Анализ рабочих сопротивлений машин

Изучая тяговое сопротивление машин, основоположник земледельческой механики академик В.П. Горячкин установил, что при равномерном рабочем движении машины сопротивление можно представить в виде трех слагаемых:

сопротивления на перекатывание и протаскивание машин R₁ – вредные сопротивления от сил трения качения и скольжения, пропорциональные в основном массе машин;

сопротивления, возникающие при деформации обрабатываемого материала R₂ – полезные сопротивлении, в основном зависящие от физико-механических свойств обрабатываемого материала, типа и состояния рабочих органов;

сопротивления, появляющиеся при перемещении и отбрасывании обрабатываемого материала R₃ – могут быть как вредными, например, при отбрасывании почвы лапами культиватора так и полезными, например, при перемещении почвы окучниками при окучивании картофеля или отвалами плуга при пахоте.

Общее сопротивление машиныв упрощенном виде можно записать

Из многочисленных причин, обуславливающих величину тягового сопротивления плуга, акад. Горячкин В.П. выделил главнейшие и вывел рациональную формулу для определения силы сопротивления тяге плугов при работе агрегатов:

где G_пл – вес плуга, кН; f_прот – коэффициент протаскивания плуга в борозде; К_П – коэффициент сопротивления почвы, представляющий собой сопротивление поперечного сечения пласта почвы деформации, кН/м²; a, b – глубина и ширина пласта, м;

ε – коэффициент пропорциональности, ;

V_р – рабочая скорость, м/с.

Теоретическое значение этой формулы заключается в аналитическом описании общего закона сопротивления машин при выполнении технологических процессов. Действие закона распространяется не только на плуги, но на другие машины, используемые в составе полевых мобильных агрегатов.

Первый член рациональной формулы(G_плf_прот)включает в себя сопротивление передвижению от трения во втулках и подшипниках колес и других приводных механизмах машин, трение ходовых колес о почву, затраты энергии на ее смятие под действием массы машин, приходящейся на ее ходовую часть, трение между рабочими органами и почвой или другими обрабатываемыми материалами (затраты энергии на протаскивание лемехов плуга в открытой борозде, лап противоэрозионных сеялок, трение семян в высевающих аппаратах сеялки и т.п.).

Второй член формулы (К_П*a_*b)отражает затраты энергии на деформацию обрабатываемого материала: отрезание пласта в горизонтальной и вертикальной плоскостях, крошение и оборот пласта рабочей поверхностью плуга; срезание и измельчение стеблей культурных растений при уборке и др. Это усилие зависит от удельного сопротивления почвы и размеров поперечного пласта; сопротивления растений срезу, перемещению по транспортирующим поверхностям, рабочим органам машин.

Третий член формулы ( ) представляет собой усилие, необходимое на отбрасывание объема почвы в сторону или другого обрабатываемого материала со скоростью V_р. Это усилие затрачивается на сообщение кинетической энергии частицам пласта почвы, измельченного материала при отбрасывании их в сторону (например, роторами измельчающих устройств и др.).

Предлагая рациональную формулу, В.П.Горячкин предвидел, что «в будущем, при более подробном изучении, каждый из членов формулы, может быть, придется развить и заменить более сложными функциями». Современное состояние науки позволяет более подробно изучить составляющие общего сопротивления машин, что важно для их конструирования и эксплуатации.

В общем виде тяговое сопротивление сельскохозяйственных машин-орудий можно представить уравнением:

где R_f – сопротивление перекатыванию, возникающее в результате трения во втулках колес, трение ободьев колес о почву, сопротивление почвы прессованию ходовой частью; R_φ – сопротивление, возникающее в результате трения-скольжения рабочих поверхностей машин или орудий об обрабатываемую среду: почвы о лемех, отвал, зубья, диски; стеблей о режущий аппарат, семян и удобрений о детали высевающего аппарата; R_d – сопротивление деформации обрабатываемой среды (крошению пласта, рыхлению при бороновании и культивации; срезанию растений и др.); R_ε – сопротивление, затрачиваемое на сообщение кинетической энергии (живой силы) частицам обрабатываемой среды (отбрасывание пласта при вспашке, частиц почвы – при бороновании, культивации и лущении, стеблей – при уборке); R_Т – сопротивление, вызываемое трением в передаточных механизмах сеялок, посадочных машин и др., приводимых в движение от колес машин; R_Т.ПР – сопротивление передаточных механизмов энергии (ВОМ и др.); R_ПР.Х – сопротивление активных приводных рабочих органов машин; R_α – сопротивление перемещению машин на подъем.

У почвообрабатывающих машин сопротивление деформации почвы составляет 40-70% всего тягового сопротивления, у посевных и посадочных машин – 23-40%, у культиваторов и зубовых борон – 33-34% общего сопротивления.

Сопротивление перекатыванию у почвообрабатывающих орудий составляет 7,0 – 20%, у посевных и посадочных – 43-63%, у прицепных комбайнов до 90-95% общего рабочего сопротивления.

Сложность опытного определения коэффициентов составляющих развернутой формулы В.П.Горячкина и изменчивость даже их средних значений привели к тому, что для практических расчетов применяют более простые методики и методы определения тяговых сопротивлений сельскохозяйственных машин.

Тяговое сопротивление определяют опытным путем с помощью тензоаппаратуры в конкретных условиях работы и при рабочих скоростях для плугов , км/ч; для непахотных агрегатов - , км/ч.