Характеристика механико-технологических свойств почвы и условий работы лезвий почвообрабатывающих рабочих органов

Почва представляет собой плодородный поверхностный слой земли, состоящий из определенного соотношения твёрдых минеральных частиц разного размера из частиц органического происхождения (гумуса), между которыми имеются поры, заполненные воздухом и влагой с растворенными в ней питательными веществами. Почва является не только средой для прорастания растений, но и несущим основанием для движения сельскохозяйственных агрегатов. Поэтому свойства почв и характер процессов, происходящих при взаимодействии почвообрабатывающих рабочих агрегатов и движителей машин, необходимо знать для построения теории их почвозащитной эксплуатации.

Структура почвы представляет собой соотношение в процентах комков почвы размером более 10 мм, от 0,25-10 мм и менее, расположение этих комков по глубине пахотного слоя. Структура зависит от органической части, гумуса, растительных остатков, системы машин, технологии обработки почвы, крошения на комки 0,25-10 мм.

Гранулометрический состав почвы представляет собой процентное содержание минеральных твердых частиц (песчаных и глинистых), кварца, полевого шпата от 0,1 до 1мм или глинистых 0,01 мм .

Плотность почвы зависит от минералогического состава и процентного содержания гумуса и от степени уплотнения почвы движителями агрегатов. Оптимальной считается такая плотность, при которой растения хорошо прорастают и дают высокий урожай, при 1-1,2 г/см3.

Влажность почвы представляет собой отношение массы воды в единице объема к массе этой единицы в единице объема почвы:

(2.1)

где W – влажность;
– масса воды;
– масса твердого вещества.

Твердость почвы представляет собой свойство сопротивляться резанию. Основными механическими свойствами почвы, влияющими на тягово-сцепные свойства машины, являются сопротивления сжатию и сдвигу при взаимодействии почвообрабатывающих органов с почвой.

Сопротивление почвы сдвигу определяется в основном сцеплением и внутренним трением между частицами.

Сцепление между частицами почвы обусловлено её влажностью, а также наличием глинистых фракций, органических коллоидов и других естественных вяжущих веществ.

Внутреннее трение между частицами почвы возникает при сдвиге вследствие зацепления одних частиц за другие, которое проявляется только при действии на почву нормальной нагрузки лезвия. Наибольшим внутренним трением обладают песчаные и супесчаные почвы, состоящие из шероховатых частиц с относительно большими неровностями.

В общем случае сопротивление сдвига определяется по формуле Кулона:

(2.2)

где – сопротивление сдвигу, кг/см2; С – сцепление частиц почвы, кПа;

– нормальное напряжение, кПа; – угол внутреннего трения ночвы.

Механические свойства почвы, в зависимости от её состояния, изменяются в широких пределах. На механическую прочность почвы существенно влияет её влажность .

Для того, чтобы получить выражение для коэффициента сцепления почвы, надо разделить обе части формулы Кулона на давление P:

(2.3)

Плодородие, а также физические и технологические свойства почвы в сильной степени зависят от размера образующих ее твердых частиц. Последние подразделяются на мелкозем (частицы диаметром менее одного миллиметра) и каменистые включения .

В зависимости от диаметра каменистых включений различают крупный песок (1…3 мм), мелкий хрящ (3…5 мм), крупный хрящ (5…10 мм), мелкий щебень (1…3 см), средний щебень (3…5 см), крупный щебень (5…10 см), камни (10 см и более). Каменистые включения в почве вызывают ускоренный износ и поломку рабочих органов почвообрабатывающих машин обычной конструкции, поэтому для обработки каменистых почв применяют рабочие органы усиленного типа, а их стойки снабжают предохранительными устройствами.

Мелкие частицы почвы в зависимости от размера подразделяют на песчаные, пылеватые и иловатые. В большинстве случаев песчаные частицы представляют обломки кварца, реже – слюды, полевого шпата и других минералов. Песчаные почвы водопроницаемы, высота капиллярного поднятия воды в них незначительна. Пылеватая фракция состоит из сильно измельченных минералов (обычно кварца и аморфной кремниевой кислоты), форма частиц близка к сферической.

Иловатые или глинистые частицы представляют наибольшую степень измельчения горной породы при ее выветривании и почвообразовании и характеризуются сложностью минералогического состава. Глинистую фракцию образуют мельчайшие частицы, имеющие главным образом пластинчатую чешуеобразную форму .

Иловатые частицы обусловливают связность почвы, содержат цементирующие вещества, способствующие образованию структурных агрегатов, а также большое количество питательных веществ в наиболее доступной для растений форме.

В состав естественных почв входят частицы различной величины, поэтому физические и другие свойства почвы редко полностью совпадают с описанными выше свойствами частиц одной размерной фракции.

Различают почвы структурные и бесструктурные. Масса структурной почвы разделена на отдельные зерна и комочки, залегающие рыхлым слоем, а в бесструктурной почве отдельные твердые частицы залегают сплошной массой. Образованию в почве структурных отдельностей способствуют изменения влажности (образование трещин при высыхании почвы) и температуры (распад крупных глыб почвы в результате замерзания и оттаивания), а также воздействие на почву рабочих органов орудий при средней степени увлажнения, когда почва находится в состоянии «спелости». Частые обработки, особенно если их выполняют при пониженной или чрезмерно высокой влажности почвы, а также прессование верхних слоев почвы колесами тракторов и автомобилей может быть причиной распыления и превращения почвы из структурной в бесструктурную .

Агрономически ценными считаются комочки размером 2…3 мм, однако и большие, и меньшие агрегаты (диаметром 1…10 мм) считаются желательными. Комковатая структура не только увеличивает плодородие почвы, но и существенно влияет на условия работы орудий: при одинаковом механическом составе тяговое сопротивление орудий и залипание их рабочих органов при обработке структурной почвы меньше, чем при обработке бесструктурной .