Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния проблемы 20
1.1. Агротехническое обоснование прогрессивных технологий использования гербицидов на посевах пропашных культур . 20
1.2. Обзор известных технических решений в области применения гербицидов 25
1.2.1. Классификация методов и технических средств для применения гербицидов 25
1.2.2. Ультрамалообъсмиое опрыскивание 33
1.2.3. Гидравлические распылители 36
1.2.4. Технические средства для впутрипочвениого внесения гербицидов 40
1.2.5. Агротехнические требования к перспективным машинам и технологиям 42
1.3. Обзор методов математического моделирования почвообработ-ки как теоретической основы проектирования рабочих органов для внутрипочвенного внесения гербицидов 44
1.4. Теоретические предпосылки исследований почвы как пластической или связной сплошной среды 45
1.4.1. Предельные условия 46
1.4.2. Понятие плоской задачи 56
1.4.3. Компоненты тензора напряжений для случая плоского предельного равновесия 60
1.4.4. Условие предельного равновесия в компонентах тензора напряжений 61
1.4.5. Дифференциальные уравнения плоского предельного равновесия 61
1.4.6. Характеристический метод решения гиперболических систем уравнений 64
1.4.7. Определение и классификация краевых задач 66
1.4.8. Характеристическое решение систем уравнений предельного равновесия 73
Выводы по разделу 78
2. Развитие общей теории напряженного состояния почвы как сплошной неупругой средві в состоянии предельного равновесия 79
2.1. Система уравнений плоского предельного равновесия идеально-связной среды. Замена переменных по характеристическому решению 79
2.2. Соотношения на декартовых координатах для системы уравнений плоского предельного равновесия идеально-связной среды 82
2.2.1. Постановка задачи 82
2.2.2. Масштабирующие функции-множители 83
2.2.3. Выбор простейших представлений масштабирующих функций-множителей 89
2.2.4. Общая дифференциальная форма соотношений на декартовых координатах 89
2.2.5. Интегралы соотношений на декартовых координатах 92
2.3. Анализ физической осмысленности полученных соотношений на декартовых координатах 93
2.3.1. Условия тестовых задач и тестовые закономерности 94
2.3.2. Предварительный анализ тестовых закономерностей 96
2.3.3. Адаптированный вариант соотношений на декартовых координатах 96
2.3.4. Оценка адекватности полученных соотношений 99
2.3.5. Формулировка правил периодичности 100
2.4. Два комплекта соотношений на декартовых осях, две различные задачи и два разных предельных состояния модельной среды 101
2.5. Решение задачи об уплотнении модельной среды 104
2.5.1. Формулировка граничных условии 105
2.5.2. Компоненты тензора напряжений на осях декартовых координат 106
2.5.3. Интеграл внешней нагрузки, действующей вдоль поверхности уплотнения 107
2.5.4. Конечное предельное напряженное состояние. Построение сетки линий скольжения 111
2.6. Анализ адекватности правила знаков касательных напряжений 114
Выводы по разделу 117
3. Задача В.П.Горячкина об опережающей трещине 118
3.1. Общие положения из теории предельного равновесия 118
3.2. Постановка задачи. Частный случай 120
3.3. Анализ задачи. Формулировка граничных условий 122
3.3.1. Предварительные выводы в отношении граничных условий на свободном контуре 122
3.3.2. Напряженное состояние среды в объеме ближайших окрестностей пятна контакта 123
3.4. Адаптация соотношений на координатных прямых 131
3.4.1. Компоненты тензора напряжений на осях декартовых координат 132
3.5. Формулировка граничных условий, действующих вдоль пятна контакта 133
3.5.1. Определение постоянных, вошедших в соотношения на ординате, выполняющиеся вдоль пятна контакта 135
3.5.2. Преобразование граничного условия, действующего на пятне контакта 136
3.5.3. Анализ и графическая интерпретация граничного условия, действующего на пятне контакта 137
3.6. Интегралы нормальной и касательной компонент полного напряжения, действующего на пятне контакта 153
3.6.1. Интеграл нормальной составляющей полного напряжения 153
3.6.2. Интеграл касательной составляющей полного напряжения 157
3.7. Интегралы нормальной и касательной компонент полного напряжения, действующего в горизонтальном сечении гребня 162
3.7.1. Интеграл нормальной составляющей полного напряжения 162
3.7.2. Интеграл касательной составляющей полного напряжения 164
3.8. Согласование величин, определяющих напряженное состояние среды в области пятна контакта 165
3.9. Согласование величин, определяющих напряженное состояние среды в горизонтальном сечении предельной области 183
3.9.1. Постоянные величины из соотношений па абсциссе для гребня 183
3.9.2. Постоянные величины из соотношений па абсциссе для средней части предельной области 186
3.9.3. Постоянные величины из соотношений па абсциссе для нижней части предельной области 187
3.10. Согласование величии, определяющих напряженное состояние среды в вертикальном сечении предельной области 189
3.11. Алгоритм расчета координат точек кривой свободного контура 190
3.12. Усовершенствованный алгоритм согласования и проверки корректности начальных данных Hi 1
3.13. Расчет координат точек огибающей кривой 200
3.13.1. Алгоритм вычисления координат точек огибающей кривой, в предположении, что она является характеристикой одного из семейств 200
3.13.2. Анализ граничных условий 204
3.13.3. Уточнение физического смысла огибающей кривой 210
Выводы по разделу 218
4. Процессы образования полости в почве и распыления в ней рабочих жидкостей 221
4.1. Образование в почве полости, предназначенной для распределения жидких удобрений и или иных средств химзащиты растений 221
4.1.1. Динамический характер процесса образования полости в почве 221
4.1.2. Стрельчатая лапа основа комбинированного рабочего органа 221
4.1.З. Согласование конструктивных и режимных параметров рабочего органа 226
4.2. Моделирование распределения жидкости по обрабатываемой поверхности 230
4.2.1. Постановка и актуальность задачи 230
4.2.2. Факел распыла жидкости как векторное поле 231
4.2.3. Распыление жидкости по свободно ориентированной площадке 239
4.2.4. Методика пересчета нормированной характеристики распылителя 243
4.2.5. Анализ результатов моделирования 247
Выводы по разделу 248
5. Разработки технологий и технических средств для внбсения жидких удобрений и химзащиты растений 250
5.1. Разработка комбинированных рабочих органов для иочвообработки и внесения жидких удобрений и или иных средств хим защиты растений 250
5.1.1. Рабочие органы для открытого ленточного внесения жидких гербицидов 250
5.1.2. Цельносварной стрельчатый рабочий орган для внутри-почвенного внесения гербицидов 254
5.1.3. Рабочий орган с криволинейными лемехами и разборной стойкой 262
5.1.4. Эргономичный рабочий орган 267
5.1.5. Рабочий орган для внутриночвепного внесения гербицидов на комковатых почвах 272
5.1.6. Рабочий орган для внутриночвепного внесения гербицидов с применением технологии размазывания 275
5.2. Разработка технологии ленточного внутриночвепного внесения гербицидов 275
5.2.1. Обоснование и анализ возможных вариантов реализации технологии ленточного внутриночвепного внесения гербицидов 275
5.2.2. Обоснование и анализ перспективных гидравлических схем машин для ленточного внутриночвепного внесения гербицидов 287
5.2.3. Разработка перспективных технических средств для вождения агрегатов по направляющим щелям в почве 289
Выводы по разделу 292
6. Экспериментальное исследование технологии и технических средств для ленточного внутрипочвенного внесения гербицидов 294
6.1. Испытание распылителей 294
6.1.1. Стенд для испытания распылителей 294
6.1.2. Основные положения методики подготовки распылителей к испытаниям и самих испытаний 295
6.1.3. Характеристики прямоточных щелевых распылителей с прямоугольным шлицом 297
6.2. Радиоизотопный эксперимент по исследованию конечного распределения рабочей жидкости при се внутрипочвеином внесении разработанными рабочими органами 303
6.2.1. Полевая исследовательская машина 303
6.2.2. Мерительный инструментарий и приборы 305
6.2.3. Выбор радионуклида 313
6.2.4. Совершенствование регистрирующей аппаратуры 318
6.2.5. Программа и методика эксперимента 322
6.2.6. Результаты радиоизотопного эксперимента 328
6.3. Эксперимент по оценке перераспределения семян полезных растений вследствие выполнения самостоятельной операции послепосевного внутрипочвеиного внесения гербицидов 330
6.3.1. Программа и методика эксперимента 336
6.3.2. Метод Монте-Карло. Математическая модель посева 338
6.3.3. Метод скользящего среднего. Совершенствование методики оценки параметров распределения растений по ширине ленты рассева 347
6.3.4. Результаты эксперимента 357
6.4. Эксперимент по оценке закономерностей уплотнения почвы вследствие выполнения самостоятельной операции послепосевного внутрипочвеиного внесения гербицидов 365
Выводы по разделу 367
7. Оценка эффективности разработанных технологий и технических средств для ленточного внутрипочвеиного внесения гербицидов 370
7.1. Агротехнические преимущества 370
7.2. Оценка предложенных ипжснсрио-тсхпологичсскмх решений на экологичиость и эргоиомичиость 373
7.2.1. Уменьшение отрицательного воздействия на окружающую среду 373
7.2.2. Улучшение условий и повышение производительности труда обслуживающего персонала и механизаторов 373
7.3. Разработка метода для экспресс-оценки безопасности и эффективности гербицидиого действия 375
7.4. Экономическая эффективность применения послепосевного ленточного внутрипочвенного внесения гербицидов 383
Выводы по разделу 389
Общие выводы 390
Приложения 395
- Дифференциальные уравнения плоского предельного равновесия
- Общая дифференциальная форма соотношений на декартовых координатах
- Анализ и графическая интерпретация граничного условия, действующего на пятне контакта
- Согласование конструктивных и режимных параметров рабочего органа
Дифференциальные уравнения плоского предельного равновесия
В отношении равномерности распределения гербицида под слоем почвы, то РО Юиаева А.А. и Гииломедова В.П. [128], также представляющий собой стрельчатую лапу с несколькими жиклерами под крыльями, не лишены недостатков. Использование нескольких распылителей на одном РО, несмотря на предельное уменьшение проходных сечений жиклеров, приводит к существенному увеличению расхода РЖ, а, следовательно к ухудшению ряда технико-экономических показателей. Уменьшение проходных сечений жиклеров нсоправдапо и с позиции надежности технологического процесса, поскольку увеличивает возможность их засорения.
С этой точки зрения более рациональным является РО Краснодарского НИИ сельского хозяйства имени П.П.Лукьянеико, в конструкции которого предусмотрено использование одного распылителя.
Наиболее совершенным является РО, разработанный учеными США (рис. 1.9) [129], также представляющий собой плоскорежущую лапу 1, выполненную заодно со стойкой 2 и кожухом 3, внутри которого установлен двухжиклерный распылитель 4.
Особенностями такой конструкции являются: во-первых, малые значения углов крошения плоскорежущей лапы 1, а, во-вторых, наличие защитного кожуха 3, предотвращающего попадание почвы на распылитель 4. Первое свойство обеспечивает устойчивую работу лапы на малой глубине и является положительным. Второе нерационально. На самом деле наличие защитного кожуха усугубляет склонность РО к залипанню. Причина заключается в том, что верхний козырек кожуха 3 сильно выступает назад за пределы распылителя 4 и при вынужденной остановке РО под слоем почвы смачивается раствором гербицидов. В результате на смоченный козырек кожуха 3 снизу прилипает почва. Наличие метшіличеекой плоскости под распылителями 4 также способствует закреплению налипшей почвы.
Нерациональным является и применение двухжиклерного распылителя, вместо щелевого с одной проточной частью. В целом удачная компоновочная схема этого РО могла бы послужить прототипом для разработки новых конструкций таких устройств. почвенных препаратов можно реализовать только при комплексном их использовании, т.е. в случае применения интегрированного метода защиты растений, включающего комплекс различных агротехнических приемов.
Совершенствованию подлежат как технологии применения почвенных препаратов, так и устройства для их осуществления. Набор ТС для внесения почвенных гербицидов и технология возделывания культуры в целом должны предусматривать выполнение этой операции как в комплексе с другими, так и самостоятельно. Агротехнические требования, которым должны отвечать ТС для внесения почвенных гербицидов, следующие: 1. Распределение препарата в объеме почвы в виде расположенного на заданной глубине горизонтального, токсичного для сорняков слоя [42]; 2. Способ внесения препарата в почву опрыскивание дна борозды открытым или подповерхностным способом; 3. Внесение гербицидов ленточное, с шириной лент нс менее 20 см, что соответствует ширине защитной зоны рядков [127]; 4. Заделка гербицидпого слоя полная, при глубине внесения 3 10 см и стабильности хода РО по глубине до ±1 см; 5. Норма расхода препарата не более 50 л/га, т.е. в пределах мало-объемиого опрыскивания [17]; 6. Рабочее вещество препараты в виде летучих и нелетучих жидкостей, представляющих собой растворы, устойчивые эмульсии или суспензии различной концентрации, а также их баковые смеси; 7. Отклонение расхода РЖ по распылителям не более ±5 % [17]; 8. Отклонение расхода РЖ по длине гона не более ±15 % [17]; 9. Адаптивность возможность настройки па различные режимы ра боты в зависимости от нормы расхода РЖ, скорости передвижения, рабочего давления и числа задействованных распылителей, а также возможность быстрой очистки и освобождения системы от ядохимиката; 10. Экологичность оснащение распылителей индивидуальными от сскатслями, исключающими выток РЖ после снятия рабочего давления; 11. Надежность обеспечивается системой фильтрации, в частности индивидуальными для каждого распылителя фильтрами, исключающими нарушения техпроцесса по причине засорения системы. Повышение эффективности применения почвенных препаратов, путем создания отвечающих приведенным выше требованиям ТС для DBF, а также некоторые совершенствования технологий возделывания пропашных культур, является одной из целей настоящей работы.
Обзор методов математического моделирования почвообработки как теоретической основы проектирования рабочих органов для внутри почвенного внесения гербицидов
Каким бы ни был РО для ВВГ, в любом случае он должен взаимодействовать с почвой, а, значит, понимание механизмов этого взаимодействия лежит в плоскости теории почвообработки. Основоположником этой теории, равно как и воообще земледельческой механики в постсоветских странах заслужено считается академик ВАСХНИЛ Василий Прохорович Горячкин (годы жизни 1868 1935; научные труды около 300 печатных листов) [130]. Несколько позже в области земледельческой механики плодотворно работа,:і Петр Мсфодиевич Василенко (годы жизни 1900 1999, более 200 научных работ) [131]. Значительный вклад в теорию почвообработки внесли Зеленин А.Н. [132], Сииеоков Г.Н., Панов И.М. [133], Вето-хин В.И. [134,135], Кушнарев А.С. [136 138], Дубровин В.А. [139], Паичеп-ко А.Н. [140], Пащенко В.Ф. [141,142], Ковбаса В.П. [143], Сало В.М. [144] и др.. Состояние земледельческой механики за рубежем можно проследить по работе [145] и монографии А.Кулеиа и Х.Куиисрса [146].
Общая дифференциальная форма соотношений на декартовых координатах
Далее систему уравнений (2.14) условимся называть системой-следствием замены независимых переменных по характеристическому решению исходной гиперболической системы (1.38). Если sin 5, cos 5, 7n i и -$v;2 рассматривать как некоторые известные функции ЛІ, і = 1,2, то в общем случае систему (2.14) следует классифицировать как линейную гиперболическую. После приведения ее уравнений к каноническому виду [190] их можно интегрировать, например, с применением метода разделения переменных (метода Фурье) [185,195]. Для рассматриваемого класса систем уравнений, нашедших применение в теориях пластичности [158,186] и предельного равновесия [157]. условия гиперболичности в узком смысле - соблюдаются. В работе [204] приводится доказательство теоремы: v Применительно к системе двух квазилинейных гиперболических в узком смысле дифференциальных уравнений первого порядка (1.38), любое ненулевое решение v = v(X) и из = и)(Х) системы равенств смешанных производных (2.12) удовлетворяет требованию (2.1) невырожденности преобразований независимых координат х = .т(А), у = у(А), выполняемых с использованием предлагаемой явной замены (2.10) в процессе перехода на сетку характеристик (Л1.Л2), т.е. к системе соотношений на характеристиках (1.49)". Таким образом, применительно к системе (1.38), можно осуществить переход па сетку характеристик А,;, і = 1,2 (к системе (1.49)), не заботясь о поиске масштабирующих функций v и из. Домножая уравнения (1.35) с верхними и нижними знаками соответственно на w и г , учитывая (1.69), (1.70) и (2.15), (2.16), получаем форму (1.49) соотношений на характеристиках. После интегрирования они дают (1.82). Частные производные (2.16) с учетом условия (2.13) удовлетворяют требованию (2.1), а, значит, проведенные выше преобразования невырожденные. Таким образом, путем прямой замены переменных получено характеристическое решение системы (1.35). Его недостаток состоит в том, что соотношения (1.81) выполняются на характеристиках (1.80), положение и форма которых неизвестна. Поставим задачу получить соотношения, подобные (1.81), но выполняющиеся вдоль ортогональных прямых, параллельных осям системы координат. В дальнейшем такие соотношения будем называть соотношениями на декартовых координатах.
Масштабирующие фуикции-множители. Описанный выше переход на сетку характеристик А,, г = 1, 2, предполагает существование решения системы равенств смешанных производных (2.12) или полученной от псе системы (2.14), по не требует нахождения этого решения. В таком случае уравнения (2.10), (2.15) связи старых и новых координат х = #(А), у = у (А), где А = (Аі. А2), остаются неизвестными.
Система-следствие замены независимых переменных по характеристическому решению. Постановка задачи для поиска аналитического представления масштабирующих функций-множителей v и а понимаем как произвольные постоянные, значения которых задаются краевыми условиями задачи (2.19) (2.22).
Можно показать, что последний случай с комплексными собственными значениями /л не единственный. Возможны иные комбинации /л и Сь\ С , приводящие к действительному решению задачи (2.18) (2.22). Но по отношению к независимым переменным Лі и Л2, такие решения всегда будут состоять из тригонометрических функций и экспонент.
В заключение можно сделать вывод, что для задачи (2.18) (2.22) методом разделения переменных (методом Фурье) можно получить три класса простейших решений: 1) экспоненциальный (2.25) когда независимые переменные Ai и Л2 располагаются иод знаком экспоненты; 2) тригонометрический (2.27), когда тс же независимые переменные входят в аргументы тригонометрических функций; 3) смешанный класс решений (2.28), содержащий как экспоненциальную, так и тригонометрическую компоненты.
Анализ краевых условий (2.20) задачи Коши (2.18) (2.22) предполагает следующее: во-первых, оценку корректности постановки рассматриваемой задачи Коши; во-вторых, поиск ответа на вопрос, какой из полученных классов действительных решений наиболее приемлем с точки зрения процедуры согласования постоянных коэффициентов в них и, наконец, в-третьих, обоснование математического аппарата согласования постоянных коэффициентов выбранного класса решения.
На первый вопрос можно дать ответ исходя из анализа любого из найденных классов решений (2.25), (2.27) или (2.28). Если удалось согласовать все коэффициенты (включая те, которые с пулевыми индексами) одного из выражений, например, для v(X) так, чтобы удовлетворить краевым условиям (2.19), (2.20), то коэффициенты другого выражения (для ы(\)) вытекают автоматически непосредственно из (2.25), (2.27) или (2.28), и тогда нет необходимости знать краевую функцию си(т). Отсюда вывод: либо следует исключить из условия задачи одну из функций v(r) или о;(г), либо v(r) И (Т) (2.20) должны быть согласованы между собой.
Ответ па второй вопрос вытекает из следующего. Чаще всего решение подобной задачи представляется в виде разложения в ряды Фурье [195,270 272,274], и с этих позиций наиболее подходящим является тригонометрический класс полученных действительных решений (2.27).
Третий вопрос о математических методах согласования коэффициентов выражений (2.27), подробно рассматривался в работе [167]. Поэтому далее приведем только общие подходы.
Использовав краевую функцию г;(т), и, возможно, некоторые дополнительные краевые условия, а также компоненты рядов тригонометрического класса решения (2.27), необходимо определить вошедшие в них постоянные коэффициенты и, в конечном итоге, представить искомые функции v(X) и и;(Л) в виде двух бесконечных равномерно и абсолютно сходящихся, а также дважды дифференцируемых по обеим переменным Лі и Л2 рядов Фурье [190,195,274]. Для этого необходимо, чтобы граничная функция v(r) В пределах промежутка г Є [та, rj была интегрируема в собственном или несобственном смысле. В последнем случае она должна быть абсолютно интегрируема [273]. Сходимость полученных рядов также зависит от характера граничной функции v(r). Соблюдение всех этих условий будет означать, что полученные таким образом выражения удовлетворят как граничным условиям (2.20), так и системе уравнений (2.18), а значит составят классическое решение задачи Коши (2.18) (2.22).
Анализ и графическая интерпретация граничного условия, действующего на пятне контакта
Далее условимся понимать, что почва полностью соответствует модели сплошной, псу пру гой, идеально-связной среды, обладающей удельным весом 7 и характеризующейся связностью к. Всякий раз, когда почва подвергается внешнему силовому воздействию посредством жесткого рабочего органа, напряженное состояние, которое возникает в ее объеме условимся соотносить со статическим состоянием предельного равновесия.
Для расчета параметров напряженного состояния предельного равновесия воспользуемся работами [157,167,179,204,261,262,280,289,290,294].
Наиряжепное состояние, которое возникает в каждой точке объема среды опишем посредством тензора напряжений, определенного в ортогональной декартовой системе координат Oxyz. Его нормальные компоненты &ХХУ ауу и azz условимся считать положительными, если они сжимающие, а касательные аху, axz и ryz в соответствии с правилом, изложенным в п.р. 2.6. Главные нормальные напряжения ai, сто. аз и ранжируем так ai (72 СГ3. Все задачи в дальнейшем, используя правую двумерную декартову систему координат Оху, сведем к плоской постановке.
Ориентацию &\ и с?з, как и рапсе (рис. 1.18), определяем посредством угла (р между линией действия тз с осью абсцисс координатной системы Оху, а ориентацию самой Оху посредством угла а между осью ординат и вектором силы веса среды. Если угол ip = р+ или р = р определяется в соответствии с рис. 3.1,А, то приведенное в п.р. 2.6 и работе [167] правило знаков касательных напряжений принимается без изменений. Если же угол определяется как па рис. 3.1,В, что равноценно изменению его знака, то упомянутое правило также изменяется на обратное.
Учитывая вышеизложенное, применяя полусумму главных нормальных напряжений s (1.29), интересующие нас компоненты тензора напряжений можно определить уравнениями (1.31), а напряженное состояния в Сплошной массив идеально-связной среды 1 (рис. 3.2) находится в статическом взаимодействии с нагруженной внешней распределенной силой Р вертикальной жесткой пластиной (деформатором) 2 [291 293]. Область взаимодействия сплошной среды 1 с деформатором 2 соотнесена с декартовой системой координат Оху, базисная точка О которой привязана к вершине гребня точке Ru\ ось абсцисс ориентирована справа налево, а ось ординат вертикально вниз (а = 0 на рисунке не показан). Принятые допущения и предположения: 1) Несмотря на то, что разным значениям Р соответствует различная геометрия области взаимодействия сплошной среды 1 (кривая MLmRu), при каждом новом фиксированном Р ситуация по прежнему отвечает теории плоского предельного равновесия идеально-связной среды [167]; 2) Увеличение Р приводит к безотрывному подъему вершины гребня (точки Ди), по лобовой поверхности RUR деформатора 2. 3) Задача соответствует условиям плоской постановки [167]. Т.е. размер массива сплошной среды и деформатора, измеренный по нормали к плоскости листа настолько большой, что его можно считать бесконечным. а в расчет принимается любой его отрезок единичной длины с которым соотносятся все известные и неизвестные параметры задачи. Известные величины: 7 плотность сплошной среды (в Н/мм3); к коэффициент сцепления (в Н/мм2); / коэффициенты внешнего трения идеалыю-связиой среды по материалу лобовой поверхности деформатора; h глубина погружения деформатора (в мм); у ордината нижней точки деформатора (в мм); (3 угол между осью абсцисс Ох и касательной к поверхности свободного контура ML"1! в точке Ru (рад.); /?о начальное значение угла 3 (если Р = 0, то во = 0); Г х0 и /у0 интегральные значения (в Н) горизонтальной и вертикальной составляющих Р. В процессе решения задачи к конкретному виду почвы привязываться не будем, а вместо этого исследуем расширенные диапазоны цифровых величин. которые гарантировано охватывают и тс. которые принадлежат к наиболее распространенным в Харьковской области черноземам. Так оптимальной является плотность -у почвы 1,1 1,25 г/см , а реальный для приповерхностного слоя наполе 1,0 1,5 г/см (10 5Н мм ) [295]. Коэффициент внешнего трения / почвы по стали лежит в диапазоне 0,45 0,70, но с учетом налипания для глинистых почв может достигать 0,60 0,95 [296]. Коэффициент сцепления всегда меньше 0,15 Н/мм2 [296]. Требуется: а) по заданному значению угла /3 определить величину коэффициента сцепления к и, наоборот, по заданному к вычислить /3; б) определить форму криволинейной поверхности MLmRu\ в) определить компоненты тензора напряжений аХХу ауу и аху для всех точек поверхностей RUR и MLmRu, а также примыкающего к ним объема; г) для области предельного равновесия, располагающейся между поверхностями R"R и MLmRu построить сетку линий скольжения; д) изучить связь перечисленного в пунктах а)... г) с интенсивностью силового воздействия Р.
Согласование конструктивных и режимных параметров рабочего органа
Если скорость v движения РО равна 2.0 м/с, то за пределы расчетной ширины 5 0 полосы обработки направляются 20\ равные 63 (57%) из 110 (100%) угла 0 раствора ФР РЖ распылителем. При скорости ь\ равной 2,5 м/с, доля угла 0 раствора ФР РЖ, приходящаяся за пределы полосы So, составит 69% (20г = 76), т.е. па 12% больше.
Поскольку скорость движения агрегата величина переменная, то это означает, что в текущем случае добиться программируемого распределение РЖ под слоем почвы невозможно. Необходимо либо менять саму конструкцию РО целиком, либо, как минимум ориентацию сопла распылителя. Второй вариант проще. Он предполагает совмещение оси ФР с линией ОС (рис. 4.2), которая с плоскостью резания РО образует угол Д.
Согласование конструктивных и режимных параметров рабочего органа. Когда форма лапы, место установки распылителя, угол А наклона его ФР и рабочая скорость v согласованы между собой, то ФР РЖ полностью располагается в СП и, не задевая ПО, направляется на дно борозды. На рис. 4.2С прямой /J/ показано место встречи ФР РЖ с дном борозды. Тут же видно, что ДГП между СП и ПО на уровне дна борозды, т.е. линия С ОС отстоит от заднего обреза лемехов РО дальше, чем /{/ а ДГП СПП, т.е. линия Р Р Р Р{Р С1ДС дальше. В этом случае распределение РЖ под слоем почвы, в частности, ширина обрабатываемой полосы 5о, являются определенными, соответствуют характеристикам распылителя и, начиная с некоторого критического значения скорости v t min, от нес не зависят. Тут под критическим значением скорости v движения РО понимаем значение vm-m, при котором размеры СП еще достаточны для размещения в нем ФР, т.е. точка С располагается па прямой І[І2- Таким образом, при расчете конструкции РО центральное место занимает поиск формы и положения в пространстве ДГП между СП и ПО и, в частности, линии С С С пересечения этой ДГП с дном борозды.
Для максимально точного решения такой задачи сначала необходимо определиться к какой модельной среде отнести почву. Затем сформулировать краевую задачу о взаимодействии модельной среды с РО и краевые условия к ней. И, наконец, одним из подходящих методов, например, конечных разностей, решить эту задачу (разделы 2 и 3). С точки зрения инженерного подхода это неприемлемо трудоемкий и сложный путь.
Упростить расчеты и, тем привести их к приемлемому для конструкторских применений уровню можно приняв ряд приближений. Тут возможны варианты. С одной стороны, снижение трудоемкости. С другой потеря точности и, следовательно, надежности принятых решений. Нельзя допустить, чтобы ФР РЖ достигал ПО. Обоснованными следует считать такие приближения, которые корректируют результат в известном и нужном направлении. Точность решения па втором месте.
Если расчетное положение линии C[C Cf2 наверняка не совпадает с фактическим и гарантировано располагается слева от фактического (ближе к лапе), то это допустимо. В таком случае, ориентированный на точку
С распылитель будет иметь ФР, полностью располагающийся в СП. Если суметом принятого приближения точность расчетов даже повысилась, но при этом достоверно известно, что расчетное положение ЛИНИИ С[С С 2 сдвинулось по отношению к фактическому вправо, то такое приближение не приемлемо. Выбирать такую позицию точки С в качестве ориентира для распылителя нельзя, поскольку фактически она располагается точно в ПО. Значит в ПО попадет и ФР, что недопустимо.
С учетом выше изложенного, опять возвращаясь к рис. 4.1, дополним ранее принятые приближения. Будем считать, что в результате абсолютно пеуиругого взаимодействия почвы с двугранным клином а, не все частицы почвы в равной мерс изменяют свою вертикальную и горизонтальную составляющие скорости движения. Некоторые из них, в полной мере до fcos а, изменив свою горизонтальную составляющую, совсем не приобретают вертикальной. Это те частицы, которые непосредственно с клином а не взаимодействуют и находятся от него на значительном удалении, вплоть до точки А на верхнем краю опережающей трещины АК. По отношению к размерам СП, это самые неблагоприятные частицы. В первое мгновение, взаимодействия с клипом а, они вертикальной скорости не приобретают, а горизонтальную, наоборот, теряют. Если представить, что в дальнейшем эти частицы с почвой не провзаимодействуют, например, вследствие образования трещин, то в процессе свободного падения они приобретут значительную направленную вниз вертикальную составляющую скорости. Минимальный размер /сп СП определят именно они.
В зависимости от модуля скорости г?, глубины хода Н и высоты h двугранного клина а тут возможны три варианта движения рассматриваемых частиц. По первому варианту (рис. 4.1 А) частица не задевает лобовую поверхность KL клина а и ее траектория ABC относительного движения располагается выше клина а. В этом случае длину IQ1{ СП можно определить, использовав известные выражения [300] для свободно падающего тела, начальная скорость которого ориентирована горизонтально.