Настоящее интерактивное обучающее пособие предназначено для изучения математического моделирования вязкоупругих свойств почвы, вертикальных колебаний колесного трактора, ознакомления с методом расчета уплотнения почвы трактором с учетом влияния его колебаний при выполнении трактором полевых работ, разработанным в Российском государственном аграрном университете – МСХА им. К.А. Тимирязева.
Обучающее пособие содержит введение, семь глав, заключение, список литературы.
Проблема сохранения и повышения плодородия почв является в настоящее время одной из наиболее актуальных в экологии. Современные технологии возделывания сельскохозяйственных культур требуют многократных проходов по полю мобильной сельскохозяйственной техники. При возделывании зерновых культур 65–80 % площади поля испытывает воздействие ходовых систем машин от 1 до 6 раз. Работа на полях тракторов и сельскохозяйственных машин сопровождается их колебаниями. Колебания тракторов снижают их тягово-сцепные свойства, приводят к ухудшению плодородия почвы вследствие увеличения уплотняющего воздействия машин на почву. Необходимо разрабатывать и широко применять меры, способствующие повышению плавности хода тракторов и других мобильных машин.
Влияние колебаний мобильных машин на уплотнение почв исследовано мало. Проведение исследований влияния колебаний мобильных машин на уплотняющее воздействие машин на почву весьма актуально.
Важную роль в решении проблемы сохранения плодородия почв должны сыграть разработка и практическое применение эффективных методов защиты почв от их переуплотнения сельскохозяйственной техникой. Достижению этой цели способствует:
1) математическое моделирование процессов деформирования и уплотнения почв, основанное на результатах исследований реологических свойств почв, а также влияния колебаний тракторов и другой работающей на полях сельскохозяйственной техники на изменение плотности и физических свойств почв;
2) разработка и практическое применение уточненных методов расчета показателей уплотняющего воздействия сельскохозяйственной техники на почву.
Математическое моделирование и метод расчета колебаний колесного трактора и его уплотняющего воздействия на почву выполнены в РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева на основе использования результатов экспериментальных данных. Экспериментальные исследования реологических свойств почвы, результатов воздействия на почву динамических нагрузок и колебаний колесного трактора при его работе, уплотнения почвы при работе трактора проведены на поле опытного хозяйства РГАУ-МСХА. Исследовали свойства и уплотнение дерново-подзолистой супесчаной почвы при проходах трактора МТЗ-82.
В работе приведено описание полевых испытаний и других экспериментальных исследований, проведенных в РГАУ-МСХА. Представлены данные компьютерных экспериментов, выполненных по полученным нами экспериментальным данным. Данное интерактивное обучающее пособие знакомит с предложенным в наших работах математическим моделированием вязкоупругих свойств дерново-подзолистой супесчаной почвы дифференциальным уравнением первого порядка, связывающим сжимающие напряжения σ, скорости 
изменения напряжений σ и относительной деформации сжатия почвы 
, а также с методами нахождения характеристик g и q вязкоупругих свойств почвы. Описан процесс воздействия на почву динамических нагрузок при вертикальных колебаниях работающего на уплотняющейся почве колесного трактора.
При проведении полевых испытаний и выполнении компьютерных экспериментов выявлено влияние основных факторов на характеристики вязкоупругих свойств исследовавшейся почвы и показатели уплотнения почвы при проходах трактора.
На основе результатов выполненных исследований показано, что при проходе трактора уплотнение почвы уменьшается, если:
– увеличивается скорость деформирования почвы, обусловленная возрастанием скорости трактора;
– уменьшаются вертикальные динамические нагрузки на почву, обусловленные снижением вертикальных динамических нагрузок на оси трактора.
В данном пособии на основе результатов полных трехфакторных компьютерных экспериментов показано, что увеличение влажности почвы, совместно с увеличением скорости ее деформирования и вертикальных динамических нагрузок на почву приводит к возрастанию плотности почвы.
На основании результатов компьютерных экспериментов, выполненных с использованием экспериментальных данных о свойствах почвы, показано, что доля обратимой деформации Eоб в полной деформации почвы возрастает, если
– уменьшается влажность w почвы и вертикальная динамическая нагрузка на почву Gд (при постоянной скорости деформирования почвы);
– увеличивается скорость деформирования почвы и уменьшается влажность почвы (при постоянной динамической нагрузке на почву).
Величина 0 ≤ Eоб ≤ 1. Если Eоб приближается к нулю, то свойства почвы приближаются к текучим. При этом характеристика вязкоупругих свойств почвы q стремится к нулю, а характеристика вязкоупругих свойств почвы g возрастает.
Если Eоб приближается к единице, то свойства почвы приближаются к упругим. При этом характеристика вязкоупругих свойств почвы q стремится к модулю упругости почвы E, а характеристика g убывает.
Приведенные в обучающем пособии результаты подтверждают необходимость учета в расчетах показателей уплотнения почвы ее вязкоупругих свойств и изменения этих свойств при колебаниях действующих на почву динамических нагрузок.
Полученные результаты, которые нашли отражение в этой базе данных, рекомендуется применять в дальнейших исследованиях вязкоупругих свойств почв, в создании уточненных методов расчета показателей уплотняющего воздействия мобильных машин на почву, при выполнении расчетов этими методами; разработке рекомендаций по снижению уплотняющего воздействия мобильных машин на почву с целью сохранения и повышения плодородия почв.
Интерактивное обучающее пособие предназначено для студентов, магистрантов, аспирантов, научных работников, занимающихся разработкой методов расчета колебаний мобильных машин и показателей уплотняющего воздействия машин на почву. Пособие может быть полезно и преподавателям вузов.
Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2015620799. Дата государственной регистрации в Реестре баз данных 22 мая 2015 г.