книги из ГПНТБ / Экономическая эффективность почвозащитной технологии и комплекса противоэрозионной техники (сборник научных трудов)

или же подставив значение глубины обработки ho=60 мм и угла внутреннего трения $е=50° получим:

Lp = 360мм

Для выяснения направления действия максимальной деформации почвы необходимо найти угол наклона ка­ сательной к траектории движения конца иглы бороны в ее проекции на плоскость в нулевой точке.

Уравнение движения конца иглы в проекции на плос­ кость находим пользуясь схемой, предложенной Синео-

ковым (1965):

-/cosa L = Rsina sin — —

где: R — радиус игольчатого диска,

а ■— угол атаки игольчатых батарей (считая от по­ перечной оси орудия), а угол наклона касательной к кривой в данной точке есть первая производная от урав­ нения этой кривой. Соответственно:

у = arc tg (sina cosa)

где: у — угол между направлением движения орудия и направлением действия максимальной деформации почвы.

На основании вышеизложенного может быть опреде­ лена ширина зоны деформации почвы в поперечном на­ правлении, получаемая в результате работы игольчато­ го диска (рис. 2.):

но в то же время может быть получена зависимость из­ менения расстояния между следами игольчатых дисков при изменении угла атаки батареи:

между следами игольчатых дисков от угла атаки иголь­ чатых батарей (рис. 3.). При этом необходимо отметить большую чувствительность длины зоны деформации от угла внутреннего трения почвы (в наших исследовани­ ях) L0 менялась от 360 до 240 мм при изменении <р от

131

График соответствия ширины зоны деформации расстоянию между следами игольчатых дисков.

133

ЛИТЕРАТУРА

1.Кушнарев А. С., Бауков А. В. «Некоторые закономер­ ности деформации почвы». Труды ЧИМЭСХа, выпуск 33, Юж­ но-Уральское книжное издательство, 1970 г.

2.Бауков А. В. «Влияние угла наклона рабочего органа на глубину проникновения пластических деформаций в почве». Труды ЧИМЭСХа, выпуск 56, Челябинск, 1970 г.

3.Рамазян Р. А. «Исследование рабочих органов рыхли­

телей». Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Ереван, 1962 г.

4. Синеоков Г. Н . «Проектирование почвообрабатывающих

машин», «Машиностроение», М., 1965 г.

НЕРОВНОСТИ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛЕЙ И ПРИЧИНЫ ИХ ОБРАЗОВАНИЯ

Д . К . Постоялков, инженер

Весной, после таяния снега, весьма отчетливо наблю­ даются неровности полей, 'напоминающие «застывшие» волны.

В большинстве случаев характер неровностей зако­ номерен: направление распространения «волн», их амп­ литуда и длина приблизительно одинаковы, или по край­ ней мере подобны в такой степени, которая позволяет предполагать их искусственное образование. В самом деле, поверхность наших целинных степных равнин на­ столько сглажена, что не создает помех передвижению по бездорожью автомобилей в любых направлениях с вы­ сокой скоростью движения.

Причины образования неровностей поверхности по- , лей объясняются несовершенством используемой сель­ скохозяйственной техники и должны быть отнесены прежде всего к плоскорезам-глубокорыхлителям КПГ250 и КПГ-2Х150, а также к тяжелым сельскохозяйст­ венным машинам: тракторам, зерноуборочным комбай­ нам и грузовым автомобилям.

Заметим, что неровности поверхности поля образу­ ются при благоприятных в этом смысле условиях, опре­ деляемых состоянием почвы в период использования указанных выше орудий-машин-

Южные, тяжелые по механическому составу чернозе­ мы, обладающие довольно высокой поверхностной энер-

134

гней, характеризуются явлением релаксации напряжений (процессом уменьшения во времени действующих на­ пряжений при неизменной деформации).

С другой стороны известно, что в зависимости от ин­ тенсивности возмущений дисперсных систем, к каковым относятся и почвы, деформации их происходят с преоб­ ладанием процесса рассеивания или с преобладанием процесса накопления энергии. При этом процесс закан­ чивается в результате выравнивания напряжений внут­ ри системы, а его длительность характеризуется време­

нем релаксации.

Г. И. Покровским, Н. А. Наседкиным и С. И. Синельщиковым (1938) определена зависимость между дефор­ мирующей почву силой и связностью:

( 1 )

где F — деформирующая сила;

F K— сила, обусловливающая существование почвы как связного тела;

b — фактор пропорциональности;

h— деформация;

а— постоянная, отражающая свойства дисперсной

системы (почвы);

V — скорость деформации.

Решая приведенное уравнение относительно дефор­

Дисперсная система находится в равновесном состоя­ нии покоя, если абсолютные значения внешнего напря­ жения и напряжения связности равны, то есть [з]= [ак] При этом деформация h и ее скорость V равны нулю, что возможно при противоположном характере направ­

ления векторов напряжений s и ак. Поэтому уравнение (2) перепишем:

Состояние статического равновесия системы на­ рушается при условии неравенства напряжений GfgoK

135

то есть как при сжимающем, так и при растягивающем значениях внешних возмущающих сил.

Возмущения могут быть механические, являющиеся результатом земледелия, и природные: гравитационные и физические. Если первые два пояснения не требуют, то «а возмущениях, обусловленных происходящими в почве физическими явлениями, следует остановиться.

Как известно, физические свойства почвы изменяют­ ся главным образом в зависимости от ее влажности. В результате действия сил притяжения воды к смачивае­ мой поверхности частиц в почвенной массе возникает капиллярное давление, абсолютное значение которого тем больше, чем больше удельная поверхность материала. Капиллярное давление возникает во всех случаях, когда происходит движение воды под действием капиллярных сил и оказывает на почвенный материал сжимающие воздействия. Эти воздействия, вызывающие сжатие поч­ венной массы при высыхании, приобретают такие зна­ чения, при которых внутренние связи «разрываются». В засушливые летние периоды можно наблюдать верти­ кальные разрывы (трещины) пахотного и подпахотного горизонтов, глубина которых достигает одного и более метров, и ширина— до 10 см. Образование трещин про­ исходит по плоскостям наименьшего сопротивления разрыву связных почв. В засушливых районах энергия этих деформаций почвы приобретает значительную ве­ личину и может быть одинакового порядка с количест­ вом энергии, затрачиваемой в земледелии. Однако опи­ санный процесс носит относительно длительный харак­ тер и. поэтому, не может быть сравним с деформациями, производимыми сельскохозяйственными машинами-ору­ диями.

Рассмотрим работу плоскореза-глубокорыхлителя.

Согласно (3) почва до обработки находится в на­ пряженно-равновесном состоянии покоя. Конструкция рабочего органа и стойки тлубокорыхлителя такова, что при осуществлении ими горизонтальной и вертикальной поверхностей раздела наблюдается выброс около стойки значительного количества почвенного материала на дневную поверхность. Таким образом, вертикальная по­ верхность раздела представляет собой значительной ши­ рины щель, внешние напряжения на этой поверхности «снимаются» до нуля (сг=0), и согласно выражению (4) наступает процесс деформирования пласта. Деформация

136

заключается в горизонтальном перемещении почвенно­ го материала в направлении, обусловленном разностью векторов внутреннего и внешнего напряжений. В рас­ сматриваемом случае перемещение материала происхо­ дит со стороны необработанной части поля нормально к вертикальной поверхности раздела. Перемещение ма­ териала затухает в результате наступления нового рав­ новесного состояния системы. При этом выброшенный на поверхность в результате обработки почвенный мате­ риал в горизонтальном балансе новых напряжений участия не принимает.

С течением времени гравитация, являющаяся един­ ственной причиной равновесной плотности почв, опреде­ ляет баланс вертикальных составляющих напряжений: поверхность поля приобретает волнистый устойчивый характер .

Профиль кривизны поверхности поля имеет синусо­ идальный характер с периодом, равным ширине захвата одного рабочего органа плоскореза-глубокорыхлителя, и. амплитудой, определяемой массой почвы, выброшенной на поверхность.

Таким образом, одной из причин образования неров­ ностей полей является выброс почвы при обработке на, поверхность, что следует отнести к серьезным недостат­ кам конструкции орудий. Выброс почвы может быть предотвращен выполнением двух условий.

1.Передняя грань стойки рабочего органа глубокорыхлителя должна быть наклонена в направлении дви­ жения орудия так, чтобы угол, образуемый этой гранью

игоризонтом, был равен или был несколько меньше уг­ ла трения почва—сталь.

2.Образование вертикальной поверхности разделадеформированием почвы стойкой рабочего органа долж­ но опережать образование горизонтальной поверхности раздела, производимое рабочим органом. Поэтому стой­ ка должна соединяться с рабочим органом около вер­ шины сходящихся лезвий рабочего органа-плоскореза.

Взасушливый летне-осенний период внешние капил­ лярные напряжения преодолевают внутренние связи связной почвы (о чем говорилось выше). В этом случае направление горизонтальной составляющей деформации,,

противоположное описанному выше, так как а>ггк и вы­ ражается в сжатии скелета почвы, в сокращении его* объема, что приводит к образованию вертикальных тре-

13?

тцин. В этот период работа глубокорыхлителя заключает­ ся в отрыве или скалывании различных по величине тлыб, нередко весьма крупных, и перемещении их в на­ правлении движения орудия на произвольные расстоя­ ния. Весной, после наступления напряженно-равновесно­ го состояния почвы как системы, поверхность таких по­ лей представляет собой бугристую, кочкообразную кар­ тину. Подобные неровности поверхности определяются только состоянием почвы ® период обработки, то есть весьма прочными внутренними связями. Поэтому основ­ ная обработка в засушливый летне-осенний период

.должна быть противопоказана, тем более, что и с агро­ номической точки зрения является нецелесообразной.

Деформации почвы кодовыми органами тяжелых машин (тракторы, зерноуборочные комбайны и грузовые автомобили) также являются причиной образования не­ ровностей поверхности поля и объясняются недостаточ­ ной несущей способностью почвы.

Несущая способность почвы зависит от величины опорной поверхности движителя и от физико-механичес­ ких свойств почвы: сил сцепления и внутреннего трения связных почв. Поскольку последние изменяются в широ­ ких пределах в зависимости от влажности почвы, то и несущая способность также принимает различные зна­ чения: чем выше влажность почвы, тем меньше ее несу­ щая способность.

Деформация почвы движителями (колееобразование) сопровождается околоконтактными зонами повышенно­ го внешнего напряжения, нарушающими равновесие поч­ ва—система. Это обстоятельство приводит к так называе­ мому боковому распору; при этом некоторая часть поч­ венного материала «течет» в зоны пониженного напря­ женного состояния под действием сил, обусловленных разностью напряжений Д=а—а .

Поскольку интенсивность возмущающего воздейст­ вия движитель—почва значительна, процесс перемещения почвы является кратковременным, так как часть энергии рассеивается. Следует отметить, что если с трактором, -образующим колею, агрегатируются почвообрабатываю­ щие орудия, то возникает кажущееся, обманчивое впе­ чатление о заделывании колеи. Однако с течением вре­ мени в результате гравитационного «выравнивания» плотности почвы обнаруживается волнистый характер поверхности поля. Параметрами чередования следов яв­

338

ляются ширина колеи трактора (комбайна) и ширина захвата агрегата (жатки).

Меры борьбы с деформациями движитель—почва не­ обходимы лишь в те периоды сезонных полевых работ, которые характеризуются низкой несущей способностью (высокой влажностью) почвы и заключаются, во-первых, в ограничении количества проездов по полю, если в этом нет особой необходимости, и, во-вторых, в увеличении опорной поверхности ходовых органов машин (примене­ ние уширителей колес, широкопрофильных шин, шин по­ вышенной грузоподъемности, сдвоенных шин и т. д .).

Возможны случаи, когда неровности поверхности по­ ля являются результатом сочетания описанных выше причин: колееобразования и основной обработки почвы.

Неровности поверхности полей не так уж безобидны, как мы привыкли о них думать. Рассмотрим, каковы их отрицательные функции в земледелии.

Неровности предъявляют к машинам—орудиям требо­ вание копировать обрабатываемые поля. Это обстоя­ тельство тормозит разработку, проектирование и произ­ водство сельхозмашин, чрезмерно усложняет их, а сле­ довательно, снижает надежность, повышает их стои­ мость. Неровности полей всегда ухудшают равномер­ ность глубины заделки семян при посеве, увеличивают на 10—20°/о испаряющую поверхность полей.

Работа мобильных агрегатов на невыровненных по­ лях сопровождается значительными продольно-попереч­ ными колебаниями машин со всеми вытекающими пос­ ледствиями: травматизм механизаторов; пульсирующие и знакопеременные нагрузки в агрегатах, узлах и несущих конструкциях машин, а. следовательно, и преждевре­ менный износ; снижение производительности тракторов и комбайнов: перерасход топлива и многое другое.

В целом нужно отметить, что неровный характер по­ верхности полей повышает себестоимость сельскохозяй­ ственной продукции и снижает уровень культуры земле­ делия.

Отметим еще одну парадоксальную особенность, за­ ключающуюся в следующем. Конструктивные недостат­ ки техники и не всегда умелое ее использование послу­ жили причиной образования неровностей поверхности полей. Агротребования к технике, предписывающие не­ обходимость копирования неровностей при почвообработке, узаконили их. Почвообрабатывающая техника,

13Э