Тяговий опір ґрунтообробного знаряддя

Тяговим опором плуга можна оцінювати енергоємність процесу оранки, і тому він є одним із важливих експлуатаційних показників.

Для визначення тягового опору плуга основоположник землеробної механіки академік Василь Прохорович Горячкін запропонував формулу, яка розкриває закономірності та фізичний зв’язок між основними факторами робочого процесу оранки і загальним опором, який виникає при його роботі. В.П. Горячкін розчленував загальний опір плуга на основні складові.

I. Опір тертя, що виникає в опорах плуга: тертя корпусів дном борозни, тертя у ступицях коліс, опір перекочуванню коліс по поверхні поля. Кожна із перерахованих складових не залежить від глибини і швидкості переміщення плуга. Але вони пропорційні до частини ваги плуга, яка припадає на ту чи іншу опору. Тому вся сукупність вказаних складових може бути оцінена опором пропорційним вазі плуга:

, (1.31)

де - коефіцієнт аналогічний до коефіцієнта тертя (інтегральний коефіцієнт тертя);

- вага плуга, Н.

Тому перша складова опору являє собою не пов’язаний з корисною роботою „паразитний опір”. Дана складова завжди присутня в роботі плуга.

ІІ. Опір обумовлений деформацією шару ґрунту. У діапазоні прийнятих швидкостей оранки цей опір слід вважати таким, що не залежть від швидкості. Цей опір пропорційний квадрату лінійного розміру деформованого шару, а стосовно скиби ґрунту пропорційний площі поперечного перерізу скиби:

, (1.32)

де - коефіцієнт питомого опору ґрунту, Н/м²;

- товщина скиби (глибина оранки), м;

- ширина скиби (ширина захвату одного корпуса плуга), м;

- кількість корпусів плуга.

ІІІ. Опір, який виникає при наданні кінетичної енергії шару ґрунту, що перевертається полицею.

За одну секунду полицею переміщається об’єм ґрунту , що рівний добутку (де - поступальна швидкість плуга, м/с), що при об’ємній масі ґрунту відповідає масі .

Сила з якою шар ґрунту масою відкидається полицею, при наданні йому швидкості , визначається добутком , а швидкість складових шару ґрунту пропорційна швидкості плуга:

. (1.33)

Тому

. (1.34)

Якщо об’єднати узагальнюючим коефіцієнтом добуток , то одержимо

, (1.35)

де - коефіцієнт, що залежить від форми полиці і властивостей ґрунту, кг/м³.

Таким чином, формула для визначення розрахункового тягового зусилля плуга В.П. Горячкін має вигляд:

. (1.36)

Формула В.П. Горячкін отримана у повній відповідності до загального визначення сили, що існує у механіці. Очевидно, що сила надає прискорення постійній масі самого плуга і змінній масі ґрунту, що захоплюється полицею. Тому, маса , на яку впливає сила тяги плуга, змінна і останню небхідно визначати за зміною кількості руху, тобто:

. (1.37)

У даному виразі перший член визначає затрати зусилля на надання постійній масі деякого прискорення , а другий – затрату зусилля на надання постійної швидкості змінній масі , що надходить на полицю за одиницю часу.

Оскільки

. (1.38)

То другий доданок у формулі (1.37) матиме вигляд:

. (1.39)

Тому

. (1.40)

Порівнюючи вираз (1.40) та (1.36), можна побачити, що перший член відповідає тим складовим опору ( , ), які не залежать від швидкості, а другий член співпадає із затратами сили тяги на відкидання скиби.

Як видно із формули (1.36) за постійної швидкості затрати тягового зусилля на одному і тому ж ґрунті виражаються лінійною залежністю від площі поперечного перерізу скиби. Значна кількість експериментальних досліджень підтверджує вказану закономірність.

Для плугів, які працюють на швидкостях м/с, третя складова опору становить % від загального тягового опору, тому сила тяги незначно залежить від зміни швидкості плуга.

Значення коефіцієнтів , , і визначають експериментально. Згідно рекомендацій В.П. Горячкін для стерні зернових , для стерні конюшини і для дернини . Значення питомого опору ґрунту може коливатись від 20 до 90 кПа, а значення у межах (1,5...9)×10³ кг/м³.

Проте формула В.П. Горячкін не враховує безпосереднього впливу тертя польових дощок по стінці борозни, вертикальної складової реакції ґрунту на робочі поверхні корпусів плуга, сил опору відрізанню скиби від дна і стінок борозни та вплив на це явище товщини леза лемеша.