Szent Itván Egyetem KÖZÉPMÉLY LAZÍTÓK MUNKÁJÁNAK AGROTECHNIKAI, TALAJFIZIKAI ÉS ENERGETIKAI JELLEMZİI Doktori (Ph.D.) értekezé téziei Rácz Péter Gödöllı 2009.
A doktori ikola megnevezée: Mőzaki Tudományi Doktori Ikola tudományága: vezetıje: Agrármőzaki Tudomány Dr. Farka Itván egyetemi tanár, az MTA doktora Szent Itván Egyetem, Géézmérnöki Kar Környezetiari Rendzerek Intézet Gödöllı Témavezetık: Dr. Szüle Zolt egyetemi tanár, a mezıgazdaági tudomány kandidátua Szent Itván Egyetem, Géézmérnöki Kar Mechanikai é Gétani Intézet Gödöllı Dr. Varga Zoltán egyetemi tanár, a matematika tudomány kandidátua Szent Itván Egyetem, Géézmérnöki Kar Matematikai é Informatikai Intézet Gödöllı Az ikolavezetı jóváhagyáa... A témavezetı jóváhagyáa 1
Tartalom 1. A MUNKA ELİZMÉNYEI, CÉLKITŐZÉS.......3 1.1. Bevezeté...3 1.2. A célkitőzéek megfogalmazáa.3 2. A VIZSGÁLATOK KÖRÜLMÉNYEI....4 2.1. A munkaminıég vizgálatának körülményei........4 2.2. Az energetikai vizgálat körülményei 5 3. A VIZSGÁLATOK ANYAGA ÉS MÓDSZERE....7 3.1. A munkaminıég vizgálatának anyaga é módzere...7 3.2. Az energetikai vizgálat anyaga é módzere...10 4. EREDMÉNYEK..11 4.1. A talajba hatolái ellenállá, a nedveégtartalom é a fajlago villamo vezetıkéeég közötti özefüggé vizgálat...11 4.2. A fajlago villamo vezetıkéeég-értékek változáa közémély lazítá hatáára...14 4.3. A talaj fajlago villamo vezetıkéeége é a hagyományo módon meghatározott lazítottág (L) mértéke közötti özefüggé vizgálat 15 4.4. A hagyományo módzerrel é a fajlago villamo vezetıkéeég méré módzerével meghatározott lazítottág-értékek özehaonlítáa vályog -, agyago vályogtalajokon...16 4.5. A munkamélyég é a haladái ebeég hatáának vizgálata az L χ lazítottág mértékére agyago vályog é vályogtalajokon.....18 4.6. A zerzámok közötti átlazítá mértékének vizgálata...22 4.7. A három özehaonlított közémély lazító zerzám vágóél rofil egyenletének meghatározáa....24 4.8. A lazítózerzámok munkaminıég-vizgálata a hagyományo módzerrel.....26 4.9. A vonóerı é a haladái ebeég kacolatának vizgálata....29 4.10. A vonóerı é a munkamélyég kacolatának vizgálata.. 30 4.11. A vizgált zerzámok minıítée a bevezetett fajlago teljeítmény mutatóval....31 5. ÚJ TUDOMÁNYOS EREDMÉNYEK...32 6. AZ ÉRTEKEZÉS TÉMAKÖRÉBEN MEGJELENT PUBLIKÁCIÓK......34 2
1. A MUNKA ELİZMÉNYEI, CÉLKITŐZÉS 1.1. Bevezeté Talajlazítának nevezzük azt a mőveléi módzert, amely az üleedett, eketalbetegégben zenvedı, tömörödött talajrétegeket minden irányban reeztve zétválaztja. A közémély lazítók edig ebben a talajmőveléi rendzerben mint alagéek foglalnak helyet. Ezek a géek a talaj mővelt rétegének mélyítéére zolgálnak, velük eredményeen harcolhatunk a káro tömörödöttég ellen oly módon, hogy 30 50 cm mélyég tartományban közémély lazítát végzünk. Erre az alamőveléi eljárára azért van zükég, mivel a növények zámára alavetı feltétel az egye talajrétegek közötti megfelelı kacolat biztoítáa. Ami többek között azért fonto, mert a tömörödött réteg cökkenti a talaj vízbefogadó kéeégét, belvizek kialakuláához i nagymértékben hozzájárul é a talaj légjárhatóágát i cökkenti. Dolgozatom témájának idızerőégét az a tény indokolja, hogy a munkagéek fejleztéi tendenciája inkább a munkaminıég irányába fordul a korábbi nagyzámú kontrukció fejleztéekkel ellentétben. Ez rézben a mezıgazdaágban i nagymértékben megjelent informatika é elektronika vívmányainak közönhetı. Ennek zellemében kutató munkámat rézben a talaj lazítottág minıítéére irányuló újfajta módzer alajainak kidolgozáára, rézben az egye lazítózerzámok egyedi özehaonlító vizgálatára határoltam be. 1.2. A célkitőzéek megfogalmazáa A kutató munkám orán az alábbi célkitőzéeket fogalmaztam meg: 1. A közémély lazítók munkájának értékeléét elıegítı, a korábbinál gyorabb, ontoabb, kevébé fáradágoabb módzer kidolgozáa. 2. A lazítottág mértéke é a munkamélyég közötti özefüggé vizgálat. 3. A lazítottág mértéke é a gécoort haladái ebeég közötti özefüggé vizgálat. 4. A lazítóékkel felzerelt zerzámok közötti átlazítá mértékének közelítı meghatározáa. 5. Három közémély lazítózerzám özehaonlítáa agrotechnikai araméterek alaján. 6. Három közémély lazítózerzám özehaonlítáa energetikai araméterek alaján. 3
2. A VIZSGÁLATOK KÖRÜLMÉNYEI 2.1. A munkaminıég vizgálatának körülményei 1. táblázat. Vályogtalajon végzett vizgálatok körülményei Vizgálati terület Sík fekvéő gabonatarló A talaj nedveégtartalma [v/v%] 19,5 A talaj enetráció ellenálláa 0-40 [MPa] 3,8 Arany-féle kötöttég K A 41 Fizikai talajféleég vályog 2. táblázat. Agyago vályogtalajon végzett vizgálatok körülményei Vizgálati terület Sík fekvéő gabonatarló A talaj nedveégtartalma [v/v%] 13,2 A talaj enetráció ellenálláa 0-40 [MPa] 4,1 Arany-féle kötöttég K A 56 Fizikai talajféleég agyago vályog 3. táblázat. Homoko vályogtalajon végzett vizgálatok körülményei Vizgálati terület Sík fekvéő gabonatarló A talaj nedveégtartalma [v/v%] 16,3 A talaj enetráció ellenálláa 0-40 [MPa] 2,7 Arany-féle kötöttég K A 36 Fizikai talajféleég homoko vályog 4
4. táblázat. A vizgálatokon zereeltetett közémély lazítók mőzaki jellemzıi Közémély lazító tíu Megnevezé I alakú kerettel Metalwolf, I alakú kerettel V alakú kerettel Telje - zéleég [mm] - magaág [mm] 3300 1600 1200 1000 2300 1500 Keretmagaág [mm] 850 770 850 Munkazéleég [mm] 2600 750 2200 - záma [mm] 5 2 5 Gerinc - - oztáa [mm] 600 600 500 lemezek - formája [mm] egyene egyene arabola Lazítózerzám tíua ék ék ék + zárny Lazítózerzám zéleége [mm] 60 60 60 + 150 Talajba hatolái zög [º] 25 25 25 Egyene lazítóké: a 35 mm zéle lemezbıl kézített gerinclemez 70 - o zögben hajlik elıre a vízzintehez. Ehhez kacolódik a 60 - o élzöggel kialakított vágóél, ami cerélhetı. A gerinclemezhez tartozik egy alulról 23 - o zögben leélezett, 60 mm zéle lazítóék. Ez a üllyeztett fejő cavarokkal a gerinclemez aljára felfogott hegeztett tákára illezkedik. A lazítóék cerélhetı. Parabola lazítóké: a zerzám íve kialakítáal, élfelrakott kivitelben kézült. A kéek vagy egy 60 mm zéle lazítóékkel vagy egy 55 nyílázögő, 150 mm zéle zárnya lazító zerzámmal vannak felzerelve. A zerzámok hoza 220 mm. A lazító zerzámokat a gerinclemezekre kettı darab üllyeztett fejő cavar fogja fel. 2.2. Az energetikai vizgálat körülményei 5. táblázat. A vizgálat körülményei Vizgálati terület ík fekvéő mőveletlen terület A talaj nedveégtartalma [w/w%] 23,8 A talaj enetráció ellenálláa 0-40 [MPa] 2,8 Arany féle kötöttég K A 33 Fizikai talajféleég homoko vályog 5
6. táblázat. A vizgálaton zereeltetett közémély lazító zerzámok mőzaki jellemzıi Szerzám tíuok Megnevezé Gerinc- - zéleég lemezek - hozúág Lazítózerzám tíua Lazítózerzám zéleége Lazítózerzám hoza Kühne Jyma Paralow 30 mm 30 mm 20 mm 1200 mm 800 mm 750 mm zárnya ék véı 220 mm 50 mm 30 mm 150 mm 170 mm 370 mm Talajba hatolái zög 25º 25º 25º Szerzám tömege 80 kg 50 kg 45 kg Paralow zerzám: a zerzám gerinclemeze jobbra hajlított kialakítáal kézült. A 20 mm zéle gerinclemez aló rézére üllyeztett fejő cavarral catlakozik a 25 -ban leélezett, ajáto kialakítáú zárnyréz. Továbbá a zárny alá a gerinclemezre catlakozik kettı darab zegec egítégével a véı alakú lazítótet, aminek mindkét vége 23 - ban élezett. Parabola lazítóké: a zerzám íve kialakítáal, rajta 20 mm átmérıjő gömbvaal felhegeztett kivitelben kézült. A lazítóauc 220 mm zéle, 150 mm hozú zárnya kialakítáú. A 180 -o nyílázögő zárnyak a 25 o, aló leélezéel kézült lazítóékre kettı kettı darab üllyeztett fejő cavarral catlakoznak. A zárnya lazítóauc a gerinclemez végére van ráhúzva é egy üllyeztett fejő cavar rögzíti rajta. Egyene lazítóké: a 30 mm zéleégő lemezbıl kialakított gerinclemez 45 cm maga aló réze 60 -ban hajlik elıre, ami 60 -o leélezéel kézült. A gerinclemez felı réze a vízzintehez kéet merılege helyzető. A lazítóék alulról élezett, 25 -o lazítózöggel é 50 mm munkazéleéggel kézült. A gerinclemez aljára üllyeztett fejő cavarral van felfogva a hegeztett táka, melyre a lazítóék illezkedik. Ez az egyég a zerzámon cerélhetı. 6
3. A VIZSGÁLATOK ANYAGA ÉS MÓDSZERE 3.1. A munkaminıég vizgálatának anyaga é módzere A lazító zerzámok munkamélyégének méréét mérıléc egítégével jelöltem ki, majd ettıl zámítva 0,5 cm ontoággal mértem a zerzám munkamélyégét ötzörö imétléel. A hagyományo módzerrel történı lazítottág mérénél adatfelvételezékor a rofillécet kettı darab egyenlı magaágú tartóra helyeztem a meglazított talajáv fölött. Majd azt vízmértékkel vízzintbe állítottam é a rofilléc valamint az adott talajrofil vonala közötti távolágot 5 cm-enként lemértem a centiméter beoztáú mérıléccel. Minden méréi imétlé alkalmával a rofilozánál három adatort rögzítettem: - a lazítá elıtti, bolygatatlan talajrofil adatai kék adator - a lazítá utáni talajrofil adatai rózazín adator - a kiáott kereztzelvény árokból a lazítatlan talajrofil adatai fekete adator. 1. ábra. A rofilméré módzere A lazítá elıtti é utáni talajrézek kereztmetzeti kéének é a hagyományo módon mért lazítottág mértékének (L) meghatározáát egy 7
eddig erre a célra még nem haznált új, zámítógée módzerrel hajtottam végre. Ennek orán a lazítá elıtti é utáni talajrofil adataiból zármaztatható A nagyága, a lazítá elıtti é a kiáott kereztzelvény árokból felvett lazítatlan talajrofil adataiból kajuk A 0 nagyágát (1. ábra). Ezek meghatározáához haználtam a Solid Edge V 18-a zámítógée tervezıi rajzrogramot. A módzer algoritmua a következı lééekbıl áll: - a rofilozánál kaott három adatort három külön Excel munkalaba rendeztem. Ennek orán az Excel munkalaok B ozloaiban zereelnek a rofilozá orán felvett adatok. Az A ozlookban az 5 cm-enként történt adatrögzítére utalva zereelnek a zámok 0-tól kezdıdıen 5-tel növekedve. A C ozlookban edig a kereztzelvény íkbeli értelmezéébıl adódóan rendre 0-k vannak. Erre azért van zükég, mert a rogram elızör térben rajzolná ki az egye kéeket, ami jelen eetben nem értelmezhetı. - Excel munkalaok behíváa a Solid Edge tervezıi rajzrogramba - az ilyen módon bevitt adatokból a rogram kirajzolja ar kiterjeztében a lazítá orán kialakult kereztmetzeti kéet - a felzínemelkedé felületének ( A) é a lazított zelvény felületének (A 0 ) meghatározáához a dft. kiterjeztére kell áttérni a rogramban - itt áll rendelkezére a területméré funkció, amellyel az 1. ábrán lévı felületekre kattintva azok nagyága cm 2 ontoággal határozható meg. A A/A 0 hányado 100-zoroa adja a lazítottág mértékét %-ban. Ezt a módzert alkalmaztam minden egye vizgálatnál az Excel táblázatok B ozloaiba mindig az aktuáli méréi imétlé adatorát máolva. A cm 2 ontoág eetemben azért indokolt, mert a módzer a kimértékő lazítottág változá kimutatáára i alkalma, továbbá a lanimetrálánál egyzerőbb eljáráról van zó. Vizgálataim orán a közémély lazítók munkaminıége é a talaj fajlago villamo vezetıkéeége között keretem özefüggét. Abból az okból mivel a talajlazítához kacolódóan az irodalom zámo olyan faktort említ (nedveégtartalom, zemceözetétel, talaj táanyagtartalom, lazítát végzı gécoort haladái ebeége, munkamélyég), amely megítéléem zerint mind a lazítottág mértékére (L), mind a fajlago villamo vezetıkéeégre (χ) hatát gyakorol. Kutatómunkámban a következı tényezık változáának hatáát vizgálom a hagyományo módon mért lazítottág (L) é a fajlago vezetıkéeégekbıl felállított formulával meghatározott lazítottág (L χ ) mértékére: 8
- talaj jellemzık: - a talajba hatolái ellenállá - a talaj nedveégtartalom - fizikai talajféleég. - gécoort jellemzık: - a lazítózerzám kontrukciója - a gécoort haladái ebeége - a lazítá mélyége. A kíérleteimet zántóföldi körülmények között hajtottam végre. Ennek orán a talaj fajlago villamo vezetıkéeégének meghatározáához minden kíérleti területen, minden talajállaotban az FVM MGI tulajdonát kéezı, amerikai gyártmányú Veri 3100 tíuú berendezét haználtam, melyet MTZ-82 tíuú erıgéel üzemeltettem. A mérırendzer mőködéébıl adódóan vizgálataim orán a közémély lazítát 25 45 cm mélyégtartományban hajtottam végre. A méréek orán minden eetben a Veri-t az üzemeltetı erıgé 2 m/ haladái ebeéggel vontatta végig a mérızakazokon. Mivel a máodercenkénti, azaz jelen eetben 2 m kénti adatzolgáltatáal minden eetben megfelelı mennyiégő adat győjthetı a mérızakaz talajállaotának megítélééhez. Vizgálataimat általában 100 m hozúágú mérızakazokon végeztem, azaz a győjtött adatok záma az adott haladái ebeégen minden eetben 50. A Veri mérıberendezé a vizgált talajminta geometriában méri a mérıáram erıégét valamint a fezültégeét. Ezekbıl meghatározható a talaj fajlago villamo ellenálláa az alábbi özefüggéel: U ρ = 2 π d R = 2π d [Ωm] I A gé mérı é adattároló közonti egyégében mőködı rogram vizont ebbıl az értékbıl a talaj fajlago villamo vezetıkéeég értékét határozza meg ms/m-ben, melynek nagyága: 1 1 I χ = ρ = ( 2π d R) =. [ms/m] 2π d U A lazítottág méréét a hagyományo módzerrel é a fajlago villamo vezetıkéeég méréével i mindig a vizgált lazító közéı két zerzámának nyomvonalán végeztem el. A Veri mőzert a lazítá utáni talajállaotban i ugyanazon a nyomvonalon vezettem végig, mint a 9
bolygatatlan talaj eetében, ez az üzemeltetı erıgében elhelyezett egyenebe vezetı egítégével történt. A lazítá utáni talaj állaotban végzett mérénél minden mérızakazon úgy vezettem a mérıberendezét, hogy a zerzám nyomvonalak a 2-3 - a é 4-5 ö tárcaelektródák közé eenek [63]. 1 2 3 4 5 6 2. ábra. A fajlago villamo vezetıkéeég mérée lazított talajon a ekély rétegben 3.2. Az energetikai vizgálat anyaga é módzere A kíérleti lazító zerzámok vonóerı igényének meghatározáát egy CASE IH 7210 traktorral végeztem. Ehhez az erıgé mindkét aló függeztıkarja, é a 3. ont felfüggeztée (támazoró) i nyúlámérı bélyeggel vannak ellátva. Az energetikai jellemzık mérée orán leírt, valamennyi jeladótól kaott érték az erıgé mellı ótúlyra felhelyezett erıítı - méréadatgyőjtı rendzerre kacolódott. Ez utóbbi egy Pentium 160 MHz zámítógébıl, Advantech PCL 818 mérıkártyából é APC zünetmente tából áll, a mérırendzer 16 analóg é 16 digitáli catorna adatainak fogadáára alkalma. A mérırendzer vezérlée méré orán a zámítógé oro catlakozójához kacolt hordozható zámítógé egítégével, az erıgé vezetıfülkéjébıl történt. A méré orán az erıgé haladái ebeégének mérééhez a hátó kereket forgájeladóval láttam el. Ezek induktív jeladók, melyek a forgá orán elıttük elhaladó, a forgó keréken található, vagy felhelyezett elemeket haználják a méréhez. A méré orán a mérızakazokon mért értékek átlagának kijelzée a hordozható zámítógéen megtörtént. Így a mérırendzer mőködéének zükége helyzíni ellenırzée biztoítva volt. 10
4. EREDMÉNYEK 4.1. A talajba hatolái ellenállá, a nedveégtartalom é a fajlago villamo vezetıkéeég közötti özefüggé vizgálat 3. ábra. A talajba hatolái ellenállá változáa a nedveégtartalom függvényében kn A mért adatokra elvégzett illeztébıl nyert ( N) = ce függvény ' nyilván megoldáa a = k N elırendő, homogén, lineári, differenciálegyenletnek. A c = 1,45 = max 7, 7MPa kezdeti feltétellel, ahol a c = 1,45 a talajadottágok által meghatározott érték. Ezt a zétválaztható változójú differenciál egyenletet a fent említett kezdeti feltétellel megoldva: ( N) 7,7 ( N ) 7,7 N d = k dn 0 ln = k N ln ( N) ln7, 7 = k N ln ( N) = ln 7, 7 k N 11
( N ) = e ln 7,7 k N kn ( N) = 7, 7e A fenti özefüggé tehát: kn ( N) = 1,45 max e A két jellemzı közötti kacolat a fenti exonenciáli özefüggéel közelíthetı a legontoabban. A további kíérletek alaján edig arra a megállaítára jutottam, hogy vályogtalajon a közémély lazítá otimáli talajnedveég tartománya 10-18 % között állaítható meg. A vezetıkéeég, a talajba hatolái ellenállá, valamint a nedveégtartalom közötti özefüggé kimutatáához a vizgálatot zintén vályogtalajon végeztem, 60 méter hozú mérızakazokon. 4. ábra. A fajlago villamo vezetıkéeég alakuláa a talajba hatolái ellenállá függvényében A 4. ábra alaján arra a következtetére jutottam, hogy a villamo vezetıkéeég értékei azért magaabbak ott, ahol a talajba hatolái ellenállá alaconyabb, mert ott a talajzemcék között több nedveég van, így jó vezetıvé válik a vizgált talajtérfogat. Ugyanezekben a méréi ontokban mértem a nedveégtartalmat i. A két talajjellemzı közötti kacolat az általam mért nedveég tartományban zintén egyeneel jellemezhetı. 12
5. ábra. A fajlago villamo vezetıkéeég alakuláa a nedveégtartalom függvényében A 3, 4 é 5 diagramok özehaonlítáából az derül ki, hogy a három talajjellemzı egymáal i özefüggében van. Kiindulva az alábbi özefüggéekbıl: χ ( N ) = b + m N 1e ρ = ( N ) = c e ln ρ = ln c k N k N 1 c N = ln k ρ Ez utóbbi egyenlıég az eredeti jelöléel: 1 c N = ln. k Ezt az özefüggét vizahelyetteítve: 1 r max χ 1e ( ) = b + m ln. k A kaott formula egy tájékoztató jellegő özefüggé, amely zintén egy egyene egyenlete. Ez azt mutatja, hogy a vezetıkéeég é a talajba hatolái ellenállá között i lineári függvényzerő kacolat áll fenn. 13
4.2. A fajlago villamo-vezetıkéeég értékek változáa közémély lazítá hatáára A kíérletet minden eetben 100 m hozú mérızakazokon végeztem. A haladái ebeég (v = 4,35 km/h) é a munkamélyég (a = 35 cm) minden eetben állandó volt. Az átlago fajlago villamo vezetıkéeég [ms/m] 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1 2 Lazítá elıtt, ekély rétegben (30 cm) Lazítá után, ekély rétegben (30 cm) 6. ábra. A három talaj tíuon végzett kíérlet együtte eredményei A cökkené mértéke a bolygatatlan talajban mért fajlago vezetıkéeéghez vizonyítva: 31%. Az eredmények alaján megállaítható, hogy a fentiekben rézletezett körülmények között elvégzett közémély lazítá hatáára a talaj fajlago villamo vezetıkéeége (χ) minden fajta talajtíuon cökken, éedig annak következtében, hogy a lazítá hatáára a talajba levegı kerül, tehát növeli a vizgált talajkereztmetzet ellenálláát, így lazítá hatáára romlik a fajlago villamo vezetıkéeég. 14
4.3. A talaj fajlago villamo vezetıkéeége é a hagyományo módon meghatározott lazítottág (L) mértéke közötti özefüggé vizgálat A hagyományo módzerrel meghatározott lazítottág mértékének levezetée a következıkéen adódik: A + A A + A A 1 100 = A A 100 = 100 A 0 0 0 L = [%]. A0 0 0 A kiindulá orán tulajdonkéen a bolygatatlan kereztzelvény területet vonatkoztattam a lazított kereztzelvény területre. Ennek az elméletnek az analógiájára vezettem le a lazítottág mértékét adó - különbözı talaj állaotokban mért fajlago villamo vezetıkéeég értékekre alaozott - L χ vel jelölt vizonyzámot i. χ1 1 + 1 1 1 ' e χ 1 u χ χ u χ Lχ = 100 = 100 = 100 [%] χ1u χ1u χ1u - ahol: - χ 1e : a ekély rétegben közémély lazítá elıtt mért fajlago villamo vezetıkéeég [ms/m] - χ 1u : a ekély rétegben közémély lazítá után mért fajlago villamo vezetıkéeég [ms/m] - χ 1 : a ekély rétegben közémély lazítá után taaztalt fajlago villamo vezetıkéeég megváltozá [ms/m] A fenti özefüggéekkel kaott eredmények azért korrelálnak egymához, hizen a fajlago vezetıkéeéget nagymértékben befolyáolja a vezetı talajfelület fizikai állaota. Konkrétabban minél jobban romlik a lazítáal a talaj fajlago vezetıkéeége, annál nagyobb lez a vezetıkéeég megváltozá mértéke ( χ 1 ), továbbá ezzel együtt lazítá után egy alacony vezetıkéeég értéket mérhetünk (χ 1u ). Következékéen L χ egy vizonylag nagy értéket fog adni. Ez a máik özefüggéel úgy hozható kacolatba, hogy a nagy vezetıkéeég cökkené nagy felzínemelkedéel jár együtt, míg az alacony lazítá után mért vezetıkéeég értéket a nagy lazított zelvényfelület eredményezi. Ennek következtében mindkét özefüggében a fentiekben említett két két tényezı aránya adja a két jól korreláló adatort. 15
4.4. A hagyományo módzerrel é a fajlago villamo vezetıkéeég méré módzerével meghatározott lazítottág értékek özehaonlítáa vályog - é agyago vályogtalajokon 7. ábra. Az L értékek é az L χ értékek özehaonlítáa vályogtalajon 8. ábra. Az L értékek é az L χ értékek özehaonlítáa agyago vályogtalajon 16
A t n-1 értéke mindkét talajtíuon, minden imétlé eetében kiebb értékre adódott, mint a t 0,1%, n. 4.4.1. Normalitávizgálat A Bartlett róbánál zerelı egyenlıtlenég mindkét eetben történı fennálláa igazolja, hogy az öze taaztalati zóráérték azono elméleti zóráértékhez tartozik. Mindezek alaján az egye adatok valóban a normáli elozlát követik. 9. ábra. Az L χ értékek elozláa vályogtalajon 10. ábra. Az L χ értékek elozláa agyago vályogtalajon 17
Az ábrák alaján kijelenthetı az egye kíérleti helyeken mért lazítottág értékek normáli elozláa (9-10. ábra). Így ez az elozlá adja meg a közémély lazítók munkaminıégi modelljét. A Gau elozlá őrőég függvényének egyenlete: _ L ' L χ χ ' 1 2 ( y) = e 2σ f. 2πσ 4.5. A munkamélyég é a haladái ebeég hatáának vizgálata az L χ lazítottág mértékére agyago vályog é vályogtalajokon 4.5.1. A munkamélyég változtatáának hatávizgálata L χ értékeire A vizgálatot mindkét talajtíuon 100 m hozú mérızakazokon végeztem. A haladái ebeég állandó, 5 km/h volt. A munkamélyéget edig 25, 30, 35 é 42 cm értékekre állítottam be. 7. táblázat A t róba eredményei vályogtalajon, munkamélyégenként Lazítottág, Lazítottág, Adatok Munkamélyég (L) (L χ ) t n-1 t 0,1%, n-1 záma (n) [cm] 15,78 22,15 4,18 4,22 13 25 31,21 34,31 2,43 4,07 15 30 38,83 42,24 3,16 3,79 22 35 43,29 51,62 3,81 3,88 19 42 2 8. táblázat A t róba eredményei agyago vályogtalajon, munkamélyégenként Lazítottág, Lazítottág, Adatok Munkamélyég (L) (L χ ) t n-1 t 0,1%, n-1 záma (n) [cm] 21,46 27,34 3,86 3,92 18 25 41,61 45,07 2,71 3,97 17 30 50,07 52,38 1,76 3,75 24 35 56,49 61,63 3,72 3,85 20 42 18
11. ábra. A lazítottág mértékének alakuláa a munkamélyég függvényében Az általam meghatározott L χ vizonyzámra, azaz a lazítottág mértékére a munkamélyég növelée úgy fejti ki hatáát, hogy a nagyobb felzínemelkedé nagyobb fajlago vezetıkéeég cökkenét, míg a nagyobb lazított felület alaconyabb lazítá utáni fajlago vezetıkéeég értéket eredményez. Következékéen L χ értéke növekzik. A kíérlet orán a felzínvonal egyenleteég zóráát i vizgáltam a lazítái mélyég függvényében. 12. ábra. A lazítá után kialakult felzínvonal egyenleteégének zóráa a munkamélyég függvényében 19
A zerzámok a nagyobb mélyégben több talajt mozgatnak meg, aminek hatáára nagyobb felzínemelkedé jön létre é eetenként a felzínre nagyobb rögök i felkerülhetnek. 4.5.2. A haladái ebeég változtatáának hatávizgálata L χ értékeire A kíérletet ebben az eetben i mindkét talajtíuon 100 m hozú mérızakazokon végeztem. A munkamélyéget állandó 35 cm-e értékre, a gécoort haladái ebeéget 3,6, 4,5, 5,8, 7,2, 9,2 km/h válaztottam. A mért értékekre történı függvényillezté orán az alábbi özefüggé bizonyult a legjobbnak: L χ ' = L ' χ max rvh ( 1 e ) - ahol: - L χ : lazítottág mértéke [%] - r: a függvény alakjáért felelı tényezı - v h : gécoort haladái ebeég [km/h] 13. ábra. A lazítottág mértékének (L χ ) változáa a gécoort haladái ebeég függvényében 20
Az illeztébıl nyert formula a dl ' dv χ h ( L L ) = r, L χ (0) = 0 χ' max χ ' kezdetiérték feladat megoldáa, amelyhez indirekt módon jutottam el. E zétválaztható változójú differenciál egyenlet megoldáa tehát a következı: L χ (v ) ' h dl χ' = r L L v h dv h 0 χ' max χ' 0 Lχ ' (vh ) [ ln( Lχ ' Lχ' )] = r v h ln max 0 ( L χ ' L χ' ( v h )) L χ' = r v h L ln L L L L χ ' max ' χ max ' χ ' χ max χ ' max L L L L χ ' max χ ' max L ' χ χ ' χ ' ( v ) h max = r v ( v h ) rv h = e v h ( ) r v = L ' e h χ max h ( ) r v v = L ' L ' e h ' χ max χ max χ max v h ( 1 e ) r = L. h Bármely körülmények között a gécoort haladái ebeég növeléével végrehajtható intenzív lazítottág érték növekedéének i van egy felı határa. Ennek nagyágát mind a talajjellemzık, mind a gécoort jellemzık nagyban befolyáolják. Ezen a maximáli haladái ebeégen történı tartó üzemelteté eetén a lazítottág egy közel állandónak tekinthetı értéket vez fel. A lazítá után kialakuló talaj felzínvonal egyenleteégének zóráa i azerint az özefüggé zerint vielkedik a haladái ebeég függvényében, mint a lazítottág mértéke (14. ábra). 21
14. ábra A lazítá után kialakult felzínvonal egyenleteégének zóráa a gécoort haladái ebeég függvényében 4.6. A zerzámok közötti átlazítá mértékének vizgálata A vizgálatot vályog-, é homoko vályogtalajokon, 40 cm e munkamélyég é 6 km/h gécoort haladái ebeég é 60 cm zerzámoztá eetén végeztem. 15. ábra. A lazított é a lazítatlan területek aránya 22
23 A traéz magaágánál az 1/2d, valamint a felı oldalának hozánál a 2/3, továbbá a felzínemelkedé felületének ( A) nagyága a kíérleteimbıl zármazó taaztalati értékek. A 1 d A d = - ahol: - : zerzámoztá [m] - d: munkamélyég [m] - A d : lazított kereztzelvény felület [m 2 ] - A 1 : átlazítatlan kú felület [m 2 ] Az átlazítatlan talajréz (A 1 ) területe: ( ) 4 3 5 2 2 1 3 2 1 d w d w A = + = [m 2 ]. Az A d nagyága a következıkéen alakul: + = = = = 4 12 7 4 3 5 4 3 5 4 3 5 w d w d d w d d w d A d [m 2 ]. A felzínemelkedé ( A) felületét taaztalati értékként, a zerzámok közötti talajfelület rézeként fejezem ki: 5 d A = [m 2 ]. A fenti adatokból a kereztmetzet átlazítá mértékének zázaléko meghatározáa: 100 5 3 5 100 5 24 3 5 100 5 4 3 5 100 1 = + = + = w w d d d w A d A ς [%]. - ahol: - : zerzámoztá [m] - d: munkamélyég [m] - w: zerzámzéleég [m] 9. táblázat. A zámítáok eredményei Talaj tíu Saját formula [%] Számítógée rogram [%] vályog 32,64 38,73 homoko vályog 33,64 30,57
A levezetett formula egy olyan közelítı eljárának tekinthetı, amely lazítóéke zerzámokkal felzerelt géek eetére elfogadható értéket ad a zerzámok közötti átlazítá mértékére. Mivel az irodalomban fellelhetı Mc. Kye-féle özefüggé cak zárnya zerzámok eetére vonatkozik. 4.7. A három özehaonlított közémély lazító zerzám vágóél rofil egyenletének meghatározáa A vágóél rofil kialakítáának jelentı hatáa van többek között az adott zerzám vontatái ellenálláára. Ezért i tartom fontonak a rofilgörbék egyenleteinek onto imeretét. 16. ábra A vizgált három közémély lazítózerzám rofil egyenletének meghatározáa, a zerzámok oldal nézetében A 16. ábráról az derül ki, hogy a Paralow-féle zerzám vágóéle a legmeredekebb, a zárnya zerzámé edig az íve kialakítából adódóan kevébé meredek. 24
17. ábra A Pralow-féle zerzám rofil egyenletének meghatározáa, a zerzám elöl nézetében A vágóél rofilok a legjobban az egyeneekkel é az exonenciáli függvényekkel írhatóak le, mivel az R 2 értékek ezeknél a függvény tíuoknál adódtak a legnagyobb értékekre. A rofil egyenletek deriváltja megadja a zerzám adott ontjának lazítái zögét (α). Az egyene deriváltja kontanra adódik (y = c), az exonenciáli bx függvény deriváltja ( y = a e ) az ln y ' = ln( ab) + bx alakú özefüggé lez, az y ' = tgα. 25
18. ábra A kérofilok lazítái zögének változáa, a zerzámok oldal nézetében A 18. ábrán a differenciáláal kaott értékek változáa figyelhetı meg. Ennek alaján a vizgált zerzámok közül a legmeredekebb, illetve a legnagyobb zög a telje zerzámél mentén a Paralow-féle kialakítánál, legkiebb az íve zerzámnál adódik. 4.8. A lazítózerzámok munkaminıég-vizgálata a hagyományo módzerrel A zerzámok munkaminıégi vizgálatát 40 cm munkamélyégben é 7,6 km/h haladái ebeégen történı üzemelteté eetén végeztem el, az özehaonlítá ugyanazon a talajtíuon történt. A mérıvizgálatokat minden zerzám eetén háromzoro imétléel hajtottam végre. 26
10. táblázat A munkaminıégi vizgálat eredményei Mért munkaminıégi jellemzık Paralow zerzám Lazítóéke zerzám Szárnya lazítózerzám Felzínemelkedé felülete ( A) [cm 2 ] 557,5 340,5 975 Lazított zelvény felülete (A 0 ) [cm 2 ] 1227,6 930,3 1597,6 Lazítottág mértéke (L) [%] 45,41 36,60 61,02 Lazított felzínvonal egyenleteégének zóráa ( a1 ) [cm] 5,33 8,29 17,66 Munkamélyég zóráa ( d1 ) [cm] 5,12 3,54 6,82 Munkamélyég (d) [cm] 40 40 40 19. ábra. A Paralow-féle zerzám munkája A Paralow-féle zerzám a lazított kereztmetzetben a talajzelvény alá bújva, azt megemelve, majd ugyanoda vizaejtve lazítja a talaj. Melynek orán a véı alakú lazítótet elülı orr réze a kivágandó talajzelet aló rézét elılazítja. Ezt a gerinclemez aló, hajlított rézén lévı zárnyréz vágja ki. A kivágott talajzelet a lazítóteten é a zárnyrézen tovább haladva emelkedik fel adott magaágban. Végül a lazítótetrıl lekerülve a talajzelvény ugyanoda kerül viza. Véleményem zerint ez a lazítái mód együtt jár a lazított talaj vizonylag hamar történı vizatömörödéével, a vizonylag kevé levegı bejutá miatt. 27
A beállított munkamélyég zóráa az adott talajtíuon a lazító éke zerzámhoz vizonyítva némileg nagyobb értéket kéviel. A lazított talajfelzín egyenlete, aminek az elmunkálánál van jelentıége (19. ábra). 20. ábra. A lazítóéke zerzám munkája A lazítóék által kimetzett talajzelvény ék alakú, amelyet annak megemeléével, arózáával lazít. Mozgáát tekintve edig a gerinclemez mentén felfelé halad, közben reedezik é folyamatoan cerélıdik. Tehát a talaj a lazítái folyamat orán elıre, felfelé é oldalirányban mozog, közben kötött talajok eetében rögök keletkezhetnek a felzínen. Az ilyen módon meglazított talaj kevébé hajlamo a vizatömörödére, mint a Paralow-féle zerzám által mővelt talaj. A zerzám tíu mélyégtartáát elfogadhatónak ítélem meg. A felzín egyenleteége ennél a zerzámnál i jónak mondható (20. ábra). 21. ábra. A lazítózárnya zerzám munkája 28
A zárnya lazítózerzám i az éke zerzámhoz haonlóan lazít, azzal a lényege különbéggel, hogy a lazítóéken lévı zárnyaknak közönhetıen a lazított áv okkal zéleebb. Továbbá a talajzelvény megemelı, arózó hatá é ezáltal a lazítottág i ennél a kontrukciónál a leghatékonyabb a vizgált zerzámok közül. A munkaminıég vizgálata zemontjából i ennek a zerzámnak a munkáját tekintem a leghatékonyabbnak, mert a vizatömörödé a jelentı talajátlazító hatá miatt itt megy végbe a legkéıbb. Ez a ozitív hatá vizont a legegyenetlenebb munkamélyég tartáal é egy durva, rögö talajfelzínnel jár együtt (21. ábra). A lazítá kíérı jelenége a talaj felzínének rögöödée. Ez a jelenég özefüggében van az alkalmazott lazítózerzám kontrukciójával i. A közölt fotókon i jól látható a három zerzám által kialakított talajfelzín közötti különbég. Az egyenetlenül, vizonylag rögöebben fellazított talaj véleményem zerint kevébé hajlamo a vizatömörödére. Az ilyen felzín a közémély lazítókon alkalmazott különbözı rofilú hengerekkel tökéleteen elmunkálható é lezárható. 4.9. A vonóerı é a haladái ebeég kacolatának vizgálata A vizgálat orán hatféle haladái ebeégnél (v = 4,68, 5,65, 6,51, 7,66, 8,64, 9,93 km/h), állandó (a = 35 cm) munkamélyégnél, háromzoro imétléel mértem a zerzámra jellemzı vonóerı változáát. 22. ábra. A különbözı haladái ebeégeken mért vonóerı adatok a ebeég függvényében 29
A vizgálatból kiderül, hogy a haladái ebeég növelé hatáára a zárnya kontrukció vonóereje növekedett a legnagyobb mértékben. A máik két zerzám vonóerı zükéglete nem növekedett jelentıen. A haladái ebeégnek vizont jelentı hatáa van a munka minıégére, mivel a nagyobb ebeéghez erıteljeebb reeztı hatá ároul. Ezért érdeme a közémély lazítát mindenféle talaj tíuon a 6 8 km/h haladái ebeég tartományban végezni. 4.10. A vonóerı é a munkamélyég kacolatának vizgálata A lazítózerzámok vonóerı zükégletét ebben az eetben három különbözı munkamélyégben (a = 35, 40, 45 cm), állandó haladái ebeég mellett (v = 7,66 km/h), háromzoro imétléel határoztam meg. 23. ábra. A különbözı munkamélyégekben mért vonóerı adatok átlaga a munkamélyég függvényében A három zerzám közül a lazítóéke vonóereje növekzik a legkiebb mértékben, 6,9 kn-ról 8,8 kn-ra. A Paralow kontrukcióé a 10 cm munkamélyég változá hatáára 7,1 kn-ról 9,3 kn-ra növekzik. A vizgált zerzámok közül a zárnya lazítózerzám vonóereje növekzik a legnagyobb mértékben 9,12 kn-ról 14,21 kn-ra. 30
4.11. A vizgált zerzámok minıítée a bevezetett fajlago teljeítmény mutatóval A lazítózerzámok munkájának értékeléére, minıítéére bevezettem az ún. lazítózerzámokra jellemzı fajlago teljeítmény mutatót. Ezzel az értékkel az egyégnyi lazítottágra jutó teljeítmény igényt fejezem ki. Jele: k z [67]. Meghatározáa: k z PL FL vh = = L L [kw] - ahol: - F L : lazítózerzám vonóerı [kn] - v h : gécoort haladái ebeég [m/] - L: a felzínemelkedé - é a lazított zelvény felületének hányadoa Termézeteen k z minél kiebb értéket vez fel, annál kedvezıbb a lazítózerzám kontrukciója é energetikai mutatója. Má zóval az a jó lazítózerzám, amelyik minél kiebb teljeítmény ráfordítá árán minél nagyobb lazítottágot ér el (11. táblázat). 11. táblázat A vizgált három lazító zerzámnál meghatározott zerzámtényezık (k z ) értékei Imétléek záma Paralow zerzám [kw] Lazítóéke zerzám [kw] Szárnya lazítózerzám [kw] 1. imétlé 39,8 43,6 37,9 2. imétlé 42,8 42,7 36,1 3. imétlé 41,2 40,6 39,8 Átlag: 41,3 42,3 37,9 E fajlago értékkel történı minıíté alaján az állaítható meg, hogy a háromzoro imétlé átlagaként a zárnya lazítózerzám bizonyult a legjobbnak. Ennél a kontrukciónál jut az adott lazítottág értékre a legkeveebb teljeítmény, ezért adódott a k z itt a legkiebbre. A zárnya tíut a Paralow-féle kialakítá követi, végül a ort a lazítóéke zerzám zárja. Tehát ez a orrend a kontrukcióbeli különbégbıl adódó eltérıégeket jól tükrözi. A lazítóéke zerzám legnagyobb k z értékének oka az, hogy a vonóereje a Paralow-féle zerzáméval közel azono, vizont a lazítottág mértéke az éke zerzám eetében kiebb. 31
5. ÚJ TUDOMÁNYOS EREDMÉNYEK Az általam felállított új tudományo eredmények az újzerő lazítottág méréi eljárá alajainak kidolgozáára, a lazító éke zerzámok közötti átlazítá mértékének meghatározáára é a zerzám özehaonlító vizgálatokra vonatkoznak. 1.Tézi: A lazítottág mértékének meghatározáára kidolgoztam egy új, a hagyományo módzernél gyorabb, ontoabb méréi eljárát. Az új eljárá a talaj fajlago villamo vezetıkéeégén alaul. Ellenırzı méréekkel igazoltam a lazítottág hagyományo é új módzere közötti özefüggét, amely normáli elozlát követ. A fajlago villamo vezetıkéeég értékekre alaozott, lazítottág mértékét adó vizonyzám: χ1 L χ ' = 100 [%] χ 1u - ahol: - χ 1e : a ekély rétegben közémély lazítá elıtt mért fajlago villamo vezetıkéeég [ms/m] - χ 1u : a ekély rétegben közémély lazítá után mért fajlago villamo vezetıkéeég [ms/m] - χ 1 : a ekély rétegben közémély lazítá után taaztalt fajlago villamo vezetıkéeég megváltozá [ms/m] A felállított tézi vályog é agyago vályogtalajon érvénye. 2.Tézi: Megállaítottam, hogy a munkamélyég hatáára megváltozó lazítottág méréére a fajlago villamo vezetıkéeég alkalmazható. A lazítottág mértéke é a munkamélyég függvény kacolatára vályogtalajon az (y = 1,31x - 1,88), agyago vályogtalajon az (y = 1,40x+ 7,18) özefüggé érvénye. A felállított tézi vályog é agyago vályogtalajon érvénye. 3.Tézi: Megállaítottam, hogy a gécoort haladái ebeég hatáára megváltozó lazítottág méréére a fajlago villamo vezetıkéeég 32
alkalmazható. A lazítottág mértéke é a gécoort haladái ebeég rvh L ' = L 1 e özefüggé érvénye. függvény kacolatára az ( ) χ χ' max - ahol: - L χ : lazítottág mértéke [%] - r: a függvény alakjáért felelı tényezı - v h : gécoort haladái ebeég [km/h] A felállított tézi vályog é agyago vályogtalajon érvénye. 4.Tézi: A lazítóékkel felzerelt zerzámok közötti átlazítá mértékének 5 w 3 5 közelítı meghatározáa aς = 100[%] özefüggéel lehetége. - ahol: - : zerzámoztá [m] - w: zerzámzéleég [m] 5.Tézi: A különbözı kialakítáú lazítózerzámok egyedi energetikai jellegő minıítéére kidolgoztam egy olyan fajlago teljeítménymutatót, amellyel az egyégnyi lazítottágra jutó teljeítmény igényt fejezem ki: FL vh kz = [kw]. L - ahol: - F L : lazítózerzám vonóerı [kn] - v h : gécoort haladái ebeég [m/] - L: a felzínemelkedé - é a lazított zelvény felületének hányadoa 33
6. AZ ÉRTEKEZÉS TÉMAKÖRÉBEN MEGJELENT PUBLIKÁCIÓK Magyar nyelvő konferencia roceeding Rácz, P. Dr. Szüle, Z.: A közémély lazítók alkalmazáának fontoága, a legfontoabb mővelızerzám kialakítáok bemutatáa. In: MTA-MÉM Kutatái é Fejleztéi Tanáckozá Kiadványa, Nr. 30. Kötet,. 40 43, Gödöllı, 2006 január.24. Rácz, P. - Dr. Szüle, Z.: A közémély lazítók alkalmazáa a mezıgazdaágban. In: MTA-MÉM Kutatái é Fejleztéi Tanáckozá Kiadványa, Nr. 31. Kötet,. 11-13, Gödöllı, 2007 január.23. Rácz, P. - Dr. Szüle, Z.: Az egyene é a ferde kéel dolgozó közémély lazítók özehaonlítáa. In: MTA-MÉM Kutatái é Fejleztéi Tanáckozá Kiadványa 31. Kötet,. 14-18, Gödöllı, 2007 január.23. Rácz, P. Dr. Szüle, Z.: Általáno vonóerı modell meghatározáa közémély lazító zerzámokra, In: MTA-MÉM XXXII. Kutatái é Fejleztéi Tanáckozá CD lemezen, Gödöllı, Szent Itván Egyetem, 2008 január.22. Nemzetközi konferencia roceeding Rácz, P. Dr. Szüle, Z.: Tet of uboil chiel tool. In: Proceeding of the 5 th Youth Symoium on Exerimental Solid Mechanic (ISBN 80-969228-2-3, EAN 9788096922826), Púchov (Slovakia) 2006,. 86 89. Rácz, P. Dr. Szüle, Z.: Work quality tet with Veri 3100. In: Proceeding of the 6 th Youth Symoium on Exerimental Solid Mechanic (ISBN 80-969228-2), Vrnjacka Banja (Serbia) 2007,. 153. 34
Lektorált cikk magyar nyelven Rácz, P. Szüle, Z.: Talajmőveléi módzerek mőzaki, ökonómiai értékelée. In: Gazdálkodá, 2006. 50. évf. 3.z.,. 42 47. Rácz, P. Szüle, Z.: Méréi módzer a talajlazítá mértékének kimutatáára az elektromo vezetıkéeég egítégével. In: Gé, 2007. LVIII. évf. 4. z.,. 54 57. Rácz, P. Dr. Szüle, Z.: Közémély lazító zerzámok energetikai é munkaminıégi özehaonlítáa, Mezıgazdaági Technika, FVM MGI, Gödöllı, 2008 márciu, 2 4. o. Hazai folyóiratban világnyelven megjelent lektorált cikk Rácz, P. Dr. Szüle, Z.: Alication of medium-dee uboilier in the agriculture (Tet on the Working-Quality by Meauring the Electric Conductivity of Soil). In: Hungarian Agricultural Engineering, 2007. 35. évf. Külföldi folyóiratban világnyelven megjelent lektorált cikk Rácz, P. Dr. Szüle, Z.: Analyi of Correlation between the Looene Degree of Soil and the Travel Seed of the Tilling Combination. In: Acta technologica agriculturae, univerzita v Nitre 2008. Megjelené alatt. Rácz, P. Dr. Szüle, Z.: Relationhi between the looene of oil and the electric conductivity. In: Zemedelka Technica (Agricultural Engineering) 2008. Megjelené alatt. 35