Упражнения. 8.1. Определить сопротивление копанию бульдозером, имеющую ширину захвата отвала В, если снимается стружка грунта толщиной δ

8.1. Определить сопротивление копанию бульдозером, имеющую ширину захвата отвала В, если снимается стружка грунта толщиной δ;, а удельное сопротивление копанию характеризуется коэффициентом k_к.

Варианты
В, м	4,54	3,94	3,2	3,1	3,92	4,43	2,0	2,56	4,54	3,2
δ;, м	0,20	0,18	0,19	0,17	0,16	0,18	0,20	0,22	0,20	0,15
k, кПа

 

8.2. Определить коэффициент удельного сопротивления копанию бульдозером с шириной захвата отвала В, если при толщине стружки грунта δ;, сопротивление копанию составляет R_x.

Варианты
В, м	4,54	4,43	3,94	3,92	3,2	3,1	2,1	4,54	4,43	3,92
δ;, м	0,15	0,15	0,20	0,20	0,25	0,25	0,19	0,20	0,22	0,23
Rx, кН

8.3. Определить ширину захвата В отвала бульдозера, если удельное сопротивление копанию k_к, а толщина стружки грунта δ;. Бульдозер монтируется на трактор тягового класса 5 (диапазон усилия 45…54 кН).

Варианты
kк, кПа						80-
δ;, м	0,18	0,19	0,20	0,18	0,19	0,20	0,18	0,19	0,20	0,20

 

8.4. Бульдозер монтируется на трактор тягового класса 4 (диапазон усилия 36…45 кН). Показать, для разработки каких категорий грунтов может быть использован бульдозер, если ширина захвата отвала В и толщина снимаемой стружки δ;.

Варианты
В, м	4,54	4,43	3,94	3,92	3,2	3,1	2,1	3,92	3,2	2,1
δ;, м	0,18	0,18	0,20	0,20	0,21	0,21	0,25	0,25	0,20	0,20

 

8.5. Бульдозер имеет высоту отвала Н. Определить величину заглублению отвала, необходимую для компенсации потери грунта при его перемещении на расстояние l, если угол естественного откоса φ_от, коэффициент объемного заполнения k_н, угол атаки θ; = 90 град.

Варианты
Н, м	1,55	1,20	1,35	1,35	1,30	0,80	0,80	1,55	1,20	1,30
l, м
φот, град
kн	0,6	0,6	0,6	0,6	0,7	0,7	0,7	0,8	0,8	0,8

 

8.6. Определить объем грунта, теряемого при транспортировке на расстояние l, если для сохранения расчетной производительности бульдозера эти потери компенсируются заглублением ножа на величину h. Бульдозер имеет отвал высотой Н. Угол естественного откоса φ_от, коэффициент объемного заполнения k_н, а угол атаки θ; = 90°.

Варианты
Н, м	1,20	1,35	1,35	1,30	0,80	0,80	1,55	1,20	1,30	1,35
l, м
φот, град
kн	0,6	0,7	0,8	0,6	0,7	0,8	0,6	0,7	0,8	0,6

 

8.7. Определить максимальную высоту отвала будьдозера, если грунт транспортируется на расстояние l. Угол естественного откоса φ_от, коэффициент объемного заполнения k_н, угол атаки θ; = 80°, заглубление ножа h.

 

Варианты
l, м
φот, град
kн	0,6	0,7	0,8	0,6	0,7	0,8	0,6	0,7	0,8	0,6
h, мм	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	0,5	0,6	0,7	0,8	0,5

 

8.8. Определить ширину захвата отвала бульдозера, если объем призмы волочения V_пр, расстояние транспортирования l, а заглубление ножа h.

 

Варианты
Vпр, м3	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6
l, м
h, мм	0,5	0,6	0,7	0,8	0,8	0,7	0,6	0,5	0,7	0,8

 

8.9. Определить объем призмы волочения V_пр при работе бульдозера, имеющего высоту отвала Н и ширину захвата В, если угол атаки θ;, угол естественного откоса φ_от = 33°, а коэффициент заполнения емкости перед отвалом k_н = 0,7.

 

Варианты
В, м	4,54	4,43	3,94	3,92	3,20	3,10	2,10	4,54	4,43	3,20
Н, м	1,55	1,20	1,35	1,35	1,30	0,80	0,80	1,55	1,20	1,30
θ;, град

 

8.10. Определить высоту Н отвала бульдозера, имеющего ширину захвата отвала В и транспортирующую призму волочения объемом V_пр, если угол атаки θ;, угол естественного откоса φ_от = 37°, а коэффициент заполнения k_н = 0,7.

 

Варианты
В, м	4,54	4,43	3,94	3,92	3,20	3,10	2,10	2,00	4,54	4,43
Vпр, м3	0,9	1,2	1,5	1,2	1,1	0,8	0,7	0,8	1,3	1,4
θ;, град

 

8.11. Определить максимальную толщину стружки грунта в начале копания, если скрепер, имеющий массу m_c и ширину захвата ковша В, агрегатируется с трактором тягового класса 4, имеющим массу 8870 кг (Т-4А.01, ОАО – Алтайский трактор) и коэффициент сцепления движителей с грунтом φ_сц, удельное сопротивление копанию грунта k_к, а коэффициент сопротивления движению скрепера μ; = 0,2.

 

Варианты
mc, кг
В, м	2,67	2,20	2,67	2,20	2,67	2,10	2,67	2,20	2,10	2,20
φсц	1,0	1,0	0,9	0,9	0,95	1,0	0,85	0,9	0,9	0,95
kк, кПа

 

8.12. Определить тяговое усилие тягача, если прицепной скрепер, имеющий массу m_c = 2380 кг и ширину захвата ковша В =2,1 м, разрабатывает грунт с удельным сопротивлением копанию k_к. Максимальная толщина стружки δ_max, а коэффициент сопротивления движению скрепера μ; = 0,2.

Варианты
kк, кПа
δmax, мм

 

8.13. Определить коэффициент сопротивления движению скрепера μ;, если максимальная толщина стружки δ_max, удельное сопротивление копанию грунта k_к. Максимальное тяговое усилие трактора F_т = 64200 Н, а ширина захвата ковша скрепера В = 2,1 м, масса скрепера 2748 кг.

Варианты
δmax, мм
kк, кПа

 

8.14. Скрепер агрегатируется с трактором тягового класса 5 (диапазон тягового усилия 45…54 кН). Показать, для разработки каких категорий грунтов может быть использован прицепной скрепер, если ширина захвата ковша В, толщина стружки δ_max, масса скрепера m_с, а коэффициент сопротивления движению скрепера μ; = 0,2.

Варианты
В, м	2,67	3,20	2,10	2,67	3,20	2,10	2,67	3,20	2,10	2,67
δmax, мм
mc, кг

 

 

4.8.2. Машины для полива

 

Инфильтрация влаги почвой включает впитывание и фильтрацию. Впитывание воды в почву – это процесс заполнения свободных пор и пустот под действием гравитационных и капиллярных сил, возникающих на границе смачивания. После заполнения пор и пустот водой (за исключением замкнутых пор защемленным воздухом) начинается фильтрация воды, т.е. ее перемещение. Скорость фильтрации, мм/с, по закону Дарси

, (4.155)

где k_ф – коэффициент фильтрации, мм/с (для песка 0,1…10 мм/с; супеси 0,03…0,05 мм/с; суглинка 0,0005…0,01 мм/с); - градиент гидравлического потенциала; h – разность уровней воды в начале и конце фильтрации, мм; l – длина пути фильтрации, мм; V – количество воды, поступившее на площадь S за время t, мм³.

Среднюю интенсивность искусственного дождя определяют по формуле [3,6 ]

(4.156)

где h_ср – средний слой осадков (мм), выпавших на одновременно орошаемой площади S, к продолжительности t непрерывного дождевания; V = h_ch ×S – объем воды, поданный на площадь S за время t, мм³; Q – расход воды дождевальным устройством, мм³/с.

Под действием ударов дождевых капель комковатая структура поверхностного слоя почвы разрушается, что приводит к снижению впитывающей способности почвы и эрозии. Силу удара дождевых капель определяют по формуле

, (4.157)

где d_к – диаметр капель, мм; ρ; – плотность воды; υ; – скорость капли в начале удара (скорость падения); t – продолжительность удара, с.

По экспериментальным данным продолжительность t удара можно определить по формуле

, (4.158)

где k – коэффициент пропорциональности, характеризующий степень деформации капли, при которой частицы воды изменяют напавление движения так, что воздействие их на почву прекратится; υ_з – скорость распространения упругих волн в воде, т.е. скорость распространения звука в воде.

Диаметр наибольших капель (мм), образующихся при свободном распаде дождевальных струй, определяют по эмпирической формуле

, (4.159)

где k – опытный коэффициент (k ≈; 25,5); d_c – диаметр струи (сопла), мм; υ; – скорость истечения, м/с.

Дальность полета струи определяют по эмпирической формуле Б.М. Лебедева

, (4.160)

где Н – напор воды перед соплом, м; α и β – коэффициенты (α; = 0,5, а β; =25×10^-5).

Расход воды через сопло насадки можно определить по формуле

, (4.161)

где μ; – коэффицент расхода; f – площадь отверстия; Н – напор.

 

Пример 147. Определить скорость фильтрации q_п на среднесуглинистых почвах, если количество воды при дождевании на площади 1 га составляет 300 м³ в течение 1 часа.

Решение: Скорость фильтрации может быть определена по формуле Дарси (4.155)

.

При скорости фильтрации образуются лужи и поверхностный сток, вызывающий эрозию почвы, поскольку средняя скорость впитывания на средних почвах составляет 0,2…0,3 мм/мин. Следовательно, необходимо увеличить продолжительность полива до 2-х часов или уменьшить количество воды до V = 150 м³.

Ответ: .

 

Пример 148. Определить среднюю интенсивность искусственного дождя, если расход воды дождевальным аппаратом составляет 1 л/с на площади S = 200 м².

Решение: Среднюю интенсивность искусственного дождя определяем по формуле (4.156)

Ответ:

 

Пример 149. Определить скорость фильтрации q_п на супесчаных почвах, если коэффициент фильтрации k_ф = 0,04 мм/с, разность уровней воды в начале и конце фильтрации составляет h = 10 мм, а длина пути фильтрации (увлажнения) равна 40 мм.

Решение: Скорость фильтрации определяем по формуле Дарси (4.155)

.

Ответ: q_п = 0,6 .

 

Пример 150. Определить силу удара дождевых капель о поверхность почвы, если диаметр капель d_к = 2,5 мм, скорость капли в начале удара υ; = 7,3 м/с, плотность воды ρ; = 1 г/см³, коэффициент пропорциональности, характеризующий степень деформации капли k = 50, скорость распространения звука в воде υ_з = 1440 м/с.

Решение: Силу F удара можно определить, воспользовавшись законом о равенстве изменения количества движения импульсу силы:

F ∙t = m∙(υ; – υ; _к), (1)

где t - продолжительность удара; m – масса капли; υ; – скорость капли в начале удара; υ_к – скорость капли в конце удара; υ_к = 0.

Сила удара капли зависит от времени t, которое определяется характером удара. Как показали эксперименты, удар капли о почву близок к упругому удару. В этом случае время удара

, (2)

где k – коэффициент пропорциональности (для практических расчетов можно принять 45…50); υ_з – скорость распространения упругих волн в воде, т.е. скорость распространения звука в воде (υ_з = 1440 м/с).

Поскольку масса капли

, (3)

то с учетом выражений (2) и (3) формула (1) перепишется

. (4)

Подставляя исходные данные задачи в (4), получим

Н.

Ответ: F = 0,35 Н.

 

Пример 151. Определить диаметр капель d_к, образующихся при свободном распаде дождевальных струй, если диаметр струи d_c = 8 мм, а скорость истечения υ; = 16 м/с.

Решение: Диаметр капель d_к определяем по формуле (4.159)

мм.

Ответ: d_к = 4,5 мм.

 

Пример 152. Определить дальность полета струи, если напор воды перед соплом H = 30 м, а диаметр сопла d_с = 11 мм.

Решение: Дальность полета струи определяем по эмпирической формуле Б.М. Лебедева (4.160)

м.

Ответ: м.

 

Пример 153. Определить расход воды через сопло насадки дождевального аппарата, если диаметр сопла d_с = 7 мм, создаваемый напор Н = 25 м, а коэффициент μ; = 0,8.

Решение: Определим расход по формуле (4.161)

где м².

Ответ: q = 6,8×10^-4 м³/с.

 

Пример 154. Дальнеструйная дождевальная машина позиционного действия имеет расход воды Q = 85 л/с при среднем радиусе полива r_ср = 75 м. Определить среднюю интенсивность дождя этой машины при поливе по кругу, если частота вращения ствола n = 0,22 мин^-1.

Решение: Интенсивность дождя – это приращение слоя воды за единицу времени в данной точке поверхности поля при непрерывном дождевании. Поэтому по формуле (4.156) находим:

где S=πr_ср² – площадь полива за 1 оборот ствола.

Ответ: .