CC BY
75
Н.П. Волосевич, доктор техн. наук, профессор
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова»
НАУЧНОЕ ЗАВЕЩАНИЕ АКАДЕМИКА В.П. ГОРЯЧКИНА
Ровно 110 лет отделяет нас от публикации первого научного труда В.П. Горячкина. Первая его научная работа «Отвал» вышла в свет в 1898 г. Так началась плодотворная работа Василия Прохоровича по созданию стройной, глубоко научной системы теоретических основ, методов расчета и испытаний сельскохозяйственных машин.
Обращаясь к великому научному наследию Василия Прохоровича, и по сей день не перестаешь удивляться его прозорливости и плодотворности научных идей. Например, в работе «Теория барабана» (1910 г.) В.П. Горячкин писал: «Таким образом, теория барабана сводится к задаче о вращательном движении твердого тела с переменной массой, испытывающего непрерывные удары. Эта область теоретической механики еще недостаточно исследована». Данное утверждение в цитате вполне естественно, так как основоположник механики тел переменной массы, в которой второй закон Ньютона является частным случаем, проф. И.В. Мещерский (1859-1935 гг.) жил и создавал свою теорию одновременно с В.П. Горячкиным. Поэтому приведенную цитату следует считать научным завещанием В.П. Горячкина.
Действительно, в настоящее время задачи динамики сельскохозяйственных машин решают с использованием законов механики тел постоянной массы. В то же время большинство сельскохозяйственных агрегатов, машин и их рабочих органов в процессе работы представляют собой движущиеся тела переменной массы.
Например, масса разбрасывателей органических и минеральных удобрений за 5.. .10 мин непрерывной работы уменьшается в 2,5.3 раза, а секундный расход массы, проходящей через разбрасывающие рабо-
чие органы, достигает 20.25 кг. Масса современного зерноуборочного комбайна во время работы ежесекундно увеличивается на 8.12 кг и за 8.10 мин непрерывной работы возрастает на 30.35 %. Такое же количество обмолачиваемой массы входит в молотильный барабан, а затем покидает его.
При работе плуга масса почвенного пласта, поступающая на корпуса, присоединяется к массе плуга, а затем отбрасывается от него. Несмотря на то, что количество присоединяющейся и отбрасываемой массы при нормальной работе плуга одинаково и, следовательно, абсолютное значение массы плуга с пластом в каждый момент времени остается постоянным, тем не менее работающий плуг представляет собой тело переменной массы, так как относительная скорость присоединяющихся частиц почвенного пласта не равна нулю.
Переменность массы в работе характерна не только для сельскохозяйственных машин и агрегатов, но и для их отдельных рабочих органов (молотильных, сепарирующих, транспортирующих и др.). Переменность массы в работе машин заложена в самой природе сельскохозяйственного производства. Это дает основание рассматривать динамику сельскохозяйственных машин как динамику тел переменной массы.
Многие задачи динамики тел переменной массы сводятся к задачам динамики точки переменной массы. Как отмечал И.В. Мещерский: «Так как изменение массы мы наблюдаем в случае тел конечных размеров, то, чтобы иметь основание для изучения движения точки переменной массы, нужно прежде всего показать, что задача о движении тела переменной масыы может привести нас к соответствующей задаче о движении точки переменной
7
массы». В то же время многие сельскохозяйственные машины и их рабочие органы совершают как поступательное или возвратно-поступательное, так и вращательное движение. Задачи этого класса также можно рассматривать как динамику точки переменной массы. Как указывал И.В. Мещерский, «. масса тела может изменяться таким образом, что центр инерции сохраняет свое положение относительно тела; в этом случае получаются дифференциальные уравнения того же вида, что и в случае движения поступательного».
Например, при пропускной способности молотильного аппарата зерноуборочного комбайна 6.8 кг/с присоединившаяся к барабану масса не превышает 0,1.0,15 % его собственной. Таким образом, динамику молотильного барабана с теоретической точки зрения можно рассматривать как динамику точки переменной массы.
Следовательно, многие задачи динамики сельскохозяйственных машин можно решать с помощью уравнений движения точки переменной массы. Вывод этого уравнения, кроме «гипотезы контактного взаимодействия частиц», основывается на двух законах классической механики — законе сохранения количества движения и законе независимого действия сил.
Применение механики тел переменной массы в исследованиях сельскохозяйственных машин и их рабочих органов позволит выявить дополнительные, ранее не учитываемые силы, вызванные присоединением и отбрасыванием массы, влияющие на актуальную в современных условиях энергетику рабочих процессов.
В заключение хотелось бы еще раз подчеркнуть, что научные идеи В.П. Горячкина актуальны и перспективны и по сей день.
УДК 631.3
Э.В. Жалнин, доктор техн. наук, профессор
Государственное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства»
АКСИОМЫ ПРОЦЕССОВ ЗЕМЛЕДЕЛЬЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ
Под процессами земледельческой механики будем понимать целенаправленные воздействия рабочих органов машин, самих машин, их агрегатов и комплексов машин на сельскохозяйственную среду (агросреду) для получения какого-либо конечного сельхозпродукта или создания для этого определенных условий.
Технологический процесс работы любой сельскохозяйственной машины — это последовательность механических, физических, агробиологических, химических и иных воздействий на обрабатываемый материал с целью изменения его состояния по качественным и количественным признакам.
В.П. Горячкин (по отзывам современников) насчитывал около 40 процессов (воздействий) земледельческой механики. Однако найти перечень этих процессов в горячкинской редакции не удалось.
На рисунке представлен авторский вариант перечня общефизических процессов земледельческой механики, которые применяются в большинстве современных сельскохозяйственных машин. Последние десятилетия характеризуются наиболее интенсивным поиском путей формализации этих процессов, разработкой различного вида математических и экономико-математических моделей. Это дает возможность моделировать эти процессы, выявлять оптимальные условия их реализации, обосновывать оптимальные параметры и режимы работы сельскохозяйственных машин и их комплексов.
В порядке дальнейшего развития этого направления автором сформулирована рабочая гипотеза об однородности процессов земледельческой механики и процессов общего естествознания. Соответственно для их математического моделирования может быть применен общеметодологический математический аппарат, основанный, например, на дифференциальных и интегральных сравнениях.
Выяснилось, что, несмотря на многообразие процессов земледельческой механики, они обладают рядом общих признаков, названных автором аксиомами. Они определяют общий для большинства процессов внутренний механизм их развития.
Приведем эти аксиомы с некоторыми комментариями.
Первая аксиома. Большинство динамических и технологических процессов земледельческой механики, происходящих в установившемся режиме, являются непрерывными и могут быть выражены непрерывными функциями в зависимости от обусловливающих их факторов-аргументов (X).
Эта аксиома предполагает, что в установившемся режиме работы любой сельскохозяйственной машины, находящейся в исправном состоянии, маловероятно внезапное прекращение процесса ее функционирования под действием внутренних факторов. Например, при вспашке почвы сила сопротивления плуга вдруг не стала зависеть от параметров почвен-
