OPRACOWANIE MODELU REOLOGICZNEGO MASZYNA GLEBA

Transkrypt

1 Inżynieria Rolnicza (99)/2008 OPRACOWANIE MODELU REOLOGICZNEGO MASZYNA GLEBA Yuri Chigarev, Rafał Nowowiejski Insyu Inżynierii Rolnicze,j Akadeia Rolnicza w Szczecinie Mikołaj Roaniuk Białoruski Uniwersye Rolniczo-Techniczny w Mińsku Sreszczenie. Arykuł przedsawia odel reologiczny układu składającego się z gleby oraz pojazdu rolniczego. Ukazano również rozwiązania ego odelu dla przypadków, gdy koło pojazdu przenosi obciążenia udarowe jak i obciążenie cyklicznie zienne. Słowa kluczowe: odel reologiczny gleby, naprężenie, odkszałcenie Wsęp i cel pracy Wiadoy jes, że obciążenie gleby pochodzące od aszyn i sprzęu rolniczego jes suą składowych-obciążenia saycznego (asa sprzęu) i obciążenia dynaicznego, kóre związane z układe napędowy, nierównością i kaienisością pola i innyi czynnikai powiązanyi z glebą i pojazde echaniczny. (rys. ). Rys.. Fig.. Źródła drgań w glebie Sources of vibraions in he soil 57

2 Yuri Chigarev, Rafał Nowowiejski, Mikołaj Roaniuk Większość prac eoreycznych i doświadczalnych yczących oddziaływania koła i gleby wykonano z uwzględnienie jedynie obciążenia saycznego. Isniejące nory lub regulacje prawne określające dopuszczalne pozioy nacisków kół pojazdów rolniczych na glebę zbadano jedynie w warunkach obciążenia saycznego. Jednakże składowa dynaiczna a znaczący wpływ nie ylko na zagęszczenie gleby, ale oże również negaywnie oddziaływać na jej część ożywioną, np. na populację dżdżownic. Konieczność opracowania odelu gleby uwzględniającego obciążenia dynaiczne podykowana jes zagrożeniai wynikającyi z nadiernego zagęszczenia gleby współczesny sprzęe rolniczy, co oże doprowadzić do przyspieszonej degradacji gleby. Rezulae degradacji gleb oże być uraa równowagi agroekosyseu. Nasąpić oże wedy lokalny kryzys ekologiczny, kóry zieni fiocenozę, zoocenozę, ikrobiocenozę danego agroekosyseu. Sporo lokalnych agrokryzysów oże być isonyi składowyi kryzysu globalnego, kóry oże doprowadzić do załaania cyklu biologicznego biosfery. Według opublikowanych danych nadierne zagęszczenie gleby wywołane echniką rolniczą jes główną przyczyną degradacji 33 ilionów ha użyków rolnych ylko na erenie Europy. Ponado ocenia się, że dodakowo około 32% użyków rolnych jes bardzo podanych na zagęszczenie, jeśli nie będą podjęe środki eu przeciwdziałające. Zagęszczenie gleby wpływa na pogorszenie się srukury oraz fizycznych paraerów gleby (gęsość, wilgoność, porowaość, przepuszczalność powierza, id.), na obniżenie zawarości huusu, na zwiększenie zaporzebowania na energię przy uprawie gleby nawe o 30% i zużycie nawozów ineralnych o 30-40% oraz zwiększone zużycie zespołów pracujących w glebie. Cele pracy jes określenie saycznego oraz dynaicznego wpływu oddziaływania aszyn i pojazdów rolniczych na warość odkszałcenia gleby. Dla zrealizowania danego zadania będzie zasosowany odel aeayczno-echaniczny z paraerai reologicznyi. Srona naukowo-poznawcza związana jes z dążenie do pogłębiania wiedzy o wpływie drgań kół aszyn i pojazdów rolniczych, czyli dynaicznego składnika obciążenia gleby na jej odkszałcenie z uwzględnienie obciążenia saycznego. Model aeayczno-echaniczny Isnieją różne aeayczno echaniczne odele gleby. Uwzględniają one właściwości reologiczne gleby sprężysość, lepkość, plasyczność. W zależności od sanu fizycznego gleby ożna ją opisać jedny z powyższych paraerów lub ich kobinacją. Dla opisu niesprężysego sanu gleb częso wykorzysywane są reologiczne odele Kelvina- Voiga lub Makswella. Jednak odele e ają swoje wady. Środowisko Kelvina-Voiga w oenach przyłożenia obciążenia dynaicznego jes nieściśliwe. Środowisko Makswella przy działaniu obciążenia saycznego jes nieograniczenie odkszałcalne. Do rozwiązywania zagadnień dynaicznych wykorzysywany jes zwykle ogólny odel ośrodka sprężyso-lepkiego (rys. 2) [Liachow 982]. Ściskanie sprężyny odbywa się zgodnie z prawe Hooke a ε E odkszałcenie sprężyny; naprężenie noralne; dynaiczny oduł sprężysości. ε = E () 58

3 Opracowanie odelu reologicznego... Rys. 2. Fig. 2. Ogólny odel ośrodka sprężyso-lepkiego The general odel of springy-viscous ediu Zależność poiędzy naprężenie a odkszałcenie w dowolnej chwili dla odelu ogólnego zapisać ożna w nasępującej posaci E E2 E s E + E2 dε d = E d d = sayczny oduł sprężysości; E E s = η ( E E ) paraer lepkości; s E 2 oduł sprężysości sprężyny 2; η współczynnik lepkości. + η ( ε ) E s (2) Meodyka badań P Rozparzy obciążenie koła na glebę jako suę sił saycznej i dynaicznej 0 () P o () obciążenie sayczne działające na oś koła; = P + P (3) P obciążenie dynaiczne, zależne.in. od nierówności powierzchni pola, układu napędowego pojazdu. Maksyalne naciski w obszarze konaku koła z glebą opisane są równanie M = ( + 2 ) asa przypadająca na oś koła; asa resorowana; M ( g± x ) P0 + P () = = (4) S S 59

4 Yuri Chigarev, Rafał Nowowiejski, Mikołaj Roaniuk 2 asa koła; S pole konaku koło-gleba; x przyśpieszenie pionowe osi koła; g przyśpieszenie zieskie. Niech naprężenie spełnia warunki = 0 ( ) = Θ dla dla 0 Θ < 0, > Θ Warunki (5) ają iejsce w przypadku obciążenia udarowego np. przy poruszaniu się koła po glebie zakaienionej. W przypadku obciążenia zieniającego się według funkcji okresowej w obszarze konaku koło-gleba spełniane są nasępujące warunki sin = 0 π ( ) = Θ dla 0 dla < 0 Rozwiązanie równania (2) w przypadku obciążenia udarowego jes [, 2]: ε A B () = + ( ) + C e 2 (7) A, B i C są współczynnikai zależnyi od,, E, E2, Θ. Rozwiązanie równania (2) w przypadku wysępowania warunków (6) a posać (5) (6) ε k ( ω sinω + cosω ) L ( ω sinω cosω ) () = + + D e a a (8) 2 2 a = ω +, ω = π Θ a współczynniki k, L, D są zależne od,, E, E2. Współczynniki e ają posać: E A = Θ ( Θ); E B = ; E 2 Θ D C = + D = k = L = E2 B E 2 Lω k E ω + ω E ; E 2. ; ; 60

5 Opracowanie odelu reologicznego... Na rysunkach 3-8 przedsawiono wykresy będące graficznyi rozwiązaniai równań (7) i (8) w przypadku spełnienia warunków (5) i (6). Rys. 3. Zależność odkszałcenia ε od naprężenia = dla obciążenia udarowego Fig. 3. The dependence of deforaion ε fro ension = for percussive load Rys. 4. Fig. 4. Zależność odkszałcenia ε od współczynnika lepkości dla obciążenia udarowego The dependence of deforaion ε fro viscosiy coefficien for percussive load Rys 5. Fig. 5. Zależność odkszałcenia ε od czasu dla obciążenia udarowego The dependence of deforaion ε fro ie for percussive load Rys. 6. Fig. 6. Zależność odkszałcenia ε od naprężenia przy obciążeniu okresowy The dependence of deforaion ε fro ension for periodical load 6

6 Yuri Chigarev, Rafał Nowowiejski, Mikołaj Roaniuk Rys. 7. Fig. 7. Zależność odkszałcenia ε od lepkości przy obciążeniu okresowy The dependence of deforaion ε fro viscosiy for periodical load Rys. 8. Fig. 8. Zależność odkszałcenia ε od czasu przy obciążeniu okresowy The dependence of deforaion ε fro ie for periodical load Wyniki. Badania eoreyczne przyjęego odelu wskazują, że względne odkszałcenie gleby zależy w przypadku obciążenia udarowego od: warości aksyalnego obciążenia działającego na glebę; czasu rozpływu fali w glebie 2. Jak wynika z wykresu na rys. 4 względne odkszałcenie w przypadku obciążenia udarowego nie zależy od lepkości gleby. 3. W przypadku obciążenia okresowego na względne odkszałcenie gleby wpływ a warość aksyalnego naprężenia, lepkość ośrodka glebowego oraz czas działania obciążenia. Bibliografia Chigarev Yu., Roaniuk M., Nowowiejski R., Kosencki P Dynaiczne oddziaływanie koła na glebę o właściwościach sprężyso-lepkich. XII Międzynarodowa Konferencja Naukowa Teoreyczne i aplikacyjne probley inżynierii rolniczej w aspekcie przysosowania do prograów badawczych w UE. -4 czerwca Polanica Zdrój. s Liachow G. M Wołny w grunach i porisych nogokoponiennych sriedach. Nauka s

7 Opracowanie odelu reologicznego... DEVELOPMENT OF THE MACHINE SOIL RHEOLOGICAL MODEL Absrac. The paper presens a rheological odel of an arrangeen consising of soil and a far vehicle. Moreover, i describes conceps of his odel for cases, when he vehicle wheel ransis ipac loads and cyclically changing load. Key words: rheological odel of soil, sress, deforaion Adres do korespondencji: Yuri Chigarev; e-ail: jchigariev@agro.ar.szczecin.pl Insyu Inżynierii Rolniczej Akadeia Rolnicza w Szczecinie Ul. Papieża Pawła VI/ Szczecin 63