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《土壤—金属界面水膜粘附规律的试验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、土壤—金属界面水膜粘附规律的试验研究1999年3月农业机械J,一/..第30卷第2期L卢韶芳石要武任露泉【擒要】依据土壤粘附机理及界面水膜理论.利用由土壤粘附力测试仪,界面承膜测量仪等设备组成的多功能试验音,采用电化学的测试方法,对界面水膜的平均面积及厚度进行了定量铡量,并对界面粘附规律进行了定莺堡!姿立了界面水膜粘附规律的数学模型.翌蜘竖水辟引言囊.粘湿土壤对地面机械触土部件的粘附是一个具有普遍性的问题,它严重影响了地面机械的工作效率.从根本上讲,土壤粘附是一种界面现象,是触土部件与土壤发生物理
2、,化学及机械相互作用的结果长期以来,人们从不同角度研究了土壤粘附的机理.提出了种种不同的理论和学说,如FOUTAINE的水分张力理论,ZISMAN的毛细管理论,FISHER的水膜介质理论等.大量的研究结果表明,土壤粘附力主要取决于界面的水膜张力,土壤含水量的变化对粘附力的影响很大,粘附力随含水量的增加呈抛物线规律变化,因此,土壤一金属界面水膜(简称界面水膜)的性质,形态和分布是影响土壤粘附力的极为重要的因素.目前,国内外对于土壤粘附机理与规律的研究仍处于定性分析阶段,这极大地限制了土壤减粘脱附理论
3、与技术的深人发展.本文依据土壤粘附机理及界面水膜理论,利用由土壤粘附力测试仪,高精度传感放大器以及界面水膜测量仪组成的多功能试验台,采用电化学的测试方法——浓差极化下的电位阶跃暂态法It],对界面水膜进行测量,并对界面粘附规律进行了定量研究,建立了界面水膜粘附规律的数学模型.1试验准备试验中所用的土样为长春市某地的黄粘土,其机械组成如表1所示为确保试验的重复性,先将黄粘土风干,研磨,过筛,然后配入不同体积的水,密封保持一段时间然后取出进行试验,这样不但土壤中水分布均匀,而且土壤中土颗粒的分布也是均
4、匀的土壤水分的测定方法有很多种,本文采用的烘干法是目前国际上测定土壤水分的标准方法,本文所用的水分百分含量均为干基含水量试验所用电机可带动的最大压(拉)力为980N;使用的拉压传感器的量程为0~980N;测盘【氧粒子放电极板)面积为32l7mm,下极板面积为23235mm.,以消除边界效应;土样高收藕日期:1998—03—26国家自然科学基金资助项目卢韶芳长春市无线电三厂工程师.130041长春市石要武吉林工业大学电子系副教授,130025长春市任露泉吉林工业大学教授博士导师1,0—3l农业机械度
5、100mm.试验时先将土样装人土槽中,使土样高出土槽表面,用直径0.5film的细钢丝切去高出部分.以保证测量表面的平整,用细砂纸将测盘表面打磨光亮,并用丙酮溶液擦拭干净重复试验均换用新鲜土样.表1黄粘土机械组成2土壤一金属界面水膜测量试验2.1同一含水■的土壤在不同压力作用下界面水膜的变化规律在测量界面永膜随压力变化规律的试验中,分别对几种不同含水量的土样做独立试验,测定出极化反应中氧粒子放电形成的扩散电流的峰值,稳态值,计算出界面永膜的平均面积S和平均厚度图l为含水量为14.82和3O.04的
6、0土样界面水膜的平均面积随正压力变化的26测试曲线,由这一组曲线可以看出:喜(1)不同含水量的土样,随着正压力的变化,界面水膜平均面积的变化趋势是一I8致的:随着正压力的增加,界面永膜平均面积也逐渐增加;在正压力增加的初始阶段,界面水膜的平均面积迅速增加,随着正压力的进一步增加,界面水膜的平均面积的增加速度逐渐变缓.这是因为在加压的初始阶段,在压力作用下,土壤中的永被挤030507090N/ld(a)图1界面水膜的平均面积S随正压力Ⅳ变化测试曲线(a)=14.82%(b)…3004%出,分布在极板
7、上,使界面水膜的面积迅速增加,压力增加到一定程度后,极板表面大部分已被水膜覆盖,界面永膜分布逐渐趋于饱和,此时界面永膜的平均面积的增加逐渐变缓.(2)当土样含水量较低时,保持界面永膜面积迅速增加的压力范围较大,如图la.当土样含水量较高时,保持界面水膜面积迅速增加的压力范围较小,如图1b,这个含水量正是在土壤产生较大粘附力的含水量范围内.图2为含水量为14.82和30.04的土样界面水膜的平均厚度随正压力变化的l测试曲线,由这一组曲线可以看出:(1)界面水膜的平均厚度的变化范围是零至几微米.(2)
8、界面永膜的平均厚度的变化规律同其平均面积的变化规律相似,不同含水量的土样随正压力的变化,其平均厚度的变化趋势是一致的:随着正压力的增加,水图2界面水膜的平均厚度随正压力Ⅳ变化测试曲线(a)…1482(b)3004第2期卢韶芳等:土壤金詹界面水膜粘附规律的试验研究3膜的平均厚度也逐渐增加;在正压力增加的初始阶段,界面水膜的平均厚度迅速增加;随着正压力的进一步增加,界面水膜的平均厚度逐渐变缓.由以上两组曲线对比可以看出,在正压力增加的初始阶段,界面水膜的平均面积与厚度都迅速增加,但界面
