Міністерство освіти і науки України

Луцький державний технічний університет

Г.А. ХАЙЛІС, Ю.В.ФЕДОРУСЬ

МЕХАНІКА РОСЛИННИХ МАТЕРІАЛІВ

Рекомендовано

Міністерством освіти і науки України

як навчальний посібник для студентів

вищих навчальних закладів

Редакційно-видавничий відділ

Луцького державного технічного університету

ЛУЦЬК 2004

УДК 532: 633 – 037.1

ББК 22.2: 41

Х 15

У навчальному посібнику розглянуті види рослинних матеріалів, їх фізико-механічні властивості, закономірності при деформаціях розтягу, стиску, зсуві, крученні та згині одиничних матеріалів та при груповому їх розташуванні.

Стане в пригоді викладачам та студентам вищих навчальних закладів, науковим працівникам, аспірантам, конструкторам і дослідникам сільськогосподарських машин.

Хайліс Г.А., Федорусь Ю.В. Механіка рослинних матеріалів. – Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ, 2004. – 302 с.

Рецензенти: д. т. н., проф. Гевко Б.М. (Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя)

д. т. н., проф. Сидорчук О.В. (Львівський державний аграрний університет)

Рекомендовано Міністерством освіти і науки України як навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів (лист МОНУ №14/18.2–37 від 10 січня 2004 року)

Схвалено Вченою радою Луцького державного технічного університету (протокол № 3 від 28 жовтня 2004 р.).

Іл. 141. Табл. 25. Бібліогр.: 66 назв.

ISBN 966-7667-47-2

ВСТУП

Предмет, проблеми, завдання і перспективи механіки рослинних матеріалів.

Механіка рослинних матеріалів – наука про механічні властивості рослинних матеріалів, які створені природою і є одним із видів біологічних матеріалів. Механіка рослинних матеріалів є теоретично-експериментальним курсом, в якому вивчається поведінка і деформації матеріалів при силовому впливі на них.

Робота механізмів більшості сільськогосподарських машин пов’язана з їх впливом на рослинні матеріали, причому багато з них під час цього впливу є живими організмами. Така, наприклад, робота висіваючих апаратів сівалок, які виводять насіння з насіннєвого ящика в насіннєпроводи для направлення їх у грунт, робота механізмів збиральних машин під час збирання врожаю, механізмів насіннєочисних машин, які очищують насіння від домішок, і інших механізмів. При виконанні багатьох сільськогосподарських робіт рослинні матеріали сприймають певні деформації, видозмінюються. В свою чергу і робочі органи сільськогосподарських машин, які деформують матеріали, сприймають при цьому опір матеріалів, який залежить від їх властивостей. В зв’язку з викладеним конструктор, розробляючи машину, повинен знати ці опори, а також і поведінку матеріалів при деформації. Таким чином, при проектуванні сільськогосподарських машин необхідно знати фізико-механічні властивості і агробіологічні особливості оброблюваних рослинних матеріалів, їх властивість чинити опір деформаціям при силовому впливі на них.

Механічні властивості матеріалів – це сукупність показників, які характеризують опір матеріалів при дії на них навантажень, їх здатність деформуватися при цьому, поведінку матеріалів при деформації і руйнуванні. Механіка рослинних матеріалів розглядає властивості, які проявляються при впливі на матеріали навантажень в різних умовах, причому навантаження ці можуть діяти протягом тривалого часу і коливатись по величині і напрямку, або носити ударний характер, а властивості матеріалів можуть змінюватись з плином часу і під впливом навантажень.

Завдання, які ставляться в механіці рослинних матеріалів наступні: а) визначення деформаційного стану матеріалів при їх обробці, видозміненні, впливі на них навантажень, під час яких проходить порушення їх міцності, стійкості і жорсткості; б) визначення умов міцності, стійкості і жорсткості матеріалів; в) забезпечення збереження матеріалів після впливу на них робочих органів сільськогосподарських машин, під час яких стеблам, насінню, плодам, ягодам можуть бути нанесені пошкодження, які негативно впливають на їхній стан при зберіганні; г) забезпечення міцності і стійкості копен, стогів, скирт з сіно-соломистих матеріалів. Необхідні для цього експериментальні дослідження проводяться, як правило, на реальних матеріалах, проте в багатьох випадках можуть бути досліджені спеціально підготовлені зразки.

Рослинні матеріали характеризуються волокнистістю, неоднорідністю і значною різницею в опорі повздовж і поперек волокон. При підсиханні матеріали стають гігроскопічними, тому їх характеристики залежать від вологості навколишнього середовища.

При роботі сільськогосподарських машин їх робочі органи можуть впливати на окремі (одиничні) матеріали або на групи (шари) матеріалів. Одиничні рослинні матеріали – це певні конструкції, створені природою. Групи матеріалів – це накладені один на другий матеріали, тобто сукупність примикаючих один до одного одиничних матеріалів, причому це примикання може бути випадковим (хаотичним) або певним чином зорієнтованим.

Залежно від характеру прикладання навантаження матеріли можуть сприймати наступні деформації: розтяг, стиск, зсув, кручення, згин. Можливі також випадки складного опору, наприклад, випадок суміжної дії розтягу і згину, випадок ексцентричного стиску та інші випадки.

Ці деформації матеріалів розглядаються нижче, при цьому більша увага приділяється розгляду таких деформацій, які відіграють суттєву роль при роботі більшості сільськогосподарських машин: це деформації розтягу, стиску і різання групи матеріалів. Окремі види деформації згину і кручення групи матеріалів мало енергоємні, легко здійснювані, порівняно рідко трапляються, тому розглядаються менш детально. Наведені в відповідних розділах характеристики рослинних матеріалів знаходяться в порівняно широких межах. Не дивлячись на це, їх можна використовувати для розрахунків.

Механіка рослинних матеріалів складає розрахунково-теоретичну основу інженерних методів проектування механізмів сільськогосподарських машин, які взаємодіють при роботі з рослинними матеріалами. Розрахунки в даній науці базуються на результатах вивчення закономірностей поведінки рослинних матеріалів при силовій дії на них (про що було сказано вище), використовуються також загальні положення і методи класичної механіки з врахуванням специфічних властивостей рослинних матеріалів як деформованих механічних систем.

Механіка рослинних матеріалів знаходиться в стадії становлення. Наука ця буде розвиватися і далі.

З історії розвитку механіки рослинних матеріалів.

Дослідження з механіки рослинних матеріалів ведуться давно і систематично, опубліковано дуже багато робіт, в яких розглянуті закономірності деформації матеріалів.

Спочатку рослини вивчалися без зв’язку з практичними задачами конструювання сільськогосподарських машин (роботи Г. Спенсера, К. Кульмана, С. Швенденера та інші кінця ХІХ ст.). В 1912 році проф. Краус дослідив стійкість стебел ячменю і умови його полягання. В ті ж роки І. Калінніков, В. Роздорський і М. Чілікін проводили експерименти по дослідженню механічних властивостей стебел. В наступні роки такі дослідження проводили В.П. Горячкін, Л.П. Крамаренко, І.Ф. Василенко, В.А. Желіговський, А.А. Василенко, І.В. Крагельський, А.Ф. Соколов, А.П. Ковган та інші. Для проведення таких досліджень в 1934 р. у Всесоюзному науково-дослідному інституті сільськогосподарського машинобудування (ВИСХОМ) була організована спеціальна лабораторія, в якій в наступні роки були отримані дані про фізико-механічні властивості колосових, картоплі, льону, конопель, бавовни та інших рослин [54]. Важливі дослідження в цьому напрямку виконані також в 1945-1965 р.р. І.Г. Синяговським [51].

Найбільш об’ємні дослідження проведені по ущільненню сіносоломистих матеріалів; виконані вони д.т.н., проф. В.М. Особовим, д.т.н., проф. І.А. Долговим, к.т.н. Г.К. Васильєвим, д.т.н., проф Г.А. Хайлісом. Важливі дослідження проведені і іншими авторами [1, 3, 4, 10, 11, 13, 19, 20, 21, 22, 24, 33, 36, 37, 43, 47, 54, 56, 57, 59, 60], однак книги, в яких були б систематизовані результати досліджень механічних властивостей різних рослинних матеріалів, до 1994 р. не видавались. В 1994 р. з’явилась така книга [60], яка була першою спробою систематизувати результати досліджень в даній області на основі єдиної теоретичної бази і розробити основи механіки рослинних матеріалів, потім в 2002 році випущене друге видання цієї книги, перероблене і доповнене. Пропоноване видавництво є третім і підготовлене у вигляді посібника.

Дослідження по даній науці продовжуються.