Методика проведения полевых работ аэрационного дренажа

Методика проведения исследований процесса разрушения почвогрунта дренером основана на установлении: физико-механических свойств грунта опытных участков; определении влияния междренного состояния кротовых полостей на аккумулирующие свойства грунта; скорости формирования кротовых полостей; показания прочностных свойства грунта на основе динамического плотномера по глубине массива и в плане; влажности грунта, обеспечивающей устойчивость кротовых дрен  (КД или АД) в процессе их нарезки.

В грунтовом канале уплотнение производились послойным способом при помощи катка. Плотность грунта получалась практически однородной, т.к. показание динамического плотномера было постоянным. Засчет этого удалось получить в лабораторных исследованиях значительно небольшую рассеянность точек уже при десятикратном повторении опытов. Таким образом, лабораторные исследования дают возможность сравнительно с дастаточной точностью установить характер изменения действующих сил при значительно малом количестве повторений опытов.

Каждая серия опытов повторялся не менее 5 раз. Определение плотности, влажности грунта, коэффициента трения грунта о сталь и коэффициента внутренного трения производилось, в основном, только на горизонте прокладки АД, так как влиянием физико-механических свойств вышележащих слоев на процесс формирования кротовин можно пренебречь.

При прведении полевых исследований особое внимание было уделено определению оптимального значения междренного расстояния. Для этой цели были изготовлены три конструкции  рыхлителя-кротователя с соответствующим расстоянием между нож-стойками. Условия проведения опыта заключались в следующем. На грунтовом лотоке 10-метровой длины выделены четыре участка, грунтовые условия которых одинаковы, т.е. грунт глинистый с плотностью скелета = 1,9-2,0 г/см³ и влажностью 21-25%. Отбор образцов до и после опытов производился режущим кольцом по известной методике. С переходом от пахотного к подпахотному горизонту твердость почвы увеличивалась.                                                                                                 Таблица 1

В настоящее время общепринятыми критериями оценки уплотняющего воздействия двигателей МСХА являются среднее и максимальное давление, а также характеристики почвы:  ее плотность; влажность и твердость [5].

Влажность почвогрунта определялась весовым методом, а коэффициентом трения грунта о сталь – путем протаскивания стальной пластинки по поверхности грунта. Определение коэффициента внутренного трения и сцепления грунта – при помощи прибора сдвига, т.е. быстрым протаскивания с замером силы сдвига пружинным динамометром.                                                                                                       Таблица 2

Изменение скорости нарезки АД выполнено коробкой передач ЗИЛ-130, с помощбю которой можно регулировать скорость от 0,1 до 0,4 м/с. АД нарезали дренерами 30, 40, 50 и 60 мм с растоянием между ними 60, 70, 80, 90, 100 мм.

Главной задачей опытно-полевых исследований при этом являлось установление изменения сил, действующих на дренер, при различных скоростях, а также междренных расстояниях. Нарезка АД осуществлялась в полевых условиях динамометрической установкой – кротователем, навешенным на трактор класса 4 т.

Рис 1. Динамометрическая установка испытаний АД

Динамометрическая установка (рис. 1) включает раму 1, на которой смонтирована промежуточная рама 2 с возможностью предельного перемещения. На раме 2 жестко закреплен рабочий орган 3 с кротователем 7. Вертикальное перемещение рамы 2 относительно рамы 1 ограничивается упорами 4. Перемещение рамы 2 внутри рамы 1 ограничено упором 5 и тензометрическими кольцами 6. Расстояние между упорами 4 составляло 1,5 м. Исходя из этого, дополнительное сопротивление от качения подшипников при глубине резания до 0,6 м не превышает 1,5%. В кабине трактора было смонтирована тензометрическая аппаратура (усилитель ТОПАЗ и осциллограф К-12-22). Трактор был оснащен датчиком пройденного пути и датчиком числа оборотов ведущих звездочек. Показатели данных датчиков записывались синхронно на осциллограмму. Величину буксования трактора определяли по зависимости:

 =                                                               /1/

где: S_т – теоретический путь трактора, определенный по числу оборотов звездочек; S_ф – фактический путь трактора, определенный по датчику пути.

В соответствии с лабораторно-стендовыми исследованиями нами были проведены испытания рабочих органов: нож ступенчатый с толщиной стоек 20, 30, 40 мм и углом резания верхнего и нижнего зубьев α = 30⁰; дренеры с углом заострения β = 30⁰, длиной 300 мм, диаметром 40, 50 мм. Глубина кротования принимали 0,5 и 0,6 м.

При проведении постановочных опытов исследовались два типа ножевых рабочих органов: ступенчатый нож (зубья установлены с опережением один относительно другого); сплошной нож. Угол подъема (резания) для ступенчатого ножа принимали в диапазоне от 20 до 35⁰. Аналогично изменяли угол подъема сплошного ножа.

Было установлено, что резание грунта сплошным рабочим органом по сравнению со ступенчатым на 15-20% больше. При этом наблюдается значительно больший износ лезвия сплошной ножей. Дополнительно исследовали рабочие органы с жестко и шарнирно закрепленными дренерами.

Глубина кротования принимали 0,4, 0,5 и 0,6 м. Опытно-производственные исследования проводили в тяжелых почвах совхоза «Ак-Алтын» Каракумского  этрапа Марыйского велаята. Грунты этрапа представлены тяжелыми глинами, влажностью Ѡ = 10±0,5%, числом ударов ударника ДорНИИ С = 5±1. Длину исследуемого участка приняли 350 м с показателями плотномера через каждые 15 м. причем были выбраны участки с относительным постоянством этих параметров по глубине.

Каждая серия опытов, включающих предварительные и последовательные резания, проводилась как правило, в течение одного дня, что позволило достичь постоянство основных показателей грунта. Средняя величина силы резания определялась по зависимости:

Р_ср =                                                                      /2/

 где: Р_i–текущие значения силы резания.

Например, при рыхлении-кротовании тяжелых глин Ѡ = 16%, дренер диаметром 50 мм, толщина нож-стойки B = 20-30 мм, глубине рыхления - кротования 0,60 м для ступенчатого ножа кротователя было получено:

Р_max=18640Н, S₁=451Н;     P_min=14220Н,  S₂=677Н;     Р_ср =16430Н,  S₃ =597Н

При доверительной вероятности 1-р = 0,95 значение полученных величин дает оценки, определяемые по формуле:

                   Р -    + Р -                                                 /4/

где: Р – выборочное среднемаксимальное значение силы резания; Р_г – генеральное среднее (среднемаксимальное) значение силы резания; S – выборочная дисперсия случайной величины; n- количество значений случайной величины; 1-р – доверительная вероятность (в процессе работы принималось значение р = 0,95);  - квантиль  распределения Стьюдента.

17400H < P_max < 20640H;    13650H < P_min  <15380H;   15500 < P_cp < 17100H

Таким образом, доверительный интервал соответствует 10% точности получаемых средних значений, что допустимо для данного числа наблюдений. Данная методика обработки результатов опытов соответствует процессу резания как стационарной функции пути [1]. При анализе силы перекрестного резания в процессе кротования, как стационарного процесса, средняя силы резания определяется по формуле:

Р_ср    =                                                              /5/

При проведении экспериментов по резанию грунта были использованы основы тензометрии [4,6]. Обработку результатов исследований проводили в соответствии с общей методикой обработки данных [2,3].

Литература:

1.      Бендат Дж., Пирсол А. Применение корреляционного и спектрального анализа. –М.: Мир. 1983. 312 -с.

2.      Василенко П.И. Элементы методики математической обработки результатов экспериментальных исследований. –Киев: УСХН. -1959. 61с.

3.       Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. –М.: Колос. 1967. -158 -с.

4.      Зажигаев Л.С., Кишьян А.А., Романиков Ю.И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. –М.: Атомиздат. 1978. 230-с.

5.      Мамедкулиев К.М., Таганов Ч.К. Устройство для оперативной оценки состояния почвы. В сб. научных трудов ТСХИ. Ашгабат. 1995. т.39. вып.4.  –с.64.

6.      Тензометрия в машиностроения. –Москва.:Машиностроение. 1975. -286с.