УДК 631. 312; 633. 001. 5
ДОСЖАНОВ О. М.
СОПРОТИВЛЕНИЕ БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВЕРТИКАЛЬНОГО НОЖА
(ЮКГУ им. М. Ауезова, г. Шымкент)
Выполненные исследования показали, что влияния боковой поверхности вертикального ножа, особенности силы трения и удельной силы по боковым поверхностям ножа зависят от отношения зон скалывания и всестороннего сжатия, все это сказывается на разуплотнении почв.
В данное время в связи с нарушением технологического режима обработки почв разными сельскохозяйственными орудиями и не рассчитанный той или иной вид технологий (первый попавший сельскохозяйственная машина или другое орудие) сельскохозяйственного производства, его энерговооруженность создают новую социально-экологическую проблему – уплотнение почв от воздействия движителями сельскохозяйственных машин и орудий.
В результате исследования ученых ВАСХНИЛ подтверждено, что каждый участок пашни за сезон не менее 3-5 раза подвергается воздействию ходовых систем. Оказывается, только из-за переуплотнения почв урожай зерновых снижается на 20%, бесполезно расходуется до 40% минеральных удобрений и 18% горючего [1]. На данном этапе уплотнение почвы пол-ностью устранить нельзя. Поэтому проблема разуплотнения с минимальными энергетичес-кими затратами является актуальной. Как установлено во многих работах [2, 3, 4] разуплот-нение может осуществляться естественным путем и с помощью механического рыхления.
В связи с этим было проведено исследование влияния длины боковой поверхности (по направлению скорости резания) вертикального ножа рыхлителя на сопротивление резания почвы. На рис.1 приведены изменения сил резания и удельной силы трения для суглинка (С=5) в зависимости от длины боковой поверхности l вертикального ножа толщиной вн =50мм (участок ножа высотой hн =150мм) на глубине ниже hкр, т. е. в зоне всестороннего сжатия. При образовании боковой поверхности длиной l=50мм усилие резания возросло на 21,9%, а при l=200мм –на 61,2% (скорость резания vр=0,95м/с) по сравнению с усилием резания ножом треугольного сечения, т. е. при l=0. Это говорит о том, что длина боковой поверхности оказывает исключительно большое влияние на сопротивление, а доля сопротивления, вызванная трением по боковой поверхности, составляет значительную величину от общего сопротивления (в нашем случае при l=200мм сила трения равна 38,8%).
Удельная сила трения изменяется с 2,9даН/см2 при l=0 до 1,64 при l=200мм (кривая q), т. е. сила трения по длине уменьшается почти в два раза. До сих пор принималось, что удельная сила трения не зависит от размеров боковой поверхности, в частности от длины.
Рис. 1. Зависимость усилия резания Р и удельной силы трения q от длины боковой поверхности l в зоне всестороннего сжатия (суглинок, v= 0,95м/с).
В зоне скалывания (рис. 2) приращения усилия от сил трения при l=50мм составляет 10,1%, а при l=200мм – 26,0% по сравнению с усилием резания при l = 0. Удельная сила трения в этой зоне изменяется от 0,23 при l = 0 до 0,11даН/см2 при l = 200мм, а средняя – на отдельных участках от 0,16 до 0,07даН/см2. С учетом того, что усилие резания здесь в 5-8 раз меньше, чем в зоне всестороннего сжатия, абсолютное значение силы трения в зоне скалывания на участках длины 0…50 и 150…200мм соответственно меньше в 12,6 и 14,9 раз. Это объясняется тем, что боковые поверхности в зоне скалывания испытывают малое давление и, следовательно, сила трения имеет относительно небольшой удельный вес в общем сопротивлении резанию.
Рис. 2. Зависимость усилия резания Р и удельной силы трения q от длины боковой поверхности l в зоне скалывания (суглинок, С=5, v=0,95м/с).
Различные значения нормальных контактных давлений на боковых поверхностях в зонах скалывания и всестороннего сжатия создают неодинаковые условия трения грунта по этим поверхностям. В зоне скалывания, где нормальные давления относительно малы, имеет место, как правило, внешнее трение. На участках боковой поверхности в зоне всестороннего сжатия трение происходит при пластической деформации контактного слоя. В этих условиях напряжения в местах контактов между частицами часто достигают значений, при которых разрушаются связи между ними, что создает возможности для полного или частичного их перемещения по поверхности слоя. В результате происходит замена трения грунта о материал боковой поверхности на трение грунта о грунт, образуется на боковой поверхности грунтовая «рубашка».
Обработка опытных данных подтвердила, что характер изменения сил трения от длины боковой поверхности (щеки) вертикального ножа аппроксимируется уравнением вида
(1)
где l - длина боковой поверхности ножа (по направлению скорости резания); qn - предел удельной силы трения (остаточная сила трения, которая практически не изменяется, l =
); q0 - удельная сила трения в начале длины боковой поверхности (l = 0); Lн - длина боковой поверхности ножа, при которой разность q0 - qn уменьшается в е раз.
Для кривой q (l) скорость изменения удельной силы трения в зависимости от e определяется равенством
По своей структуре выражение (1) аналогично уравнению релаксации напряжений грунтов [5]
где 
- предел релаксации напряжений (остаточное напряжение, практически не релаксирующее); 
- напряжение в начальный момент; t - время, в течение которого происходит уменьшение напряжений; T-период релаксации.
Величина 
и удельная сила трения qn определяется на основе экспериментальных данных. Для этого принимаются 
и 
при двух значениях l1 и l2, причем l2=2 l1. При l= l1 имеем:
отсюда
(2)
Следовательно,
(3)
Значения q0 и так же определяются экспериментально. Удельная сила трения qn вычисляется следующим образом. При l2=2l1,
(4)
Решив совместно выражение (2) и (3), найдем 
(5)
Подставив в уравнение (3) значение qn и преобразовав его, получим
(6)
Для исследуемых условий резания значения параметров и Lн : в зоне сжатия q0 =0,29МПа, qn =0,138МПа, Lн =90,9мм; в зоне скалывания q0=0023МПа, qn =0,009МПа, Lн =112,3мм. Подставив их численные значения в уравнение (1) получим выражения для определения силы трения вертикального ножа шириной вн =50мм при резании суглинистого грунта (С = 3…5) и скорости v = 0,95м/с для зоны всестороннего сжатия
Закономерность изменения удельной силы трения на боковой поверхности ножа в зоне скалывания выражается уравнением
Сила трения на боковой поверхности ножа
где S - поверхность трения.
В зоне всестороннего сжатия сила трения при длине боковой поверхности l1 определяется из уравнения
.
Средняя удельная сила трения в зоне сжатия
Среднее нормальное давление
,
где fсж - коэффициент трения в зоне сжатия.
Для определения силы трения в зоне скалывания принимаем, что эпюра нормальных дав-лений на боковой поверхности ножа имеет параболический вид. Основанием для этого явля-ется идентичность характера распределения контактных давлений на передний и боковой поверхности рабочего органа соответственно в зонах скалывания и всестороннего сжатия.
Следовательно,
где hck- глубина скалывания; x - начало координат (принята точка hkp); n - показатель степени. Тогда суммарное нормальное давление на боковой поверхности ножа в зоне скалывания
После подстановки значения pcp, имеем
,
Сила трения по боковой поверхности ножа в зоне скалывания
,
где fck - коэффициент трения металла о грунт в зоне скалывания. Суммарная сила трения по всей боковой поверхности
.
Подставляя их значение, получаем
.
Таким образом, выполненные исследования влияния боковой поверхности вертикального ножа на усилие резания показали, что сила трения по боковым поверхностям составляет 25…35% и более суммарного усилия за счет потенциальной энергии обратимых деформаций, закономерности изменения сил трения по боковым поверхностям зависят от отношения зон скалывания и всестороннего сжатия. Удельная сила трения в первой зоне в 10…15 раз меньше, чем во второй.
ЛИТЕРАТУРА
1. Новый мир. 1986. №1. С.152.
2. И. Обработка почвы в интенсивном земледелии Нечерноземной зоны. - М.: Колос, 1984. - С.70-76.
3. С. Глубокое рыхление – эффективный способ мелиорации солонцов // Гидротехника и мелиорация. -1983. -С.65-69.
4. Л. Механизм процесса резания грунта и структурные формулы усилия резания // Сб. науч. трудов /ЦНИИМЭСХ. - Минск., 1976, - Т.13. - С.190-206.
5. Л. Обратимые деформации грунта и сопротивление резанию // Механизация почвообработки, приготовления и использования удобрении: Сб науч. тр. ЦНИИМЭСХ. - Минск., 1986. - С.23-50.
***
Мақалада қарастырылған зерттеулердің қорытындысы тік пышақтың беттеріне түсетін үйкеліс күштері мен жеке күштердің ықпалдылық ерекшеліктері: жан – жақты қысымдағы және бұзып – үгіткіштен алқаптардағы пышақтың қапталының ұзындығына байланыстылығы (кесу жылдамдығы бағытында).
***
If this articles to tell show the peculiarity in – flounce force friction and the specific by force frictions in side furface the vertical a knife: the separately a rone pin together and thorongh compressed in dependence a longer in rface a knife (on direction quickly cut).
Основные порталы (построено редакторами)