В.П. Горячкин - основоположник земледельческой механики

Известно, что условия работы плуга определяются свойствами почвы, ее задернелостью, механическим и химическим составом, глубиной и шириной вспашки. Эти условия непрерывно меняются, поэтому многочисленные попытки создать универсальный плуг, т. е. такой плуг, действие которого было бы одинаково удовлетворительно на различных почвах и при различной глубине вспашки, терпели неудачу. Сейчас с полным основанием можно утверждать, что для всякой почвы и для определенного соотношения глубины и ширины пласта следует применять специальный плуг. К этому собственно и стремились создатели плугов в различных уголках России. Но дальше идти по такому пути было экономически нецелесообразно. Следовало определить предел тех условий, при которых один и тот же плуг может служить одинаково хорошо.

В конце XIX в. еще не выработалось единого мнения на требования к плугу. Одни практики считали, что пласты должны опираться друг на друга, другие - что пласты должны крошиться, третьи утверждали, что большая часть поверхности почвы должна быть подвержена действию воздуха.

В то время не были изучены, даже в самых общих чертах, физико-механические свойства различных почв. "Современное учение о почве дает, к сожалению, совершенно недостаточные указания о физических свойствах почвы, имеющих громадное значение для конструкции плугов. К таковым относятся величина частиц, трение, прилипание, влажность и связанность... Все эти величины представляют основной фундамент, на котором должно покоиться построение плуга", - писал В. П. Горячкин.

Рабочие органы почвообрабатывающих машин не могли строиться на основе строгих технических расчетов геометрии, математики, механики и с учетом свойств обрабатываемой среды. Плуги разрабатывались чисто эмпирическим путем интуитивного творчества, т. е. крайне нерационально. Не случайно история плуга насчитывает тысячелетия. Это история бесконечных исканий, наблюдений, измерений, ошибок и неудач. В основе этого метода лежала личная наблюдательность мастера, его сообразительность и фантазия при самом незначительном участии науки, при этом в самых примитивных формах.

В других отраслях техники, в промышленности, горном и текстильном деле уже применяли строгие технические расчеты конструкций и режимов работы при проектировании машины и механизмов.

Такой подход требовался и к разработке сельскохозяйственных машин и орудий, в том числе и при построении рабочих поверхностей плужных корпусов. Требовался научный метод проектирования отвала.

Как уже отмечалось, итальянские аббаты Ламбручини и Ридольфи дали элементы геометрических построений для получения винтовой поверхности отвала. Однако эти элементы не могли стать основанием для создания методики расчета параметров отвала.

Впервые попытку теоретического определения необходимой длины отвала предпринял в 1855 г. француз Грандвуане. Исходными его предпосылками были энергетические показатели, а именно получение наименьшей силы тяги в зависимости от сил трения и оборачивания пласта. Он не принимал во внимание основной показатель работы отвала - качество вспашки.

Эту единственную теорию отвала пытались развить в России Б. Королев в 1876 г. и А. Зеленский в 1885 г.

Правильнее было называть ее не теорией, а элементами теории, так как она не учитывала главного результата плужной вспашки - хороший оборот и рыхление почвенного пласта.

Впервые глубоко научную теорию отвала разработал выдающийся русский ученый, основоположник земледельческой механики академик Василий Прохорович Горячкин (1868 - 1935 гг.). Он писал: "Для выяснения поверхности отвала можно наметить очень разнообразные пути: исторический (эмпирический) и теоретический (геометрический, механический и технологический). Но все эти способы сводятся к одному - развитию клина... Трехгранный клин является основным элементарным и в то же время единственно возможным орудием. Никаких других орудий в пространстве трех измерений существовать не может. В общем случае клин служит для разрушения и перемещения материала. Поэтому в основе общей теории орудий должна быть поставлена теория разрушения материалов и теория клина".

После окончания в 1894 г. Московского высшего технического училища В. П. Горячкин был приглашен в Петровскую сельскохозяйственную академию для преподавания курса сельскохозяйственных машин. Тщательно изучив русскую и иностранную литературу по сельскохозяйственным машинам и ознакомившись со всеми видами машин, выпускаемых на заводах России, Германии и Франции, В. П. Горячкин пришел к выводу, что науки о сельскохозяйственных машинах не существует.

Он писал: "Среди опытных наук есть такая, как земледельческая механика, содержание которой для многих остается неясным, возможно даже ожидать вопрос о том, можно ли вообще считаться с земледельческой механикой как с наукой и не представляет ли она по своему содержанию, как некоторые другие, попросту соединенный каталог главнейших фирм. Многие склонны придерживаться взгляда на сельскохозяйственные машины и орудия, как на слишком мелкие, подобно, например, различным приспособлениям и орудиям для домашнего хозяйства".

Преподавание курса сельскохозяйственных машин в тогдашних немногих учебных заведениях сводилось к описанию устройства машин и двигателей, передаче советов, методов и навыков по монтажу и эксплуатации машин и совершенно не объясняло, почему машина построена так, а не иначе. Преподаватели не делали даже попыток установить связь и взаимозависимость между технологическим процессом, машиной, зерном, растением и почвой.

В. П. Горячкин встал на новый путь, он начал усиленно разрабатывать теоретические основы расчета и конструирования сельскохозяйственных машин. Впоследствии он писал: "Сельскохозяйственное машиностроение, находясь в руках практиков, не имеет под собой научной почвы. До сих пор не существовало ни одной книги ни на русском, ни на иностранных языках по изучению конструктивных форм и расчета сельскохозяйственных машин и орудий. Поэтому общий уровень сельскохозяйственного машиностроения очень низок и производит грустное впечатление".

Первой машиной, научные действия и проектирование которой обосновал В. П. Горячкин, был плуг. Несмотря на то, что в практике земледелия накопилось множество различных конструкций плугов, научного объяснения принципа оборота пласта не было. Невозможно было предсказать: когда и какой отвал применим. Не было ответа и на обратную задачу: как спроектировать отвал для конкретных почв. Нужно было выяснить взаимодействие отвала с почвой. Не зная этого, можно было создавать бесконечное множество плугов, но нельзя было изобрести плуг, отвечающий требованиям научной агротехники.

Среди множества типов плугов Горячкин отобрал наиболее перспективные конструкции и провел всестороннее изучение их форм и геометрических профилей.

Работу эту Василий Прохорович выполнял на Бутырском хуторе, где Московское общество сельского хозяйства устраивало выставки сельскохозяйственных машин и орудий (такие выставки проходили в 1896, 1897, 1898, 1903, 1908, 1909 и 1910 гг.).

В 1898 г. выходит его первая научная работа - "Отвал". В. П. Горячкин установил, что отвал плуга воздействует на почву подобно резцу при обработке металла, отрезает полоску, как резец стружку, деформирует ее, поднимая по плоскости отвала, и сваливает в борозду, кроша и измельчая пласт. Характер земляной стружки зависит от состояния почвы и формы отвала. Эта зависимость выражается строго математически.

Влажная почва - почвенная стружка хорошо сохраняется и по форме напоминает металлическую стружку. Сухая почва - стружка сходна со стружкой при обработке чугуна.

Проводя обширное обследование, установив характер взаимодействия плуга с почвой, Горячкин создал теорию отвала и разработал методы его построения. Он изложил эту теорию своим студентам, что явилось первопричиной недоброжелательного отношения к нему профессоров, читавших прежний "описанный курс машиноведения". Но, несмотря на это, в 1898 г. выходит сборник его лекций "Учение о сельскохозяйственных машинах и орудиях", изданный литографским способом.

Ныне научное наследие Горячкина составляет 365 трудов. Научные труды Горячкина не только раскрывали законы механики, на которых основано действие машины, но и впервые теоретически разрешали вопрос о том, каким требованиям должна отвечать та или иная сельскохозяйственная машина.

В. П. Горячкин разработал основные принципы познания физических явлений, происходящих при воздействии на обрабатываемый материал (например, почву) рабочим органом. В его работе "Общая схема процессов" заложены общие теоретические основы технологических процессов обработки сельскохозяйственных материалов.

При этом "общая задача исследований во всем объеме заключается в том, чтобы выяснить связь между основными элементами работы: двигателем, машиной, материалом. Оценить какой-нибудь процесс возможно только при учете всех трех указанных элементов",- писал В. П. Горячкин.

Только при наличии этих трех элементов - источника энергии, передатчика энергии и аккумулятора - возможно возникновение и развитие всякого явления, будь оно механическим, химическим и т. д.

Новую науку В. П. Горячкин назвал земледельческой механикой.

Для практической проверки своих теоретических работ В. П. Горячкин пытается создать при Московском сельскохозяйственном институте машиностроительную станцию. Средств на открытие станции В. П. Горячкин долго и упорно добивался от департамента земледелия начиная с 1908 г. Но всякий раз он получал отказ. Только в 1913 г. ему разрешили открыть станцию.

Станция сыграла огромную роль в деле разработки научных основ проектирования сельскохозяйственных машин и в подготовке кадров сельскохозяйственных инженеров. Здесь с ним работали его ученики, ставшие впоследствии видными учеными: В. А. Желиговский, Н. Д. Лучинский, Н. В. Щучкин, В. П. Селезнев, И. И. Артоболевский, М. А. Пустыгин, Г. Н. Синеоков и др. Они продолжили дело, начатое В. П. Горячкиным. Теория отвала и плуга, созданная В. П. Горячкиным, завершила длительный путь эволюции главного рабочего органа плуга - отвала. Вместо примитивной доски отвал приобрел сложную геометрическую поверхность, построение которой выполняют по требованиям агротехники.