Аналіз та розробка пристроїв для експериментального визначення властивостей ґрунту (стр. 2 из 2)
Для характеристики ґрунту користуються також коефіцієнтом об'єм ного зминання ґрунту д, Н/см3, який визначають за формулою:
[6]де РА— сила вдавлювання конуса до точки А діаграми, Н;
lА — глибина заглиблення конуса, що відповідає РА, см.
Для свіжозораного ґрунту коефіцієнт об'ємного зминання дорівнює 1 —2 Н/см3,для стерні, парів, лугів — 5—10, для ґрунтової дороги — 50— 100 Н/см3.
Коефіцієнт об'ємного зминання ґрунту можна використати для визначення затрат роботи на процес зминання. Він також характеризує межунісної здатності ґрунту. Роботу зминання на ділянці ОА(lА) визначають за формулою:
[6] 
Аналогічно визначають роботу зминання в межах текучості ґрунту на ділянці ВС (див. рис. 1.2).
Теоретично вважають, що на основі діаграми, яку одержують при вдавлюванні в ґрунт металевого конуса твердоміра, можна використовувати такий приблизний вираз (до початку текучості ґрунту під тиском):
[6]де Р — опір ґрунту вдавлюванню в нього конуса, Н;
q — об'ємний коефіцієнт зминання ґрунту, Н/см3;
S - площа основи конуса, або площа зминання, cм2;
h — глибина занурення конуса в ґрунт, см.
Припускають, що сила опору вдавлюванню в нього конуса пропорційна витісненому об'єму ґрунту:
[6]Існують конструкції твердомірів, в яких відлік твердості ґрунту ведуть за шкалою приладу.
На основі даних, одержаних за допомогою твердоміра, Н. А. Качинський поділяє ґрунти на такі категорії: Р > 10 МПа — злитий; 5—10 МПа — дуже щільний; 3—5 МПа — щільний; 2—3 МПа — щільнуватий; 1—2 МПа — крихкуватий; до 1 МПа — крихкий.
Крім того на твердість ґрунту значно впливає його вологість з підвищенням вологості ґрунту його твердість зменшується.
Графік залежності твердості глинистого ґрунту від вологості
Між твердістю і питомим опором ґрунту під час оранки існує пряма пропорційна залежність: чим вища твердість ґрунту тим, більший його питомий опір.
У разі зменшення твердості ґрунту зменшується питомий опір при його оранці.
Знання цих властивостей ґрунту дозволяє знайти шляхи і методи зменшення енергоємності його механічного обробітку, правильно розрахувати і спроектувати робочі органи і визначити умови їхнього раціонального застосування. Для цього потрібно знати граничну міцність ґрунту при його опорі деформаціям різного виду.
При вимірюванні твердоміром твердості ґрунту необхідно пам’ятати, що твердість ґрунту методом зрізу необхідно проводити на необхідній глибині. Так для твердоміру який розглядається у даній курсовій роботі, спочатку крильчатки заглиблюють на Рмах , але для вимірювання параметрів необхідно ці крильчатки заглиблювати вдруге, але вже на 0,5Рмах і вже на такій глибині проводити необхідні нам виміри та дослідження.
3. Обґрунтування конструктивних та технологічних параметрів
Для твердоміра розроблено чотирилопатеві крильчатки і при цьому їх є дві для більш точного вимірювання.
На кожен ґрунтовий агрегат або елементарну частку діє сила R, яка являє собою рівнодіючу нормального тиску Nі сили тертя Fтр. В результаті агрегати і частки ґрунту зсуваються в напрямку діючої на них сили ґрунту Rпід кутом φ внутрішнього тертя ґрунту до нормальної сили N. При цьому безперервно формуються все нові й нові поверхні зсуву, які сягають граничних значень, які дорівнюють сумі сил зчеплення і внутрішнього тертя.
Відповідний й максимальний тиск Ргр називають межею несучої спроможності ґрунту, яка залежить не тільки від його властивостей, але і від площі контакту. Із збільшенням останньої і Ргр , тобто точно, зсувається більше високого граничного тиску.
Здатність ґрунту чинити опір зминанню характеризується середньою твердістю:
[6]де h– середня ордината діаграми твердоміра;
k– коефіцієнт жорсткості пружини;
s– площа поперечного перерізу плунжера;
Здатність ґрунту чинити опір зминанню. Максимальне напруження зминання:
[6]Витрати енергії на зминання ґрунту визначається за формулою:
[6]Інакше кажучи, при рівності лінійних деформацій у першій і другій фазах витрата енергії в другій фазі в два рази вища, ніж у першій, тобто витрата енергії на одиницю часу деформації ґрунту в два рази вища ніж у фазі ущільнення. Про це необхідно пам’ятати при проектуванні опорних поверхонь сільськогосподарських машин. Між параметрами, що характеризують ґрунт чинити опір зминанню і тяговим органам різних ґрунтообробних машин спостерігається високий кореляційний зв’язок.
4. Розрахунок вузлів та деталей на міцність
Розрахунок штока на згин і на кручення:
нехай F=50Н
Рис.
Σ МА=0;
Σ МВ=0;
Для (0<x<56)
Q= - RB= - 39.5 H
M= RB· x= (при х=0) = 0
(при х=56)= -39,5·0,56 = -2,2 Н · м
Для (0<х<76)
M= RB· 56 + RA· (56 + x)
(при х = 0) М = 2,2 + 89,5 · 0,056 = 2,8 Н · м
(при х = 76) М = 2,2 + 89,5 · 0,132 = 9,6 Н · м
Для (0<х<60)
М = -F+ х ·RA
(при х = 0) М = -F= -50 Н ∙ м
(при х = 60) М = -F+ 0,06 ∙ 50 = -47 H∙ м
З теорії міцності на згин:
[4] 
При умові міцності на кручення:
[4]5. Техніко-економічна оцінка розробки
Використання даного пристрою дає можливість підвищувати економічність обробки ґрунтів. Наприклад, для окремих видів ґрунтів потрібна окрема обробка. Для більш твердих ґрунтів потрібно виконати більше операцій по обробітку ґрунту, тобто затратити більше енергії для того щоб вихідний продукт був потрібної якості. Для менш твердого ґрунту потрібна менша затрата енергії для отримання потрібної якості обробки ґрунтів.
Для площі земельних угідь які налічують близько 2000 гектарів данні дослідження необхідні. А тому необхідне вимірювання твердості ґрунтів. Це дозволяє підвищити економічність обробітку ґрунту.
Так для прикладу для глинистих ґрунтів, ґрунтів суглинку та інших твердих та глевких ґрунтів потрібна одна сила для подолання опору плугу при оранці, яка майже в два рази перевищуватиме силу, яка потрібна для проведення оранки на пухких ґрунтах, тобто пісчаних та інше.
При дослідженні, перед обробкою ґрунту, твердості ґрунту і зняттям необхідних параметрів можна для тих чи інших ґрунтів призначити необхідні режими обробки глибину оранки, швидкість та інші параметри для того щоб правильно відрегулювати робочі органи, а також для даного агрегату призначити необхідні потужності трактора.
Це зумовлює економію часу і затраченої енергії. А отже підвищує продуктивність і знижує собівартість вихідного продукту.
Висновки
В даній курсовій роботі: „Аналіз та розробка пристроїв для експериментального визначення властивостей ґрунту” , я на основі досягнутих наук про сільськогосподарські машини висвітив сутність розробки машини для вимірювання твердості ґрунту методом зрізу, розрахував параметри робочих процесів і органів з врахуванням параметрів обраної машини. Було з’ясовано, що без проведення експериментального визначення властивостей ґрунту неможливо ефективно розрахувати необхідну потужність технологічної обробки і економічну ефективність. Показники продуктивності і ефективності повинні бути у відповідному балансі. Тобто потрібно створення необхідної продуктивності обробки з використанням чи витрачанням як найменшої кількості енергії. Що дозволить зменшити витрати на вирощування тої чи іншої культури і зменшити собівартість продукції. Економність при застосуванні таких приладів дуже велика. При досліджуванні ґрунтів ми не витрачаємо ніякої енергії, а натомість ці виміри дозволяють зменшити собівартість вихідного продукту на декілька або навіть до десятка відсотків. А тому такі дослідження необхідні, а особливо у великих господарствах.
Список використаної літератури
1.Кленин Н.И., Сакун В.А. Сельськохозяйственые и мелиоративные машины: Элементы теорий рабочих процессов, расчет регулировочных параметров и режимов роботы. – 1-е изд. – М.: Колос, 1980 – 671с.
2.Основы проектирования и расчет сельскохозяйственных машин / Л.А. Резников, В.Т. Ещенко, Г.Н. Дьяченко и др. – М.: Агропромиздат, 1991 – 543с.
3.Сельскохозяйственные и мелиоративные машины / Г.Е. Листопада, М.: Агропромиздат, 1986 – 688с.
4.Хайлис Г.А. Основы теорий и расчет сельскохозяйственных машин - К. М.: издательство УСХА, 1992 – 240с.
5.Механіко-технологічні властивості сільсько господарських матеріалів С.С. Яцун, - К.: Мета, 2003 – 448с.: іл.
6.Механіко-технологічні властивості сільсько господарських матеріалів: Навчальний посібник /ред. С.С. Яцуна, - К.: Аграрна освіта 2000 – 243с.: іл.
7.Сільськогосподарські машини. Основи теорії розрахунку. Підручник/ Д.Г.Войтюк, В.О.Дубровін, Г.Д.Іщенко та ін.; За редакцією Д.Г.Войтюка. –К.: Вища освіта, 2005. – 454 с.
8.Сільськогосподарські та меліоративні машини. Підручник/ Д.Г.Войтюк, В.О.Дубровін, Г.Д.Іщенко та ін.; За редакцією Д.Г.Войтюка. –К.: Вища освіта, 2004. – 544 с.
9.Сабликов М.В. сельскохозяйственные машины. Ч.2. основы теории и технологического расчета. М.: 1968. – 296 с.
10.Турбин Б.Г., Лурьє А.Б., Григорьев С.М.и др.. Сельскохозяйственные машины. Теория и технологического расчета. Л.: Машиностроение 1967. – 494 с.