1999 ж. Шыға издается бастады с 1999 г

133 
 
режимов  работы)  и  физической  природы  механизма  разрушения  почвы.  Именно 
правильное  понимание  всей  совокупности  механических  процессов  и  физических 
явлений,  протекающих  в  почвенной  среде  под  воздействием  рабочих  органов  орудия, 
является  важной  научной  основой,  определяющей  наше  отношение  к  процессу 
разрушения почвы, и, как следствие, к проблеме управления качеством обработки почвы. 
Многоуровневое  строение  почвенной  среды,  разномасштабность  актов  ее 
деформации  и  разрушения  предопределяют  новый  подход  к  построению  модели 
взаимодействия  рабочего  органа  с  почвенной  средой.  Причем  естественным  образом 
разрабатываемая модель должна включать и учитывать идеи физики почв и современной 
механики разрушения сред. 
Дополнительно  потребуем,  чтобы  модель,  а  впоследствии  и  теория,  во-первых, 
учитывала  дисперсность  почвы  и  ее  физические  основы  разрушения,  во-вторых,  давала 
рекомендации  по  методам  описания  явлений,  происходящих  в  процессе  разрушения, 
включая  инженерные  методы  расчетов,  в-третьих,  могла  предложить  методы  и  приемы 
создания  различных  моделей  почв  с  заданным  уровнем  физико-механических  свойств 
почвенной  среды  [5,  6].  Тогда  для  составления  структурной  модели  разрушения 
почвенной  среды  как  объект  механической  обработки  будем  исходить  из  следующих 
положений (рисунок 2): 
1.
 
Будем  исходить,  из  того,  что  почвенная  среда  характеризуется  дисперсностью, 
которая имеет многоуровневую  структурную  организацию: элементарную,  агрегатную и 
горизонтную.  Причем,  размер,  свойства,  форма  структурных  отдельностей  обусловлены 
соотношением, составом и расположением почвенных частиц и агрегатов, т.е. внутренним 
строением. Именно, внутреннее строение почвы и ее количественная оценка слагающих 
отдельных  частиц  и  агрегатов,  а  также  характер  их  взаимосвязи  друг  с  другом 
характеризуются  функциями  структуры  почвенной  среды.  Примером  связи  между 
структурой  и  функциями  почвы  является  ее  прочность  (сопротивление  внешним 
механическим  воздействием  на  нее).  Прочностные  характеристики  почвенной  среды,  в 
конечном итоге, зависят от ее фазового состава: твердого (Т), жидкого (Ж), газообразного 
(Г), а также их отношений (К). Представленная четырьмя составляющими (Т, Ж, Г и К), 
почвенная  среда  определяется  неоднозначно.  Различные  соотношения  составляющих 
позволяют рассматривать почвенную среду, как объект, со свойствами от сыпучей среды 
до твердого тело [1,2].  
 

134 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 2. Структурная модель разрушения почвенной среды как объект механической обработки 

135 
 
Приведенные  рассуждения  показывают,  что  вопросы  описания  почв  различаются 
специфическими  особенностями  от  обычных  задач  механики  сред  и  без  учета  их 
невозможно  достичь  успеха  в  количественных  методах  прогнозирования  физических 
процессов. 
2. Пусть существует малая область с объемом V
0
, которую можно рассматривать как 
элемент сплошной почвенной среды. Будем выбирать объем V
0 
 
из условия  V
н
  <V
0
<  V
в
. 
Нижняя граница V
н
 
зависит от происходящего в нем конкретного процесса, а верхняя V
в
  
определяет  характер  неоднородности  строения.  Объем  V
0
 
должен  быть  на  столько 
большим по сравнению с объемом V
н
, чтобы он, как элемент сплошной почвенной среды, 
был  достаточен  для  осуществления  акта  массопереноса.  Для  почвы,  имеющей 
многоуровневое строение,  величины V
н
 
и V
в
 
будут различными. Так, если рассматривать 
уровень элементарных частиц, то V
н
 
будет определяться объемом почвенного индивидума, 
а  V
в
  – 
объемом  микроагрегатов,  состоящим  из  совокупности  индивидумов.  На 
макроуровне  V
н
 
есть  объем  микроагрегатов,  а  V
в 
– 
объем  макроагрегатов,  состоящий  из 
совокупности  микроагрегатов.  На  горизонтном  уровне  V
н
  – 
объем  макроагрегатов,  V
в
  – 
объем почвенной среды. Из приведенных рассуждений следует ряд важных выводов: 
а)  многоуровневое  определение  объема  почвенной  среды  предполагает  систему 
упаковок,  а  выбор  объема  V
0
 
зависит  от  характера  решаемой  задачи.  Так  в  качестве 
модели  почвенной  среды  может  быть  рассмотрена  физическая  структура  строения 
почвенных  частиц  в  виде  шаров,  многократно  упакованных  в  кубической  или 
гексагональной системе [3]. Такая многоуровневая упаковка почвенных частиц порождает 
физическую  и  энергетическую  неоднородность  порового  пространства  почв.  Отсюда 
возникает  задача:  найти  для  каждого  типа  почв  соответствующий  вид  упаковки  и 
объяснить законами физики различие в физических свойствах; 
б)  для  описания  строения  и  свойств  почвы  потребуется  рассмотрение  V
0
 
всех 
уровней  исходя  из  количественных  характеристик  фазового  состава  почвенной  среды,  а 
именно, возможные сочетания элементов, определяющих разнообразие почвенной среды, 
найденных путем пересечение всех возможных состояний частиц (Ч), пор (П) и контактов 
(К): почвенная среда = Ч∧П∧К, где ∧ - логическая операция конъюнкция; 
в) если учитывать, что механическое разрушение почвы есть результат преодоления 
межагрегатных связей, то V
0
 
определяется макроуровнем. Причем на макроуровне объем 
V
0
 
способен деформироваться под действием различных сил. 
3. Условимся исходить из предположения, что в почвенной среде удается выделить 
относительно однородную (сплошную) область V
0
, в которой под действием деформатора 
(рабочего  органа)  возможно  протекание  процессов,  вызывающих  деформацию  этого 
элемента. Обозначим тензор деформации сплошной почвенной среды через 
i
ε
. В качестве 
i
ε
 
могут  выступать  упругие,  неупругие  и  пластичные  деформации.  Элемент  V
0
 
в 
состоянии  испытывать  и  любую  сумму  перечисленных  деформаций.  Названные 
деформации возникают под действием сил различной природы, например, механических 
напряжений нормальных 
ik
σ
 
и касательных
ik
τ
.  
Деформационные  законы  в  рассматриваемом  объеме  могут  и  не  зависеть  от 
процессов, происходящих на других уровнях почвенной среды. Это положение позволяет 
рассматривать развитие деформации в V
0  
как свойство фундаментального характера. При 
этом  аналитические  соотношения  для  деформации 
i
ε
 
должны  соблюдать  принцип 
локальности, т.е. иметь смысл фундаментальных констант. В рассматриваемом объеме это 
может быть энергия межагрегатных связей. 
Выбор  объема  V
0
,  акта  деформации  в  нем  и  изучение  законов  деформационного 
поведения почвенной среды являются ключевыми вопросами в данной проблеме. Успех 
теоретического анализа зависит от рационального выбора масштабов акта деформации. 

136 
 
4. Предположим, что любое удовлетворительное приближение модели достигается, 
если  свойства  объема  V
0 
 
выражаются  через  средние  значения  переменных,  а  такие 
величины,  как 
i
ε
,
ik
σ
,
ik
τ
,  будут  постоянными.  Статистическое  усреднение  потребуется 
для определения параметров всего ансамбля объема V
в
 
почвенной среды. Оно является по 
существу  средством  для  перехода  к  описанию  физико-механических  свойств  почвы  в 
терминах  инженерной  механики.  Следующий  важный  момент  заключается  в 
предположении,  что  объем  V
0  
допустимо  рассматривать  как  математическую  точку 
сплошной  среды.  Средние  значения  ее  деформации 
i
ε
 
и  напряжения 
ik
σ
,
ik
τ
 
относятся 
теперь к измеряемым величинам, имеющим макроскопическое содержание. Это допускает 
использование аппарата непрерывных и дифференцируемых функций в континууме. Для 
такого  пространства  и  сформулированы  основные  законы  поведения  сплошных  сред, 
например, уравнения равновесия для 
ik
σ
 
и уравнения сплошности для
i
ε
. 
Таким  образом,  в  рассматриваемой  модели  физические  и  механические  аспекты 
деформации отнесены к разным макроуровням: физические - к нижним V
н
, механические 
– 
верхним V
в
 .  
5.  Очевидно,  что  между  различными  объектами  макроуровня  V
0 
существуют 
взаимодействия.  Так,  в  каком-то  объеме  V
0
 
развивается  пластическая  деформация,  а  в 
другом  –  упругая.  Это  приводит  к  перераспределению  напряжений  между  первым  и 
вторым объемами. Характер подобного перераспределения зависит от многих факторов: 
взаимного  расположения  всех  объемов  V
0
 
в  области  усреднения  V
в
 
относительно  друг 
друга, их взаимной ориентации в пространстве и т. д. Для почвенной среды точный расчет 
подобных  взаимодействий  практически  невозможен.  Однако,  если,  каждый  объем  V
0
 
испытывает одинаковое воздействие со стороны других и имеет одинаковую ориентацию 
в  пространстве,  то  появляется  возможность  рассмотрения  идеальной  модели,  например, 
модели сплошной среды.  
6. Такой подход оказывается важным не только для описания взаимодействия между 
объемами V
0
, но и для использования поэтапной модели деформации 
i
ε
 
и разрушения 
i
Ρ
. 
В  такой  модели  процесс  формирования  свойств  почвенной  среды  происходит  по 
следующей схеме. Напряжения 
ik
σ
 
порождают микронапряжения 
ik
τ
, способные развить 
и накопить микротрещины в почвенной среде. Последние вызывают физические аспекты 
микоразрушений.  В  результате  этого  появляется  макроскопическая  деформация 
i
ε
, 
которая  определяется  ориентационным  и  пространственным  усреднением.  Для 
разрушения почвенной среды, необходимо достижение некоторого предельного состояния 
этой среды. Причем, это предельное состояние характеризуется такими показателями, как 
напряжение и деформация (при определенных условиях) в различных точках среды, как в 
отдельности, так и в совокупности. В критическом состоянии величина 
i
ε
 
определяется 
напряженно-деформированным  состоянием  (НДС).  При  превышении  НДС  прочностных 
характеристик (ПХ) почвы появляется макроскопический разрыв связей, т.е. происходит 
разрушение (крошение) почвы с образованием  поверхностей 
Π
Ρ
i
.  
7.  В  конечно  итоге,  изучение  вопросов  описания  состояния  почвенной  среды,  а 
также  актов  ее  деформации  и  разрушения  предопределяет  построение  реологической 
модели.  При  классическом  подходе  первый  этап  заключается  в  составлении  уравнений 
напряженно - деформируемого состояния (НДС) почвы до ее разрушения, а второй этап - 
в установлении приемлемой теории прочности почвы. Например, в классе напряженного 
состояния  деформируемая  почва  хорошо  описывается  моделью  тела  Максвелла  или 
Фойхта, а разрушение почвы - теорией прочности Кулона-Мора. 

137 
 
8.  Разномасштабность  актов  деформации 
i
ε
 
и  разрушения 
Π
Ρ
i
 
требует  учета  их 
связности.  Проблема  связности  носит  принципиальный  характер  и  затрагивает 
физические  аспекты  разрушения  почвенной  среды.  Величины   
i
ε
 
и 
Π
Ρ
i
  
являются 
входными и выходными показателями процесса разрушения и определяются свойствами 
почвенной  среды,  а  не  отдельным  элементом.  Это  означает  невозможность  сведения 
макроскопических свойств деформируемой почвы к свойствам разрушившегося элемента 
или  группы  вновь  образованных  поверхностей.  Поэтому  нельзя  отождествлять  
механические микро - и макродеформации с макроразрушениями. Применительно к почве 
фактор связности целесообразно упрощать, доводя до операций логического характера и 
переходя  к  обобщающим  показателям.  Так,  можно  использовать  КПД  (коэффициент 
полезного  действия)  разрушения  почвы,  если  отнести  энергию,  затраченную  на 
образование поверхностей, к энергии, ушедшей на деформацию почвы. 
9.  При  таком  подходе  к  изучению  процесса  деформации  и  разрушения  почвы 
возникает  необходимость  выполнения  двух  критериев  разрушения: структурно-силового 
(по  уровню  микротрещин)  и  кинематико-разрывного  (по  уровню  макроскопического 
разрушения).  Например,  в  первом  случае  почва  может  вести  себя  как  деформируемая 
среда  и  характеризоваться  уровнем  напряженно  -  деформируемого  состояния.  Для  ее 
описания могут быть использованы методы механики сплошных сред. Во втором случае 
для  описания  разрушившейся  почвы  применимы  методы  механики  дискретной  среды. 
Причем,  для  решения  вопроса  о  том,  разрушился  ли  элемент  почвы,  необходимо  знать 
условия ее перехода в разрушенное состояние, т.е. критерии разрушения. Многоуровневое 
строение  почвенной  среды  предполагает  рассмотрение  локального  и  глобального 
критериев разрушения. Локальный критерий относится к элементу почвы, глобальный – к 
системе.  
Выводы 
В  заключение  отметим,  что  представленный  материал  следует  воспринимать  как 
иллюстрацию  общего  принципа  построения  модели  деформации  и  разрушения  почвы. 
Причиной тому являются физические процессы, происходящие в почве, которые не всегда 
укладываются  в  единую  схему  и  в  приложении  к  конкретным  задачам  могут 
видоизменяться как в сторону упрощения, так и усложнения. Поэтому рабочие формулы 
должны  отражать  характер  реализации  актов  деформации  и  разрушения  для  каждой 
решаемой  задачи.  Основное  достоинство  предлагаемого  подхода  к  построению  модели 
разрушения 
почвы 
заключается 
в 
возможности 
физической 
трактовки 
феноменологических параметров модели. 
 
Литература 
 
1.
 
Воронин А.Д. Структурно-функциональная гидрофизика почв. М.: Наука, 1984. - 
204 с. 
2.
 
Воронин А.Д. Основы физики почв. М.: МГУ, 1986. - 214 с. 
3.
 
Качинский Н.А. Почва, ее свойства и жизнь. М.: Наука, 1975. 296 с. 
4.
 
Филин  А.П.  Прикладная  механика  твердого  деформируемого  тела.  М.:  Наука, 
1975. -
832 с. 
5.
 
Капов  С.Н.  Механико-технологические  основы  разработки  энергосберегающих 
почвообрабатывающих машин: дисс…докт.техн.наук.- Челябинск, 1999. С. 355  
6.
 
Адуов  М.А.  Научно-технологические  основы  создания  технических  средств 
высева семян зерновых культур и внесения минеральных удобрений (на примере северной 
зоны Казахстана): дис… док.тех.наук. –Алматы, 2008.  С. 224.   
 

138 
 
 
Капов С.Н.,. Адуов М.А.,  Нүкүшева С.А.
 
 
МЕХАНИКАЛЫҚ ӨҢДЕУ ОБЪЕКТІСІ РЕТІНДЕ ТОПЫРАҚ ОРТАСЫНЫҢ ҮЛГІСІ 
 
Мақалада  келтірілген  материалды  топырақтың  қалыпсыздану  және  сыну  үлгісін 
жасауының  жалпы  принциптері  деп  қабылдауға  болады.  Оған  себеп  топырақтағы  өтіп 
жатқан  физикалық  үрдістер,  олар  бір  сұлбаға  салынбайды  және  анық  бір  жағдайларда 
қарапайымдылықтан  күрделілікке  өзгеруі.  Сондықтан,  әрбір  шешілетін  мәселеге  сәйкес 
жұмысшы формулалар топырақтың қалыпсыздануы мен сынуын сипаттамаларын көрсетуі 
қажет.  Ұсынылып  отырған  топырақтың  сыну  үлгісінінің  негізгі  артықшылығы  үлгінің 
феноменологиялық параметрлерін физикалық талдау мүмкіншілігі. 
Кілт сөздер: топырақ ортасы, топырақ өңдеу теориясы, топырақ ортасының беріктік 
сипаттамалары, кернеулі-қалыпсыздану жағдайы, реологиялық үлгі.  
 
S.N. Kapov, M.A. Aduov, S.A. Nukusheva 
 
MODEL OF SOIL ENVIRONMENT AS OBJECT OF MACHINING 
 
The material presented here should be taken as illustrative of the general principle of 
constructing a model of deformation and fracture of the soil. The reason for that are the physical 
processes occurring in the soil, which do not always fit into a single scheme and  in the 
application to specific problems  they  can be modified  both  in the direction of simplifications, 
and complications. Therefore, working formulas should reflect the nature of realization of acts of 
deformation and fracture for each task at hand. The main advantage of the proposed approach to 
the construction of the model soil degradation is possibility of physical interpretation of the 
phenomenological parameters of the model . 
Key words:  soil environment, theory of soil tillage, firm features of soil environment, 
strained deformation state, rheological model. 
 
 
 
УДК 636.32/38.022 
 
Кибаева Б.А., Жазылбеков Н.А., Паритова А.Е.  
 
Казахский национальный аграрный университет 
 
УСЛОВИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЗАГОТОВКЕ И ПИТАТЕЛЬНОСТЬ  
КУКУРУЗЫ ПО ФАЗАМ СПЕЛОСТИ 
 
Аннотация 
В статье приведены результаты исследования питательности и химического состава 
кукурузы  по  фазам  спелости.  Результаты  химического  анализа  показали,  что 
максимальное  накопление  основных  питательных  веществ  для  кукурузы  оптимальным 
сроком  уборки  на  силос  является  фаза  восковой  с  влажностью  73-75%,  спелости  зерна. 
Уборка кукурузы в период молочной спелости зерна приводит к недобору корм.ед. с 1 га 
до 45%, а при полной спелости зерна - до 22%. 
Ключевые  слова:  заготовка,  питательность,  кукуруза,  фаза  спелости,  силос, 
химический состав, безопасность  

139 
 
 
Введение 
Кукуруза  является  классической  силосной  культурой  в  силу  специфических 
особенностей химического состава на разных стадиях своего развития. Общепризнанным 
оптимальным сроком её уборки для заготовки силоса считаются разные фазы созревания 
зерна,  когда  растения  накапливают  максимальное  количество  питательных  веществ  и 
имеют  оптимальный  химический  состав  для  технологии  силосования  [1].  Одним  из 
наиболее  важных  показателей  химического  состава,  от  которого  зависит  качество 
консервирования  и  размер  потерь  питательной  ценности,  является  содержание  сухого 
вещества.  В  течение  всего  периода  роста  кукурузы  содержание  сухого  вещества 
повышается,  достигая  оптимальных  для  проведения  силосования  значений  к  фазам 
созревания  зерна.  По  данным  Н.  В.  Калугина  и  др.  [2],  разница  по  содержанию  сухого 
вещества  в  растениях  молочной  и  восковой  спелости  зерна  достигает  44,7  %,  что 
равноценно 
улучшению 
условий 
для 
реализации 
данной 
технологии.  
В кукурузе содержатся углеводы двух основных типов: структурные и неструктурные или 
легкогидролизуемые [3]. Кукуруза содержит много легкогидролизуемых углеводов (сахар, 
крахмал), благодаря чему отличается высокими вкусовыми и кормовыми качествами [1, с. 
210].  С  развитием  растений  количество  неструктурных  углеводов  возрастает.  Согласно 
данным  ВНИИ  кормов  [5,  с.  192],  в  растениях  кукурузы  до  молочно-восковой  спелости 
зерна 30 % и более, БЭВ представлены сахарами [4]. В фазу восковой спелости примерно 
такое  же  количество  БЭВ  приходится  на  долю  крахмала,  а  содержание  сахаров  резко 
снижается (до 7-9 % в составе СВ). Аналогичные данные приводят и немецкие учёные [5].  
Основной недостаток кукурузы - это относительно низкое содержание протеина. По мере 
старения травостоя содержание сырого протеина в нём снижается. Вместе с тем снижение 
содержания протеина имеет относительный характер, так как валовое его количество, как 
и  БЭВ,  остаются  неизменными  до  фазы  восковой  спелости  зерна  [6].  Невысока  и 
биологическая  ценность  кукурузного  белка,  так  как  он  содержит  мало  незаменимых 
аминокислот.  Однако  листья  и  стебли  по  уровню  содержания  лизина  и  гистидина  не 
уступают таким многолетним культурам, как люцерна и клевер. В кукурузе больше чем в 
других  злаковых  травах  синтезируется  метионин.  С  ростом  растений  в  кукурузе 
отмечается  увеличение  содержания  сырого  жира,  кальция  и  фосфора  при  сохранении 
оптимального  соотношения  2:1  у  последних.  С  аналогичной  закономерностью 
повышается и энергетическая ценность кукурузы. Помимо этого, зелёная масса кукурузы 
является хорошим источником каротина. Поскольку химический состав и биологическая 
ценность  кукурузы  зависят  от  технологии  выращивания,  уровня  питания,  сорта,  фазы 
вегетации, климатических и других условий [4], результаты их измерения при изменении 
любого из этих параметров всегда будут разными.  
Целью нашего исследования было изучение  химического состава и питательности 
кукурузы сорта при её выращивании в условиях Алматинской области.  

жүктеу/скачать 5,87 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: