книги из ГПНТБ / Скотников В.А. Основы теории проходимости гусеничных мелиоративных тракторов [учеб. пособие]
.pdf
в. А. скотников,
А.Е. ТЕТЕРКИН
ОС Н О В Ы Т Е О Р И И
ПР О Х О Д И М О С Т И ГУСЕНИЧНЫХ М Е Л И О Р А Т И В Н Ы Х Т Р А К Т О Р О В
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ВЫШЭИШАЯ ШКОЛА: МИНСК 1973
6Т2.1 С 44
УДК 629.114.2.001.32(075.8)
4№Ш
Р Е Ц Е Н З Е Н Т Ы :
кафедра «Тракторы» Белорусского ордена Трудо вого Красного Знамени политехнического инсти тута;
кандидат технических «аук, доцент Украинского института инженеров водного хозяйства А. М. Дья ков.
0422-129 С44 М304(05)-73
(g) Издательство «Вышэйшая школа», 1973.
ОТ АВТОРОВ
В пособии, написанном в соответствии с про граммами курсов «Теория трактора» и «Эксплуата ция машинно-тракторного парка» и предназначен ном для студентов соответствующих высших техни ческих учебных заведений, излагаются основы теории проходимости гусеничных машин, работаю щих на неосушенных болотах. Сообщаются главные сведения об основных физико-механических свой ствах торфа, раскрывается физическая картина взаимодействия гусеничных движителей с торфом неосушенного болота и на этой основе выводятся зависимости, показывающие влияние на проходи мость машин различных конструктивных и эксплуа тационных факторов. Рассматриваются методы ис
пытаний гусеничных |
тракторов и методика |
выбора |
и расчета основных |
параметров, определяющих |
|
проходимость. При |
составлении пособия |
авторы |
ставили задачу изложить предмет просто и нагляд но и в то же время показать специфику взаимодей ствия неосушенного болота и болотоходных тракто ров. В связи с этим отдельные положения приво дятся с 'полным доказательством (глава об основных законах процесса взаимодействия гусениц, с грунтом); отдельные положения доказываются на основе упрощения реальных характеристик процесса взаимодействия машин с грунтом (раздел об осад ках гусениц и др.).
Применяемый математический аппарат не вы ходит за рамки нормального курса высшей мате матики, излагаемого в высших технических учеб ных заведениях.
При написании книги использованы главным образом результаты экспериментальных и теорети ческих исследований, проведенных авторами, а так же существующая литература по механике грунтов, по торфяным, мелиоративным машинам и по теории трактора.
Главы 1—2 написаны |
канд. |
техн. наук, |
доц. |
А. Е. Тетёркиным, главы |
3—7 — |
канд. техн. |
наук, |
доц. В. А. Скотниковым.
Авторы выражают глубокую благодарность докт. техн. наук В. В. Гуськову и канд. техн. наук А. М. Дьякову за ряд ценных указаний.
Все критические замечания и изменения просим сообщать по адресу: 220600, г. Минск, ГСП, ул. Ки рова, 24, издательство «Вышэйшая школа».
ВВЕДЕНИЕ
В СССР болота и переувлажненные земли занимают около 200 млн. га. Осушение этих болот позволит увеличить площади, пригодные для сельскохозяйственного использования, ускорить освоение земных богатств, улучшить условия жизни народа.
По решению X X I I I |
съезда КПСС с 1966 по 1970 г. было осу |
шено более 6 млн. га |
болот. Директивами X X I V съезда КПСС |
намечено к 1975 г. осушить 8—11 млн. га болот и заболоченных земель.
Выполнить огромный объем работ по осушению болот за труднительно без проведения ряда мероприятий, одно из кото рых — совершенствование, разработка и освоение специальных гусеничных мелиоративных тракторов.
Важнейшее эксплуатационное качество гусеничного мелио ративного трактора — проходимость. От степени проходимости мелиоративного трактора зависят его технико-экономические, общетехнические и другие эксплуатационные качества. • Прохо димость трактора определяется соответствием конструкции и размеров его ходовой части, а также соответствием компоновки всех узлов трактора физико-механическим свойствам торфа неосушенных болот. Проходимость трактора также зависит от ско рости движения трактора и просвета между поверхностью боло
та и наиболее |
низко расположенной точкой остова (при движе |
нии трактора), |
от сцепления движителя с поверхностью болота, |
а в некоторых |
случаях и от прочности поверхности дернового |
покрова болота. Значительно влияет на проходимость трактора вид агрегатируемого орудия (прицепное или навесное).
Степень проходимости одного и того же трактора существен но изменяется с изменением вида и состояния болота.
5
Теория проходимости болотоходных тракторов — составная часть, специальный раздел общей теории трактора, изучающий эксплуатационные качества тракторов.
Теорией проходимости болотоходных тракторов называется система идей, знаний об основном эксплуатационном качестве болотного трактора — проходимости по 'болотам, о путях ее со вершенствования, об оценочных измерителях проходимости и о методах и средствах определения этих измерителей.
Под проходимостью по болотам понимается способность трактора двигаться по слабоосушенным и неосушенным 'болотам с минимальным сопротивлением перекатыванию при максималь ном общем или тяговом к.п.д. трактора и способность движителя преодолевать местные неровности болота без • существенного ухудшения качества выполняемой трактором работы.
Исследование конструктивных и эксплуатационных факто ров, влияющих на проходимость, обоснование измерителей про ходимости и разработка метода их оценки — главная задача теории проходимости болотоходных тракторов.
Г л а в а 1. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОРФЯНЫХ ГРУНТОВ
§ 1.1. Составные элементы торфяного грунта
Общие понятия. В естественном залегании торф представ ляет собой трехфазную систему, состоящую из трех компонен тов: твердых частиц, воды и воздуха.
Такие системы, у которых две или несколько фаз более или
менее равномерно распределены друг |
в друге, называются дис |
||
персными. |
Распределенная |
фаза называется дисперсной, а фаза, |
|
в которой |
распределены |
частицы |
первой, — дисперсионной |
средой. |
|
|
|
Количественное соотношение составных элементов торфяных грунтов не постоянно, а зависит от степени разложения торфа, его типа, внешних механических воздействий, уровня грунтовых вод. Особое значение имеет соотношение между отдельными группами частиц и особенно количество мелких и мельчайших твердых частиц, обладающих большой удельной поверхностью и поэтому наиболее активных.
Дисперсная фаза. Твердые частицы, крайне разнообразные по своей форме и величине (волокна, гумус, минеральные вклю чения), составляют дисперсную фазу торфа. При рассмотрении торфа всегда можно обнаружить две части: .растительные остат ки с сохранившимся клеточным строением (форменные элемен ты), образующие некоторую пространственную решетку, и скоп ление бурого вещества, не имеющего клеточного строения (гу мус), заполняющего промежутки пространственной решетки. В составе форменных элементов обнаруживаются клетчатка, гемицеллюлозы, лигнин и другие вещества клеточных оболочек растений-торфообразоватедей. В структурном отношении эти ве щества — эластичные, гидрофильные гели, находящиеся в силь но набухшем состоянии.
Г у м у с — темное бесструктурное вещество, которое при дает торфу черную или коричневую окраску.
Распад растительных остатков и образование гумуса про исходят различно даже для одного и того же растения и зави сят от ряда факторов. Поэтому одни торфяные грунты имеют
7
войлочно-соломистую структуру при небольшом содержании гу муса, другие, напротив, состоят в основном из гумуса с включе нием отдельных обрывков растительных тканей. Соотношение между гумусом и неразложившимися растительными остатками определяет одно из качеств торфа — степень разложения. Сте пень разложения торфа — это процентное содержание в нем бесструктурной массы, которая наряду с гуминовыми вещества ми содержит также и мелкие частицы негумифицированных остатков.
Различие в условиях протекания процесса торфообразования в низинных и верховых торфяниках, а также в растениях-тор- фообразователях, приводит к различию в составе гумуса. По данным А. В. Пичугина, гумус верховых торфов состоит преиму щественно из свободных гуминовых кислот, тогда как гумус ни зинных торфяников — из гуматов кальция.
Гумиковые кислоты' преобладают в сухом веществе торфа и составляют примерно 50% всего органического вещества. С рос том степени разложения содержание гуминовых кислот быстро повышается, особенно в частицах мелкой фракции (табл. 1.1). Для хорошо разложившихся верховых торфяников количество ГУМИНОВЫХ кислот (с лигнином) в сухом веществе торфа доходит до 59,6%.
|
Т а б л . |
1.1. Содержание гуминовых кислот в частицах торфа |
|
|||||
|
|
|
различных фракций (по |
А. А. |
Б е р е з и н у ) |
|
||
|
|
|
|
Зола на |
Органическая масса фракции. % |
|||
|
|
|
|
|
гидролк- |
|
остаток |
|
Микроскопическая характеристика сухое ве |
|
|
||||||
|
зуемые |
гуынновая' (клетчатка, |
||||||
|
|
|
|
щество |
битумы |
|||
|
|
|
|
разбавле |
кислота |
лигнин н |
||
|
|
|
|
|
|
ния |
|
ДР-) |
Форменные |
элементы: тро |
|
|
|
|
|||
стник, хвощ, |
осоки |
7,26 |
5,98 |
24,82 |
23,36 |
45,6 |
||
Гумус |
(более |
половины по |
|
|
|
|
||
ля зрения), |
неопределенные |
|
|
|
|
|||
древесные остатки, |
немного |
|
|
42,07 |
43,57 |
|||
остатков |
осок |
|
9,37 |
5,13 |
9,23 |
|||
Микроскопически |
пустая |
|
|
|
|
|||
темноокращенная жидкость: |
|
|
|
|
||||
в упаренном |
состоянии — гу |
|
|
|
|
|||
мус, изредка |
неопределенные |
|
|
|
21 |
|||
остатки |
древесины |
13,05 |
13,4 |
25,6 |
40,04 |
|||
Гуминовые кислоты относят к гетерополиконденсатам, т. е. веществам, образованным в результате взаимодействия многих исходных веществ (лигнин, продукты распада белковых веществ, дубильные вещества и т. д.). Молекула гуминовых веществ, по мнению С. С. Драгунова, состоит из шести гексагональных групп,
расположенных |
в одной плоскости и вытянутых в одну |
линию, |
||
к которой присоединяются |
меньшие боковые отростки. |
Такой |
||
вид |
молекулы |
способствует |
образованию коллоидных структур |
|
типа |
студня. |
|
|
|
8
Структура торфа. Под структурой грунтов подразумевается обусловленное характером внутренних связей закономерное рас положение различных по крупности и форме твердых частиц или агрегатов частиц, на которые грунты могут распадаться.
Структура — один из важнейших факторов, определяющих прочностные и деформативные свойства грунтов.
Торфяные грунты имеют сложное строение. Упрощенная схема строения торфа представляется так: основу грунтового скелета торфа составляют неразложившиеся растительные остат ки, образующие пространственную решетку, промежутки которой заполнены гумусом. Вследствие этого структура торфа зависит от степени разложения его, типа тор-фа, растений-торфообразо- вателей.
Исследования А. В. Пичугина показали, что верховые сфаг новые торфяники малой степени разложения (до 10%) имеют чрезвычайно рыхлую структуру. Неразложившиеся растительные остатки слабо соприкасаются друг с другом и имеют в основном горизонтальную ориентировку. С увеличением степени разло жения образуются сгустки гумуса, которые местами обволаки вают форменные элементы. Верховые торфы высокой степени разложения характеризуются тонкозернистой структурой, высо кой пластичностью, желеобразной консистенцией.
В целом верховые торфы по аналогии с минеральными грун тами имеют губчатую структуру.
Низинные торфы даже невысокой степени разложения со держат значительное количество мелкораздробленных частиц растительных волокон. Частицы гумуса распределяются более равномерно между неразложившимися растительными остатка ми, не образуя сгустков. Применительно к минеральным грун там низинные торфы имеют раздельно-зернистую структуру: рыхло-зернистую — для торфов малой степени разложения, не сколько уплотняясь с ростом степени гумификации.
Отличительные особенности структуры верховых и низинных торфов могут быть объяснены различием в составе гумуса и фи зико-химических явлений, протекающих при процессе разло жения.
Следует отметить, что масса грубодисперсного материала растительных тканей состоит из эластичных набухших гелей, а гуминовые вещества, адсорбируясь на поверхности частиц, обра зуют покрытия и слои гуминового геля. Внутренние связи в тор фяных грунтах, обусловливающие их прочность и устойчивость структуры, сложны и определяются рядом факторов, рассматри1 ваемых ниже.
Зольность торфа. При сжигании торфа образуется зола — минеральная часть его. Минеральная часть состоит из зольного остатка растений-торфообразователей (первичная зола) и из минеральных соединений, принесенных извне в ходе образования торфяного грунта (ветром, атмосферными осадками, поверхност-
9'