畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯

1、 確定簡單耕作工具在高速下的耕作草案 R.L. Kushwaha， C. Linked 農(nóng)業(yè)和生物資源工程部門，薩斯喀徹溫大學(xué)校園57驅(qū)動(dòng)器 塞斯卡通， 塞斯克 S7N 5A9， 加拿大 在熱帶和亞熱帶地區(qū)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)，霍恩海姆大學(xué)，70599 斯圖加特 ，德國 1996年5月15日 摘要 ：田間試驗(yàn)是用五種不同的刀片在沙壤土和粘土土壤中，以垂直速度高達(dá)18毫米每毫秒的速度去確定耕具的速度關(guān)系。根據(jù)世界糧農(nóng)組織的調(diào)查，這些土壤含C型鈣和H型鈣。為了確定土壤的力學(xué)性能，科研人員對相關(guān)模型的結(jié)果進(jìn)行了預(yù)測。結(jié)果表明，該草案至少增加了3到5個(gè)臨界速度。通過比較：縱向傳播速度在土壤中形成壓力波，這個(gè)壓

2、力波使土壤顆粒獲得一個(gè)速度，并產(chǎn)生土壤的破壞速度。顯而易見，這些速度與關(guān)鍵性速度范圍有關(guān)。正如之前提出的，當(dāng)耕作速度處于臨界速度范圍內(nèi)時(shí)，土體變形量將減少。因此，檢測耕作在臨界速度范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)效果是關(guān)鍵。1.介紹該草案作為一個(gè)耕作工具耕作速度的預(yù)測，是一個(gè)重要的耕作評估標(biāo)準(zhǔn)，可以在室外或?qū)嶒?yàn)室內(nèi)進(jìn)行測試。早在1908年Davison和大通銀行（1908）就描述了這種設(shè)備，這種設(shè)備可以進(jìn)行草案確定和速度測定。從那以后，研究人員進(jìn)行了許多調(diào)查。這種測量有兩種方法。第一種方法可以用來確定草案和測定速在田間進(jìn)行。草案和速度方程由回歸分析的測量數(shù)據(jù)得到（Transfix等人;Owen,1964年;Sum

3、mers等人，1984年；Owen，1989年）年；美國農(nóng)業(yè)工程師學(xué)會(huì)，農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)刊，1992年）。這種方法可以精確地描述觀察到的現(xiàn)象，但對于耕作工具為何需要草案，它沒有給出理論原因。第二種方法采用分析法，即用發(fā)展模型去預(yù)測不同條件下的草案。這些結(jié)果與其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較（1956年，Payne；1961年Rowe和Barnes；1972年，Wilmer和Lath；1984年，Upadhyaya）。所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鏵式犁和圓盤犁草案速度大小為實(shí)驗(yàn)速度的平方，許多其他耕作機(jī)具的草案增加了班輪的速度。這些關(guān)系顯然是典型領(lǐng)域的速度，這是僅用于4毫米每毫秒之內(nèi)。超過這個(gè)速度，關(guān)系式就不同了。Hend

4、rik和Gill（1973）總結(jié)了許多前蘇聯(lián)的書籍，他們發(fā)現(xiàn)，在草案中，在某一速度（關(guān)鍵速度）的基礎(chǔ)上增加的速度小于臨界速度。此外，干擾速度和土壤變形速度高于臨界速度。臨界速度范圍通常在6到10每毫秒。2.文獻(xiàn)回顧與理論耕具在一定的速度下耕作時(shí)，壓力波便傳播到土壤。人們已經(jīng)提出幾個(gè)方程來計(jì)算的壓力波在土壤中的傳播速度。美國測試和材料協(xié)會(huì)（ASTM，1988）提出了下面的方程，即縱波方程，其中E是楊氏模量，p是土壤密度，v是泊松比： Kondner（1968）則用一個(gè)類似三維模型的公式計(jì)算壓力波在粘土中的傳播速度: Kondner（1968）發(fā)現(xiàn)，楊氏模量E是變化的，但取決于壓力應(yīng)變和時(shí)間。還有

5、其他因素影響壓力波在土壤中的傳播速度。Hampton和Wetzel(1968）進(jìn)行了沙質(zhì)土壤和粘土的實(shí)驗(yàn)，并對外報(bào)道，在含水多的土壤中，波的速度將下降。在粘性土中，播的傳播速度要小于在沙質(zhì)土中的傳播速度，這是因?yàn)榇罅克p粘土的存在。Nazci和Tayor(1968）調(diào)查了粘土土壤樣品，并發(fā)現(xiàn)增加一個(gè)波速，可以減少孔隙體積或者增加抗剪強(qiáng)度。Yang等人（1968）發(fā)現(xiàn)了一個(gè)粘土模型，并與其他實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做了比較。在這期間內(nèi)的壓力是有效的，對楊氏模量和粘性有很強(qiáng)的影響。Ross等人（1989）考察了波速在部分水分飽和的人造土壤中的速度，并證實(shí)了水分的強(qiáng)大影響。最后Azyamova（1963）得出結(jié)論：

6、耕作工具的草案運(yùn)行速度提高，因?yàn)閴毫Σㄊ歉鞴ぞ咴谟邢薜乃俣葍?nèi)引起的。這就是為什么土壤含有較少的能量，草案增加的速度較低。 壓力波的傳播速度u，并不等于土壤顆粒的速度，后者隨著壓力波而改變。Hunter（1960）提出了一個(gè)波在粘性體中傳播的理論。對于一個(gè)長度為X（0<X<x）和橫截面積為A的粘性桿，如果一個(gè)質(zhì)量為m的物體以速度v打擊桿的底端，我們便得到了下面的壓力波方程，其中a是衰減常數(shù)，t是時(shí)間，為在點(diǎn)x和時(shí)間t處的正常壓力： Baker和Triandafilidis（1968）研究了粒子速度和波速之間的關(guān)系，并提出了下面的方程： 方程（4）對應(yīng)Hunter的方程（3）。如果在

7、粘性桿的末端粒子的速度是質(zhì)量為m的物體在時(shí)間為零時(shí)的影響速度，那么，用方程（4）可以描述波傳播速度和粒子速度。如果這樣計(jì)算的話，耕作工具表面的正常壓力是必須知道的。在第一個(gè)近似計(jì)算中，平均正常壓力會(huì)被用到，要用下面的方程計(jì)算，其中F是草案，d是耕作深度，w是耕具的寬度： 必須強(qiáng)調(diào)的是，在土壤工具表面正應(yīng)力是不統(tǒng)一的。Chi和Kushwaha（1989,1990）用有限元法計(jì)算工具表面正應(yīng)力，并發(fā)現(xiàn)最大的正壓力在耕具的邊緣。 Cupta和Pandya（1967）用方程（4）去預(yù)測鏵式犁和圓盤犁的草案。為了便于計(jì)算，粒子速度u默認(rèn)為耕作速度v。計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果十分吻合。 耕具能量可以被分解為摩擦

8、能量，變形能量，切割能量和加速能量。如果分開測量這些組件將很困難，而且甚至定性測量也很難（Blumel，1986）。 耕具表面的剪切力取決于摩擦力，這是有好幾個(gè)因素決定的。Nichols（1931年）研究了金屬和土壤間的摩擦力，并宣稱水分的作用很大，摩擦呈線性增加。Stafford和Tanner（1983）研究了金屬和水在1到5毫米每毫秒速度范圍內(nèi)的摩擦系數(shù)，并發(fā)現(xiàn)當(dāng)速度大于2毫米每毫秒時(shí)，摩擦力變大。速度大于2毫米每毫秒時(shí)，摩擦系數(shù)幾乎是常數(shù),Yusu和Dechao（1990）設(shè)計(jì)了一種類似于非牛頓流體的土壤模型，用來預(yù)測摩擦系數(shù)，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。結(jié)果類似于Stafford和Tanne

9、r（1983）的數(shù)據(jù)。摩擦系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測定包括幾個(gè)方法論問題（庫倫和波斯1983年）。正應(yīng)力通?？梢允雇寥雷冃危匦屡帕型寥李w粒。也就是說，要使土壤變形，除了摩擦力，還需要其他的附加力（摩擦系數(shù)也會(huì)被高估）。另外，增加正常壓力，可以把水?dāng)D出土壤，因?yàn)樗畷?huì)減小摩擦力系數(shù)和有效應(yīng)力，但如果這水是從下面吸取的，它將提供一個(gè)額外的有效應(yīng)力。最后，在耕作中，工具表面積的大小，會(huì)影響工具的速度，還會(huì)使正應(yīng)力分布不均勻。根據(jù)其他眾多的影響因素和矛盾因素，這基本是不可能的，目前，速度對摩擦系數(shù)的影響是可以接受的的。因此，摩擦能量值被假設(shè)為一個(gè)獨(dú)立的近似速度。 在作用力的影響下，土壤表現(xiàn)出彈性和塑性，直到土壤變形

10、（Vyalov，1986年）。土壤只要被剪切，就會(huì)變形，這是因?yàn)榧羟行枰粋€(gè)剪切應(yīng)力，這個(gè)剪切應(yīng)力導(dǎo)致變形。剪切實(shí)驗(yàn)表明，增長速度提高抗剪強(qiáng)度（1961年，Rowe和Barnes；1967年，Hanson等人；1981年，Reich）。Azyamova（1963年）發(fā)現(xiàn)抗剪切速度會(huì)增長到3到4毫米每毫秒。在這個(gè)速度下，一個(gè)很高的“能量集中”出現(xiàn)在工具的前端。這個(gè)“能量”不會(huì)在土壤中傳播（即速度的增長會(huì)消減這個(gè)能量）。Vetrov和Stanevski（1969年）發(fā)現(xiàn)刀具對土壤的破壞并不突然，但需要一個(gè)有限的速度，這個(gè)速度被稱為消減速度，可以用下面的方程計(jì)算出來，其中T是剪切力： 在耕作時(shí)，在達(dá)

11、到破壞速度之前，土壤將會(huì)受到破壞。如果耕具的速度在破壞速度以上，工具將進(jìn)入土壤。在這些情況下，土壤的變形速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于耕具的速度。Ktanevski（1961年）認(rèn)為土壤變形是由時(shí)間決定的。因此，可以得出結(jié)論，切割和變形的能量需求將增加。超過這個(gè)速度范圍，剪切和破壞能量將會(huì)保持不變，甚至?xí)晕p小。 耕具會(huì)使土壤顆粒加速。這個(gè)加速能量以速度的平方增加。加速能量的大小依賴于耕作工具（1956年，payne；1985年，Swick和Perumpral）。這就是為什么，當(dāng)其他的耕具以線性方式增加時(shí)，一些工具草案是以速度的平方增加。因此，本研究的目的是在高速下，確定簡單工具耕作草案，以及處理一些波傳播和

12、土壤物理性質(zhì)的結(jié)果。3.材料和方法3.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備田間試驗(yàn)是在三種不同的試驗(yàn)田上以18毫米每毫秒的速度進(jìn)行確定草案的。土壤的相關(guān)性質(zhì)都是在實(shí)驗(yàn)室規(guī)定好的。用低碳鋼制造的五個(gè)簡單的葉片被用來作為測試工具。圖2展示了兩種工具的基本幾何形狀：平面和90度斜面.表1耕具特性耕具序號 長度 寬度 厚度 前端1 100 9 50 90度斜面2 100 9 50 平面3 100 18 50 平面4 100 27 50 90度斜面5 100 27 50 平面 表1展示了五種工具的規(guī)格。所有工具都以90度傾角進(jìn)行操作（即垂直于土壤表面）。安裝配備了4個(gè)充氣輪框架的測試工具，以一個(gè)穿越梁為指導(dǎo)，以確保在高速下運(yùn)行穩(wěn)

13、定和順利。一個(gè)配備了6個(gè)稱重傳感器的壓力傳感器用來獲得工作幀。它是一種能夠測量縱向力和側(cè)向力的測量工具。兩個(gè)超聲波傳感用于測量作業(yè)深度。他們被安裝在工具的兩邊。第五個(gè)輪用來測量作業(yè)深度（1985年，Smith）。它可以精確地測量作業(yè)深度。因此第五個(gè)輪作為測量工具。21 X 型號的坎貝爾科學(xué)儀器用于數(shù)據(jù)采集。3.2土壤測試 采集深度為150毫米的土壤樣品，用來確定三種不同的試驗(yàn)田里的土壤性質(zhì)。采用標(biāo)準(zhǔn)方法（1980年，Head）測量土壤的水分含量和容量密度。采用三軸試驗(yàn)去測量機(jī)械強(qiáng)度性質(zhì)（1967年，Terzaghi和Peck；1974年，Kezdi；1983年，Koolen和Kuipers；1

14、984年， Keedwell）。額外的土壤樣品由薩斯喀徹溫大學(xué)土壤實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測量，包括有機(jī)質(zhì)含量，PH和其他性質(zhì)。三個(gè)試驗(yàn)田中的土壤性質(zhì)都列在了表格2中。3.3實(shí)驗(yàn)過程 實(shí)驗(yàn)室在斯卡通附近的三個(gè)試驗(yàn)田（大約在50至100公頃）里進(jìn)行。試驗(yàn)田1是一個(gè)夏季耕作用的沙質(zhì)土壤田。試驗(yàn)田2也是沙質(zhì)土，但用來種春大麥。試驗(yàn)田3也用來種春大麥，但是粘土土壤田。 耕具安裝在一輛卡車上，可以獲得高速運(yùn)轉(zhuǎn)。自動(dòng)卡車在1.5米每秒下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有困難，因此車速都超過了1.5米每秒。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，耕作深度都是不變的。每個(gè)測試包括50個(gè)測量草案，例如垂直表2土壤特性（深度為150毫米） 田1 田2 田3 土壤分類 含C型

15、鈣 含H型鈣 含H型鈣土壤類型砂質(zhì)（大于60微米）52 54 18淤泥（2-60微米） 29 26 39粘土（小于2微米） 19 20 43容重，潮濕（kgm-3）1600 1270 1280PH 8.0 6.2 7.5有機(jī)質(zhì)（克每100克）4.4 2.7 5.1正割模量(kPa) 575 1170 2120泊松比 0.38 0.34 0.32故障剪切模量(kPa) 210 440 860凝聚力(kPa) 3.0 0.6 6.0內(nèi)部摩擦系數(shù) 0.9 0.9 1.15故障體積應(yīng)變 0.057 0.035 0.036力，側(cè)向力，速度和信號等等。在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，在1.5至18米每秒的速度范圍內(nèi)，測量是

16、在5個(gè)隨機(jī)挑選的位置上進(jìn)行的。3.4數(shù)據(jù)評估每一項(xiàng)測量必須超過15秒，而且速度偏差不得超過2.5%所有不符合這些條件的測量都是無效的。這些數(shù)據(jù)由莫哥洛夫-斯米歐實(shí)驗(yàn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)分離測試，因?yàn)橹挥袠?biāo)準(zhǔn)分離數(shù)據(jù)在進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)分析中才是有效的。在這之后，草案的平均值，速度和深度都要被計(jì)算。線性回歸分析在實(shí)驗(yàn)中用來評估速度對耕作深度有何影響。 當(dāng)常數(shù)k小于0.5每秒每毫米時(shí)，有人認(rèn)為耕作速度與耕作深度無關(guān)。如果試驗(yàn)不滿足這個(gè)條件，那么也會(huì)被認(rèn)為無效。圖3顯示了在試驗(yàn)田3上用18毫米寬的耕具進(jìn)行耕作的典型結(jié)果。 對于其它的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，速度和草案之間大體呈線性關(guān)系，并且相關(guān)系數(shù)R由“派克統(tǒng)計(jì)6.06版”確定。4

17、.結(jié)果與討論4.1草案和速度的關(guān)系 圖4顯示了運(yùn)用18毫米的平面工具在3個(gè)試驗(yàn)田上耕作的結(jié)果。表格3顯示了在實(shí)驗(yàn)中相關(guān)的統(tǒng)計(jì)分析和土壤的水分含量。這些結(jié)果表明，在草案中提高耕作速度會(huì)把關(guān)鍵速度范圍降至4米每秒以下。表3統(tǒng)計(jì)結(jié)果和土壤含水量 田1 田2 田3測量數(shù)量 75 33 59相關(guān)系數(shù) 0.72 0.72 0.86土壤含水量0到50毫米 16.5 10.2 15.350到150毫米 20.0 14.4 -圖5顯示了所有的耕作工具在試驗(yàn)田3上以50毫米的耕作深度的結(jié)果。結(jié)果表明，在草案中高速和低速之間存在一個(gè)過渡。關(guān)鍵速度范圍出現(xiàn)在3米每秒左右。這些結(jié)果對所有的工具都是一樣的（即耕作深度和工

18、具形狀對實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有太大影響）表4顯示了相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)和相關(guān)系數(shù)。這些工作工具在其他試驗(yàn)田上獲得了相似的結(jié)果。在0至50毫米深度的土壤內(nèi)，含水量為19.5%，而深度為50到150毫米時(shí)，含水量為18.0%。4.2與各種理論的比較用來計(jì)算波的傳播速度，粒子速度和土壤破壞速度的方程早就出現(xiàn)了。據(jù)推測，如果耕作速度超過其中的一個(gè)，那么，草案和速度之間的關(guān)系將會(huì)改變。表5計(jì)算出的數(shù)據(jù)是用表一中的速度計(jì)算出來的。耕作工具表面應(yīng)力一般為600KPa（1990年，智和庫瓦哈）。人們將這些結(jié)果與關(guān)鍵速度范圍內(nèi)的速度進(jìn)行了比較。表4數(shù)據(jù)種類以及在試驗(yàn)田3上的五中相關(guān)系數(shù)（粘性土壤）耕具形狀 寬度 測量項(xiàng)目 相關(guān)系數(shù)尖形 9 43 0.71平形 9 54 0.85平形 18 51 0.72尖形 27 54 0.83平形 27 61 0.88計(jì)算出來的結(jié)果顯然比觀測到的關(guān)鍵速度范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)要大。這說明，光波的傳播速度與關(guān)鍵速度范圍沒有直接聯(lián)系。 粒子傳播速度可以通過方程4計(jì)算出來。這些粒子的速度顯然被高估了，因?yàn)檫@幾個(gè)假設(shè)都被驗(yàn)算過了（詳見方程3）。如果土壤性質(zhì)和相關(guān)系數(shù)可以被準(zhǔn)確的計(jì)算