1. Механічний склад і структура грунту.
Грунт - багатофазна дисперсная середовище, що складається з твердих, рідких і газоподібних частинок, перемішаних між собою в різних співвідношеннях. Як об'єкт обробки грунт є матеріалом, що володіє різноманітними властивостями в залежності від її виду, структури і стану. Властивості грунту мають вирішальне значення для оцінки якісних і енергетичних показників технологічних процесів, що відбуваються в грунті під впливом робочих органів грунтообробних машин.
Чим більше в грунті міститься фізичної глини, тим важче вона обробляється. Суглинні і супіщані грунти за своїми властивостями займають проміжне положення і порівняно легко кришаться, добре поглинають і утримують вологу, володіють високим родючістю.
Структура грунту. У процесі ґрунтоутворення відбувається коагуляція і злипання первинних частинок, в результаті чого утворюються нові, більш великі агрегати різного розміру. Структурні освіти розміром 0,25 мм умовно прийнято називати мікроагрегатів, а більші - макроагрегат грунту. Вважається, що при механічній обробці грунту не можна допускати її руйнування до частинок менше 0,25 мм, так як це призводить до руйнування структурних агрегатів і вітрової ерозії ґрунтів.
2. Фізико-механічні властивості грунту.
Стосовно до цілей обробки розрізняють фізичні властивості грунту. Основні фізичні властивості грунту - вологість, шпаруватість, щільність, структура, кам'янисті і т.д.
Коефіцієнт структурності грунту служить її оцінкою після обробки. Він визначається так:
де і - відповідно маси агрегатів розміром 0,25 ... 7 мм і решти грунту.
Абсолютна щільність грунту являє собою відношення маси ту абсолютно сухої штучно ущільненого ґрунту до її об'єму V. тобто:
Об'ємна маса являє собою відношення маси тн абсолютно сухого ґрунту з непошкодженими складанням (включаючи пори) до її об'єму V. тобто:
Дійсна об'ємна маса являє собою відношення маси грунту тв з наявної в ній вологою до її об'єму V. тобто:
Очевидно, що об'ємна маса і дійсна об'ємна маса знаходяться в залежності:
де W - вагова вологість в частках.
У культурній ріллі середнє значення щільності # 961; = 1,0 ... 1,1 г / см 3 і залежить від кількості перегною в ній. при # 961; = 1,2 г / см 3 - грунт ущільнена, а при 1,3 ... 1,4 г / см 3 сильно ущільнена.
Обсяг грунту, що не тримає твердими частинками, заповнений водою і повітрям. Наявність вологи впливає на властивості грунту і характер її деформації під впливом робочих органів. Якщо вода заповнює ¾ наявних в грунті капілярних свердловин, то такий ґрунт знаходиться в сприятливому для крошения стані, яке називають «стиглістю» грунту.
де і # 8209; маса, відповідно вологого і сухого ґрунту, м
Відносна вологість Wo визначається при порівнянні вологості ґрунтів різного механічного складу за формулою:
де Wn # 8209; польова вологоємність грунту - це кількість води, що утримується в собі рясно змочена грунт після стікання гравітаційної вологи.
Оптимальною вологістю при обробці грунту можна вважати: для підзолистої піщаної 12%, дерновопідзолистих суглинних - 12 ... 22%; чорноземів - 17 ... 30%.
Шпаруватість (пористість) - це обсяг пустот в грунті, заповнених водою і повітрям і визначається з відношення обсягу порожнеч до загального обсягу досліджуваної грунту:
Чим менше діаметр твердих частинок, що утворюють грунт, тим більше її шпаруватість. У глини і суглинних грунтів вона становить 50 ... 60%, у піщаних грунтів 40 ... 45%, у торфовищ - 80 ... 90%.
3. Технологічні властивості грунту.
Властивості грунту, які проявляються тільки в процесі її обробки і впливають на закономірності і характер протікання технологічного процесу, називаються технологічними. До них відносяться: здатність до крошенію, твердість, коефіцієнти зовнішнього і внутрішнього тертя, опору різного роду деформаціями і т.д.
Здатність грунту до крошенію виражається відношенням маси грудок розміром менше 50 мм до маси грунту в пробі, вираженим у відсотках. Межею недоцільність обробітку грунту вважають кількість пилових частинок, близьке до 30% за обсягом.
Ідеальною вважається така обробка грунту, коли на глибині загортання насіння її складові частини досягають розмірів 0,25-7 мм, що можливо тільки в стані фізичної стиглості, тобто при оптимальній вологості.
Твердість ґрунту - здатність чинити опір впровадженню в неї під тиском будь-якого твердого тіла у вигляді конуса циліндра або кулі. Твердість - порівняльний показник механічних властивостей ґрунту.
Для вимірювання твердості грунтів служать прилади - твердоміри (рис. 1).
Малюнок 1 - Твердомер:
а) схема твердоміра: 1 - штанга; 2 - пружина; 3 - рукоятка; 4 - деформатори (наконечник); 5 - опора; б) діаграма твердоміра: 1 - з циліндричним наконечником; 2 - з конічним наконечником.
Для твердомірів стандартом передбачається застосування наконечників конічної форми двох розмірів: з площею підстави 1 см 2 і кутом при вершині 2 # 945; = 22 ° 30 '- для твердих грунтів і з площею підстави 2 см 2 і кутом 2 # 945; = 30 ° # 8209; для пухких грунтів. Твердоміри забезпечуються пишуть пристроєм, яке викреслює діаграму Р = f (h) при впровадженні наконечника в грунт. На даній діаграмі (рис. 2) можна виділити характерні ділянки. На ділянці ОА опір ґрунту зростає пропорційно її деформації (точка А - межа пропорційності). На ділянці АВ зростання деформації не викликає збільшення сили, тобто грунт продовжує деформуватися без збільшення тиску на неї (точка В - межа плинності). На ділянці ВС смятие і ущільнення грунту відбувається під впливом на неї конусообразного ядра з сильно ущільненої грунту, який розклинює розташовані нижче шари, зустрічаючи постійний опір (точка С - межа пластичності).
Малюнок 2 - Діаграма твердоміра.
За даними цієї діаграми визначається стандартна твердість грунту за формулою:
де h - середня ордината діаграми твердоміра, що визначається методом планіметрірованія, см;
qп - жорсткість пружини, яка визначається таріровкой, Н / см;
S - площа підстави конуса, см 2.
За діаграмою твердоміра, крім твердості грунту можна визначити граничне значення питомої тиску або несучу здатність грунту:
і коефіцієнт об'ємного зминання:
де Ра і Рв - сили, що відповідають відповідно межі пропорційності і межі текучості.
la - занурення плунжера в межах пропорційності, см.
Для стерні, парів, лугів q = 5 ... 10 Н / см 3. для ґрунтової дороги q = 50 ... 90 Н / см 3.
тертя грунту # 8209; це опір ковзанню одного тіла відносно іншого, з ним стикається (зовнішнє тертя), або одних частинок одного і того ж тіла відносно інших (внутрішнє тертя). Тертя характеризується силою тертя або силою реакції, викликаної зовнішньої силою, яка прагне створити ковзання однієї поверхні відносно іншої при нормальному тиску.
Сила тертя визначається за формулою:
де - нормальна сила, Н;
і - відповідно коефіцієнт і кут тертя.
Коефіцієнт тертя для різних грунтів коливається від 0,25 до 0,90, кут тертя від 14 ° до 42 °. Для орієнтовних розрахунків беруть f = 0,5, що відповідає куту тертя = 26 ° 30 '.
Питомий опір грунтів k прийнято в якості показника труднощі обробки ґрунтів і визначаться по формулі:
де Р # 8209; загальний опір плуга, виміряний динамометром, Н;
а # 8209; глибина оранки, см;
b # 8209; ширина захвату корпусу см;
п # 8209; число корпусів плуга.
Питомий опір грунту залежить від її механічного складу, структури, ступеня уплотненности, задернелих, вологості і т. П.
Грунти з питомим опором до 3 Н / см 2 вважаються легкими, від 3 до 5 - середніми, від 5 до 7 - середньотяжкими і від 7 до 12 Н / см 2 - важкими.
липкість грунту # 8209; це з пособности грунту склеиваться і прилипати до різних поверхонь. Липкість характеризується зусиллям, віднесеним до 1 см 2 дотичної з грунтом сталевий поверхні, необхідним для її відриву. Липкість залежить від вологості грунту, дисперсності, властивостей матеріалу робочого органу, чистоти його поверхні і питомої тиску. Зі збільшенням дисперсності липкість ґрунту збільшується. Тому глинисті грунти найбільш липкі.