0,83 при среднеквадратичном отклонении 2 =0,16.

Степень разрыхления грунта оценивалась коэффициентом разрыхления ' Кр и величиной У0 (объемом пустот, возникающих при увеличении объема грунта).

3 работе приведены уравнения регрессии = £(И ) для раз-ни£ V и оI , анализ которых позволяет сделать вывод о значительном влиянии угла реза:пгя лемеха на разрыхляющую способность исследуемого рабочего органа.

Оценка удельной энергоемкости объемного рыхлителя осуществлялась с помощью показателя

п

где М - мощность на передвижение рабочего органа, Ы ;

. П - производительность рыхления, П = ' ^ ( ^й* ~ площадь поперечного сечения рыхлителя на входе).

1С£1К показали расчеты N ^ практически постоянна и но зависит от глубины рыхления при об » 18..-.22°, несколько вше при малых глубинах при Л = 23...24°.

Для оптимальных глубин рыхления плужной подошвы, 'как операции наиболее часто встречающейся, рагных 0,5...О,6 м, Нуд = 5___8 кЗт.ч/м3.

В работе была сделана попытка оценить количественно разрыхляющую способность рыхлителя, в результате чего была сформулирована рекомендация о наиболее целесообразном режиме работы рыхлителя с номинальной в соответствии с прежними техническими данными, глубиной рыхления, которую следует уменьшить па 15... 20/2, что требует обязательного усовершенствования орудия которое

2 Ъ

момот заключаться в изменении и -образного рабочего органа таким образом, что угол резания боковых стоек уменьшался бы от максимального внизу до рапного нулю вверху. Это позволит уменьшить как показывают ориентировочные расчеты, удельную энергоемкость на 15...17^ и повысить равномерность рыхления почзы по толщине обрабатываемого слоя.

1 I

В пятой главе представлены результаты разработанной автором технологии объемного мелиоративного рыхления тянелкх пота Гвинейской республики. Выполненные исследования позволили разработать морфологическую карту применения объемного мелиоративного рпхдзния для иочвеш1о-кл1мат!1чсских условий Гвинейской республики. Этот вид агромелиорации рекомендуется для условий осуждения, а также для условий орошения сельскохозяйственных культур, в том числе на засоленных почвах.

В зоне осушения этот способ рекомендуется для повышения вла-гоемкостл и воздухоемкости слабоосгруктуренннх почв, что прокую всего относится к латеритам и почвам на латеритах.

В зоне орошения глубокое мелиоративное рыхление рекомендуется применять для накопления атмосферы}»« осадков и экономии оросительной воды при поливах, дня подавления восходящих потоков влаги в почвах в условиях засоления, аккумуляции поверхностного стока при дефиците влаги в вегетационный период.

Глубокое объемное рыхление в условиях Гвинейской республики макет применяться для орагнизашпг поверхностного полива.

При выборе земель для мелиорации в Гвинейской республике с помощью объемного рыхления необходшло учитывать почвенко-кл::мг-тические условия, биологические и сортовые особенности сельско-хозяйственнкх культур, водно-физические и водно-солевке свойства почв, степень их окультурениости. Определяются воды химических мслиораций.

Глубокому рыхлен:® подлежат уплотненные с объемно'! массой вше 1,4 г/см3, а также глинистые и суглинистые потам. Определяется плужная подошва и назначаются параметры рыхления для ore устранения. В целом глубина рыхденгш. диктуется рядом призывов, которые сгруппированы в работе по видам уплотнений и мелиератт пых- работ.

' Полноту рыхления характеризуют коэффициентом полноты рыхления Кп , который показывает объем разрыхления почвы по поперечному сечению почвы

к

где <-р - площадь разрыхленного сечения; - площйдь неразрых-ленясго сечения полос цвзду стойками рыхлителя. Предлагаемый U -образный рихдйтблг с изгоняемым по высоте углом резания бокових стоек гложет быть рекомендован для условий Гвинейской республики, так имс-ет такие у^учпкпнне иоказатоли кат; увеличенную полноту рыхления, низкую энергоемкость, высоко« качество разрыхления почвы.

Экономический эффект от внедрения ногой машины формируется в результате ловкзонкя её производительности на 10...15% за счет снижения тягового сопротивления на 15...20^.

Об'лпе выводы н заключение по работе

I. В результате интенсивной сельскохозяйственной- эксплуатации значительные плоуади обрабатываемых земель в условиях ¡Гвинейской республики подвержены ускоренной деградации из-за чрезмерного уплотнения и последующей водной и ветровой эрозии. Эти процессы особенно усиливаются при наличии латеритов, ухудшавдиэ регулирование водно-воздушного и водно-солевого режимов почв.

Восстановление структур» почвенного профиля на регулярной основе, в связи с этим, становится актуальной задачей.

2. Анализ используемых, в настоящее время, методов мелиорации тякелых почв позволил сделать вывод о технической возможности, для условий Гвинейской республики, осуществления улучшения почвенного профиля путем механического разрыхления грунта с помощью объемных мелиоративных рыхлителей, конструкция и технология которых требуют доработки.

3. Результаты теоретических исследований технологического процесса мелиоративного рыхления почв, выполненных на основе разработанной в работе системы управления характеристиками рабочих органов рыхлителей! и режимами их работы, позволяют сделать вывод о практической возмо.тдости создания почвенного профиля с заданными параметрами.

ТакоИ подход в виде морфологической карты, пмспщей гюз:лссн ность расширяться и представляющей в одном едином целом технологии рыхления и технические средства для его осуществления, позволил рекомендовать для дальнейшего исследования и -образный рыхлитель с изменяющим по высоте угло.м резания боковых стоек, как перспективны!!.

4. Сравнительные экспериментальные исследования двух типов объемных рыхлителей - применяемого в настоящее время Ч -образного и рекомендуемого С -образного, проведенные в гидравлическом лотке показали, что удельная энергоемкость рекомендуемого орудия оказалась нк;се на 15... 17/2, в то же время повысилась полнота рыхления.

5. В результате проведения лабораторных экспериментов на грунтовом канале при испытании физических моделей рабочего органа объемного мелиоративного рыхлителя были получены и аппрок-

2 С

симнроганые зависимости реакгой почий (горизонтальной п верти-

кальной) то скорости дамши и глубины рыхления, а также от угла резания лемеха. Ояелени та::че показатели качества работы ры;:д.1Тблл в 3£x;:c^.*oct:i от ряда факторов. Сделана попытка определения рыхлящей способности рыхлителя.

. 6. Разработана технология рабочего процесса мелиоративного рыхления с поиогдь» орудия объемного типа применительно к почвам Гвинейской республики. Предложена усовершенствованная коп- ' стру:л;;гя iV-образного объемного• рыхлителя с пзменншпм по высоте зад;пгл углом -резания боковых стоек (от максимального внизу до нулевого вверху), что позволило при том же эффекте рыхяекжх снизить энергоемкость рабочего процесса па 15.. .20$.

. lío материалам диссертаций подготовлены и находятся п початы следующие научные статьи:

1. Результаты йкопор/гоенталъны/. исследований объемного мелиоративного рыхлителя с использованием физических моделей. Гл., I9S3 (в соавторстве). "

2. Возможность оценки разрнхлящой способности мелиоративного объемного рыхлителя. 1.1., -1S93 (в соавторстве).