Способ определения абразивной характеристики почвы и устройство для его осуществления
METHOD FOR DETERMINATION OF ABRASIVE CHARACTERISTICS OF SOIL AND DEVICE FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к почвоведению, в частности к численной оценке абразивной способности почвы.
Уровень техники
Известна качественная оценка абразивной способности почвы, основанная на изучении гранулометрического состава почвы путем ее лабораторного анализа с выделением в ней абразивной составляющей, например, песка, в особенности, кварцевого и иных минеральных образований. См., например, К.Ш. Казеев и др. Почвоведение. Практикум М.: Юрайт, 2019, стр. 40-42 и книгу Бахтина П.У. Физико-механические и технологические свойства почв. М. Знание 1971. 64 стр. Недостатком этого способа является невозможность численной оценки влияния количества абразива в почве на износ рабочих органов почвообрабатывающей техники.
Абразивную способность почвы оценивают по степени износа рабочих органов почвообрабатывающей техники при работе в почвах того или иного состава. См., например, Бартенев И.М., Поздняков Е.В. Изнашивающая способность почв и ее влияние на долговечность рабочих органов почвообрабатывающих машин. Лесотехнический журнал 3/2013, стр 114 - 123.. Сама величина износа некоего образца техники может быть определена известным способом, путем его взвешиваний до и после воздействия на него абразивной составляющей почвы. Недостатком такого способа является сложность проведения подобного эксперимента, многообразие технических средств обработки почвы и невозможность его численного обобщения.
Раскрытие изобретения
Способа определения абразивной характеристики почвы не существует, как не существует и стандартного способа хоть как то оценивающей ее абразивной способности, в привязке к работе сельскохозяйственной техники, поэтому нет и классификации почв по степени их абразивного воздействия на рабочие органы почвообрабатывающей техники. Соответственно и устройство для оценки абразивной способности почвы авторам не известно.
Изучению этого вопроса посвящено достаточно много исследований. Установлено, например, что абразивная способность почвы связана с количеством и качеством абразивного материала в ней (пески, супеси, суглинки, глины), со скоростью перемещения в почве конкретного рабочего органа, с величиной вертикального давления, которое оказывает на рабочий орган и вышележащая почва и техника на поверхности, с влажностью почвы, см. например, электронный ресурс diplomba.ru>work/43885 «Факторы, влияющие на износ рабочих органов почвообрабатывающих машин».
Между тем, вполне возможно выстроить как способ получения численной оценки абразивной характеристики почвы, так и устройствами для его реализации с получением численной оценки абразивной характеристики почвы.
Главной частью способа оценки абразивной способности почвы может стать износ стального стержня - стандартного истираемого стержня (истираемого стержня), вертикально погруженного в почву и поступательно перемещающегося в ней с некоторой скоростью на некоторое расстояние.
Для сопоставления между собой абразивной способности разных почв у этого истираемого стержня должны быть единые геометрические параметры. Он должен быть выполнен из одинаковой марки стали. Погружать истираемый стержень следует на одну и ту же глубину, перемещать его в почве с одной и той же скоростью и фиксировать при этом влажность почвы. По потере массы этого стержня от истирания при взаимодействии с конкретной почвой можно судить об абразивной способности этой почвы при данной влажности почвы.
То есть должен быть выработан стандарт на сам истираемый стержень, на методику его испытаний в почве и на численную оценку результата.
Обоснуем основные параметры для истираемого стержня и динамические характеристики его испытания.
1. Материал истираемого стержня. Очевидным материалом здесь выступает сталь, из которой производится вся почвообрабатывающая техника. Целесообразно применение мягкой стали с быстрым износом от абразивного воздействия. Такой сталью, например, является Ст.0.
2. Поперечное сечение истираемого стержня. Здесь наиболее важным фактором будет форма поперечного сечения, при котором осуществляется скорейшая стабилизация износа как функции перемещения при поступательном движении. Таковым может быть сечение с отсутствием угловых элементов, то есть сечение эллиптическое или круглое. Из технологических соображений принимаем круг, то есть поперечным сечением истираемого стержня будет круг, например, диаметром 30 мм. Поскольку диаметр круга не обеспечивает жесткость истираемого стержня, при его взаимодействии с почвой, необходима дополнительная несущая конструкция, обеспечивающая необходимую жесткость истираемого стержня. Такой конструкцией может стать консольный стержень постоянной толщины и переменной ширины (по принципу геометрии консольной балки), на котором закрепляется истираемый стержень.
3. Длина - истираемого стержня. Эта величина определяется глубиной обработки почвы и может варьироваться и в зависимости от мощности пахотного слоя и от поставленных задач. Максимальная глубина (при чизельной вспашке) составляет 370 мм. Можно установить длину стержня сообразно с обычной толщиной пахотного слоя - 250 мм.
4. Скорость перемещения - истираемого стержня в почве. Скорость перемещения почвообрабатывающей техники зависит от осуществляемой технологической операции и колеблется в пределах от 3 до 7 км/час (см. Фере Н.Е. и др. Пособие по эксплуатации машинотракторного парка. М. Колос, 1971, стр. 22, 23). Здесь можно руководствоваться принципом минимума: при минимальной скорости перемещения будет и минимальный износ. Можно положить, таким образом, скорость перемещения истираемого стержня в 3 км/час.
5. Расстояние перемещения истираемого стержня в почве. Это расстояние должно позволить обнаружить износ стандартного элемента как инструментально (изменение поперечных размеров), так и взвешиванием (изменение массы). С другой стороны можно ориентироваться и на минимальную длину поля, составляющую 100 м. Вообще говоря, если относить потерю массы истираемого стержня к единице пройденного пути, то длина пути кажется не существенным фактором, однако при большом содержании в почве абразивной компоненты и большом расстоянии перемещения истираемого стержня может существенно измениться форма его поперечного сечения. Поэтому минимальная длина поля в 100 м является тем минимальным расстоянием, которое и можно заложить в норматив.
6. Для исключения влияния на результат давления на грунт техники, стержень - истираемый элемент должен быть закреплен на тяговом средстве спереди.
Можно обозначить за ноль в шкале абразивной способности почв, почву с минимальным износом истираемого стержня и в сравнении с ним оценивать абразивные свойства любой другой почвы, определив шкалу баллов. Важно при этом следовать разработанным стандартам, следуя предлагаемой формуле изобретения, которую можно сформулировать для способа в таком виде:
1
1
Способ определения абразивной характеристики почвы, состоящий в том, что абразивная характеристика почвы оценивается в результате определения износа стандартного стального истираемого стержня, погруженного вертикально в почву на заданную глубину Н и принудительно перемещаемого поступательно с постоянной скоростью V на заданное расстояние L с определением массы истираемого стержня элемента Р до испытания и после испытания Р и оценкой потери массы ΔР=Р-Р на единицу перемещения: А=ΔР/L, являющейся средней абразивной характеристикой почвы по всей глубине погружения и всего поступательного перемещения в почве стандартного стального истираемого стержня при данной влажности почвы.
Параметры, заложенные в этом способе, могут быть назначены с учетом обоснований представленных выше, но более разумным было бы, когда эти параметры определяются научным сообществом, как результат экспериментов, анализов экспериментов и обсуждений результатов как отдельно для региона, так и для страны в целом.
Для исключения воздействия на испытываемую почву давления тягового средства (трактора) стандартный образец устанавливается вертикально трактора на консоли, закрепленной к раме транспортного средства спереди, и одним из вариантов устройства может быть следующий:
устройство для осуществления представленного выше способа состоит из стального стержня прямоугольного поперечного сечения - основы с временно закрепленным на нем стандартным стальным истираемым стержнем цилиндрической формы, взаимодействующим с почвой, диаметр которого больше толщины стержня - основы.
Таким образом, при прочих равных условиях, получая данные об износе стального истираемого стержня можно получить среднюю характеристику изнашивающей способности той или иной почвы. Имея такую характеристику почвы можно соответствующим образом адаптировать к ней и рабочие органы почвообрабатывающей техники, чего пока что нет.
После испытаний и получения общего результата в изменении массы в целом, стандартный стальной истираемый стержень может быть разрезан поперек на части и путем взвешиваний может быть определена степень абразивного воздействия на каждую из частей, для получения картины изменения абразивной характеристики почвы по высоте.
Параллельное взятие образцов почвы и определение ее минерального состава позволит выстроить более обоснованную картину абразивной характеристики почвы.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана общая схема устройства.
На фиг. 2 показан стержень-основа и стандартный элемент, вид сбоку.
На фиг. 3 показан стержень-основа и стандартный элемент в разрезе.
Осуществление изобретения
1
1
Способ определения абразивной характеристики почвы состоит в том, что абразивная характеристика почвы оценивается в результате определения износа стандартного стального истираемого стержня, погруженного вертикально в почву на заданную глубину Н и принудительно перемещаемого поступательно с постоянной скоростью V на заданное расстояние L с определением массы стержня - стандартного элемента Р до испытания и после испытания Р и оценкой потери массы ΔР=Р-Р на единицу перемещения: А=ΔР/L, являющейся средней абразивной характеристикой почвы по всей глубине погружения и всего поступательного перемещения в почве стального стержня - стандартного элемента, причем влажность почвы при этом определяется стандартным образом - отбором почвы и двумя взвешиваниями до и после ее высушивания.
Устройство для осуществления способа определения абразивной характеристики почвы состоит из трактора 1, соединенного с ним спереди горизонтального консольного стержня 2 и гидроцилиндра 3, закрепленного на передней навеске трактора 1, с возможностью вертикального воздействия на консольный стержень 2 и жестко соединенный с ним перпендикулярно стальной стержень прямоугольного поперечного сечения- основа 4 с закрепленным на нем стандартным стальным истираемым стержнем цилиндрической формы 5, диаметр которого больше толщины стержня - основы 4, причем по образующей стандартного истираемого стержня 5 выбран паз 6 для размещения в нем торцевой части стержня - основы 4 и соединения их между собой шпильками 7 в натяг.
Устройство работает следующим образом. С помощью гидроцилиндра 3 по направляющим (не показаны) в почву на заданную глубину погружается стальной стандартный истираемый стержень 5 - вместе с обеспечивающим его жесткость и соединенным с ним стержнем - основой 4. При движении трактора с постоянной скоростью происходит поступательное перемещение стандартного истираемого стержня в почве. Поскольку диаметр стандартного стержня 5 больше толщины стержня - основы 4, то при перемещении в почве происходит абразивный износ в основном стандартного истираемого стержня 5.