Конспект лекцій Суми 2012 Міністерство аграрної політики та продовольства України Сумський національний аграрний університет icon

Конспект лекцій Суми 2012 Міністерство аграрної політики та продовольства України Сумський національний аграрний університет



Схожі
  1   2   3
Міністерство аграрної політики та продовольства України


Сумський національний аграрний університет





Механіко-технологічні властивості

сільськогосподарських матеріалів


Конспект лекцій




Суми – 2012




Міністерство аграрної політики та продовольства України


Сумський національний аграрний університет


Кафедра "Трактори та сільськогосподарські машини"


Механіко-технологічні властивості

сільськогосподарських матеріалів


^

Конспект лекцій

для студентів 3 курсу спеціальності 6.100102


"Процеси, машини та обладнання агарного виробництва"

денної форми навчання





Суми – 2012


ББК

М55

УДК 631 (075.8)


Укладачі: старші викладачі Головченко Г. С., Калнагуз О. М;

асистент Сіренко Ю. В.


М 55 ^ Механіко-технологічні властивості сільськогосподарських матеріалів. Конспект лекцій для студентів денної форми навчання спеціальності 6.100102 «Процеси, машини та обладнання аграрного виробництва». – Суми: СНАУ, 2012. – 59 с., 19 рис.


Рецензенти:

Зубко Владислав Миколайович к.т.н., доцент, кафедри “Трактори та сільськогосподарські машини”.

^ Саржанов Олександр Анатолійович к.т.н., доцент, кафедри “Експлуатація техніки”.


Відповідальний за випуск старший викладач кафедри ,,Тракторів та сільськогосподарських машин” Калнагуз О.М.


Рекомендовано до видання вченою радою навчально-наукового

Інженерно-технологічного інституту СНАУ

(протокол № _9_ від "_22_" __травня__ 2012 р.)


© Сумський національний аграрний університет, 2012

Лекція 1. Властивості ґрунту як об’єкта обробітку


План лекції

  1. Вступ.

  2. Фізичні властивості.

  3. Технологічні властивості.


1.1. Вступ

Найкращій реалізації кожного технологічного процесу сприяють: знання властивостей об’єктів обробки; конкретизація вимог до виду і стану продукту, який одержують у результаті обробки; розуміння суті технологічного процесу, який потрібно організувати відповідно до специфічних властивостей об’єкта обробки.

Технологічні процеси, які виконують сільськогосподарські машини, спрямовані на зміну таких об’єктів, як ґрунт, добрива, посівний матеріал, хімічні засоби захисту рослин, стебла і продукти обмолоту сільськогосподарських культур, зернова маса, сировина для заготівлі і приготування кормів, цукрові та кормові буряки, картопля, овочі, плоди, ягоди та ін.

Перелічені об’єкти, з якими взаємодіють засоби механізації сільськогосподарського виробництва, називають сільськогосподарськими матеріалами. Вони є предметом вивчення дисципліни.

У найзагальнішому вигляді під поняттям властивість розуміють категорію, що виражає один з моментів виявлення сутності речі щодо інших речей; те, що характеризує її подібність до інших предметів або відмінність від них.

Задачами дисципліни є: 1) допомогти студентам засвоїти механіко – технологічні властивості сільськогосподарських матеріалів; 2) допомогти засвоїти методики визначення властивостей с.г. матеріалів; 3) навчити студентів самостійно отримувати відомості про властивості с.г. матеріалів.

Ґрунт є неоднорідна система, яка містить фази:

а) тверду (мінеральну і органічну);

б) рідку (вода);

в) газоподібну (повітря).

Стосовно цілей оброблювання, на думку багатьох дослідників, слід розрізняти фізичні та технологічні властивості ґрунтів.


^ 1.2. Фізичні властивості ґрунтів.

До основних фізичних властивостей ґрунтів відносяться:

а) гранулометричний склад;

б) структура;

в) кам’янистість;

г) об’ємна маса;

д) пористість;

е)вологість;

ж) колір та інші.

Механічний склад твердої фази ґрунту – одне із важливих його фізичних властивостей.

Тверді часточки ґрунту ( в залежності від розмірів ) поділяються на:

– кам’янисті включення (розмір > 1 мм);

– дрібнозем ( розмір < 1 мм).

Дрібнозем поділяється на:

– пісок (часточки розміром від 1 до 0,05 мм);

– пил (часточки розміром від 0,05 до 0,001 мм);

– мул (часточки розміром < 0,001 мм).

При визначенні типу ґрунту за механічним складом аналізується тільки дрібноземом, який поділяється на дві фракції:

– „фізичний пісок” (часточки розміром >0,01 мм);

– „фізична глина” (часточки розміром <0,01 мм).

За кількістю „фізичної глини” професор Качинський запропонував таку класифікацію ґрунтів:

а) глинисті (містять більше 50% „фізичної глини”);

б) суглинисті (містять 50%...20% „фізичної глини”);

в) супіщані (містять 20%...10% „фізичної глини”);

г) піщані (містять менше 10% „фізичної глини”).

Глинисті часточки містять цементуючі речовини і обумовлюють зв’язкість ґрунтів; піщані, навпаки, не липкі і не пластичні.

Ґрунти з великим вмістом глинистих часточок відносять до важких. В вологому стані при механічному обробітку вони налипають на робочі органи, в сухому – утворюють брили. Такі ґрунти добре утримують вологу, але погано її поглинають, рослинні залишки і органічні добрива розкладаються повільно.

Ґрунти з великим вмістом піщаних часточок відносять до легких. Вони легко кришаться. Добре поглинають вологу, але погано її утримують, рослинні залишки і органічні добрива розкладаються швидко.

Суглинисті і супіщані ґрунти за своїми властивостями займають проміжне положення. Вони більш-менш легко кришаться, добре поглинають і утримують вологу, мають добру родючість.

Структура ґрунту. Тверда фаза ґрунту може бути структурною і безструктурною. Маса структурного ґрунту розподілена на окремі агрегати, у безструктурного ґрунту окремі тверді елементи залягають суцільною масою.

Згідно з ОСТ 7.2.1573 (стандартом) структурні агрегати за розмірами поділяються на наступні типи:

  • брилчаста структура – агрегати розміром > 10 мм;

  • грудкувата структура агрегати розміром 10…3 мм;

  • зерниста структура агрегати розміром 3…0,25 мм.

При механічному обробітку ґрунту не можна допускати його руйнування до часточок розміром < 0,25 мм, тому що це призводить до руйнування структурних агрегатів.

Найбільш цінними вважають агрегати розміром 1…3 мм, так як вони відзначаються найбільшою водоміцністю (стійкістю проти розвиваючої дії води). Грудочки розміром 3…10 мм також вважаються бажанними.

Структурні агрегати впливають не тільки на родючість ґрунту, але і на показники роботи ґрунтообробних машин та знарядь. При обробітку структурних ґрунтів якість розпушення краща, а тяговий опір менший.

Багато численні обробки ґрунту, а також численні проходи про ньому ходових систем тракторів і автомобілів можуть призвести до руйнування структури і перетворення ґрунту із структурного в безструктурний.

Кам’янистість ґрунту. Під камінням в ґрунтознавстві розуміють первинні часточки розміром 1 мм і більше.

За кам’янистістю ґрунти поділяються на:

а) некам’янисті кам’янистого матеріалу менше 0,5 %. Такий ґрунт для обробітку вважається нормальним;

б) слабкокам’янисті кам’янистого матеріалу – 0,5…5%;

в) середньокам’янисті кам’янистого матеріалу – 5…10%;

г) сильнокам’янисті кам’янистого матеріалу – більше 10%.

Кам’янистість ґрунту впливає на роботу ґрунтообробних машин. При великій кам’янистості швидше спрацьовуються їх робочі органи, збільшується тяговий опір. Кам’янистість впливає на ерозійні процеси і режим вологості, а в кінцевому результаті – на врожай, який зі збільшенням кам’янистості і ґрунту зменшується.

Для нормального обробітку кам’янистих ґрунтів необхідно видаляти із ґрунтового шару крупні каміння. В тих випадках, коли кам’янистий матеріал є дрібним щебенем або галькою, ґрунт обробляється нормально.

Для садових культур і виноградників можливе ефективне використання ґрунтів з утриманням кам’яного матеріалу до 70% і більше.

Об’ємна маса. Об’ємна маса ґрунту – це маса в грамах одного його кубічного сантиметра. Вона залежить від типу ґрунту, механічного складу, структури, характеру його механічного обробітку.

Розрізняють:

а) об’ємну масу твердої фази ґрунту;

б) дійсну об’ємну масу ґрунту;

в) об’ємну масу ґрунту без врахування вологи.

Об’ємну масу твердої фази ґрунту γт.ф. обчислюють за формулою:

, (1.1)

де mтф маса твердої фази, г; Vтф об’єм твердої фази, см3.

Об’ємна маса твердої фази ґрунту визначається пікнометром. Об’ємна маса менша 1 г/см3 характерна для розпушених або багатих органічними речовинами ґрунтів; для культурної ріллі вона в межах 1,0...1,2 г/см3; для ущільненої ріллі – 1,2...1,3 г/см3; для дуже ущільненої ріллі – 1,3...1,4 г/см3; для піщаних польових ґрунтів – 1,4...1,5 г/см3; для ущільнених ілювіальних горизонтів – 1,6...1,8 г/см3.

Дійсна об’ємна маса ґрунту γд обчислюється за формулою:

, (1.2)

де m маса моноліту зразка ґрунту з розміщеною в ньому вологою, г;

V об’єм моноліту(проби) ґрунту, см3.

Об’ємна маса ґрунту без врахування вологи γ обчислюють за формулою:

, (1.3)

де Wа – абсолютна вологість ґрунту в долях одиниці.

Пористість ґрунту. Пористість (скважність) ґрунту характеризується сумою всіх порожнин, які заповнені водою і повітрям. Пористість ґрунтів коливається в межах 25...90%.

Найбільша пористість властива торф’яним ґрунтам, найменша – у піщаних ґрунтів.

Загальну пористість (скважність) ґрунту Р обчислюють за формулою

, (1.4)

де Vп об’єм порожнин зразка досліджуваного ґрунту, см3;

Vо – повний об’єм зразка ґрунту, см3.

Повний об’єм:

Vо = Vп + Vт.ф. , (1.5)

де Vт.ф. – об’єм твердої фази ґрунту.

Виразивши через показники об’ємної маси, одержимо:

Vт.ф. = , (1.6)

Після перетворення і використання вище приведених залежностей одержимо:


. (1.7)

Піщані ґрунти мають Р = 25...50 %;

суглинисті і глинисті 50...80 %;

торф’яні ґрунти 80...90%.

Для характеристики злежаності ґрунтів використовують коефіцієнт пористості ε:

ε =. (1.8)

Для розпушеного ґрунту ε >1,5.

Для ущільненого ґрунту ε <1,5.

Вологість ґрунтів. Вологість ґрунтів визначається кількістю вологи в ґрунті. Її визначають головним чином методом висушування.

Розрізняють:

а) абсолютну вологість, яку визначають за формулою:

Wа= %, (1.9)

де mв і mс – маса відповідно вологого і сухого ґрунту, г.

б) відносну вологість (вона дає можливість оцінювати вологість ґрунтів різного механічного складу):

%, (1.10)

де польова вологоємність ґрунту, %.

Польовою вологоємністю є кількість води, яку здатний утримувати сильно змочений з поверхні ґрунт масою 100 г після стікання гравітаційної вологи ( яка міститься в великих порожнинах).

Сто грамів суглиннів утримують 30...40 г води;

Сто грамів пісків утримують 5...20 г води.

Вологість ґрунту впливає на якість обробітку і витрати енергії.

При оранці глинистих та суглинистих ґрунтів в перезволоженому стані – залипають робочі органи машин, руйнуються (розмазуються) структурні агрегати, згружується ґрунт; в пересохлому стані – утворюються великі брили і пильоваті елементи, ушкоджуються структурні агрегати.

Вологість, при якій структурний ґрунт легко і добре розпушується, на його обробіток витрачається мінімальна кількість енергії, називається оптимальною.

Такий стан ґрунту називається „спілістю” або „зрілістю”.

В залежності від механічного складу ґрунту стан його „спілості” наступає при відносній вологості 40...70%, що відповідає абсолютній вологості 15...30%.

Практики визначають оптимальну вологість суглинистих ґрунтів на полі так: беруть в руки частку ґрунту, стискають її. Якщо з цього ґрунту не виділяється вода та ґрунт кришиться в руці, при оранці не прилипає до корпусів плуга, а перевернутий відораний шар не блищить, то це означає, що час обробітку ґрунту настав. Або ж кидають з висоти 1,5 м стиснутий в руці ґрунт. Якщо від удару об землю стиснута грудка ґрунту розсипається на дрібні частки – ґрунт не готовий для обробітку.

Слід сказати, що фізична зрілість ґрунту є динамічна величина. З підвищенням поступальної швидкості ґрунтообробної машини межа фізичної зрілості ґрунту підвищується. Так, якщо при швидкості 3,5 км/год зрілість ґрунту настає при 71% відносної вологості, то при 5,3 км/год, ця вологість підвищується до 88%. В результаті цієї закономірності зі збільшенням швидкості ґрунтообробного агрегату можна з успіхом починати роботу його раніше, тобто при більш вологому ґрунті. Це відкриває допоміжні можливості для виконання робіт в більш раніші строки і одержання більш високих врожаїв.

Колір ґрунтів. Забарвлення ґрунту в значній мірі залежить від вологості його. Вологі ґрунти значно темніші.

В польових умовах вологість ґрунту практично визначають так: якщо ґрунт, затиснутий в руці, здається зовсім сухим, його називають повітряно-сухим; вологий до дотику, але не замазується, називають свіжим; якщо ґрунт замазується та липне до руки, його називають вологим; якщо стиснута порція ґрунту в руці виділяє воду, ґрунт називають мокрим.

Дійсне забарвлення ґрунту визначають в лабораторії на повітряно сухому ґрунті за допомогою спеціальної шкали кольорів.

Розрізняють такі забарвлення ґрунтів:

1) темне, чорне, темно-сіре, сіре, світло-сіре, коричневе, буре (обумовлені наявністю в ґрунтах рослинних залишків);

2) жовте, оранжеве, цегляне, жовто-буре, червоно-буре (притаманні ґрунтам, в складі яких утримуються окисли заліза);

3) біле, білясте (обумовлені наявністю в ґрунті кремнієвої кислоти, каолініту, окислів алюмінію, кальциту, гіпсу).

Забарвлення ґрунту суттєво впливає на сприймання і відбивання сонячного проміння, поступаючого на поверхню ґрунту і в багатьох випадках на його температурний режим. Це сприяє можливості починати с.-г. роботи в більш раніші строки і одержання більш високих врожаїв.


^ 1.3. Технологічні властивості ґрунтів.

Властивості ґрунтів, які проявляються тільки в процесі їх обробітку, називають технологічними.

До цих властивостей відносяться: а) здатність кришитися; б) твердість; в) зовнішнє і внутрішнє тертя; г) опір деформаціям; д) липкість; е) абразивність; ж) пластичність і пружність; з) в’язкість та крихкість і ін.

^ Здатність ґрунтів кришитися. Ступінь кришення ґрунту залежить не тільки від знаряддя і режиму його роботи, але і від стану ґрунту (вологості, ущільнення тощо). В зв’язку з цим при випробуванні і оцінці здатності ґрунтообробних машин до кришення необхідно знати природну здатність ґрунту кришитися.

Здатність ґрунту кришитися визначають просіванням зразка на ситах з різними діаметрами отворів (від 0,25 до 50 мм).

Здатність ґрунту кришитися (%) характеризується відношенням:

, (1.11)

де mю – маса фракцій розміром дрібніше 10 мм, кг; mн – маса наважки ґрунту, кг.

Ґрунтообробні знаряддя, діючи на ґрунт, спричиняють його кришення. По цій ознаці вони поділяються на дві групи:

  • активні (фрези);

  • пасиві ( плуги, культиватори, борони тощо).

Пасивні робочі органи реалізують в основному здатність ґрунту кришитися, в той час як фрези руйнують і відносно ущільнені великі фракції – грудки і брили крупніше 10 мм.

^ Твердість ґрунтів. Твердістю ґрунту називається здатність його протидіяти втисканню в нього твердого тіла у вигляді конуса, циліндра або кулі. Для вимірювання твердості ґрунтів використовують прилади – ґрунтові твердоміри (рис.1.1). Для визначення твердості твердих ґрунтів використовують наконечники діаметром 1см, розпушених – 2 см.





Рис. 1.1. Твердомір Ю.Ю.Ревякіна:

1 – дві напрямні штанги; 2 телескопічна штанга; 3 змінний наконечник; 4 – пружина;

5 – записувальний пристрій; 6 – натискні тримачі; 7 – графік, 8 – планка для закріплення паперу

Твердоміри мають самописці, за допомогою яких записується діаграма сил втискання вимірювального органа в досліджувальний ґрунт (рис. 1.2). За даними діаграми визнають твердість ґрунту (середню твердість), Па

, (1.12)

де h – середня ордината діаграми, см;

– жорсткість пружини твердоміра, яка визначається таруванням приладу, Н/см;

S – площа основи наконечника, см2.




Рис. 1.2. Діаграма твердості ґрунту


На діаграмі є кілька фаз. У першій фазі (ділянка ОА) опір ґрунту дефор­мації зростає майже пропорційно глибині занурення наконечника в ґрунт до l = l А = 5...6 см. Друга фаза АВ є перехідною. В цей період занурення в ґрунт наконечника перед його вимірювальною площиною утворю­ється конусоподібний наростень з ущільненого ґрунту (ущільнене ядро). В третій фазі ВС ґрунт деформується конусоподібним наростом, який роз­клинює його, зміщуючи в боки, і зустрічає при цьому постійний опір – (ґрунт "тече").

Перша фаза у кілька разів коротше третьої, але має важливе практичне значення, тому що в реальних умовах деформація ґрунту ма­шинами, як правило, не виходить за межі першої ділянки діаграми (мен­ше lА). Тільки після проходу наконечником орного шару крива СD зростає знову, так як на шляху наконечник зустрічає підорну підошву плуга.

Для характеристики ґрунту користуються також коефіцієнтом об'єм­ного зминання ґрунту q, (Н/см3), який визначають за формулою:

, (1.13)

де ^ Р – сила для вдавлювання наконечника до точки А діаграми, Н;

l А – глибина заглиблення конуса, що відповідає РА , см.


q, Н/см3

для свіжозораного ґрунту 1 – 2 ;

для стерні, парів, лугів 5 – 10;

для ґрунтової дороги 50 – 100.

^ Коефіцієнт зовнішнього тертя ґрунту. Під тертям розуміється опір ковзання однієї поверхні по іншій. Сила тертя:

Т=f·N=tgφ·N, (1.14)

де f і φ – коефіцієнт тертя (кут тертя); N – нормальний тиск.

На тертя робочих органів машин об ґрунт даремно витрачається багато енергії ( до 30…50%).

Тертя сприяє зношуванню робочих органів с. г. машин.

На величину коефіцієнта тертя справляють вплив

– вологість ґрунту (рис. 1.3).



Рис. 1.3. Залежність f від абсолютної вологості ґрунту Wа


При низькій вологості (від 0 до 8…10%) f не залежить від Wа.

З подальшим збільшенням вологості (ділянка bc) збільшення f пояснюється виникненням сил молекулярного притягнення ґрунтових частинок до поверхні металу (до Wа=30…45% в залежності від механічного складу ґрунту). Якщо вологи достатньо, щоб забезпечити безперервний її приплив до поверхні контакту ґрунту з металом, то вона грає роль мастила, і f за збільшенням вологи ґрунту зменшується (ділянка cd).

склад в ґрунті «фізичні глини» (рис. 1.4).



Рис. 1.4. Залежність f від механічного складу ґрунту


– стан робочої поверхні (шліфована, нешліфована);

– матеріал робочої поверхні (полімерні матеріали мають менші значення f);

– застосування вібруючих робочих органів, подача води на робочу поверхню, підвод електричного струму і інше зменшують коефіцієнт тертя f.

Коефіцієнт тертя f для різних ґрунтів f = 0,25…0,9 ; φ=14…42о.

Для розрахунків f приймають рівним 0,5 (φ = 26о30/).

Опір ґрунту зсуву. Зсув ґрунту спостерігається при роботі всіх ґрунтообробних знарядь.

Опір ґрунтів зсуву

Тзс=С + f/ ·N, (1.15)

де С – сила зчеплення, Н; f/ коефіцієнт внутрішнього тертя (ґрунт об ґрунт).

Опір ґрунту зсуву (Тзс) залежить від: механічного складу; структури; щільності; вологості і інших факторів.

При абсолютній вологості суглинистого ґрунту Wа=20..25% для стерні сила С (F=1 см2) дорівнює 2…4 Н, f/ =0,3…0,7.

Опір ґрунту деформуванням. Для розробки шляхів і методів зниження витрат енергії на механічну обробку ґрунту потрібно знати межі її міцності при різних видах деформацій.

Для глинистого чорнозему при Wа = 20% тимчасовий опір на:

розтягування σр =0,5 Н /см2; зріз τ = 1 Н /см2; стиск σ = 10 Н /см2.

Отже, руйнування ґрунту з мінімальними витратами енергії можна добитися шляхом руйнування зв’язків між структурними агрегатами за допомогою деформації розтягування.

Питомий опір ґрунтів деформаціям (при оранці), Н/см2.

Кпл= , (1.16)

де Rпл – опір плуга, Н; а – глибина оранки, см; b – ширина захвату корпуса, см; nк – кількість корпусів плуга.

За питомим опором ґрунти поділяються на:

Кпл, Н /см2; (кПа)

легкі до 3 до 30

середні 3 …5 30 …50

середньоважкі 5 …7 50 …70

важкі 7 …12 70 …120

дуже важкі вище 12 вище 120

Питомий опір Кпл залежить від: механічного складу; структури; ступеня ущільнення; вологості і ін.

При розрахунках приймають Кпл =5 Н /см2.

Липкість ґрунту – зусилля, віднесене до 1 см2 стичної з ґрунтом поверхні, яке потрібно для її відриву. Липкість залежить від: вологості (рис. 1.5); матеріалу робочого органа; чистоти поверхні; питомого тиску; дисперсності ґрунту і ін.



Рис. 1.5. Залежність липкості ґрунту від абсолютної вологості


Для розсипчастого ґрунту Л = 0,001…0,15 Н /см2.

Для сильнов’язкого ґрунту Л = 0,05…0,15 Н /см2.

Найбільш липкими є глинисті ґрунти.

^ Абразивність ґрунту виявляється в зношуванні робочих органів ґрунтообробних машин і знарядь і залежить головним чином від механічного складу ґрунту.

Зношування лемеша при оранці 1 га складає:

на глинистих і суглинистих ґрунтах до 30 г;

супіщаних і піщаних з невеликою кількістю каміння 30…100 г;

піщаних з великою кількістю каміння 100…500 г.

Висока абразивність ґрунтів пояснюється перевагою в їх складі кварцу – самого твердого із мінералів, які утворюють ґрунт.

^ Пластичність ґрунтів. Пластичність ґрунту – його властивість деформуватися під дією зовнішнього навантаження без руйнування і зберігати цю деформацію після зняття цього навантаження.

Пластичність в основному залежить від механічного складу і вологості ґрунту і характеризується числом пластичності

Wпл=Wв Wн, (1.17)

де Wв – верхня межа пластичності, тобто вологість, при якій ґрунт починає текти, %;

Wн – нижня межа пластичності, тобто вологість, при якій ґрунт при розкочуванні в шнурок (d = 3 мм) починає розкришуватись, %.

Wпл, %

Піщаний ґрунт 0

Супіщаний ґрунт 1…7

Суглинистий ґрунт 7…17

Глинистий ґрунт більше 17

^ Пружність ґрунтів. Під пружністю ґрунту вважається його властивість відновлювати свою форму після зняття зовнішнього навантаження. Пружна деформація існує тільки в той час, впродовж якого діє зовнішня сила, створююча цю деформацію. Пружність ґрунту залежить головним чином від механічного складу, вологості, задернілості його. Відносне значення пружної деформації ґрунту εпр визначається за формулою:

,% , (1.18)

де lк – кінцеве значення розміру, мм;

lп – початкове значенні розміру або розмір до деформації , мм.

Відносне значення пружних деформацій ґрунту може коливатись в межах від 30 до 80%.

^ В’язкість ґрунтів. В’язкістю ґрунту вважають його властивість повільно деформуватись не тільки в функції навантаження, але і в функції часу. Чим триваліший час діє навантаження, тим більша деформація. В’язкість ґрунту пояснюється явищем взаємного переміщення складових його фаз: твердих часточок, води і повітря. При русі трактора по болотистому ґрунту глибина колії там більша, де трактор рухається з меншою швидкістю, тобто там, де ходова частина трактора триваліший час діяла на поверхню ґрунту. І навпаки, при вищій поступальній швидкості руху трактора при рівноцінних умовах слід після проходу трактора менш глибокий, тому що час дії ходової частини на ґрунт значно коротший.

^ Крихкість ґрунтів. В крихких тілах пластичні деформації відсутні. При механічному тиску крихкі тіла руйнуються без деформації. Пересохлі ґрунти важкого механічного складу при руйнуванні практично не мають залишкових деформацій.


Контрольні запитання

  1. Що розуміють під сільськогосподарськими матеріалами?

  2. Які задачі ставляться перед дисципліною?

  3. Назвіть основні фізичні властивості ґрунтів.

  4. Як класифікуються ґрунти за механічним складом?

  5. Як поділяються структурні агрегати за розмірами?

  6. Як поділяються ґрунти за кам’янистістю?

  7. Як визначити об’ємну масу твердої фази, дійсну об’ємну масу та об’ємну масу ґрунту буз врахування вологи?

  8. Назвіть показники, за якими визначають пористість ґрунту.

  9. Напишіть формули, за якими визначають абсолютну та відносну вологість ґрунту.

  10. Що розуміють під оптимальною вологістю ґрунту і як її можна визначити?

  11. Які є забарвлення ґрунтів і чому вони впливають на їх температурний режим?

  12. Назвіть основні технологічні властивості ґрунтів.

  13. Що розуміють під здатністю ґрунту кришитися?

  14. Що розуміють під твердістю і коефіцієнтом об’ємного зминання ґрунту?

  15. Напишіть формули, за якими визначають твердість і коефіцієнт об’ємного зминання ґрунту.

  16. Розкажіть про методику визначення твердості ґрунту.

  17. Наведіть залежності коефіцієнта зовнішнього тертя від вологості і складу «фізичної глини».

  18. Напишіть формулу, за якою визначають опір зсуву ґрунту.

  19. Наведіть значення граничної міцності для різних видів напружень глинистого чорнозему.

  20. Як визначити питомий опір під час оранки?

  21. Наведіть класифікацію ґрунтів за їх питомим опором.

  22. Наведіть залежність липкості ґрунту від абсолютної вологості.

  23. Привести показники зношування лемеша при оранці різних ґрунтів.

  24. Розкажіть про поняття пластичності, пружності, в’язкості і крихкості ґрунтів.

  25. За якою формулою визначають число пластичності ґрунту?

  26. Як поділяються ґрунти за числом пластичності?



Лекція 2. Технологічні властивості насіння


План лекції

  1. Механіко-технологічні властивості насіння.

  2. Стійкість насіння пошкодженню висівними апаратами сівалок.

  3. Вплив механічних пошкоджень насіння на посівні та продуктивні якості.



    1. . Механіко-технологічні властивості насіння.

Розрахунки і проектування робочих органів посівних машин вимагають обґрунтування елементів їх конструкцій з врахуванням технологічних властивостей насіння. Ці властивості визначаються головним чином морфологічною будовою та іншими особливостями насіння.

До основних технологічних властивостей насіння відносяться: 1)розміри насіння; 2)форма насіння; 3)структура і стан поверхні насіння; 4)маса насіння; 5)фрикційні властивості насіння; 6)характер витікання насіння через отвори; 7)передача руху через сухе тертя в "активному" шарі насіння; 8)здатність протистояти травмуванню під час роботи висівних апаратів та інших органів сівалок.

Знання особливостей будови насіння різних сільськогосподарських культур дає змогу точніше і правильніше визначати технологічні регулю­вання робочих та допоміжних органів різних посівних машин, з якими на­сінню доведеться взаємодіяти.

Розміри насіння. Розміри насіння різних культур різноманітні. Розміри насіння визначаються лінійними параметрами (довжина, ширина, товщина).

Довжина насіння зернових, зернобобових культур коливається в широких межах: від 1,8 (просо) до 18 мм (овес), олійних і технічних культур – від 2,5 (цукрові буряки) до 15 (соняшник), бобових і злакових кормових трав – від 1,1 (люцерна) до 8 (еспарцет), овочевих культур та коренеплодів – від 1,2 (селера) до 5,2 мм (кріп).

Ширина насінин зернових і зернобобових культур знаходиться в межах: 1,2 (просо) до 10 мм (кукурудза), олійних і технічних культур – від 1,7 (льон) до 8,6 (соняшник), бобових і злакових кормових трав – від 0,6 (тимофіївка) до 6 (еспарцет), овочевих культур та кормових коренеплодів – від 0,6 (петрушка) до 3,2 мм (редиска).

Товщина насіння зернових і зернобобових культур коливається від 1,0 (просо) до 8 мм (кукурудза, горох), олійних і технічних культур – від 0,5 (льон) до 6 (соняшник, соя), бобових і злакових кормових трав – від 0,4 (конюшина, тимофіївка) до 4 (еспарцет), овочевих культур та кормових коренеплодів – від 0,3 до 2,5 мм (редиска).

Різноманітність насіння по розмірах і інших ознаках властивостей пояснюється різними умовами живлення, забезпечення вологою, дозрівання й формування його на рослині і, безумовно, сортом рослин.

    1. ^ Форма насіння.

За формою насіння класифікується на п'ять класів:

а) куляста (довжина, ширина та товщина насіння практично однакові або відрізняються незначно – горох, просо, сорго);

l = b = c

б) сочевицеподібна (ширина дорівнює довжині при значно меншій товщині – сочевиця та ін.);



в) еліптична (товщина дорівнює ширині при значно більшій довжині – соя та інші зерна бобових культур);



г) продовгувата (всі розміри зернини відрізняються один від одного – пшениця, ячмінь, жито, кукурудза та ін.);

д) тригранна і багатогранна – гречка.

Поверхня насіння. Поверхня насіння може бути гладенькою і глянцевою, ребристою і шершавою, горбистою і зморшкуватою.

Будова поверхні насінини є не тільки властивістю будь-якої рослини. Вона змі­нюється під дією зовнішніх умов, де рослина росте.

Маса насіння. Показниками маси насіння є: а ) абсолютна маса; б) об'ємна маса (натура, насипна щільність); в) щільність.

Абсолютною масою насіння називають масу 1000 шт. зернин у грамах (табл. 2.1).

Натура насіння основних польових культур коливається в межах, кг/ м3: овес – 400...550; пшениця озима – 750...850; кукурудза – 680...860; соняш­ник – 275...400; льон – 580...680.

Щільність насіння основних польових культур коливається від 0,9 (соняшник) до 1,5 г/см3 (горох, пшениця, ячмінь). На величину щільності впливають вологість, вміст повітря в ендоспермі, хімічний склад насіння.

Таблиця 2.1

^ Абсолютна маса насіння основних сільськогосподарських культур

Культура

Маса 1000 насінин, г

Культура

Маса 1000 насінин, г

Пшениця

22...42

Кукурудза

205...345

Жито

13...32

Гречка

23,5

Овес

20...42

Просо

6...6,5

Ячмінь

31...51

Горох

155

Рис

24...31

Соняшник

53...69


Фрикційні властивості насіння. Основним видом тертя насіння є тертя ковзання. Динамічний коефіцієнт зовнішнього тертя для насіння пшениці, ячменю, кукурудзи по різних матеріалах знаходиться в межах fq = 0,3...0,5. Динамічний fq i статичний fс коефіцієнти зовнішнього тертя знаходяться у співвідношенні

fq = (0, 6 ...0,7) fст . (2.1)

Коефіцієнт внутрішнього тертя основних зернових культур знаходиться в межах f/ = 0,44…0,57.

Кути внутрішнього тертя сипучих матеріалів дорівнюють кутам природних скосів. Якщо сипучий матеріал (насіння), розміщений на похилій площині (рис. 2.1), то при певних умовах (зменшення кута нахилу площини) матеріал (насіння) перестає рухатися по поверхні.




Рис. 2.1. Схема для виявлення кута внутрішнього тертя


Взаємне переміщення часточок (насіння) припиняється при

mg sinα =Fmax, (2.2)

де т – маса насіння;

g – прискорення вільного падіння;

α – кут природ­ного скосу;

Fmax – сила тертя, що виникає при взаємному переміщенні насіння.

Fmax =f'· N. (2.3)

Тут f' – коефіцієнт внутрішнього тертя;

N – сила нормальна до площини похилої.

Так як N = mgcosα , то первинна умова набуває вигляду

mg sinα = f'mg cosα . (2.4)


Звідси tga = f'' = tgφ'. (2.5)

Значить, рівновага настає при α =φ/.

Якщо відомі Н і R, то

Tgα = Н/ R, tgα = tg φ /= f'.


Звідси φ' = arctgН/ R. (2.6)

Кут природного скосу насіння в основному залежить від вологості на­сіння. При вологості насіння пшениці 11…12 % цей кут має величину біля 34°, при вологості 14…15 % – збільшується до 37°.

^ Витікання зерна через отвори. Витікання насіння через отвори можливе при достатній величині отвору. Мінімальна його величина визначається розмірами насіння, формою, коефіцієнтом тертя. Найбільш інтенсивно прямують вниз зерна, які розташовані безпо­середньо над отвором. У міру переходу вгору зона активного руху розширюється і при круглому отворі набуває форми конуса (зрізаного)..

У міру зменшення кількості насіння в насіннєвому ящику кут при вер­шині конуса, в межах якого відбувається активний рух насіння, поступово збільшується. При плоскому дні ящика утворюються «мертві простори», в яких насіння залишається в ящикові.

Для рівномірного поступання насіння в коробки висівних апаратів зернових сівалок без утворення «мертвих просторів» ширину дна насіннєвого ящика виготовляють дещо більшою від висівних отворів, бокові стінки розташовані похило під кутом, більшим кута тертя насіння по стінці. Верхню части­ну бокових стінок розміщують вертикально.

Форма отвору своєрідно впливає на витікання насіння. Збільшення розміру отвору призводить до збільшення як загального, так і питомого витікання кількості витікаючого насіння.

Якщо виміряти кількість витікаючого з отвору насіння в одиницях об'єму, який відноситься до часу на площу перерізу, то цей питомий показник q є швидкість витікання і має розмірність швидкості – см/с:

q = Q/F, (2.7)

де Q – кількість насіння, яка витікає в одиницю часу, см3/с;

F – площа перерізу отвору витікання, см2.




Рис. 2.2. Залежність питомого витікання насіння через круглий отвір від площі

перерізу


При витіканні насіння через отвір за дослідженнями А.Н. Семенова, існує критичний переріз отворів витікання. Зменшення перерізу вихідного отвору приводе до того, що при певному його значенні витікання насіння припиняється, незважаючи на те, що діаметр отвору ще значно більший поперечного перерізу зерен (рис. 2.2).

Витікання насіння відбувається без особливих затримок, якщо

, (2.8)

де b і с – поперечні розміри насіння; r – радіус отвору.

Коли

, (2.9)

то витікання насіння зменшується і при

(2.10)

повністю припиняється.

Для визначення розмірів мінімально допустимих (критичних) отворів, з врахуванням характерних особливостей витікання насіння через отвори різної форми, можуть служити наступні вирази:

для круглих отворів

, (2.11)

для квадратних отворів

, (2.12)

де а – бік квадрата;

для еліптичних отворів

, (2.13)

де а/ і b/ півосі еліпса.

Передача руху через сухе тертя в «активному шарі» насіння.

В кожному висівному апараті зернових сівалок насіння переміщується:

а) вільним рухом зверху вниз під дією сили тяжіння;

б) примусово, перемістившись у впадини котуш­ки, рухається разом із котушкою;

в) напівпримусово – в «актив­ному» шарі рух насінин створюється силами внутрішнього тертя, які викликаються котушкою.

Рухливий "активний" шар насіння може бути розглянутий, як об'єкт, скла­дений із ряду тонких шарів, накладених один на одного. Товщина кожного шару приблизно рівна середньому розміру насінини.

Перший шар рухається під дією імпульсу (від котушки). Другий шар одержує рух від першого шару за рахунок тертя між шарами, третій шар від другого тощо.

Швидкість руху окремих шарів насіння в загальному "активному" шарі підлягає математичному виразові в експоненціальній залежності

υ п = υо qп, (2.14)

де υ0 – швидкість першого шару, рівна швидкості деталі, яка ство­рює імпульс;

п – порядковий номер шару, який приходить в рух; q – коефіцієнт, рівний:

, (2.15)

де е – основа натурального логарифма; f' – коефіцієнт внутрішнього тертя;

с – сталий показник с≈ 0,38.

В міру заглиблення у насіннєвий матеріал швидкість руху насіння різко знижується (рис. 2.3). Загальна товщина активного шару не перевищує 4…6-кратної товщини насінини. У пшениці практично рухаються 4 шари (приблизно 10 мм), у проса 5 шарів (приблизно 7 мм).







Сторінка1/3
Дата конвертації25.10.2013
Розмір1.25 Mb.
ТипКонспект
  1   2   3
Додайте кнопку на своєму сайті:
uad.exdat.com


База даних захищена авторським правом ©exdat 2000-2012
При копировании материала укажите ссылку
звернутися до адміністрації
Документи