Тела сдвига и излома пласта

Существуют понятие сдвига и излома пласта. При сдвиге пласта определяющая роль отводится поверхности, при изломе – лезвию лемеха. При определенных значениях абсолютной влажности почвы, если размер тела крошения равен или больше расчетного значения тела сдвига, то процесс вспашки сопровождается деформациями излома.

There is a concept of shift and a layer break. At layer shift the defining part is assigned to a surface, at a break – to a ploughshare edge. At certain values of absolute humidity of the soil if the size of a body of dyeing is equal or more settlement body of shift, process of plowing is accompanied by break deformations.

Разработка теоретических основ    определения размеров почвенных частиц с учетом различных почвенных условий, осуществляемая рядом зарубежных и российских ученых, является задачей важной и актуальной. Существуют понятия сдвига и излома пласта [1]. Если соотнести данные понятия к работе лемеха лемешного плуга, то, на наш взгляд, при изломе пласта определяющая роль относится к лезвию, а при сдвиге - к его поверхности. А какой критерий позволяет четко дифференцировать два данных вида деформаций? Несомненно, данным критерием может быть размер тела крошения, которое может быть получено или в результате сдвига пласта, или в результате его излома.

А.И. Соколовым [1] в 1972 году предложены аналитические зависимости для определения длины тела сдвига. Выходной параметр модели – длина тела сдвига. Деформационность почвы представлена углом скалывания и коэффициентом взаимодействия, учитывающим взаимодействие клина с почвой. Почва, как объект обработки отражена коэффициентом сцепления и объемного смятия, углами внешнего и внутреннего трения, удельным весом. Геометрические параметры выражены в угле резания и толщине почвенного пласта.

Угол скалывания для среднеувлажненной почвы

I   7Г    СС + ф_г+ф₂

=-    , где а -угол резания;

Ф1 -угол внешнего трения;

фт. -угол внутреннего трения.

Коэффициент, учитывающий взаимодействие клина с почвой

А =( со^р, )× е ⁽ ^-^г )× tg_V2 °   \1-51пф₂/

Длина тела сдвига

√ ×h×( ×   ×tgv2)×2×С05фг q×cos а× strict × С05ф2 ×        ,

.

где ℎ -толщина деформируемого почвенного пласта;

Y -удельный вес почвы;

q -коэффициент объемного смятия;

С -коэффициент сцепления.

Коэффициент объемного смятия имеет следующие значения: для свежевспаханной почвы (1…2)*10⁶^ ; для жнивья, паров и лугов – (5…10) *10⁶ 5 ; для грунтовой дороги – (50…90)* 10⁶ 5 [2,3]. Удельный вес суглинистой почвы принят равным 15000 м .

Коэффициент сцепления определялся с помощью диаграммы экспресс-метода, разработанного в МАДИ А.Н.Зелениным [4]. В качестве входных параметров использовалось число пластичности и твердость почвы по показаниям динамического твердомера ДорНИИ.

По результатам экспериментальных исследований было получено уравнение регрессии, связывающее значение абсолютной влажности суглинистой почвы с твердостью почвы по показаниям статического твердомера [5].

т =-0,23× ы + 8,07,                 (4)

где 03 -абсолютная влажность почвы;

Т – твёрдость почвы по показаниям статического твердомера. Твердость почвы в показаниях динамического твердомера была получена с помощью выражения где Суд–твёрдость почвы по показаниям динамического твердомера.

Число пластичности определялось по показателю абсолютной влажности ып=ы -8,

где 03 _п– число пластичности.

Величины углов внешнего и внутреннего трения, также полученные экспериментальным путем [6], в зависимости от значений абсолютной влажности суглинистой почвы представлены в таблице 1. Таблица 1-Исходные данные к определениюдлины тела сдвига

а) ,%	9	11	13	15	17	19	21	23
Ф1 ,°	21,7	25,1	27,7	29,6	30,8	31,2	30,8	29,7
Ф2 ,°	47	47	40	35	32	32	29	29
Т ,МПа	6	5,5	5,1	4,6	4,2	3,7	3,2	2,8
С дин , МПа	7,5	6,9	6,4	5,8	5,2	4,6	4,1	3,5
(У п ,%	1	3	5	7	9	11	13	15
С о , КПа	5	8	13	15	20	22	18	15

На рис.1 представлен график зависимости длины тела сдвига от значения абсолютной влажности почвы. В целом, как и следует ожидать, отмечается уменьшение длины тела сдвига при увеличении значения абсолютной влажности. При влажности суглинистой почвы 23% длина тела сдвига составляет 0,1 м. При влажности 9% - 0,42 м. В интервале влажности 11-15% длина тела сдвига с увеличением абсолютной влажности изменяется с большей интенсивностью. В интервале влажности 15-23% - менее интенсивно. При влажности 11% длина тела сдвига принимает максимальное значение.

Рисунок 1-Зависимость длины тела сдвига от значений абсолютной влажности суглинистой почвы

Если рассмотреть механизм образования тела излома, то горизонтальная составляющая тягового сопротивления клина р« будет способствовать сжатию пласта, вертикальная составляющая ^а - изгибу. С учетом того, что разрушение пласта сжатием сопровождается наивысшей энергоемкостью, учитывать будет только воздействие составляющей Р^. При условии, что деформируемый пласт представляется консольно защемленной балкой с размерами поперечного сечения -^ и Ь, то действие составляющей Р^ создает поперечный изгиб, при котором существует перерезывающая сила Q и изгибающий момент Ми. Перерезывающая сила связана с касательными напряжениями т, а изгибающий момент - c нормальными <г. Величина реактивного момента в опоре

Ма — Ру х I.(6)

Излом пласта возможен при условии

^тах > [С].

Величина допускаемого напряжения равна

[ст] = V2 х Е хй,(8)

где Е —модуль упругости первого рода почвы;

й —удельная потенциальная энергия частицы, при которой разрушается почва.

Модуль упругости первого рода и удельная потенциальная энергия разрушения являются экспериментальными величинами, характеризующую почву определенного гранулометрического состава и зависящими от ее абсолютной влажности.

Величина максимального нормального напряжения где момент сопротивления сечения относительного нейтральной оси.

Длина тела излома

, _ Ъх h²xV2 хЕхи —          v     .

хРа

почвенного пласта

С учетом горизонтальной составляющей

тягового

сопротивления клина [7] длина тела излома

hxV 2 хЕхи

6 х((и ² х$т(а)хрх^(«+ <р )+ 1_рпхxрxgxtg(a + <р _г ))х ctg а

где длина рабочей поверхности клина;

• р —плотность почвы;

• д —ускорение свободного падения;

• v —скорость движения клина.

При увеличении значения абсолютной влажности длина тела излома уменьшается. Также,    как и длина тела сдвига, максимальная величина тела излома соответствует значению абсолютной влажности, равно 11%. Минимальное значение длины тела излома соответствует влажности 23% (рис.2).

Рисунок 2-Зависимость длины тела излома от абсолютной влажности суглинистой почвы

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

• 1.    С увеличением значения абсолютной влажности суглинистой почвы однозначно уменьшается длина тела сдвига и излома;

• 2.    Если в результате воздействия лемеха размеры тела крошения больше расчетного значения длины тела сдвига, то в данном случае процесс вспашки сопряжен с деформациями излома, и наибольшей энергоемкостью обладает лезвие.