В.Д. Хмыров, В. Б. Куценно, СВ. Бизин
ФГОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет», г. Мичуринск, Россия
Главным источником плодородия почвы остается органическое удобрение, получаемое при переработке навоза. При содержании свиней на глубокой подстилке снижаются затраты на производство свинины, но в настоящее время мало изучены физико-механические свойства навоза глубокой подстилки, необходимые для проектирования машин для разрушения и уборки пласта навоза глубокой подстилки.
Наиболее важными для конструкторов свойствами связных грузов (навоз глубокой подстилки) являются коэффициенты внешнего и внутреннего трения, угол естественного откоса в покое и движении, влажность, сила внутреннего сцепления частиц и плотность, фракционный состав и другие.
Связанные грузы, как навоз глубокой подстилки, характеризуются повышенными внутренними силами сцепления частиц. Эти материалы образуют устойчивые своды при транспортировании различными техническими средствами. Анализ исследований по физико-механическим свойствам дал возможность установить, что плотность материалов зависит от его влажности, удельного давления,
Коэффициент внешнего (f) трения движения в зависимости от удельного давления связанных грузов необходимы при проектировании и расчете машин для разрушения и транспортирования навоза. При определении коэффициента трения с помощью установки, показанной на рисунке 1, процесс деформации исследуемого материала исключается, так как поверхность трения (стальная, резиновая, бетонная, деревянная, хлопчатобумажная и прорезиненная) скользит по поверхности образца.
Установка (рисунок 1) состоит из стола 2, на котором укладывали образец навоза глубокой подстилки 5, сверху укладывали поверхность трения 6, на которую ставили гири 7. При вращении ролика 1 трос 3 перемещал поверхность трения 6 с гирями 7 и динамометр 4 фиксировал усилие сдвига и подсчитывали коэффициент внешнего трения.
Зависимость между нормальным давлением и сдвигающим усилием выражается уравнением:
Т= Nf + CS,
где Т - общее усилие сдвига, Н; N - сила нормального давления на единицу площади, Н;
S - действительная площадь трения, м2;
С - величина сцепления, т.е. сила сцепления, приходящаяся на единицу площади, по которой происходит сдвиг. Эта величина выражается в Па; f -коэффициент внешнего трения навоза о поверхность.
Сила нормального давления в слоях равно весу груза и массе навоза. N= P+G
где Р - вес установленного груза, Н; G- масса поверхности трения, Н. Коэффициент внешнего трения навоза определим по формуле:
(формулы см. в печатной версии)
1 – рабочее колесо ручного привода; 2– стол; 3– трос; 4–динамометр;
5– образец навоза глубокой подстилки; 6– поверхность трения; 7– гиря.
Рис. 1 – Установка для исследования коэффициентов трения навоза глубокой подстилки.
На рисунке 2 а и б представлен материал, показывающий изменение коэффициента внешнего трения навоза глубокой подстилки по поверхностям при различном давлении. Давление изменялось от 2…6 кПа. Из рисунка 2, видно, что коэффициент внешнего трения по поверхностям различный и колеблется от 0,4 для стали до 0,6 для прорезиненной поверхности, остальные поверхности – деревянная, резиновая и хлопчатобумажная занимают промежуточное значение.
С увеличением удельного давления коэффициент внешнего трения возрастает для всех поверхностей по параболическому закону. Такое изменение объясняется тем, что при давлениях от 2 – 4 кПа площадь контакта небольшая, и коэффициент трения увеличивается, а при нарастании давления до 6 кПа площадь контакта с поверхностью доходит до номинальной, и коэффициент трения почти остается постоянной величиной. Мене интенсивное нарастание коэффициента внешнего трения у двух поверхностей – хлопчатобумажной – 0,43….0,54 и прорезиненной – 0,39…0,6 (при давлении 6 кПа).
Коэффициент трения покоя по поверхностям определяли через tg угла сползания навоза с наклонной плоскости. На изготовленной наклонной плоскости закрепляли поверхность трения, затем насыпали различной высоты горки груза и при подъеме последней фиксировали угломером угол трения (рисунок 3).
1– рукоятка подъёма наклонной плоскости; 2– наклонная плоскость;
3 – навоз глубокой подстилки; 4–рама.
Рис. 3 – Наклонная плоскость для определения коэффициентов внешнего трения.
На рисунке 4 а,б приведены зависимости коэффициентов внешнего трения навоза по поверхностям при влажности 66%, материал которых используется в проектировании машин и оборудования для подготовки органических удобрения.
Рис. 4 – Зависимости коэффициентов трения покоя навоза по поверхностям от высоты насыпки.
Графики показывают гиперболический характер изменения коэффициента трения навоза по поверхностям.
При высоте насыпки 80, 100 мм коэффициент трения покоя в пределах 0,8..1,2, с увеличением высоты насыпки навоза начинает обрушиваться.
Литература
1. Терентьев, Н.А. Исследования функциональных характеристик навоза./ Н.А. Терентьев.// Техника в сельском хозяйстве. – 1997. – №6. с.31– 32.
2. Корн, Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров/ Г. Корн, Т.Корн. – М.: Наука, 1968. – 720с.
3. Яблочков, В.И. Основы методики определения физико–механических свойств навоза В.И. Яблочков// Науч.тр. НЖГИМЭСХ Северо–запада. – Л., 1971. –Вып.7. –С.114–118.
Источник - ВЕСТНИК МИЧУРИНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО АГРАРНОГО УНИВЕРСИТЕТА, научно-производственный журнал, 2010, № 2, Печатная версия.