Аэродинамический подход к оценке крошения почвы активными рабочими органами МТА

ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

УДК 631.3 В.В. Алексеев

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОЦЕНКЕ КРОШЕНИЯ ПОЧВЫ АКТИВНЫМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ МТА

Ключевые слова: рыхление и крошение почвы, эффективная удельная поверхность комков, аэродинамический метод, оптимальный режим, идеализированная модель почвы, активные рабочие органы.

Введение

Качество рыхления и крошения почвы рабочими органами машинно-тракторных агрегатов во многом определяет скорость прорастания растений, жизнедеятельность почвенной микрофлоры и дальнейшее функционирование системы «вода — почва — растение». Основные требования к состоянию почвы: должна хорошо аэрироваться, прогреваться, сохранять влагу, устранять избытки влаги и т.д. Многие важные для роста и развития растений гидрофизические параметры почвы непосредственно зависят от того, насколько хорошо ее разрыхлили.

Степень крошения почвы существенно зависит от ее влажности, режима работы и конструкционных особенностей рабочих органов, кратности воздействия и т.д., то есть от целого ряда факторов, определяющих совокупный итог воздействия. Естественно, что далеко не всегда удается проводить обработку почвы в оптимальных по всему широкому ряду факторов условиях. В результате чего почва находится не в самом оптимальном, от возможно реализуемого, состоянии для роста и развития растений.

Совершенствованию почвообрабатывающей техники посвящено достаточно много работ, в которых основное внимание уделяется описанию конструкционных особенностей почвообрабатывающих машин и технологических операций. Однако практически не затрагиваются вопросы о том, как воздействие орудия на почву повлияло на условия функционирования системы «вода — почва — растение». Поэтому оценка степени

крошения почвы обязательно должна быть количественной и базироваться на использовании гидрофизических характеристик почвы.

Цель и задачи: разработка и обоснование методики и технических средств для количественной оценки степени рыхления и крошения почвы сельскохозяйственной техникой на основе определения ее гидрофизических характеристик.

Объекты и методы

Согласно П.У. Бахтину, 90-100%-ное содержание комков размером не более 50 мм и менее 5% пыли (частицы менее

0,25 мм) соответствует высшему качеству обработки почвы, 70-90% комков и 5-10% пыли — хорошему качеству, 50-70% комков и 10-15% пыли — удовлетворительному. Как видим, в предложенном П.У. Бахтиным способе оценки за основу взяты средний размер комка и процентное соотношение между комками и пылью. В нашей работе использование таких величин, как средний размер комка и процентное соотношение между комками и пылью заменяется использованием пористости и удельной поверхности комков, определяемых непосредственно из эксперимента. Поскольку при рыхлении и крошении в первую очередь изменению подвержено поровое пространство, то одной из основных используемых нами характеристик является пористость — объем пор в единице объема образца почвы. В рассматриваемом контексте удобно разделить общую пористость П на внутрикомковую П0 и межкомковую П , причем П = П0 + П . Значения пористости по формуле (1) легко перевести в привычные для многих значения плотности почвы:

п = 1 -Р ,

р

где р — плотность сухого образца;

— плотность твердой фазы почвы.

Обозначим через г радиус «эффективного» комка, т.е. такой радиус, при котором число комков, умноженное на объем комка, равно объему образца почвы до обработки. Поскольку объем комка зависит от г3, а площадь поверхности от г2, то экспериментально измерив пористость и удельную поверхность, можно определить соответствующий эффективный радиус.

Экспериментальная часть

Пористость в данном случае определяется методом расширения порового воздуха в область с пониженным давлением на установке, разработанной в Чувашской ГСХА (рис. 1) [1].

Рис. 1. Установка для определения пористости почвы

Внутрикомковая пористость П0 равна пористости равновесного состояния почвы и определяется до прохождения почвообрабатывающей техники. После прохождения техники определяется общая пористость П и сравнивается с оптимальной. Вычисляется межкомковая пористость.

Аэродинамический метод позволяет вычислять объемную удельную поверхность почвы и получать ее основную гидрофизическую характеристику [2]. Поэтому именно аэродинамический метод использован нами для вычисления удельной поверхности почвенных комков. В основе работы аэродинамического пермиметра для определения удельной поверхности лежит сопротивление почвы просачиванию газа при заданном градиенте давления (рис. 2). При протекании газа через образец часть кинетиче-

ской энергии потока расходуется на преодоление сил трения о поверхность конденсированной фазы. Выражение для объемной удельной поверхности комков имеет вид:

0 3(п2)2 (п2 + 2п)2 АpАt

к 2 • “ • , (2 12 8л/яту 1 -П АУ

где п — вязкость воздуха, Пах;

V — объем образца почвы, м3;

АУ — объем газа, протекающего через образец, м3;

Аt — время, с; Ар — перепад давления на торцах образца почвы, Па.

Рис. 2. Аэродинамический пермиметр

Результаты и их обсуждение

Использование «эффективного» радиуса позволят определить эффективность орудия при оценке степени крошения почвы за минимальное время при минимальных затратах. Для более адекватного и достоверного определения эффективности орудия можно использовать «эффективный» радиус совместно с другими гидрофизическими характеристиками почвы, такими как ОГХ, потенциал деформируемости. Потенциал деформируемости почв отражает совокупное механическое воздействие и представляет собой отношение энергии, затраченной на деформацию и массообменные процессы к единице массы почвы при конкретных условиях ее залегания [3]. Результаты исследований эффективности почвообрабатывающих орудий с ротационными рабочими органами приведены в таблице.

96

Вестник Алтайского государственного аграрного университета № 9 (107), 2013

Таблица

Крошение почвы ротационными рабочими органами

№ Марка фрезы Производи- тельность, га/ч Удельные энергозатраты кВт с/м2 №Вт Пористость после обработки Удельная поверхность комков, м2/м3 Эффективный радиус, 10-2 м Потенциал деформи- руемости почвы, Дж/кг

1 ФП-1,5 0,5±0,1 20,2±1,8 0,8±0,3 253,8±22,1 1,3±0,8 68,5±17,0

2 ФН-2,8 1,2±0,2 60±1,2 1,0±0,2 266,4±25,7 1,1±0,5 82,6±16,7

3 ФН-3 1,3±0,1 40±10 1,1±0,6 241,7± 17,3 1,2±0,5 69,6±23,6

4 ФН-1,2 0,3±0,1 12±2,2 0,7±0,1 136,5±17,2 1,9±1,0 104,1± 34,7

5 ФН-1,2М 0,4±0,1 12±2,2 0,8±0,1 160,5±13,4 2,3±0,7 70,6±16,3

6 МПТ-1,2 0,5±0,1 27±4,3 0,8±0,1 249,7±24,8 1,2±0,6 118,1±40,1

7 ФБН-1,5 0,7±0,1 21,2±2,9 0,8±0,3 173,8±21,6 1,8±0,8 56,5±10,7

8 ФБН-1,5' 0,8±0,1 20,6±3,2 0,9±0,2 221,4± 15,4 1,4±0,7 49,7±13,1

С модернизированными рабочими органами.

Из таблицы следует, что наиболее эффективной из рассмотренных ротационных машин является ФБН-1,5 с модернизированными рабочими органами, т.к. в случае ее использования работа, затрачиваемая на деформацию массы почвы, минимальна, а степени крошения почвы практически сравнима с другими орудиями [4].

Таким образом, использование такой величины, как эффективный радиус почвенного комка, позволяет определять качество крошения почвы, а его использование совместно с другими гидрофизическими характеристиками дает возможность более разносторонне оценивать влияние почвообрабатывающей техники на эффективность функционирования системы «вода — почва — растение» в целом.

Выводы

Получена методика количественной оценки степени крошения почвы, которая проводится с учетом законов термодинамики и базируется на измерениях гидрофизических характеристик почвы до и после ее обработки. Оценка производится за мини-

мальное время при минимальных финансовых и материальных затратах.

Библиографический список

1. Алексеев В.В., Максимов И.И., Максимов В.И., Сякаев И.В. Энергетическая оценка механического воздействия на почву почвообрабатывающих машин и орудий // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. — 2012. — № 3 (28). — С. 70-72.

2. Алексеев В.В., Максимов И.И. Аэродинамический метод получения основной гидрофизической характеристики почв // Почвоведение. — 2013 — № 7. — С. 822-828.

3. Максимов В.И., Максимов И.И. Энергетический подход к оценке почвообрабатывающих машин и орудий // Тракторы и сельскохозяйственные машины. — 2008. — № 5. — С. 25-28.

4. Алексеев В.В., Максимов В.И., Максимов И.И., Михайлов А.Н., Сякаев И.В. Оценка механического воздействия на почву фрезы ФБН-1,5 с модифицированными рабочими органами // Вестник ЧГПУ им. И.Я. Яковлева. — 2012. — № 4 (75). — С. 3-6.

УДК 537.39: 621.315:621.317: 614.8 А.Ф. Костюков

НАДЕЖНОСТЬ УСТАНОВОЧНЫХ ЭЛЕКТРОПРОВОДОК

Ключевые слова: электропроводка, надежность, время наработки на отказ, нормативы, рабочий ток, электропожаробезопасность.

Свыше трети всех пожаров в России происходит из-за неисправности установочных электропроводок и их соединений, внезапно

возникших коротких замыканий, обрывов и тепловых разрушений. Неисправности установочных электропроводок, приводящие к поражениям электротоком людей и животных, за исключением летальных случаев, в подавляющем числе случаев скрываются. Так называемые «мелкие» отказы работоспособности проводок (как правило, в бы-