Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса, цель и задачи исследования 9
1.1 Тенденции развития машин для поверхностной обработки -почвы и требования к качеству выполнения технологического процесса 9
1.2 Анализ конструкций комбинированных почвообрабатывающих орудий 15
1.3 Анализ научных исследований по обоснованию конструкции комбинированных почвообрабатывающих машин 23
1.4 Анализ моделей почвенной среды 27
1.5 Цель, задачи исследований 39
2 Теоретические исследования взаимодействия рабочих органов с почвой 41
2.1 Модель процесса взаимодействия рабочего органа с почвой 42
2.1.1 Определение расчетной области, начальных и граничных условий модели 42
2.1.2 Численная реализация модели процесса взаимодействия рабочего органа с почвенной средой 51
2.2 Теоретическое обоснование конструктивной схемы и параметров орудия. 51
2.2.1 Теоретическое обоснование компоновочной схемы орудия 51
2.2.2 Размещение лаповых рабочих органов на раме орудия 58
2.2.3 Выбор взаимного расположения лаповых и дисковых рабочих органов 63
2.2.4 Выбор рационального расположения дисковых рабочих органов нараме орудия 65
2.2.5. Выбор параметров прикатывающего катка 68
Выводы по главе 74
3 Методика экспериментальных исследований 76
3.1 Оценка условий проведения экспериментальных исследований 76
3.2 Методика проведения энергетической оценки орудия 78
3.3 Методика проведения агротехнической оценки орудия 91
3.4 Методика обработки экспериментальных данных 95
Выводы по главе 97
4 Результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию конструктивно-технологических параметров комбинированного почвообрабатывающего орудия 99
4.1 Обоснование конструктивно-технологических параметров лаповых рабочих органов орудия 99
4.2 Обоснование конструктивно-технологических параметров орудия 110
4.3 Обоснование параметров опорно-прикатывающего катка 118
4.4 Результаты энергетической оценки орудия 122
4.5 Результаты агротехнической оценки работы орудия 126
Выводы по главе 129
5 Технико-экономическая эффективность внедрения комбинированного почвообрабатывающего орудия в производство 131
Выводы по главе 138
Общие выводы 139
Список литературы 141
Приложения 151
- Тенденции развития машин для поверхностной обработки -почвы и требования к качеству выполнения технологического процесса
- Определение расчетной области, начальных и граничных условий модели
- Методика проведения энергетической оценки орудия
- Обоснование конструктивно-технологических параметров лаповых рабочих органов орудия
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время уделяется особое внимание повышению эффективности и рентабельности сельскохозяйственного производства, а это в свою очередь требует повышения урожайности культур и применения передовой техники, обеспечивающей высокую производительность при минимальных затратах.
Повышение урожайности сельскохозяйственных культур и получение качественной продукции возможно только путем внедрения новых научно обоснованных технологий их возделывания, использованием высокопроизводительной, универсальной техники, дающих возможность изменения технологических параметров в зависимости от состояния почвы и биологических особенностей возделываемой культуры, т.е. агротехники.
Одной из наиболее ответственных технологических операций при возделывании сельскохозяйственных культур является обработка почвы, которая должна быть выполнена в сжатые агротехнические сроки и с требуемым качеством. Качеству обработки принадлежит важная роль в повышении продуктивности сельскохозяйственных культур. Среди операций обработки почвы наибольшее влияние на урожайность сельскохозяйственных культур оказывает предпосевная обработка.
Предпосевная подготовка почвы достигается в результате выполнения следующих технологических задач: а) рыхления (крошения), б) перемешивания, в) формирования микрорельефа, г) уплотнения, д) создание требуемого сложения и строения обрабатываемого слоя почвы и т.п. Установлено, что наиболее благоприятные условия для роста и развития зерновых культур достигается при гетерогенном сложении обрабатываемого слоя почвы.
Многообразие задач обработки почвы требует наличия огромного количества разнообразных почвообрабатывающих орудий с различными рабочими органами, возможность применения которых зависит также от конкретных почвенно-климатических условий и исходного состояния почвы. Все это требует дополнительных затрат на их приобретение и обслуживание. Поэтому целесообразно кон-
струировать и изготавливать универсальные машины, выполняющие различные технологические операции за один проход орудия по полю.
К настоящему времени разработаны и широко используются различные типы и конструкции агрегатов для предпосевной обработки. Распространение получают комбинированные орудия, выполняющие несколько различных технологических операций, что ускоряет производственный процесс, исключает многократные проходы агрегата по полю, снижает расход горючего и время на холостые переезды. Совмещение операций сокращает разрыв во времени между предпосевной обработкой почвы и посевом, что является важным резервом в использовании почвенной влаги.
Существующие,серийные орудия, для предпосевной обработки почвы не во всех почвенно-климатических условиях удовлетворяют агротехническим требованиям. Некоторые машины имеют серьёзные недостатки и требуют принципиально новых конструктивных решений, которые позволили бы снизить энергоемкость, повысить производительность агрегатов и улучшить удобство их обслуживания. К тому же комбинированные орудия не имеют возможности изменения технологических параметров в зависимости от состояния почвы на момент обработки.
Разработка комбинированного почвообрабатывающего орудия с изменяемыми параметрами требует в свою очередь досконального изучения процесса взаимодействия рабочих органов с почвой и исследования влияния схемы расстановки рабочих органов и их конструктивно-технологических параметров на качество обработки. Для этого необходимо разработать модель процесса взаимодействия рабочих органов с почвой, обеспечивающую возможность обоснования конструктивно-технологических параметров орудия в целом.
В связи с этим, обоснование конструктивной схемы и параметров комбинированного почвообрабатывающего орудия на основе моделирования технологического процесса обработки почвы является актуальной задачей, имеющей большое значение для экономики страны.
Цель работы. Повышение качества предпосевной обработки почвы путем рационального комбинирования рабочих органов и обоснования их параметров на
основе моделирования технологического процесса работы.
Объект исследования. Технологический процесс взаимодействия рабочих органов комбинированного почвообрабатывающего орудия с почвой.
Предмет исследования. Закономерности взаимодействия рабочих органов комбинированного почвообрабатывающего орудия с почвой,' изменения агротехнических и энергетических показателей работы в зависимости от его конструктивных и технологических параметров.
Методика исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием положений и методов механики сплошных сред и классической механики. Экспериментальные исследования выполнены с использованием стандартных и частных методик проведения экспериментов с применением метода планирования. Полученные экспериментальные данные обработаны методами математической статистики на ЭВМ.
Научная новизна.
Установлены начальные и граничные условия функционирования модели технологического процесса взаимодействия лаповых и дисковых рабочих органов с почвой с учетом ее физико-механических свойств и процесса уплотнения дна борозды.
Обоснована конструктивно-технологическая схема комбинированного почвообрабатывающего орудия (патент на изобретение №2230445 РФ).
Разработаны расчетные схемы и получены аналитические выражения для определения основных конструктивно-технологических и параметров орудия с комбинированными рабочими органами для поверхностной обработки почвы.
Практическая значимость и реализация результатов исследований. По результатам исследований обоснованы параметры и создан экспериментальный образец комбинированного почвообрабатывающего орудия для поверхностной обработки почвы, обеспечивающий качественное выполнение технологического процесса за один проход агрегата.
Орудие с обоснованными конструктивно-технологическими параметрами внедрено в ФГУП «Учебно-опытное хозяйство «Миловское» Республики Башкортостан и учебно-научном центре ФГОУ ВПО «Башкирский ГАУ». Разработанная конструк-
ция комбинированного почвообрабатывающего орудия рассмотрена на Научно-техническом совете Министерства сельского хозяйства Республики Башкортостан и рекомендована к выпуску. Разработанная модель технологического процесса взаимодействия рабочих органов с почвенной средой используется в учебном процессе кафедры «Сельскохозяйственные машины» ФГОУ ВПО «Башкирский ГАУ».
Работа выполнена в соответствии с межведомственной координационной программой о фундаментальных и приоритетных прикладных исследованиях по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2001...2005 гг. «Научные основы формирования и функционирования эффективного агропромышленного производства» по направлению 02.01 «Разработать новое поколение экологически безопасных ресурсосберегающих машинных технологий и создать комплекс конкурентоспособных технических средств для устойчивого производства приоритетных групп сельскохозяйственной продукции для растениеводства» на кафедре «Сельскохозяйственные машины» ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет.
Апробация. Результаты работ докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях «Достижения науки - агропромышленному комплексу» (Челябинская ГАА, г. Челябинск) в 2002...2009 гг., на всероссийских научно-практических конференциях «Проблемы и перспективы развития инновационной деятельности в агропромышленном комплексе» (Башкирский ГАУ, г. Уфа) в 2002...2010 гг.
Публикации. По материалам исследований опубликовано 9 научных ста
тей, в том числе 1 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получен 1 патент на
изобретение. Общий объем опубликованных работ составляет 2,3 п.л., из них ав
торских-1,2 п. л. '"'
Структура и объем работы. Основной материал диссертационной работы представлен на 150 страницах машинописного текста и содержит введение, пять глав, выводы и приложения. Диссертация содержит 15 таблиц, 45 рисунков и иллюстраций, приложений на 31 с. Список использованной литературы включает 115 источников, 2 из которых на иностранном языке.
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
теоретическое обоснование процесса взаимодействия лаповых и дисковых рабочих органов с почвой;
аналитическое решение задачи расстановки рабочих органов на раме почвообрабатывающей машины;
экспериментальная оценка процесса работы комбинированного почвообрабатывающего орудия.
Тенденции развития машин для поверхностной обработки -почвы и требования к качеству выполнения технологического процесса
Обработка почвы является важнейшей составной частью земледелия, направленной на создание благоприятных условий для роста и развития возделываемых культур при рациональном использовании, сохранении и повышении плодородия почвы. Система обработки почвы должна отвечать научно-обоснованным требованиям с учетом местных почвенно-климатических условий каждой зоны, активизировать процессы минерализации органического вещества, накапливать подвижные формы азота, аккумулировать осенние осадки, обеспечивать наиболее сбалансированный режим питания и влагообеспеченности растений. Данные факторы будут гарантировать высокую продуктивность земель [32].
В последние годы упорно ведутся поиски способов ограниченного отрицательного воздействия движителей на почву, которое оказывает не только уплотняющее, но и разрушающее изменение структуры почвы и подпочвы. Проблемы снижения уплотняющего воздействия на почву мобильной техники остаются весьма актуальными. Известные и применяемые способы предотвращения переуплотнения можно разделить на конструкционные, которые направлены на изменение ходовых систем, а также технологические, направленные на совмещение операций, ограничение числа проездов по полю, применение постоянной технологической колеи и т.п. Борьба с переуплотнением почвы путем минимизации ее обработки становится одним из главных агротехнических приемов.
Минимизация обработки почвы в основном — это сокращение числа и глубины обработки, замена глубоких и отвальных обработок безотвальными, механических обработок междурядий пропашных культур и паров — химическими, совмещение технологических операций и приемов в одном процессе с использованием комбинированных машин [28].
Перспективным направлением в развитии машин для поверхностной обработки является применение комбинированных машин, позволяющих в одном технологическом процессе выполнять несколько операций. Преимущество комбинированных орудий для обработки почвы заключается, прежде всего, в том, что коэффициент полезного действия и удельное сопротивление такого агрегата меньше суммы удельных сопротивлений отдельных агрегатов, осуществляющих тот же технологический процесс. Кроме того, одновременно работающие последовательно соединенные рабочие органы комбинированного орудия испытывают меньше сопротивления, чем рабочие органы отдельных орудий, потому что в перерывах между операциями почва неизбежно уплотняется.
Однако комбинированные машины должны содержать набор рабочих органов для одновременного выполнения лишь тех операций, которые можно совмещать во времени без нарушения агротехники, сроков и качества выполнения. А это в свою очередь требует научного подхода к обоснованию принципов комбинирования. В настоящее время агрономической наукой и широкой производственной практикой предлагается большое число вариантов совмещения операций по обработке почвы. Анализ технологий и технических средств для поверхностной обработки почвы (в т. ч. предпосевной) выявил, что рациональным является совмещение операций рыхления (крошение почвенных комков), уничтожения сорной растительности, выравнивания и уплотнения (рисунок 1.1). Число возможных технологических схем комбинированного почвообрабатывающего агрегата определяется количеством и последовательностью выбранных операций. Применение комбинированных орудий имеет ряд преимуществ. Во-первых, достигается значительный экономический эффект. Во-вторых, что не менее важно, заключает в себе агрономическую целесообразность: повышается щадящее действие на почву ходовых систем и рабочих органов сельхозтехники; полевые работы проводятся в более сжатые агротехнические оптимальные сроки; улучшаются физико-технологические свойства почвы, повышается урожайность возделываемых культур. Наиболее надежным условием защиты почв от разрушения (эрозии) является сохранение при обработке полей на их поверхности стерни и других растительных остатков [7]. Проведенный анализ отечественных и зарубежных разработок по созданию комбинированных и универсальных почвообрабатывающих "орудий выявил следующие тенденции их конструирования: - создание широкозахватных навесных и полунавесных орудий секционного или модульного типа; - сочетание стрельчатых и дисковых рабочих органов с различными типами катков и их расстановкой в два-шесть последовательных рядов на одной раме секции или модуля; - применение подпружиненных рабочих органов со срезными болтами на жесткой стойке или с пневмогидропредохранителями для регулировки равномерности глубины обработки, предотвращения поломок, повышения степени крошения или уплотнения подпружиненными катками; - сочетание двух-четырех рядов пластинчатых, диагональных, ребристых и других катков для крошения, выравнивания и уплотнения почвы; - использование сменных или регулируемых рабочих органов, выполняющих предпосевную, паровую и основную обработки почвы с сохранением рамной конструкции; - применение активных и пассивных рабочих органов для улучшения качества обработки, повышения производительности за счет самоочищения; - использование специальных подвесок рабочих органов на С- и S-образных стойках, подпружиненных спиральными или плоскими пружинами (рессорами) с целью улучшения крошения за счет вибрации и автоколебаний с необходимой частотой и регулировки усилия поджатия пружины в зависимости от твердости и влажности обрабатываемого слоя почвы. Главными задачами поверхностной обработки почвы являются: сохранение влаги, уничтожение сорняков и создание условий для качественного посева. Эффективность поверхностной обработки почвы зависит от качества выполнения агротехнических требований [25, 11, 44, 98]: а) должны быть соблюдены установленные оптимальные сроки; б) почва должна быть равномерно разрыхлена на глубину обработки и иметь мелкокомковатый верхний слой (отклонение средней глубины обработки от заданной не более ±1 см; величина комьев не более 3. ..5 см); в) поверхность поля после обработки не должна иметь гребней и борозд (допускается высота гребней и борозд глубиной не более 4 см); г) нижний влажный слой почвы рабочие органы не должны выносить на по верхность поля; д) при работе на эрозионно-опасных почвах, количество почвенных частиц размером менее 1 мм в слое 0.. .5 см не должно возрастать; е) сорные растения должны быть полностью подрезаны; ж) пропуски, огрехи и необработанные клинья недопустимы, поворотные полосы должны быть обработаны.
Определение расчетной области, начальных и граничных условий модели
В работах [14, 91] для расчета усилий резания грунтов используют метод В.В. Соколовского [95], основанного на статике сыпучей среды и применяемого в строительной механике для вычисления прочности фундаментов и сооружений. Такой подход, даже при численной сходимости теоретических и экспериментальных данных, не дает физически верного описания процессов, происходящих при взаимодействии рабочего органа с почвенным грунтом.
При теоретическом изучении явлений деформации почвы многие исследователи применяют теорию подобия и размерностей [6, 68, 35]. Теория ставит условия, которые должны соблюдаться в методах физического и математического моделирования технологического процесса.
Для описания взаимодействия рабочих органов с почвой С.Г.Мударисовым [69, 70, 71, 72, 74] применен метод гидромеханического моделирования, а в качестве объекта принята сплошная деформируемая среда. Это дало возможность углубленного изучения процессов почвообработки и выявления внутреннего характера протекания процессов крошения и перемешивания почвенных частиц с целью определения оптимальных параметров рабочих органов и управления качеством обработки почвы.
Проведенный анализ моделей почвенных сред показывает, что накоплен большой фактический материал теоретических и экспериментальных исследований. На их основе решаются многие вопросы механизации обработки почвы. Однако из-за сложности математического описания реальной почвенной среды исследователи используют различные модели и расчетные схемы взаимодействия клина с почвой.
Мударисовым С.Г. установлено, что при моделировании технологического процесса обработки почвы начальные условия модели должны определяться физико-механическими свойствами почвы, а граничные условия - технологическими параметрами рабочих органов [70].
Однако в этих работах в явном виде не учитываются физико-механические свойства почвы и влияние на процесс деформации сил подпора со стороны неразрушенного слоя почвы. Эти особенности должны быть учтены при постановке начальных и граничных условий модели. Проведенный анализ существующих конструкций орудий для поверхностной обработки почвы, а также анализ работ по обоснованию конструктивных схем и технологических параметров почвообрабатывающих машин позволяют заключить, что: -перспективным направлением в развитии механизации сельскохозяйственного производства является создание комбинированных орудий, позволяющих в одном технологическом процессе выполнять несколько операций, а именно: рыхление, подрезание сорных растений, выравнивание поверхности поля, прикатыва-ние на глубине посева семян и мульчирование верхнего слоя почвы. -многие существующие почвообрабатывающие орудия не удовлетворяют агротехническим и энергетическим требованиям из-за несовершенства их конструктивных схем, поэтому изучение вопроса выбора параметров представляет научный и практический интерес; -усложнение конструктивных схем культиваторов требует применения ЭВМ на стадии проектирования, что способствует сокращению времени на разработки, а также снижение материальных и трудовых затрат; -для автоматизированного проектирования конструктивных схем и обоснования параметров рабочих органов почвообрабатывающих орудий на ЭВМ необходима разработка обобщенной математической модели технологического процесса обработки почвы с учетом ее свойств и поведения в процессе деформации. Целью исследований является повышение качества предпосевной обработки почвы путем рационального комбинирования рабочих органов и обоснования их параметров на основе моделирования технологического процесса работы. На основании проведенного анализа состояния вопроса и для достижения поставленной цели в данной работе необходимо решить следующие задачи исследований: 1. Установить начальные и граничные условия функционирования модели технологического процесса взаимодействия рабочих органов с почвенной средой. 2. Обосновать на основе разработанной модели конструктивную схему и технологические параметры комбинированного почвообрабатывающего орудия. 3. Разработать экспериментальный образец комбинированного почвообрабатывающего орудия и провести его лабораторно-полевые исследования. 4. Дать технико-экономическую оценку эффективности применения разработанного комбинированного почвообрабатывающего орудия.
Методика проведения энергетической оценки орудия
Как отмечалось выше (1.1), одним из основных требований к обработке почвы является минимальное распыление обрабатываемого слоя и создание ветроустойчивого профиля поверхности. Крошение почвы рабочими органами комбинированного орудия будет соответствовать агротехническим требованиям в том случае, если размеры почвенных комков будут меньше 5 см.
В противном случае возникает необходимость дополнительного дробления глыб. Из анализа технологии и технических средств для прикатывания почвы видно, что в наибольшей мере этим требованиям отвечает прутковый каток, обеспечивающий выравнивание и уплотнение поверхностного слоя путем последовательного воздействия на него прутками.
Технологический процесс обработки осуществляется следующим образом. Прутковый каток, перекатываясь по рыхлой поверхности под воздействием движущей силы Sk, создаваемой трактором, своими прутками уплотняет поверхность поля, создавая ребристый профиль (рисунок 2.16).
Рассмотрим движение пруткового катка как плоское движение колеса по деформируемой поверхности. На прутковый каток действуют внешние силы: движущая сила S& вес прикатывающего катка Рк, т.е. вертикальная составляющая сил, приходящихся на каток. Внешние силы способствуют деформации опорной поверхности, т.е. крошению и уплотнению почвы. К основным технологическим параметрам катка относятся шаг между прутками и их диаметр. Для обеспечения условия (2.67) наиболее простым решением является расстановка прутков с интервалом 0,05 м [60, 61, 62]. Однако, при такой расстановке возникает опасность быстрого забивания пространства между прутками катка, учитывая то обстоятельство, что разрабатываемое орудие будет использоваться для предпосевной обработки почвы, когда имеется вероятность ее высокой влажности или наоборот высокой твердости. К основным конструктивным параметрам относятся диаметр D, вес Рк, приходящийся на каток. Для обоснования основных технологических и конструктивных параметров прикатывающего катка воспользуемся рисунком 2.16. Уплотняющая способность катка зависит от его веса Рк, диаметра D и ширины захвата Вк. Ее принято выражать через удельное давление р (Н/см), приходящееся на 1 см ширины катка: Оптимальное значение удельного давления катков при предпосевном прикатывании р=2,7...3,5 Н/см [103] Вес прикатывающего катка Рк при заданной ширине захвата Вк звена катка В общем случае каток может нормально выполнять свои функции только тогда, если он совершает вращательное движение и способен подминать под себя крупные почвенные комки и разрушать их за счет раздавливания прутками катка. Комки почвы прошедшие внутрь сквозь прутья катка дробятся внутренней поверхностью прутьев внутри катка. Каток малого диаметра воздействует на почву как полоз и уплотняет верхний слой, каток большого диаметра более равномерно уплотняет пахотный слой по глубине. На рыхлых почвах перед катком может образовываться почвенный валик. Чем тяжелее каток и меньше его диаметр, тем больше высота валика. Рассмотрим условия, при которых каток защемляет почвенный комок между своей рабочей поверхностью катка и почвой, без образования почвенного вала перед собой. Процесс движения катка по поверхности поля и сми-нания ее на некоторую глубину происходит с образованием колеи. Следовательно, движение катка при этом сопровождается с некоторым скольжением. Поэтому мгновенный центр вращения катка О в этом случае будет располагаться ниже дна колеи (рисунок 2.17). Взаимодействие обода катка с почвенным комком начинается в точке М, окружная скорость которой направлена перпендикулярно радиус-вектору ОМ. Если угол т, заключенный между направлением абсолютной скорости точки и нормалью к окружности катка не превосходит угол трения ср, то давление этой точки катка на почвенный комок с радиусом г направлено по скорости V и отклонено от нормали на угол г. Только в этом случае не будет происходить скользящее движение точки М катка относительно почвенного комка.
Обоснование конструктивно-технологических параметров лаповых рабочих органов орудия
Для определения соответствия моделей реальной работе необходимо установить обобщенные критерии оценки технологического процесса, основанные на кинематических и динамических показателях взаимодействия рабочего органа с почвой. А это в свою очередь требует визуализации процессов деформации, крошения и перемещения почвы. Визуализацию процесса взаимодействия рабочих органов с почвенной средой можно получить путем численной реализации уравнений динамики сплошных сред [70]. Разработанная модель (2.1) реализована в программном комплексе FlowVision. В качестве начальных условий заданы значения скорости потока почвен ной среды V0 на входе в расчетную область, плотность р= 1000... 1200 кг/м и вязкость //=100...110-10 Н-с/м" среды. Скорость среды равна скорости движения Vp рабочего органа V0=VP. Скорость движения рабочего органа при поверхностной обработке почвы принимается в диапазоне J ,=l,5...3,5 м/с. Длина расчетной области (параллелепипеда) в продольной плоскости Lpo, определяемое по выражению (2.2), при изменении угла внутреннего трения почвы (р=20...40, глубине обработки /2=0,12 м и максимальном значении коэффициента запаса// =2 составляетLpo=l,29... 1,58 м. Принято Lpo=l,60 м. Ширина расчетной области Вро устанавливается с учетом ширины рабочего органа Вр=0,33м по выражению (2.3). Согласно расчетам ширина расчетной области составляет2?ро=0,84...0,94м. Принято 2?ро=1,0 м. Высота расчетной области Нр0 выбирается больше размера рабочего органа hp по вертикали. Геометрические параметры рабочего органа определены при отдельном построении в системе автоматизированного проектирования Kompas3DVll. На границах «вход» и «выход» соблюдается условие по давлению Рвх=0, Р =0 Граничное условие дна борозды устанавливается с учетом давления подпора со стороны нижних слоев почвы (2.1.1). Сила реакции неразрушенной почвы S определяет в расчетной области геометрическую поверхность дна борозды. Полученное значение S вертикальной составляющей силы подпора D ус-тановливается как граничное условие «Значение давления на стенке» в FlowVision. Сила реакции неразрушенной почвы S определяется как вертикальная составляющая силы подпора неразрушенного пласта D согласно выражению (2.33).
Вертикальная составляющая силы реакции неразрушенного пласта для типичных среднесуглинистых черноземов с абсолютной влажностью в пределах 15...29% (угол трения почвы по стали 8=20...30, угол внутреннего трения почвы 9=20.. .40) [92] согласно выражению (2.33) находится в пределах S=-15...22 Н (рисунки4.1, 4.2).
При реализации модели определяются векторное поле скоростей, скалярное поле давлений для каждого момента времени и траектории движения частиц, т. е. получается объемная картина процесса взаимодействия рабочего органа с почвой и ее деформирования. Для оценки технологического процесса при моделировании нами на основе полученных кинематических и динамических характеристик процесса взаимодействия рабочего органа с почвенной средой установлены критерии оценки технологического процесса обработки почвы по кинематическим параметрам - дисперсия скорости Dv и динамическим параметрам - дисперсия давления Dp.
Почвенные элементы в процессе взаимодействия с рабочим органом перемещаются по определенным траекториям, характеризуемыми углами наклона (рисунок 4.5). Углы наклона траекторий зависят от геометрических и технологических параметров рабочего органа и физико-механических свойств обрабатываемой почвы. В процессе движения траектории частиц отклоняются на некоторый угол от дна борозды и на определенный угол от направления движения. Причем эти углы траекторий движения являются наибольшими для частиц, находящихся ближе к стойке лапы. По мере продвижения частиц от стойки угол наклона их траекторий уменьшается. Процесс перемещения потока почвенных частиц обычно происходит с преодолением трения почва - поверхность рабочего органа и часто почва -почва. Важную роль в этом случае играет относительное перемещение почвенных комков друг относительно друга (разрыв связи), и как следствие их перемешивание и дополнительное крошение. Оценочным показателем этого процесса можно выбрать дисперсию скоростей почвенных элементов в продольно-вертикальной плоскости по высоте обрабатываемого почвенного пласта в момент его схода с поверхности рабочего органа. Чем больше величина дисперсии, тем большие относительные перемещения происходят в слое разрушенного почвенного пласта.
Как видно по построенной эпюре скоростей (рисунок 4.6), в обрабатываемом слое наблюдается разность скоростей по горизонтам, значит, есть и относительное перемещение почвенных элементов.
