Сила тяги плуга

Рабочее сопротивление плугов и определение числовых характеристик тягового сопротивления рабочих органов почвообрабатывающих машин

Рациональное использование механической энергии на пахоту ставит задачей изучение тягового усилия, расходуемого плугом в различных условиях работы. Данные динамометрических измерений силы тяги лежат в основе испытаний плугов, поскольку в значительной мере характеризуют их качество. К сожалению, результаты измерения сопротивления почвы плугу не отличаются постоянством, что может вызвать и ошибочные выводы. Нужно дополнительно знать размеры обрабатываемого пласта, тип почвы, ее состояние и т.д. А поскольку никогда не может повториться вся сумма условий опытов, то результаты тяговых измерений могут быть сопоставимы только при одновременных сравнительных испытаниях.

Но и при таких исследованиях невозможно добиться одинаковых условий. Могут отличаться от заданного фактические размеры пласта, скорости агрегата, причем очень часто различия в сопротивлении вполне соизмеримы с неравномерностью условий испытания.

В связи с необходимостью приведения опытных данных к сопоставимым результатам возникла необходимость в установлении зависимости между технологическими показателями вспашки, такими как размеры пласта, тяговое сопротивление, скорость машины и свойства почвы.

В качестве первой попытки обобщения многочисленных опытных данных динамометрирования плугов было использование формулы, распространенной тогда в теории резания металлов [1]:

^,

где Р - сила сопротивления резанию;

a, b - глубина пахоты и ширина пласта;

A, α, β - коэффициенты, устанавливаемые опытным путем.

К сожалению, аналогия между процессом резания металлов и вспашкой оказалась неудачной по следующим причинам:

1. Геометрия рабочих органов плуга и резца значительно отличается, поскольку цель обработки у них разная. То, что является отходом при точении (стружка), при вспашке составляет цель всей работы. Отсюда, особые требования к продуктам обработки.

2. Плуг необходимо перемещать по полю, следовательно, на расход энергии и тяговое сопротивление будет влиять масса орудия, в то время как масса резца никакой особой роли играть не может.

3. Формула не учитывает скорость резания, т.е. справедлива лишь для узкого диапазона скоростей, при которых получены опытные данные. Без учета скорости формула превращается в более или менее удачную эмпирическую зависимость, описывающую результаты опытов.

Для более точного выяснения состава формулы сопротивления почвы движению плуга необходимо выявить природу важнейших компонентов этого сопротивления с физической точки зрения.

Так, имеется три основных составляющих силы сопротивления почвы [1]:

,

где Р - горизонтальная составляющая сила тяги плуга;

Р₁ - сила сопротивления перемещению плуга по полю, включающая в себя силы трения почвы о рабочие органы, сопротивление перекатыванию колес и т.д.;

Р₂ - сопротивление почвы деформации;

Р₃ - сила, необходимая на отбрасывание пласта в сторону с некоторой скоростью, пропорциональной скорости движения агрегата.

Анализ Р₁ показывает, что вообще говоря, все виды сопротивления на перемещение плуга по полю зависят от силы веса плуга, т.е.

, (2.1)

где f - коэффициент, по своей природе напоминающей коэффициент трения, хотя состав его гораздо более сложен, чем в обычном трении.

Второй член формулы Р₂ по общим законам сопротивления материалов пропорционален площади поперечного сечения деформируемой среды:

, (2.2)

где k - коэффициент сопротивления почвы деформации.

Третий член формулы учитывает необходимое сообщение кинетической энергии отбрасываемому пласту. Пусть около рабочих органов в единицу времени проходит почва с массой и отбрасывается в сторону со скоростью V₁, пропорциональной скорости агрегата, т.е.

.

Кинетическая энергия пласта

.

Но Т - это работа в единицу времени (в одну секунду), т.е.

,

где l ₁ - путь, проходимый машиной в единицу времени, то есть скорость V, тогда

,

или

.

Масса почвы, обрабатываемая плугом в единицу времени, будет равна:

,

где γ - объемный вес почвы, тогда

.

Если ввести обозначение

,

то

. (2.3)

Таким образом, формула для определения тяги, необходимой для преодоления всех видов сопротивлений почвы, определится так:

. (2.4)

Часто эту зависимость называют рациональной формулой В.П.Горячкина. При ее выводе, идеализируя явления, пренебрегают трением почвы о корпус, работой лезвия, разной скоростью полета частиц почвы, зависимостью сопротивления деформации от скорости, различаем коэффициентов трения качения (для колес) и скольжения (для лезвий лемехов и полевых досок), отличием реакций на опорах полунавесного или прицепного плугов и т.д.

Дата добавления: 2015-06-04