Обоснование конструкции устройства для определения динамического деформационного показателя почвы

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК 631.423

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО ДЕФОРМАЦИОННОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ПОЧВЫ

Бабицкий Л. Ф., доктор технических наук, профессор;

Соболевский И. В., кандидат технических наук, доцент; Куклин В. А., кандидат технических наук;

Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского»

В статье рассмотрен процесс определения деформационных свойств почвы и проанализированы существующие конструкции устройств для этих целей. Предложена принципиально новая схема устройства для определения динамического деформационного показателя почвы.

Ключевые слова: обработка почвы, физико-механические свойства, модуль упругости, коэффициент бокового расширения, деформационный показатель, деформатор, полушаровый деформа-тор, метод, конструкция, устройство.

SUBSTANTIATION FOR THE CONSTRUCTION OF THE DEVICE FOR DETERMINATION OF DYNAMIC OF THE SOIL DEFORMATION

Babitsky L. F., Doctor of Technical Sciences, Professor;

Sobolevsky I. V., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor; Kuklin V. A., Candidate of Technical Sciences;

Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University»

The article describes the process of determining the deformation properties of the soil and the analysis of existing structures for this purpose devices. A fundamentally new design of an apparatus for determining the dynamic deformation of soil indicator.

Keywords: Soil Preparation, physical and mechanical properties, modulus of elasticity, coefficient of lateral expansion, deformation rate, warp, warp hemispherical, method, design, apparatus.

Введение. Характер взаимодействия рабочих органов почвообрабатывающих машин с почвой определяется ее физико-механическими свойствами. Из-за неоднородности структуры почв их физико-механические свойства подвержены значительным колебаниям даже в пределах длины гона [2]. По известным характеристикам деформационных свойств почвы возможно определить зависимость между механической силой, действующей на почву, и количественными и каче-

ственными характеристиками деформационных процессов. Такие показатели как модуль упругости Е и коэффициент бокового расширения р, хотя и дают возможность производить расчет сложнонапряженного состояния почвы, но требуют использования специального оборудования и приборов, что не всегда возможно в полевых условиях. В связи с вышеизложенным, актуальной проблемой является создание методики комплексной оценки механических свойств почв с разработкой конструкции и обоснованием параметров устройства для ее реализации.

Комплексным показателем, учитывающим одновременно коэффициент бокового расширения р и модуль упругости Е, является деформационный показатель почвы [1]. Известные устройства, применяемые для измерения деформационного показателя почвы, имеют статический принцип действия, что не позволяет использовать полученные результаты для количественного описания процесса взаимодействия рабочего органа с почвой. Метод измерения деформационного показателя заключается во внедрении в почву деформатора определенной формы и размеров при помощи различных устройств, как правило, созданных на базе твердомера Ревякина. Деформаторами служат плунжеры конической и полушаровой формы. Данный метод измерения является малопроизводительным, так как возникает необходимость в обработке полученных на миллиметровой бумаге диаграмм деформации почвы.

При работе в лабораторных условиях для определения деформационного показателя почвы возможно использование установки с автоматическим управлением, размещенной на подвижной тележке. Вдавливание деформатора в почву и его последующее выглубление осуществляется при помощи гидравлического механизма, а результаты измерений фиксируются при помощи осциллографа. На следующем этапе выполняется трудоемкая обработка результатов.

Материал и методы исследований. Объектом исследований является процесс определения деформационных свойств почвы и устройства для его осуществления. При обосновании конструкции и разработке принципиальной схемы устройства для определения динамического деформационного показателя почвы использовались методы теоретической механики и механики сплошной среды. При обработке результатов измерений использовались методы математической статистики.

Результаты и обсуждение. Нами предлагается проводить измерения деформационного показателя на реальных скоростях взаимодействия почвообрабатывающих рабочих органов с почвой, достигающих 5 м/с. Стандартная методика определения деформационного показателя почвы базируется на измерении величины сжатия пружины прибора при вдавливании в почву полушарового деформатора.

Деформационный показатель почвы по физическому определению представляет собой площадь деформатора, приходящуюся на единицу критического давления на почву. Он позволяет, используя интегральные уравнения контактной задачи, определить оптимальную форму деформатора по известным деформационным характеристикам почвы.

Измерение деформационного показателя почвы в процессе ее обработки позволит учесть особенности напряженно-деформированного состояния почвы при динамической внешней нагрузке и повысит надежность определения оптимальной формы поверхности почвообрабатывающих рабочих органов.

Расчет значения деформационного показателя почвы V проводится по формуле [1]:

тти-

V = -

2лЯ-ch

где Я - радиус полушарового деформатора, м;

с - жесткость пружины, Н/м;

h - величина относительного перемещения деформатора, м.

Предлагаемая конструкция [3] (рис. 1) содержит стойку 1, монтируемую на раме почвообрабатывающего орудия, цилиндрический корпус 2, с цилиндрической пружиной сжатия 5 внутри, полушаровой деформатор 3, размещенный на штоке 4, железный сердечник 6, катушку индуктивности состоящую из первичной 7 и вторичной 8 обмоток с источником питания, преобразователь 9 и ноутбук 10.

Рисунок 1. Принципиальная схема устройства для определения динамического деформационного показателя почвы

В процессе работы устройства сила сопротивления почвы воспринимается полушаровым деформатором 3, закрепленным на штоке 4, и, преодолевая силу упругости пружины 5, вызывает линейное перемещение штока 4 с закрепленным на его противоположном конце железным сердечником 6. Датчик линейных перемещений представляет собой катушку с двумя обмотками 7 и 8, внутри которой перемещается железный сердечник 6. В зависимости от величины погружения сердечника в катушку будет зависеть напряжение во вторичной обмотке 8, которое через преобразователь 9 поступает на USB порт ноутбука 10.

После тарировки устройства регистрируемые данные могут быть представлены в единицах измерения деформационного показателя почвы м2/Н. Информация, поступающая на ноутбук, обрабатывается при помощи макроса в программе Excel, а затем отображается в табличном и графическом виде.

Статистическая обработка заключается в расчете среднего значения измеряемого динамического деформационного показателя почвы V, среднеквадра-тического отклонения а и коэффициента вариации у. С целью получения более надежных результатов производится отсев показателей выходящих за пределы ±3а и уточняются полученные результаты.

Выводы. Обоснована необходимость введения новой характеристики для комплексной оценки деформационных свойств почвы - динамического деформационного показателя. Разработана принципиальная схема устройства для его регистрации.

Список использованных источников:

1. Бабицький Л. Ф. Бюшчш на-прями розробки грунтообробних машин / Л. Ф. Бабицький. - К.: Урожай, 1998. - 164 с.

2. Горячкин В. П. Собрание сочинений в 3 томах / В. П. Горячкин. - М.: Колос, 1968. - Т. 2. - 1968. - 454 с.

3. Информационный листок №102-97. Установка для определения деформационного показателя почвы в процессе ее обработки / Л. Ф. Бабицкий, Ю. И. Коваленко, К. Ю. Коваленко - Симферополь: Крымский ЦНТЭИ, 1997. - 4 с.

Сведения об авторах:

Бабицкий Леонид Федорович -доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой механизации и технического сервиса в АПК Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», e-mail: kaf-meh@rambler.ru, 295492, Республика Крым, г. Симферополь, п. Аграрное, Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ им. В. И. Вернадского».

Соболевский Иван Витальевич -кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры механизации и технического сервиса в АПК Академии биоресурсов и природопользования

References:

1. Babytsky L. F. Bionical development directions tillage machines / L. F. Babytsky. - K.: Vintage, 1998. -164 p.

2. Goryachkin V. P. Collected works in 3 volumes / V. P. Goryachkin. - M.: Kolos, 1968. - T. 2. - 1968. - 454 p.

3. Factsheet №102-97. Apparatus for determining soil index of deformation during its processing / L. F. Babitsky, Y. I. Kovalenko, K. Y. Kovalenko - Simferopol: Crimean CSTEI, 1997. - 4 p.

Information about the authors:

Babitsky Leonid Fedorovich -Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of mechanization and technical services in agribusiness of the Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University», e-mail: kaf-meh@rambler.ru, Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University» 295492, Republic of Crimea, Simferopol, Agrarnoe.

Sobolevsky Ivan Vitalievich - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of mechanization and technical

ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», e-mail: kaf-meh@rambler.ru, 295492, Республика Крым, г. Симферополь, п. Аграрное, Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ им. В. И. Вернадского».

Куклин Владимир Алексеевич -кандидат технических наук, доцент кафедры механизации и технического сервиса в АПК Академии биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского», e-mail: kaf-meh@rambler.ru, 295492, Республика Крым, г. Симферополь, п. Аграрное, Академия биоресурсов и природопользования ФГАОУ ВО «КФУ им. В. И. Вернадского».

services in agribusiness of the Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University», e-mail: kaf-meh@ rambler.ru, Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Ver-nadsky Crimean Federal University» 295492, Republic of Crimea, Simferopol, Agrarnoe.

Kuklin Vladimir Alexeyevich -Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of mechanization and technical services in agribusiness of the Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University», e-mail: kaf-meh@rambler. ru, Academy of Life and Environmental Sciences FSAEI HE «V. I. Vernadsky Crimean Federal University» 295492, Republic of Crimea, Simferopol, Agrarnoe.