XIV Міжнародна наукова інтернет-конференція ADVANCED TECHNOLOGIES OF SCIENCE AND EDUCATION (19-21.04.2018)

Русский English




Научные конференции Наукові конференції

Борак К. В., к. т. н., Хоменко С. М., Крот В. В., Ковальчук О. В., Кирилюк С.І., Кондратюк О. С., Цімох А. А. ДОСЛІДЖЕННЯ АБРАЗИВНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ҐРУНТІВ

Борак К.В. асистент, Хоменко С.М. к.т.н., ст. викладач, Крот В.В. ст., Ковальчук О.В. ст., Кирилюк С.І. ст.,  Кондратюк О.С. ст., Цімох А.А. ст.

Житомирський національний агроекологічний університет

м. Житомир

ДОСЛІДЖЕННЯ АБРАЗИВНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ҐРУНТІВ

Всі ґрунтообробні знаряддя працюють в абразивному середовищі - ґрунті, який є досить складною системою. За визначенням  Д.Г. Віленського та В.М. Фрідланта ґрунт - це складна поліфункціональна, полідисперсна, гетерогенна, відкрита чотирифазна структурна система в поверхневій частині кори вивітрювання гірських порід, що володіє родючістю і є комплексною функцією гірської породи, організмів, клімату, рельєфу і часу [1].

Ґрунт, як і будь яка система, має свої властивості, основні з яких це: гранулометричний склад, шпаруватість, коефіцієнт тертя, липкість, опір ґрунту різним видам деформації, твердість, щільність, вологість, кам'янистість та абразивність [2, 3, 4].

Всі ці властивості ґрунту по різному на різних  їх типах впливають на інтенсивність зношування деталей машин.

За інтенсивністю зношування робочої поверхні ґрунтообробної техніки ґрунти поділяються на три групи:

1. Глинисті і суглинкові з малою зношувальною здатністю (від 2 до 30 г/га);

2. Супіщані і піщані з середньою зношувальною здатністю (від 30 до 100г/га);

3. Піщані з великою кількістю кам'янистих включень (від 100 до 450 г/га) [5].

В роботі [6] представленні результати дослідження відносної  зношувальної здатності ґрунтів за фракційним складом (табл. 1).

Таблиця 1

Відносна і абсолютна зношувальна здатність ґрунту за фракційним складом (еталон - кварц, тиск - 0,1 МПа)

Тип ґрунту Середній вміст, % Відносна зношувальна здатність Інтенсивність зношування сталі Л53 при р = 0,1 МПа, мм/га
піску глини
Піщаний 95 5 0,87 0,33
Супіщаний 85 15 0,62 0,24
Суглинковий (легкий) 75 25 0,42 0,16
Суглинковий (середній) 65 35 0,32 0,12
Суглинистий (важкий) 50 50 0,22 0,08
Глинистий (легкий) 35 65 0,15 0,06
Глинистий (середній) 25 75 0,10 0,04
Глинистий (важкий) 10 90 0,06 0,02
Кварцові частинки     1,0 0,38

Абразивне зношування робочих поверхонь деталей машин, що працюють в ґрунті відбувається в результаті «царапання» та пластичної деформації металу гострими кутами і ребрами твердих частинок ґрунту. З числа мінералів, що утворюють ґрунт, найбільшу твердість мають частинки кварцу (7 одиниць за шкалою Мооса) і польового шпату (6 одиниць) [7].

Ці два мінерали є основною складовою піщаних і супіщаних ґрунтів, що пояснює швидкий знос РО  при роботі на даних ґрунтах.

Як уже зазначалося в пункті 1.1. інтенсивність зношування визначається не тільки твердістю, але і формою абразивних частинок, а також їх зв'язком між собою (характером агрегатного стану) [7].

Інтенсивність зношування РО ґрунтообробних машин в свою чергу також залежить і від коефіцієнта тертя f, а його величина - від механічного складу, вологості, шорсткості робочої поверхні, матеріалу з якого виготовлений робочий орган, а також від питомого тиску  на поверхню контакту і швидкості ковзання ґрунту [7].

Визначенню величини коефіцієнта тертя ґрунту по сталі присвячено велику кількість робіт але, незважаючи на це, дане питання і досі залишається відкритим. Причиною цього є велике різноманіття режимів роботи і обладнання, що використовується при дослідах, а також випадкового вибору типу і механічного складу досліджуємого ґрунту [7]. Для природних ґрунтів коефіцієнт тертя по сталевій поверхні  коливається в широких межах - від 0,2 до 0,8 і більше [8]. Величини коефіцієнтів тертя для різних типів ґрунтів наведені в табл. 2 [9].

Таблиця 2

Значення коефіцієнтів тертя ґрунту по сталі

  Супіщаний Суглинок    

легкий

Суглинок середній Суглинок важкий Глина легка
Коефіцієнт тертя ґрунту по сталі 0,4-0,6 0,4-0,7 0,55-0,7 0,55-0,57 0,8

Зміна вологості ґрунту по-різному впливає на величину коефіцієнта тертя піщаних та глинистих ґрунтів [10]. П.У. Бахтіном встановлено, що зі збільшенням  вологості суглинистих і глинистих ґрунтів різних генетичних типів (від повітряно-сухого стану до 60-80% відносної вологості) значення коефіцієнта тертя ґрунту по шліфованій сталі зростає, а по досягненню максимального значення - зменшується [11] ( рис. 2, криві 3 і 4).

image0012.jpg

Рис. 2. Зміна коефіцієнта тертя f ґрунту по сталі в залежності від вологості: 1 - піщаний ґрунт; 2 - супіщаний зв'язаний ґрунту; 3 - середній суглинок; 4 - важкі суглинки і глини.

При цьому чим важчий механічний склад ґрунту, тобто чим більший в ньому вміст глинистих частин, тим більше значення коефіцієнта тертя цього ґрунту у вологому стані по сталі.

Збільшення значення коефіцієнта f глинистих і суглинистих ґрунтів зі збільшенням їх вологості пояснюється зростанням сил міжмолекулярної взаємодії частинок ґрунту і стальної поверхні, а зниження після переходу максимуму - появою на поверхні контакту  вільної води, яка виконує  роль мастила.

Границі зміни коефіцієнта тертя піщаних ґрунтів по сталі, обумовлені збільшенням вологості ґрунту, досліджені ще недостатньо, тому криві 1 і 2, зображені на рис. 1.3, являються в відомій мірі, гіпотетичними [8].

Вплив  шорсткості стальної поверхні на величину коефіцієнта тертя ґрунту по сталі досліджував Н.В. Щучкін. В цих дослідах було зафіксовано незначне  збільшення коефіцієнта тертя з погіршенням якості шліфованої поверхні [12].

Суперечливі дані і про вплив швидкості ковзання ґрунту  на величину коефіцієнта тертя. Деякі вченні вважають, що при зростанні швидкості ковзання зростає і коефіцієнт тертя (М.Г. Прігожая, І.З. Багіров), інші навпаки (В.Н. Виноградов) [13], а Р.Я. Примов, проводячи експериментальні дослідження, не виявив зміни коефіцієнта тертя при зміні швидкості ковзання. Автор [7] вважав що зростання  швидкості ковзання ґрунту по сталі в межах 0,5-4,0 м/с не призводить до зміни коефіцієнта тертя. За даними  В.Ф. Стрельбицького [14]  та Н.В. Краснощокого збільшення швидкості роботи ДГЗ з 5 до 10 км/год призводить до зростання сил, що діють на диск, в межах 25-65 %. Тому питання впливу швидкості на інтенсивність зношування залишається відкритим і на теперішній час.

Збільшення питомого тиску p на поверхню контакту металу з ґрунтом на думку Н.В. Щучкіна і А.Т. Яковенко  (які займалися фундаментальним вивченням даного питанням в 50-60 роках минулого століття) призводить до зменшення коефіцієнта тертя, так як при цьому в результаті ущільнення ґрунту на поверхню тертя надходить вільна вода, яка виступає в ролі мастила [7]. Однак, це твердження можна вважати вірним лише для тих значень вологості, які перевищують її значення, що відповідає максимальному значенню коефіцієнта тертя [7]. На даний час дослідження в цьому напрямку не проводяться, а тому це явище потребує подальшого вивчення.

З усього вище сказаного можна виділити фактори, які впливають на інтенсивність зношування деталей, що працюють ґрунтовій масі. (рис. 3).

Рис. 3. Фактори, які впливають на інтенсивність зношування деталей, що працюють в ґрунтовій масі.

Суттєвий вплив на інтенсивність і характер зношування різальних елементів та робочих поверхонь, які працюють в ґрунті здійснює ковзання перерізаних коренів рослин та кам'янистих компонентів ґрунту. Незважаючи на це данні питання взагалі залишаються не вивчені.

Література:

•1.     Назаренко І.І. Ґрунтознавство: підручник /  І.І. Назаренко, С.М. Польчина, В.А. Нікорич. - Чернівці: Книги-ХХΙ, 2004. - 400 с.

•2.     Васильев С.П. Об изнашивающей способности  почв. / С.П. Васильев Л.С. Ермолов // Повышение долговечности рабочих деталей почвообрабатывающих машин -  М.: Машгиз, 1960.- С.83-88.

•3.     Обрызков Е.П. О влиянии абсолютной влажности почвы на износ лемехов / Е.П. Обрызко // Сельхозмашины. - 1955. - № 6. - С. 14-21.

•4.     Ревут И.Б. Физика почв / И.Б. Ревут - Л.: Колос, 1964. - 320 с.

•5.     Ермолов Л.С. Повышение надежности сельскохозяйственой техники: (Основы теории и практики) / Л.С. Ермолов - М.: Колос, 1979. - 225 с.

•6.     Новиков В.С. Обеспечение долговечности робочих органов почвобрабатывающих машин: автореф. дис. на сиск. ученой степени док. тех. наук / В.С. Новиков - М., 2008. - 42 с.

•7.     Синеоков, Г.Н. Теория и расчет почвообрабатывающих машин / Г.Н. Синеоков, И.М. Панов. - М.: Машиностроение, 1977. - 328 с.

•8.     Мударисов С.Г. Моделирование процесса взаимодействия рабочих органов с почвой / С.Г. Мударистов // Тракторы и сельскохозяйственные машины -2005.- №7 - С. 27-30.

•9.     Сисолін П.В. Сільськогосподарські машини теоретичні основи, конструкція, проектування. Машини для рільництва: підручник  / Сисолін П.В., Сало В.М., Кропівний В.М.; за ред. М.І. Чорновола. - К.: Урожай, 2001. - 384 с.

•10. Обрызков Е.П. О влиянии абсолютной влажности почвы на износ лемехов / Е.П. Обрызко // Сельхозмашины. - 1955. - № 6. - С. 14-21.

•11. Бахтин П.У. Исследования физико-механических и технологический свойств основных типов почв СССР / П.У. Бахтин. - М.: Колос, 1969. - 268 с.

•12. Щучкин Н.В. Трение скольжение почвы по металу и почвы по почве / Н.В. Щучкин // Почвообрабатывающие машины. Сборник научно-иследователских работ ВИСХОМ. -  М.: Машгиз, 1949. - Вып. 4. - С. 3-23.

•13. Виноградов В.Н. Абразивное изнашивание / В.Н. Виноградов Г.Н. Сорокин, М.Г. Колокольников. - М.: Машиностроение,  1990. - 224 с.

•14. Стрельбицкий В.Ф. Дисковые почвообрабатывающие машины / В.Ф. Стрельбицкий. - М.: Машиностроение, 1978. - 135 с.


Залиште коментар!

Дозволено використання тегів:
<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <code> <em> <i> <strike> <strong>