1.3. Тяговий опір плуга.
Тяговий опір є однією з основних енергетичних характеристик плуга. Оскільки оранка є найбільш енергоємним технологічним процесом у виробництві, вона заслуговує на особливу увагу як в практичному, так і в конструкторському і теоретичному аспектах.
Академік В.П. Горячкін дійшов висновку, що на опір плуга впливають три сили: сили тертя плуга об ґрунт P1, сили на деформацію ґрунту P2 і сили, що витрачаються на відкидання скиби ґрунту вбік P3:
(6.1)
Сила тертя плуга об грунт, Н:
(6.2)
де f – загальний коефіцієнт тертя, якій враховує, що плуг спирається частково на опори, що ковзають, частково – на колеса; G – сила тяжіння плуга, Н.
Сила Р2 прямо пропорційна площі поперечного перетину скиб:
(6.3)
де k – питомий опір грунту, що залежіть від фізико-механічних властивостей, геометричної форми, розташування робочих корпусів, їх складу і гостроти лези лемешів (k=30000 Н/м2); a – глибина орання, м; b – ширина захвату одного корпусу, м; nк – кількість корпусів (4);
Третій член рівняння (6.1) визначається із рівності імпульса і кількості руху:
де m – масса грунта, кг; vг – швидкість грунту, що відкидається, м/с.
Якщо час прийняти t=1, m=m0, то
Маса грунту m0, що відкитається за одиницю часу, рівна її об’єму помноженому на об’ємну вагу і поділеному на прискорення сили тяжіння:
де V – швидкість переміщення плуга, м/с; γ – обємна вага грунту, м3/кг.
Можливо вважати, що швидкість, яка передається грунту корпусом плуга, прямо пропорційна швидкості руху плуга:
Відповідно
(6.4)
де ε=с·γ/g (приймаємо ε=180 кг·с2/м4).
Після підстановки (6.2) –(6.4) у (6.1) маємо
Академік В.П. Горячкін цю формулу назвав раціональною, бо вона виражена раціональним алгебричним виразом і суть її є раціональною з погляду механіки.
Перший член раціональної формули тягового опору плуга виражає опір, пропорційний силі ваги G і коефіцієнту пропорційності f, який визначається при протягуванні плуга у відкритій борозні.
В.П. Горячкін до цього опору відніс опір тертя об дно борозни і втулок коліс об осі, опір перекочування коліс по полю. Цю сукупність опорів він назвав «мертвим опором».
Другий член виражає опір, зумовлений деформацією скиби завтовшки а і завширшки b, а коефіцієнт k є питомим опором ґрунту, який виражається у ньютонах на квадратний метр (Н/м2).
Третій член є опором, який пов’язаний із наданням кінетичної енергії (живої сили) часточкам скиби завтовшки а і завширшки b за швидкості V руху плуга. Коефіцієнт ε залежить від параметрів (геометричної форми) робочої поверхні плужного корпусу та властивостей ґрунту і виражається в ньютон-секундах у квадраті на метр у четвертому степені (Н·с2/м4).
В.П. Горячкін та інші дослідники значення коефіцієнтів f, k і ε визначали динамометруванням плугів у різних ґрунтових умовах. У багатьох випадках вони були нестійкими. За даними В.П. Горячкіна, вони мають такі значення: f = 0,5 для стернища і f = 1,0 для конюшинища; k=20000 Н/м2 на легких, 30000 Н/м2 на середніх і 40000…50000 Н/м2 на важких ґрунтах; ε=1500…2000 Н·с2/м4.