Тяговая среда
Тягово-сцепные качества, устойчивость и управляемость любой машины проявляются при взаимодействии движителя со средой. Для тракторов средой является грунт, с которым взаимодействует движитель. Верхний слой грунта (0,2 ... 1,5 м) составляет почва. Рассмотрим общие свойства грунтов, К основным свойствам, от которых зависит характер взаимодействия движителя трактора с грунтом, относятся: структура и механический состав, влажность, плотность, сопротивление сжимающим и сдвигающим нагрузкам.
По механическому составу различают минеральные грунты и грунты, состоящие в основном из отложений частиц органического вещества. Минеральные грунты разделяют на ряд категорий. В основу такого различия положены размеры и соотношения двух фракций: глинистой и песчаной. Гранулометрическая классификация по этому признаку оказывается наиболее приемлемой при изучении взаимодействия движителя трактора с грунтом. По этой классификации в зависимости от размера частиц минеральные грунты делят на следующие категории: песок, супесь, суглинок и глину. Размеры частиц (мм) приведены ниже.
Категория грунтов в зависимости от содержания глинистых частиц (содержание глинистых частиц диаметром менее 0,005 мм в % по массе) следующая. К грунтам, состоящим из отложений частиц органического вещества, следует отнести различные виды торфяно-болотных и илистых грунтов. По происхождению их разделяют на низинные, верховые, переходные; по ботаническому составу на осоковые, осоко-тростниковые и др.; по влажности на неосушенные, осушенные и по мощности залегания, т. е. по толщине слоя.
Следует также отметить, что большинство грунтов, с которыми взаимодействует движитель трактора, имеет слоистую структуру. Верхний слой грунта, так называемый фон, включает, как правило, корни растительности и органические отложения. К этим фонам относятся: целина, задерненная пахота или залежь, стерня. В некоторых случаях фон создается в результате обработки грунта рабочими органами машин, например при пахоте, дискованной пахоте и др. Верхний и подстилающий слои обладают неодинаковыми свой-ствами. Однако, если толщина верхнего слоя соизмерима с глубиной колеи, образуемой трактором, то с достаточной степенью точности двухслойную структуру можно рассматривать как однослойную.
Механический состав грунта значительно влияет на тягово-сцепные качества трактора. Достаточно сказать, что при одной и той же массе и размерах ходовой системы трактор на глинистом грунте (сухом) может развивать силу тяги в 2 раза и более, чем на грунтах органического происхождения. Большое влияние на характер взаимодействия движителя трактора с грунтом оказывает влажность. Известно, что при различной влажности один и тот же грунт, например глина, в одних условиях представляет собой твердое тело, а в других — пластичное. Относительная влажность почвы (массовая доля влаги) определяется отношением массы воды к массе почвы, заключенной в данном объеме. Абсолютная влажность почвы (влагосодержание) определяется отношением массы воды к массе сухого вещества в данном объеме.
Влажность, при которой полностью заполнены все поры грунта, называют полной влагоемкостью. В зависимости от изменения влажности грунт может находиться в твердом, пластичном и текущем состояниях. Пластичное состояние грунта обычно определяется влажностями, в зависимости от которых грунт может переходить из текущего состояния в пластичное и из пластичного в твердое. Разность между верхними и нижними пределами пластичности называется числом пластичности. Число пластичности для различных грунтов имеет существенные различия. Известно, что прочность грунта зависит от сопротивлений взаимному скольжению и отрыву частиц. При повышенной влажности трение и сцепление частиц грунта существенно уменьшаются.
Следует отметить значение влажности при действии переменных нагрузок, характерных для процесса взаимодействия движителя трактора с грунтом. При приложении к грунту сил вода в нем фильтруется, перемещается из одних пор в другие, сжимая при этом находящийся в них воздух. Причем скорость фильтрации, а следовательно, и напряжения, возникающие в грунте, зависят от времени приложения нагрузок или времени их изменения, как и деформация грунта. Чем кратковременнее приложение сил, тем большей жесткостью обладает грунт.