1. Почва как дисперсная трехфазная среда, состояние воды и воздуха в почве, их роль в процессе механической обработки почвы.

Почва — природное тело, обрабатываемое машинами для созда­ния благоприятных условий развития культурных растений, а так­же сохранения и непрерывного повышения плодородия. Вещества, составляющие почву, находятся в трех физических состояниях (фазах): твердом, жидком и газообразном, частицы ко­торых взаимно перемешаны. Соотношение фаз непрерывно изме­няется под действием природных факторов и применяемых ма­шин.

Твердая фаза. В состав твердой фазы входят минеральные ча­стицы (до 90 %) различных размеров и органические вещества (гумус, микроорганизмы). Частицы размерами больше 1 мм от­носят к каменистым включениям, а меньше 1 мм называют мелкоземом. По массовой доле камней в почвах их подразделяют на не ка­менистые (камней меньше 0,5 %), слабокаменистые (0.5...5 %), среднекаменистые (5...10%) и сильнока­менистые (больше 10 %). Увеличение камней в почве повы­шает износ рабочих органов почвообрабатывающих машин. Так, при вспашке песчаных сильнокаменистых почв абразивный износ лемехов составляет 100...450 г/га. Крупные камни (диаметром бо­лее 100 мм) перед обработкой удаляют.

Мелкозем по размерам разделяют на фракции: физическую глину с диаметром частиц d₂< 0,01 мм и физический песок - d₂ > 0,01 мм. В зависимости от соотношения δ масс глины и песка различают следующие типы почв: глинистая (δ > 1,0); суглинок (δ = 0,25...1,0); супесь (δ = 0,1...0,25) и песча­ная (δ < 0,1).

С увеличением соотношения δ возрастают энергозатраты на об­работку почвы, поэтому глинистые почвы относят к тяжелым, а песчаные - к легким. Во влажном состоянии тяжелые почвы нали­пают на рабочие поверхности, а в сухом в ней образуются крупные глыбы. Такие почвы медленнее песчаных поглощают влагу и раз­лагают растительные остатки.

Первичные твердые частицы в результате коагуляции коллои­дов, склеивания и слипания соединяются в агрегаты (мелкие ком­ки). Последние, склеиваясь между собой, образуют более крупные агрегаты. Так создается структурное сложение почвы, с прочной связью агрегатов и комков. Структурные почвы отличаются пло­дородием, они менее энергоемки при обработке.

Сложение структурных почв характеризуют скважностью (по­ристостью и плотностью почвы). Скважность — отношение объе­ма пустот в почве к ее общему объему. Оно зависит от типа почв, их обработки, естественного или механического уплотнения. У суглинистых почв скважность выше, чем у песчаных. Значения скважности почв естественного сложения составляют 30...85 %. Меньшие значения соответствуют песчаным, а большие - торфя­ным почвам.

Плотность сухой почвы: ρ_с.п.=m_с/V,

где m_с и V— масса и объем абсолютно сухой почвы с ненарушенным сложением.

Оптимальная плотность для зерновых колосовых культур со­ставляет (1,1...1,3)∙10³ кг/м³, картофеля —(1,0...1,2) ∙10³ кг/м³, сахарной свеклы —(1,1...1,5) ∙10³ кг/м³.

Жидкая фаза. Корни растений усваивают питательные вещества только в растворенном виде. Основным растворителем служит свободная (капиллярная и гравитационная) влага. Капиллярная влага заполняет мелкие пустоты (капилляры), она свободно перемещается от более влажных почв к менее увлажненным как горизонтально, так и вертикально. Капиллярная влага служит основным источником питания растений. Гравитационная влага передвигается в почве только под действием силы тяжести, просачиваясь из корнеобитаемого слоя.

Количество воды в почве оценивается по абсолютной w_а и относительной w_о влажностям. Абсолютную влажность, %, определяют по отношению массы влаги m_в(воды и водяных паров) в исходной почве к массе m_с абсолютно сухой почвы: w_а=( m_в / m_с) ∙100 , где m_в= m_н- m_с ; m_н – масса взятой пробы (навески) почвы.

Энергозатраты и качество обработки почвы зависят от абсо­лютной влажности. В переувлажненном состоянии глинистых и суглинистых почв рабочие органы машин залипают, почва сгруживается перед ними, а в пересохшем - образуются глыбы, по­вреждаются структурные агрегаты, повышается расход энергии. Влажность w_а, соответствующая физической спелости почвы, со­ставляет для дерново-подзолистых почв 15...22%, черноземов - 17...30, темно-каштановых - 15...18, подзолистых песчаных - 10...12 %.

Газообразная фаза. Воздух - необходимый компонент, обеспе­чивающий корни растений кислородом, ассимиляционный аппа­рат - диоксида углерода. Почвенный воздух отличается по соста­ву от атмосферного, в нем меньше кислорода и больше диоксида углерода. Большинство растений нормально развиваются, если концентрация кислорода в почвенном воздухе составляет 10...20 %, а диоксида углерода - 0,5...1,0 %.

Плодородие почвы и продуктивности растений зависят от интенсивности газообмена между почвой и атмосферой, а также от соотношения объемов в почвенных порах воды и газообразной фазы. Предпочтительное соотношение указанных объемов боль­шинства культур составляет 1,4...1,6.

Для создания благоприятного воздушного режима проводят вспашку, боронование, культивацию, разрушают почвенную корку.

2. Дисковые рабочие органы, их параметры. Соотношение между диаметром и радиусом кривизны сферического диска, технологическая характеристика этих параметров, технологическое значение угла заточки и заднего угла.

Рабочими органами дисковых орудии служат плоские, сфери­ческие и вырезные диски. Дисковые рабочие органы не только движутся поступательно вместе с рамой машины или орудия, но и вращаются под действием реакции почвы. Они в меньшей мере, чем поступательно движущиеся рабочие органы, забиваются рас­тительными остатками.

Плоские диски применяют в качестве дисковых ножей плугов, рабочих органов лущильников для обработки почв, подвержен­ных ветровой эрозии. Почва обрабатывается без оборота, с сохра­нением стерни.

Сферические диски используют в качестве рабочих органов дис­ковых плугов, лущильников, борон. Режущая кромка диска, уста­новленного под углом к направлению движения, в процессе рабо­ты отрезает полоску почвы и поднимает ее на внутреннюю сфери­ческую поверхность, в результате чего она крошится, частично оборачивается и перемешивается.

С увеличением угла атаки диски глубже погружаются в почву, ее крошение возрастает, с увеличением угла наклона диска к вер­тикали несколько улучшаются оборот и перемешивание почвы. Диски перерезают тонкие корни, перекатываются через толстые, но на каменистых почвах выкрашиваются.

Вырезные диски устанавливают на тяжелых боронах, которые применяют как для первичной обработки тяжелых задерненных почв, так и для разделки связных пластов, поднятых при вспашке болотных и кустарниково-болотных земель. Они более интенсив­но воздействуют на почву, лучше перерезают корни растений.

К основным геометрическим параметрам дисков относится ди­аметр D и радиус R кривизны. С ними взаимосвязан передний угол ε₁, равный половине центрального угла дуги диа­метрального сечения диска. С увеличением диаметра диска резко возрастает вертикальная слагающая реакции почвы, вследствие чего его заглубляемость ухудшается. Диаметр диска должен быть минимальным из допустимых по условиям работы. Между значе­ниями D и ширины междурядья а существует соотношение D = kа, где k - коэффициент (k = 3,0...3,5 для плугов; для борон k = 4...6; для лущильников k = 5...6). Основные параметры дисков стандар­тизованы. Радиус r кривизны определяет крошащую и оборачива­ющую способности диска. Чем он меньше, тем интенсивнее кро­шится и оборачивается пласт. Между значениями D и R существу­ет зависимость D = 2R sin ε₁ Технологические свойства диска зависят от угла i заточки или заострения, а также связанного с ним заднего угла ε₂.

Как правило, диски затачивают с выпуклой наружной стороны, принимая угол i = 10...20° для борон и лущильников и i = 15...25° - для плугов. Для работы на твердых почвах диски за­тачивают с внутренней стороны. Угол резания диска α = i + ε₂ Угол ε₂ влияет на затраты энергии на обработку поч­вы и даже на работоспособность диска. Величина ε₂ изменяется по высоте диска. Чтобы диск удовлетворительно работал на глу­бине, угол ε₂ на уровне поверхности поля должен быть положи­тельным.