Рефераты   Доклады  Документы  
Курсовая работа  
Лекции  
Литература  

Таким образом, статистическая механика позволяет установить происходящие в почвенных слоях процессы переноса тепла, влаги и энергии, а также тепло- и влагообмен между окружающим воздухом и почвой

Механико-технологические основы снижения энергоемкости обработки почвы



страница4/6
Дата публикации10.12.2014
ТипАвтореферат
100-edu.ru > Документы > Автореферат
1   2   3   4   5   6

Таким образом, статистическая механика позволяет установить происходящие в почвенных слоях процессы переноса тепла, влаги и энергии, а также тепло- и влагообмен между окружающим воздухом и почвой.

Г.Х. Цейтин и А.Ф. Чудновский предложили формулу для определения температуры почвенных слоев по температуре окружающего воздуха на высоте метеорологической будки


, (6)

где х – глубина, на которой определяется температура почвы, м; – изменение времени от = 0 до заданного = (порядка нескольких часов); ( -) – ход температуры воздуха во времени на определенной высоте (высота метеорологической будки 1,5 – 2,0 м), К; dg (x, ) и dW (x, ) – соответственно функции изменения температуры и влажности во времени и по глубине.

По температуре окружающей среды нами, по данным Брединской районной метеостанции Челябинской области, расчетным путем были получены закономерности температурных колебаний в слоях почвы во времени (рис. 3).


В почвенном слое вырабатывается большое количество тепловой энергии. Даже в начале мая, когда температура атмосферного воздуха невысока, в нем выделяется до 80 кДж. А энергия межмолекулярной связи частиц в черноземных почвах составляет порядка 100 кДж. Эта энергия усиливает колебательное движение почвенных частиц, побуждая их к разрыву связей между ними.

Рис. 3. Суточные изменения температуры почвы Классическая механика,

как показано выше, позволяет получать определенные практические результаты. Но установить сам механизм процесса переноса энергии вещества внутри почвы с ее помощью затруднительно. Поэтому возникает необходимость рассмотрения внутрипочвенных процессов с позиции волновой и квантовой механики.

Луи де-Брогль применил положения теории света Эйнштейна к материи. Идея волн материи, связанных с движением материальных частиц, подтвердилась экспериментально. К системе материальных частиц применимы соотношения:

энергия е = ; импульс р = k; волновое число k = 1/ ; длина волны = /mv,
где m – масса частицы, кг; v – скорость частицы, м/с; волновая скорость = с2/ v, м/с.
Для материальных лучей также существуют явления интерференции и дифракции, т.е. они имеют волновую природу. В теории Луи де-Брогля материальные частицы, подобно световым, рассматриваются как квазичастицы, фононы. Подобно электронному газу в кристаллической решетке, в материальном теле между частицами функционирует фононный газ, который описывает тепловое движение атомов. Все виды переносов (перенос массы, энергии и т.д.) происходят посредством этого фононного газа.

Сказанное особенно актуально для почвы как материального тела, ведь в реальности почва не является сплошным телом твердой структуры, в ней много пустот и трещин, взаимодействие между частицами слабое. И дырочный перескок атомов микроскопического механизма переноса к почве, по нашему мнению, неприменим. Почвенные частицы в форме одинаковых шаров расположены в кубической или гексагональной упаковке. Они в молекулярно-кинетической теории совершают колебательные движения вокруг положения равновесия, в совокупности вызывая колебания упаковки в целом. Функция Гамильтона для малых колебаний упаковки
, (7)

где  – частота колебания, Гц; Q и P – канонические переменные энергии, Дж.
Каждое слагаемое имеет вид функции Гамильтона одномерного гармонического осциллятора, который в теории Дебая принимается за источник распространяющихся в определенном направлении звуковых волн – фононов. Оно описывает определенное нормальное колебание упаковки, которое представляет собой бегущую волну.

В физической кинетике фононы рассматриваются как квазичастицы, представляющие собой упругие колебания среды. Из всего сказанного следует, что почвенную систему правомерно рассматривать как фононную систему. В почве происходят непрерывные изменения температуры слоев как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении, являющиеся следствием тепловых колебаний почвенной среды. Собственные колебания почвенных частиц усиливаются воздействием окружающей среды. Фононы, как квазичастицы, имеют те же характеристики, что и элементарные частицы: время и длину свободного пробега, они могут сталкиваться, отдавать энергию и т.д. Известны уравнения фононной гидродинамики:
;

v = 0; (8)

Pi = ill,
где Р – плотность квазиимпульса, (кг∙м2)/с; S – энтропия, Дж/К; Т – изменение температуры, К; с – удельная теплоемкость, Дж/кг∙К; – скорость дрейфа фононов, м/с; il – тензор, имеющий размер плотности, кг/м3.
Таким образом, уравнения фононной гидродинамики дают описание теплового движения, где температура определяется как мера средней энергии теплового движения частиц и характеризует равновесное распределение фононов.

Правомерность рассмотрения почвы как фононной системы подтверждается полученными выше расчетами, волнообразным изменением температуры почвенных слоев. Справедливость наличия колебательных квантов показывает также картина распространения звуковых волн в почвенном слое.

Представление почвенной системы как фононной дает возможность установить величину энергии процессов, происходящих в ней.

Состояние фононной системы характеризуют термодинамические функции: энтропия, свободная и внутренняя энергия. Именно как фононная система почва является термодинамической системой.

Механизм переноса тепла в почве был установлен нами при рассмотрении ее с позиции квантовой механики. Процессы переноса совершаются фононами или квантами упругих колебаний среды, возникающих вследствие колебаний почвенных частиц (рис. 4). Интенсивность этих колебаний зависит от энергии межчастичных связей U0, которая в свою очередь определяется типом почвы и ее структурой.

Контакты между почвенными частицами осуществляются через пленки жидкости 2.

Рис. 4. Фрагмент упаковки почвенных частиц:

1 – почвенные частицы; 2 – жидкостная пленка;

U0 – энергия взаимодействия между частицами
Термоактивационные процессы происходят как с частицами, так и в молекулярной структуре жидкой пленки. Если величина энергии колебания превышает величину энергии связей между частицами, происходит разрыв этой связи и саморазрушение почвенной структуры.

Тип почвы формируется минеральной основой. Минеральной основой черноземов является монтмориллонитовая группа, химический состав которой выражается формулой MgOAl2O34SiO2H2OnH2О. Энергия связи составляет ≈ 100 кДж/моль.

Согласно термодинамическому условию прочности, сформулированному И.И. Гольденблатом и А.Ф. Чудновским, напряжение разрыва почвенных частиц
, (9)
где – активационный объем, м3; U0 – энергия межатомной связи, Дж; k – постоянная Больцмана, Дж/К; – долговечность материала при заданном растягивающем напряжении и абсолютной температуре Т, с; 0 – период колебания частицы около положения равновесия, с.
С учетом термофлуктуационных процессов накопления разрывов межчастичных связей в зависимости от температуры и времени это уравнение можно записать в виде

, (10)
где Е – модуль продольной упругости, Н/м2; а – длина межатомной связи, м;  – длина свободного пробега фононов, м; – разрывное удлинение межатомных связей, м; – коэффициент теплового расширения, К-1.
По этому уравнению для черноземов при температурах поверхности почвы 20…270С напряжение разрыва почвенных частиц составляет ≈ 0,4 кг/см2.

Поверхность почвы подвергается непрерывному гигротермическому воздействию окружающей среды, вызывающему распад ее структуры. В физико-химической теории известно соотношение Гриффитса, согласно которому прочность тела Рс пропорциональна поверхностному натяжению σ1/2 (Рс ~ σ1/2). Сорбционные процессы, по Ребиндеру, приводят к понижению свободной поверхностной энергии почвы, связанной с химическим составом фаз, прочностью почвенной структуры:

Fs = S, (11)

где – удельная поверхностная энергия, Дж/м2; S – площадь поверхности, м2.
При взаимодействии тела со средой, содержащей водяные пары, понижение поверхностной энергии выражается зависимостью
Fs = RT, (12)
где R – универсальная газовая постоянная, Дж/К∙моль; Т – абсолютная температура, К; Г – адсорбция водяных паров, м32; d – плотность тела, кг/м3; р – давление паров, Па.

А.Ф. Полаков и В.В. Бобков приводят уравнение предела прочности пористых тел на разрыв, выведенное на основе физико-химической теории прочности

Rp = FpR/ = 2 1(/к) v12 S0 Фр , (13)
где Fр – площадь разрыва, м2; – радиус контакта частиц, м; 1 – удельный вес частиц, Н/м3; – поверхностная энергия, Дж; к – критическая деформация, м; v1 – суммарный объем частиц, м3; S0 – удельная поверхность, м2/г; Фр – показатель степени неравномерности размеров частиц в объеме.
Для черноземов по формуле получим, что предел прочности почвенных частиц на разрыв в плотных почвах изменяется в пределах 6,7…31,0 кг/см2, в рыхлых почвах – 0,99…4,6 кг/см2.

Реологические свойства почвы реализуются ее упругостью и вязкостью, которые формируются в основном за счет почвенной воды, и ее парами, составляющими жидкую и газообразную фазы почвы. Почвенная вода делится на свободную (объемную) и связанную (граничную). В работе приведены структура и свойства объемной воды в крупных капиллярах и пустотах, ее молекулярное строение, силы взаимодействия и энергия молекул, движение молекул и т.д. Рассмотрены водные растворы в почве, их строение, закономерности их формирования.

Связанная вода на поверхностях почвенных частиц имеет особые свойства, сформированные перестройкой сетки межмолекулярных водородных связей под влиянием поля поверхностных сил частиц. Граничные слои воды по сравнению с объемной водой имеют особенности: повышенные вязкость и плотность; пониженные подвижность молекул и растворяющая способность; сниженные температуропроводность и диэлектрическая проницаемость.

На основе данных исследователей была составлена микродинамика граничной воды в черноземах (рис. 5).

Отрицательный атом кислорода воды электростатически связан с положительными ионами поверхности частиц.

Рис. 5. Микродинамика граничной воды:

1, 2 – почвенные частицы;

h – толщина прослойки
Диполи воды расположены по нормали к поверхности. Положительные атомы водорода молекул воды создают отталкивающий эффект между диполями воды, появляется расклинивающее давление, что вызывает расхождение поверхностей (частиц) в тонкой прослойке.

Величина расклинивающего давления зависит от толщины прослойки (Б.В. Дерягин, Н.В. Чураев и др.). Толщина смачивающих пленок определяется изотермой расклинивающего давления. Формирование граничных пленок и их свойств происходит под влиянием поверхностей частиц и водного раствора.

Естественно предположить воздействие водного раствора, смачивающих пленок на состояние поверхностей частиц и самой частицы. В почве, как в капиллярно-пористом теле, вследствие градиентов различных движущих сил возникают термо-, электро-, капиллярноосмотическое и пленочное течения воды. В результате вода проникает во всю структуру твердой фазы, адсорбируясь в ней, и влияет на ее характеристики.

Минеральной основой черноземов служит монтмориллонитовая группа, в которой в процессе адсорбции выделяется значительное количество тепловой энергии (Ю.И. Тарасевич, Ф.Д. Овчаренко). Ее значение доходит до 14 кДж/моль. Эта тепловая энергия увеличивает энергию колебания почвенных частиц и содействует разрыву связей между ними. К тому же, при нагревании снижается межфазная энергия за счет увеличения взаимной растворимости фаз, уменьшается вязкость связанной воды, возрастают коэффициенты объемной и поверхностной диффузии. Все это способствует снижению прочности твердых тел.

По данным исследователей, в монтмориллонитах существуют четыре вида молекул адсорбционной воды, амплитуда колебаний которых лежит в пределах 3100…3600 см-1. В результате возникают элементарные волновые процессы, вызывающие механические напряжения в почвенных частицах и агрегатах, приводящие также к снижению их прочности.

Таким образом, приведенные данные свидетельствуют о том, что под действием почвенной воды происходит разрыхление почвенного слоя.

Обзор ряда исследований (Н.В. Перцов и др.), в которых изучается разрушение горных пород, контактирующих с водными средами, показывает, что в основе процессов разрушения лежат перечисленные выше механизмы.

Приведенное свидетельствует, что почва, почвенные частицы разрушаются под действием граничной, связанной воды. Связанная вода, как показано выше, по характеристикам слабее свободной воды. Следовательно, для интенсификации процессов разрыхления почвы связанную воду необходимо перевести в категорию свободной воды, что возможно с помощью поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Повышение или понижение температуры почвы вызывает изменение давления почвенного воздуха (рис. 6). При нагревании почвенного слоя воздух, находящийся в его порах и пустотах, расширяется, и повышается давление на «стенки» пор и пустот. Усиливаются удары молекул воздуха. При давлении, превышающем силу взаимодействия частиц, эти «стенки» разрушаются. При охлаждении же давление в порах и пустотах снижается, что также вызывает деформацию связей почвенных частиц. Таким образом, в результате взаимодействия почвенных частиц, взаимодействия фаз, адсорбции водяных паров из окружающей среды в почве непрерывно происходит процесс саморазрыхления почвы, который наиболее развит в черноземных почвах на карбонатной основе.

Саморазрыхлению почвы способствует и целый ряд других факторов: процессы увлажнения и высыхания, сопровождающиеся набуханием и усадкой почвенного слоя; разрыхляющее действие корневых систем растений; деятельность микроорганизмов и червей; процессы промерзания и оттаивания почвенного слоя. То есть, в естественных природных условиях происходит разрыхление почвы и без ее механической обработки, из чего следует вывод Рис. 6. Изменение давления почвенного воздуха

о возможности минимизации меха-

нических технологических воздействий на почву. Это и является основой минимальных ресурсосберегающих технологий.

Способы обработки почвы и рабочие органы для их реализации должны обеспечивать условия для произрастания растений, т.е. отвечать их требованиям. А соответствующие агротехнические требования к качеству обработки почвы, как отмечалось выше, пока не определены.

Этот вопрос рассматривался нами в свете выполненных исследований почвы в различных отраслях науки: почвоведении (В.В. Докучаев, П.А. Костычев, К.К. Гедройц и др.); агрофизике (И.М. Комов, А.Г. Дояренко, А.Д. Воронин и др.); земледелии (Н.М. Тулайков, Т.С. Мальцев, В.А. Ковда и др.); растениеводстве (А.В. Советов, И.А. Стебут, В.Р. Вильямс и др.); земледельческой механике (В.П. Горячкин, В.А. Желиговский, В.И. Виноградов).

На основе их анализа нами выдвинута гипотеза о том, что в составе почвы имеется еще и четвертая, плазменная фаза, которая и является фазой питательных веществ. В нашей формулировке определения почвы указывается, что плазменная фаза, почвенный раствор, и образует основное свойство почвы – плодородие.

Очевидно, что сложение и структура почвы должны создавать ее плодородие, т.е. формировать фазу питательных веществ. И оценка структуры почвы должна соответствовать этому.

Параметры почвенного раствора зависят от пористости почвы, от соотношения некапиллярной и капиллярной пористостей. Физико-химические процессы, непрерывно происходящие в почве, зависят от ее строения (табл. 1).

Из таблицы видно, что поры играют исключительную роль в жизнетворности почв. Но пористость зависит от плотности расположения частиц в объеме. Требуемая плотность почв для возделывания зерновых культур находится в пределах 1,1…1,3 г/см3. При такой плотности обеспечивается оптимальное соотношение капиллярной (24%) и некапиллярной (35%) пористостей.

Пористость и плотность составляют в совокупности удельную поверхность почвы, являющуюся ее фундаментальным свойством. От нее зависят все свойства почвы. Чем больше удельная поверхность почвы, тем больше ее поверхностная энергия, тем выше содержание гумуса, тем благоприятнее условия для роста и развития растений. Следовательно, агротехническим требованием к качеству обработки почвы должна быть удельная поверхность обработанного почвенного слоя.
Таблица 1

Зависимость между пористостью почвы и физико-химическими процессами


Виды

пористостей, %

Доля пористостей

Воздухо-

проницае-

мость, %

Влаж-

ность,

%

Степень

насыще-

ния, %

Испаряе-

мость,

мм/ч

Капилляр-

ное подня-

тие, мм/сут

Некапиллярная

Капиллярная

2,7

44,7

< 0,5

32,20

92

1,58

117,5

Некапиллярная

Капиллярная

24,5

25,5

4,0

25,5

51

1,26

20

Некапиллярная

Капиллярная

29,6

25,1

100,0

23,0

46

1,15

9

Некапиллярная

Капиллярная

35,1

24,5

90,0

21,3

41

0,96

6

Некапиллярная

Капиллярная

38,7

23,9

95,0

20,5

37

0,60

2,5


Проведены теоретические и экспериментальные исследованиями по разрушению почвы. Сравнением величин нормальных и касательных напряжений, возникающих в почвенном пласте при воздействии клина, мы установили, что разрушение почвы в состоянии спелости начинается сдвигом по какой-то площадке. Образуется начальная трещина. Упругая энергия, накопленная в пласте при воздействии клина, высвобождаясь через нее, будет одновременно разрывать связи между частицами, продвигая трещину дальше. Развитию трещины будут способствовать и поры, пустоты, не исчезнувшие при сжатии пласта. Первоначальный сдвиг одних частиц сопровождается в дальнейшем отрывом друг от друга других частиц при межзеренном их скалывании или же будет происходить внутризеренное скалывание частиц. В результате происходит сложное разрушение пласта сдвигом с отрывом.

В порах же развивается давление почвенной влаги, она устремляется в трещину, играет роль клина и продвигает ее дальше. При этом поровая вода служит и своего рода смазкой между поверхностями трещин, сильно облегчая их развитие.

Поверхность разрушения развивается неоднозначно, имеет ступенчатый характер, который становится вовсе непредсказуемым вследствие скоростного режима обработки почвы. Количество факторов, влияющих на процесс разрушения, возрастает, силовые факторы меняются ежесекундно. Значительны будут динамические колебания частиц. Скорость изменения порового давления также будет большой. Поэтому точное определение величины и направления разрушающей силы вряд ли осуществимо. Целесообразнее определять энергию, расходуемую на процесс.

По Гриффитсу, энергия, расходуемая на разрушение материала, равна поверхностной энергии образовавшейся трещины:
, (14)

где Рv/2 – накопленная в пласте в результате сжатия потенциальная энергия, Дж; 22/2Е – потенциальная энергия, освобождающаяся через образовавшуюся трещину (плоскость) сдвига, Дж; 4ℓSп – поверхностная энергия образовавшейся трещины, Дж.
Преобразуя это уравнение, мы получили величину энергии крошения почвы
Ап = σп (УПагр – УПд) , (15)
где σп – поверхностное натяжение почвенной частицы, Н/м; УПагр – агротехнически необходимая удельная поверхность почвы, м2/г; УПд – действительная удельная поверхность почвы, м2/г.
За УПагр принимаем удельную поверхность черноземов в естественном рыхлом сложении – 130 м2/г. Действительная удельная поверхность черноземов степных зон находится в пределах 90 м2/г.

Для крошения почвенного пласта плотностью 1,5 г/см3 требуется затратить энергию, равную 436 кДж. Сила сжатия, обеспечивающая такую энергию крошения, определяется уравнением
Uобщ =  , (16)
где Uобщ – общая энергия крошения, Дж; Рсж – общая сила сжатия пласта, Н; Lп – длина пласта, м; Ес – модуль сжатия пласта, Па; a, b – толщина и ширина пласта, м.
Она равна 6045 Н. Согласно экспериментальным данным Ю.В. Луканина, такая сила сжатия возникает при скоростях движения более 14 км/ч. Рабочие же скорости плугов составляют 8…10 км/ч, при которых необходимая сила сжатия пласта не создается. Для ее создания потребуется более чем в 1,5 раза увеличить скорость движения. Это приведет к росту тягового сопротивления, что еще больше увеличит энергоемкость обработки почвы. Следовательно, необходимы способы обработки почвы и рабочие органы, работающие на других принципах воздействия на почвенный пласт, а не принципе его сжатия, по которому в настоящее время работают почвообрабатывающие орудия.

Разработана реологическая модель почвы и на ее основе рассмотрены различные виды воздействия на почвенную структуру (рис. 7).



Рис. 7. Реологическая модель почвы:

H, N, StV – элементы упругости, вязкости и сухого трения; нижние индексы

1, 2, 3 – макроагрегат, микроагрегат и элементарная почвенная частица;

верхний индекс 1 – момент проявления элементов

При воздействии на почву сжатием (рис. 7, а) возникающие в ней напряжения определяются уравнением математической модели

, (17)

где τ0 – начальное напряжение сдвига, Па; е – основание натурального логарифма; G – модуль сдвига, Па; ηN, ηK – соответственно коэффициенты вязкости элементов, Па·с; – скорость деформации, м/с; λМ – коэффициент пропорциональности;

При воздействии на почву растяжением (рис. 7, б), возникающие в ней напряжения определяются уравнением второй математической модели
; (18)

Сравнением этих уравнений получим, что при растяжении почвенной структуры возникающие в ней напряжения меньше, чем при ее сжатии. Реологическая модель наглядно показывает, что почва обладает структурной вязкостью.

Этот вывод подтвердили кривые деформирования почвы (рис. 8), построенные нами по экспериментальным данным исследователей, приведенных Д.И. Золотаревской. На начальном этапе почвенная структура не нарушена, она обладает максимальной вязкостью, в конечной же стадии структура нарушена и вязкость минимальна. Сопротивление почвы не имеет постоянного характера ни по величине, ни по направлению. Следовательно, рабочий орган должен быть с переменными формой и геометрией поверхностей скольжения почвы или комбинированным.

Рис. 8. Реологическая кривая тяжелосуглинистого Способ обработки почвы чернозема (плотность 1,66 г/см3, относительная должен обеспечить требуемое

влажность 0,66) качество работы при наимень-

ших затратах энергии.

Расход энергии на обработку единицы объема почвы
Ауд = , (19)
где Pv – работа, производимая в единицу времени (Р – сила тяги орудия, Н; v – скорость движения агрегата, м/с); abv – объем почвы, обрабатываемый в единицу времени (а, b – глубина и ширина обрабатываемого почвенного слоя, м).
По В.П. Горячкину, объем почвы, обрабатываемый в единицу времени
abv = , (20)
где A(B-Cvm)v – характеристики трактора; – характеристики плуга.
Способ обработки почвы или принцип воздействия на нее при обработке должны выбираться с учетом физико-механических свойств почвы. Подставив уравнение (20) в уравнение (19), после преобразования получим характеристику почвы
Ауд = , (21)
где пл – К.П.Д. орудия; k – коэффициент деформации пласта, Н/м2; – скоростной коэффициент, (Н∙с2)/м4.
Коэффициент деформации пласта характеризует главную часть сопротивления, оказываемого проходу орудия. На деформацию у плугов и плоскорезов, воздействующих на пласт путем сжатия, приходится до 50% тягового усилия. При сжатии почвы рабочими органами, сдвиге и последующем скольжении по рабочим поверхностям частицы принимают ориентированное, преимущественно параллельное расположение. Это ведет к плотной упаковке частиц и увеличению сопротивления почвы продвижению рабочего органа.

По Голугорскому, величины напряжений, возникающих в почвенном слое, составляют, кг/см2: при сжатии – 0,3…0,5; при растяжении – 0,05…0,10; при кручении – 0,05…0,10; при чистом сдвиге – 0,5…1,0. Следовательно, как показывает уравнение (13), для снижения энергетических затрат при обработке почвы необходимо воздействовать на нее путем растяжения, кручения и т.д.

Выбор принципа воздействия на почву для снижения энергоемкости ее обработки проведён на основе определения величины тягового сопротивления рабочего органа. Для этого использована разработанная нами реологическая модель почвы на уровне микроагрегатов, так как обработка почвы производится в состоянии ее физической спелости и меняет почвенную структуру именно на этом уровне (рис. 9).

При воздействии рабочего органа сжатием (рис. 9а) на почвенный объем в нем возникает движение слоев, происходят вязкостные и упругие деформации. Принимаем, что их скорости имеют равные значения. Интенсивность работы, производимая приложенной силой F, определяется по выражению
Fv = F1vN2 + F2vH2 , (22)
где F1, F2, – силы, действующие на элемент вязкости N2 и элемент упругости Н2, Н; vN2, vH2 – скорости перемещений в этих элементах вязкости и упругости, м/с.
Так как скорости перемещений в почвенном слое равны, то F = F1 + F2; сила сопротивления объема почвы воздействию рабочего органа R = F.


а б
Рис. 9. Силовое возбуждение почвенного объема: а – сжатием, б – растяжением

V – почвенный объем; 1 – элемент вязкости (тело Ньютона) почвы;

2 – элемент упругости (тело Гука) почвы
Cила F1, приложенная к элементу вязкости, вызывает в нем силу сопротивления вязкостному движению почвенных слоев. Поэтому
F1 = , (23)
где η – динамический коэффициент вязкости поверхности почвенных слоев или коэффициент внутреннего трения, Па·с; S – площадь соприкосновения поверхностей скольжения, м2; v – скорость скольжения слоев, м/с; а – расстояние между граничными плоскостями скольжения, м.
Преобразованием этого уравнения получим
F1 = γSv = ρgabv , (24)
где γ – удельный вес почвы, Н/м3; ρ – плотность почвы, кг/м3; g – ускорение, м/с2; b – ширина почвенного слоя, м; v – скорость движения рабочего органа, м/с.
Сила F2, приложенная к элементу упругости, вызывает в нем силы сопротивления почвенного элемента упругим перемещениям. Отсюда
F2 = Е = Еab , (25)
где Е – модуль упругости, Па; ε – относительная деформация.
Таким образом, сила сопротивления почвенного объема воздействию рабочего органа сжатием

Rсж = F = ρgabv + Еab . (26)
При воздействии на почвенный объем растяжением (рис. 9б) получим
Rраст = F = ρgabv + (1/Е)ab = аbρgv , (27)
где α = 1/Е – коэффициент растяжения.
Сравнением этих сил сопротивлений получим, что Rраст < Rсж.

А. Кулен и Х. Куиперс показали, что сопротивление почвы растяжению в 8 раз меньше сопротивления сжатию.

Из вышеизложенного следует, что снижение энергетических затрат на обработку почвы достигается деформацией ее растяжением.
1   2   3   4   5   6

Похожие:

Влияние способов основной обработки почвы и удобрений на продуктивность севооборота

Программа учебной дисциплины «Физические и технологические основы наплавки и напыления»
Место дисциплины «Физические и технологические основы наплавки и напыления» в структуре ооп бакалавриата

Патентам и товарным знакам (19)
Техническое описание и инструкция по эксплуатации электрической фрезы для обработки почвы фс-0,85 окп 473852, Ленинградский экспериментальный...

Программа дисциплины «Инженерно-технологические основы дизайна среды»
Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки для...

Программа дисциплины «Инженерно-технологические основы дизайна среды»
Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки для...

Влияние основной обработки почвы и удобрений на урожайность и качество...
Работа выполнена на гну “Алексеевская опытная станция” гну вниимк россельхозакадемии и на кафедре земледелия и агрохимии фгоу впо...

Оптимизация севооборотов и основной обработки почвы в ресурсосберегающем...
Защита диссертации состоится «24» сентября 2013 г в 14-30 час на заседании диссертационного совета д 220. 043. 05 при фгбоу впо «ргау...

1. Свойства почвы. Гранулометрический состав, влажность, кислотность...
Печатается по решению Центрального координационно-методического совета Казанского государственного медицинского университета

Рабочая программа факультативной дисциплинЫ «гигиенические основы здорового образа жизни»
Изучить теоретические основы и практическую значимость выбранной дисциплины «Гигиенические основы здорового образа жизни», её методологию...

Реферат Тема «Технологические основы процесса сварки металлов и сплавов...
Тема «Технологические основы процесса сварки металлов и сплавов (её классификация, прогрессивные способы сварки).»

Поиск


При копировании материала укажите ссылку © 2016

контакты
100-edu.ru
100-edu.ru