Почвообрабатывающие машины
.rtf11.02.2013
Определение физико-механических свойств почвы.
Методы определения глинистых и коллоидных частиц:
-
Прямые (микрометрические), основаны на измерении частиц в поле зрения оптических и электронных микроскопов.
-
Косвенные, базируются на использовании различных зависимостей между размерами частиц, скоростью осаждения их в жидкой и воздушной средах и свойствами суспензий.
Гранулометрия частиц почвы: ситовой метод.
Необходимые приборы и оборудование: набор стандартных сит, технические весы с разновесами, фарфоровые чашечки, линейка, шпатель и т.д. Гранулы больше 0.1 мм. называются физическим песком, а частицы меньше этого размера называются физической глиной.
Отдельные фракции |
Совокупность фракций |
|||
Диаметр частиц, мм |
Содержание, % |
Диаметр частиц, мм |
Содержание, % |
|
<0,10 |
8,5 |
<0,10 |
8,5 |
|
0,10-0,25 |
48,5 |
<0,25 |
57,0 |
|
0,25-0,50 |
32,4 |
<0,50 |
89,4 |
|
0,50-1,00 |
8,2 |
<1,00 |
97,6 |
|
1,00-2,00 |
2,4 |
<2,00 |
100,0 |
|
>2,00 |
- |
<10,0 |
- |
График 1, Построение суммарной кривой гранулометрического состава почвы (интегральная кривая).
Классификация почвы по механическому составу Н.А. Качинского
Содержание физической глины, % |
Тип почвы |
Более 50% |
Глина |
20-50% |
Суглинок |
10-20% |
Супесь |
Менее 10% |
Песок |
Определение влажности почвы.
Абсолютная влажность почвы – это отношение массы влаги (воды и водяных паров) в исходном образце почвы к массе абсолютно сухой почвы, формула 1.
Оборудование для определения влажности почвы.
Шкаф сушильный; весы лабораторные; стаканчики весовые.
№ стаканчика |
Масса стаканчика m0, г |
Масса стаканчика с влажной почвой, m1, г |
Масса стаканчика с высушенной почвой, m2. г |
Влажность почвы w |
1 |
8.85 |
23.85 |
20.75 |
26.05% |
2 |
8.08 |
23.08 |
19.34 |
26.5% |
3 |
7.15 |
22.15 |
14.07 |
25.8% |
|
|
|
Среднее значение: |
26% |
Высушивание пробы производится 5-7 часов для глинистых почв и 3-5 часов для песчаных почв. Гумус – продукт переработки микроорганизмами органических остатков растений и животных.
Определение содержания органических веществ в почве.
Содержание органического вещества – это отношение массы органики в исходном образце почвы к массе абсолютно сухой почвы по формуле 2.
Оборудование для определения органического вещества в почве.
Шкаф сушильный, горелка газовая, весы лабораторные, стаканчики весовые.
15.02.2013
Преподаватель: Панов Андрей Иванович.
Учебник: Кленин, Киселев, Левшин «Сельскохозяйственные машины».
Земледельческая механика – это прикладная техническая дисциплина, изучающая законы теоретической механики применительно к анализу работы сельскохозяйственных машин, т.е. воздействию рабочих органов сельскохозяйственных машин на объекты обработки (почву, растения, удобрения, семена и т.п.)
Системы земледелия.
Система земледелия – это комплекс взаимосвязанных агрономических, технических и организационных мероприятий, направленных на эффективное использование земли, повышение плодородия почвы, получения высоких устойчивых урожаев, снижение производственных затрат и сокращение вредных выбросов в природу.
-
Примитивные: подсечно-огневые, лесопильные, залежно-переложные.
-
Экстенсивные: зернопаровые, парозерновые, зернопаропропашные.
-
Интенсивные: севообороты с обоснованным чередованием посевов озимых и яровых зерновых, трав, картофеля, бобовых, корнеплодов.
-
Сберегающие системы: природозащитные и энергосберегающие – минимальная, нулевая; координатная.
Почва как объект механической обработки.
Почва – это поверхностные рыхлые слои горных пород, переработанных и измененных в результате длительного почвообразовательного процесса под действием воды, воздуха, солнечного света, растительных и животных организмов, а также хозяйственной деятельностью человека. Подстилающие почву слои относятся к грунтам.
Почва характеризуется плодородием – способностью производить урожай сельскохозяйственных культур, благодаря содержанию органического вещества – гумуса. Обработка почвы – это механическое воздействие рабочих органов машин и орудий, направленное на изменение ее свойств.
Свойства почвы необходимо знать для сохранения и повышения плодородия, применять научно обоснованные системы обработки и подбирать технические средства для их выполнения с учетом местных природно-климатических условий и даже свойств почвы каждого отдельного поля. В процессе взаимодействия почвы с рабочими органами изменяются:
-
Физико-механические свойства.
-
Технологические свойства.
Физико-механические свойства почвы:
-
Механический состав и структура (гранулометрический состав) почвы показывает, из каких фракций по размерам твердых частиц состоит почва.
-
Скважность – отношение объема пустот в почве к ее общему объему.
-
Плотность.
-
Влажность.
Почва, как трехфазная дисперсная среда.
Фазы (физические состояния) веществ почвы: твердая, жидкая, газовая.
Твердая фаза почвы.
Твердая фаза. В состав твердой фазы почвы 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 мелкозем.
По массовой доле камней почвы разделяют на:
-
Некаменистые почвы (камней меньше 0.5%).
-
Слабокаменистые (0.5…5%).
-
Среднекаменистые (5…10%).
-
Сильнокаменистые (больше 10%).
Увеличение камней в почве повышает износ рабочих органов почвообрабатывающих машин.
Мелкозем по размерам диаметра D разделяют на фракции: физическую глину с диаметром частиц D<0.01 мм, физический песок – D>0.01 мм.
В зависимости от отношения сигма = масса глины/масса песка различают следующие типы почв:
-
Сигма > 1 – глинистая (>50% глины).
-
Сигма = 0.25…1.0 суглинистая (25…50% глины).
-
Сигма = 0.1…0.25 супесчаная (10…25% глины).
-
Сигма < 0.1 песчаная (<10% глины).
С увеличением соотношения сигма возрастают затраты энергии на обработку почвы, поэтому глинистые почвы относят к тяжелым, а песчаные – к легким.
Во влажном состоянии тяжелые глинистые почвы налипают на рабочие поверхности, а в сухом в них образуются крупные глыбы.
Структурные почвы – распадаются на отдельные различные по величине и форме агрегаты и залегают рыхлым слоем. Бесструктурные почвы – представляют плотную массу мелких пылевидных частиц или состоят из плотных крупных глыбистых комков.
Коэффициент структурности почвы служит для оценки качества ее обработки (формула 1).
Сложение структурных почв характеризуют скважность (пористостью) и плотностью.
Скважность – отношение объема пустот в почвы к ее общему объему. Значения скважности почв – 30…85%. Меньшие значения соответствуют песчаным, в большие – торфяным почвам.
Плотность почвы выражают отношением по формуле 2. Оптимальная плотность почвы для развития растений, г/см3: для зерновых культур 1.1-1.3, картофеля 1.0-1.2, сахарной свеклы 1.1-1.5. Оптимальная плотность для всех растений – 1.1.
Жидкая фаза.
Корни растений усваивают питательные вещества только в растворенном в воде виде.
Капиллярная влага служит основным источником питания растений. Капиллярная влага заполняет мелкие капилляры, свободно перемещается от более влажных почв к менее увлажненным как горизонтально так и вертикально.
Гравитационная влага передвигается в почве только под действием силы тяжести, просачиваясь из корнеобитаемого слоя.
Количество воды в почве оценивают абсолютной wа или относительной w0 влажностью. Абсолютная влажность – это отношение массы влаги mb (воды и водянистых паров) в исходной почве к массе mc абсолютно сухой почвы (формула 3).
Относительная влажность почвы по формуле 4.
«Физическая спелость» почвы – это состояние почвы, характеризующееся таким соотношением ее фаз, при которой почва оптимально обрабатывается. Для песчаных – 12%, для суглинистых почвы – 12-22%, черноземов – 17-30%, темно-каштановых – 15-18%.
Газообразная фаза почвы.
Воздух – необходимый компонент, обеспечивающий корни растений кислородом и углекислотой. Почвенный воздух отличается по составу от атмосферного, в нем меньше кислорода и больше углекислого газа.
Большинство растений нормально развиваются, если концентрация кислорода в почвенном воздухе 10-20%, а углекислого газа – 0.5-1.0%.
Плодородие почвы и продуктивность растений зависит от интенсивного газообмена между почвой и атмосферой, а также от соотношения объемов в почвенных порах воды и газообразной форме.
22.02.2013
Технологические основы механической обработки почвы.
Технологические свойства почвы – это физические свойства, которые существенно влияют на закономерности и характер протекания процессов ее механической обработки:
-
Прочностные.
-
Фрикционные.
-
Липкость.
-
Упругость и пластичность.
-
Вязкость и хрупкость.
Прочностные свойства почвы. Предел прочности почвы при деформации растяжения в 3-9 раз меньше, чем при деформации сжатия. Большинство рабочих органов машин разрушают почву деформациями сжатия и сдвига.
Твердость почвы – способность сопротивляться внедрению в нее твердых тел, которую измеряют твердомерами с круглыми или коническим наконечником-деформатором (лаб. Работа). Формула 1, средняя твердость, коэффициент объемного смятия.
Трение и прилипание почвы.
Трение – это сопротивление скольжению одного тела относительно другого. Сила трения – это сила сопротивления (сила реакции), вызванная действием активной силы. Сила трения равна той силе, которая ее возбуждает, и имеет предельное значение, выше которого возрасти не может. Максимального значения сила трения достигает при скольжении.
Внешнее трение – сопротивление почвы по поверхностям рабочих органов, колес и других деталей машин.
Внутреннее трение – сопротивление скольжению почвы в почве (формула 2).
Фрикционные свойства почвы.
Коэффициент трения f почвы зависит от механического состава и влажности. Для глинистой почвы f примерно в 2 раза выше, чем песчаной. Чем выше дисперсность почвы, тем больше коэффициент трения. При относительно низкой влажности (до 30%) происходит сухое трение и коэффициент трения не зависит от влажности. График зависимости коэффициента трения от содержания физической глины – график 1. При увлажнении почвы возникают силы молекулярного притяжения между почвенной влагой и материалом и происходит резкое увеличение коэффициента трения. При абсолютной влажности почвы wa = 35-45% значение f достигает максимума.
Липкость почвы. Липкость проявляется как сопротивление скольжению почвы по поверхности рабочего органа или сопротивление при отрыве почвы от поверхности рабочего органа и при разделении почвенных слоев друг от друга. Схема прибора для определения липкости почвы – схема 1. Формула 3 – сопротивления скольжению в случае прилипания Т, Н.
Вязкость, хрупкость, абразивность.
Вязкость – свойство почвы медленно деформироваться как в функции нагрузки, так и в функции времени. Вязкость обусловлена взаимным перемещением частиц. Чем продолжительней нагрузка, тем больше деформации.
Хрупкость противоположна вязкости. У хрупких тел предел упругости не превышает предел упругости. У хрупких тел предел прочности равен пределу упругости. При увеличении скорости обработки почва проявляет более хрупких вид разрушений.
Абразивные свойства проявляются в износе рабочих органов почвообрабатывающих машин и зависят от механического состава и влажности. Общим критерием абразивности можно считать содержание в почве «физического песка». С уменьшением влажности глинистой почвы абразривность увеличивается, а песчаной почвы уменьшается. В первом случае увеличивается удельное давление, во втором – частицы не только скользят, но и перекатываются. При вспашке песчаных сильнокаменистых почв абразивный износ лемехов составляет 100-450 г/га.
Экологические требования к почвообрабатывающим машинам.
Исследованиями ученых установлено, что во многих районах России верхний наиболее плодородный слой подвергается опасности эрозии. Эрозия почвы – это процесс разрушения и сноса верхних плодородных слоев почвы под действием ветра, потоков воды и механического воздействия сельскохозяйственной техники. Частицы почвы диаметром более 1 мм принято считать почвозащитным , а менее 1 мм – эрозионно-опасными. Отношение почвозащитных частиц к эрозионно-опасным частицам 1:1 по массе воздушно-сухой почвы в слое 0-5 см принято называть порогом устойчивости к эрозии.
При увеличении содержания эрозионно-опасных частиц и уменьшении почвозащитных комочков почва начинает подвергаться ветровой и водной эрозии.
-
Рабочие органы почвообрабатывающих машин не должны создавать в почвы эрозионно-опасных частиц размером менее 1 мм.
-
Конструкция рабочих органов почвообрабатывающих машин, применяемых в районах возникновения эрозии должна обеспечивать сохранение максимально возможного количества стерни и других растительных остатков.
-
Давление движителей не должно превышать норм, установленных ГОСТ 26955-86, а ширина колеи прицепных и полунавесных машин должна соответствовать ширине колеи трактора.
-
Для защиты почв от всех видов эрозии важное значение имеют не только конструктивные особенности орудий и посевных машин, но и условия их эффективного использования.
15.03.2013
Силы, действующие на плуг и условия его равновесия.
Тяговое сопротивление плуга.
Горизонтальную составляющую Rx сопротивление плуга при вспашке В.П. Горячкин назвал тяговым сопротивлением и выразил ее трехчленом: формула 1.
Первый член формулы – сопротивление перекатыванию колес плуга весом G, кН и трение полевых досок, fn = 0.4-1.0 – коэффициент сопротивления протаскиванию плуга в открытой борозде.
Второй член формулы – полезное сопротивление пластов почвы на корпусе плуга. Коэффициент удельного сопротивления почвы kп = Rx’ab, где Rx’ – горизонтальная составляющая силы сопротивления, кН, на одном корпусе без учета вредных сопротивлений. Величина kп зависит от типа почвы, а также агротехнического фона, по которому производится вспашка.
Классификация почв по удельному сопротивлению при вспашке kп, кПа: легкие <=30, средние 30-50, среднетяжелые 50-70, тяжелые 70-120, очень тяжелые >=120.
Третий член формулы εabnν2 – скоростное сопротивление, зависящее от кинетической энергии, передаваемой почвенным пластам. Коэффициент ε, кг/м3 = (Н*с2)/м4 скоростного сопротивления зависит от типа почвы и геометрии рабочих поверхностей плужных корпусов. При скорости вспашки до 5-7 км/ч величина третьего члена формулы Горячкина составляет более 3-4%. Среднее значение ε составляет 1500.
Удельное сопротивление плуга (формула 2). Удельное сопротивление плуг k учитывает все три составляющие тягового сопротивления, входящие в формулу Горячкина. На удельное сопротивление плуга влияют технологические свойства почвы, конструктивные параметры плуга, его регулировки и скорость движения.
Затраты энергии на вспашку почвы плугом на длине поля l, м: формула 3. То есть энергозатраты на обработку 1 м2 почвы равны удельному сопротивлению плуга k, кДж/м3. Энергия, необходимая для работы плуга на площади 1 га: формула 4.
КПД плуга. Коэффициент полезного действия – отношение полезной работы ко всей затраченной. КПД плуга выражается отношением полезных сопротивлений, связанных непосредственно с выполнением технологической операции вспашки, к полному тяговому сопротивлению: формула 5. КПД для навесных и полунавесных плугов η = 0.70-0.80, прицепных плугов η = 0.65-0.70.
Условия равновесия плуга.
Плуг будет в равновесии, если суммы моментов всех действующих сил в горизонтальной и вертикальной плоскостях относительно его мгновенных центров вращения π1 и π2 равны нулю: формула 6. В горизонтальной плоскости устойчивость плуга зависит от направления действия «линии тяги» - вектора Pxy. При отклонении направления линии тяги от продольной оси трактора изменяется величина реакции на полевые доски плуга (возможен перекос плуга ухудшается управляемость трактора).
В вертикальной плоскости изменяя положение верхней тяги навесного устройства трактора можно догружать задние ведущие колеса (вертикальной составляющей –Px силы сопротивления плуга) для повышения их сцепления с почвой и уменьшения буксования.
Силы, действующие на плуг: реакции на лемешно-отвальных поверхностях Rxy и Rxz, сила тяжести G, силы трения на полевых досках F, нагрузка на опорном колесе N, силы тяги трактора Pxy и Pxz.