Зависимость сопротивлений внедрению ковша в штабель от глубины внедрения Wвн(S) является одной из базовых зависимостей, характеризующих ковшовый погрузочный орган. Общеизвестно, что соотношение между сопротивлениями внедрению Wвн и глубиной внедрения является случайной функцией. Однако до последнего времени при проектировочных и эксплуатационных расчётах пользовались детерминированной версией этого соотношения. Это не позволяло определить реальные колебания сопротивлений, а следовательно, глубины внедрения, находить максимально возможные усилия. Такое упрощение сказывалось, в конечном счёте, на точности расчёта производительности ковшей ШПМ.
Существует много вариантов математических зависимостей Wвн= f(S): Г.В. Родионов, В.Г. Сильня, О.Д. Гагин, В.Д. Ерейский [34, 50, 52, 64]. Наиболее полно в обобщённом виде представляется модель В.Д. Ерейского с учётом размера куска горной массы перед внедряющимися кромками [64, 100].
Исходная модель математического описания сопротивлений внедрению ковша традиционной формы с двумя боковыми стенками имеет вид [64]:
, (3.1)
где Wвн.к – полное сопротивление внедрению ковша, Н; В – ширина днища ковша, см; dэфф – эффективный «диаметр» частиц, то есть усреднённый «диаметр» частиц, одновременно взаимодействующих с передней кромкой ковша, см; S – глубина внедрения ковша, см; Kb1 = 0,25+0,034b1 – коэффи-циент, учитывающий угол наклона днища ковша к почве, град; b1 – угол наклона днища к почве, град; a – угол наклона почвы выработки к горизонтам, град; Кус – коэффициент, учитывающий влияние угла сопряжения боковых стенок с днищем; Кгт – коэффициент, учитывающий влияние горнотехнических условий: высоты штабеля Ншт, вида груза, H:
, (3.2)
где Квг – коэффициент, учитывающий влияние вида груза; Ктп – коэффициент, характеризующий «трудности» процесса погрузки, то есть состояния почвы, разрыхлённость горной массы после взрыва; А – угол наклона передней кромки боковой стенки к почве выработки, рад.; С1 – угол отклонения боковых стенок от вертикали, рад.; (S – S1) – глубина внедрения боковых стенок, см; S1 – длина выступающей части днища относительно боковых стенок, см; a – угол наклона почвы выработки к горизонту, град (a >0 при проведении уклонной выработки сверху вниз).
Коэффициент влияния угла сопряжения Кус по результатам экспериментальных исследований О.Д. Гагина [52] имеет вид:
, (3.3)
где С – угол сопряжения боковых стенок с днищем.
Геометрические параметры ковшей приведены на рисунке 3.1.
А
Б
Рис. 3.1. Геометрические характеристики ковша:
а) машина с осевой разгрузкой ковша; б) машина с боковой разгрузкой ковша
Зависимость (3.1) является обобщением многолетних экспериментальных исследований, выполненных в научных школах СО АН СССР под руководством проф. Г.В. Родионова и в НПИ под руководством доцентов О.П. Иванова и В.Г. Сильня [32, 49]. Однако для современных ковшовых погрузочных машин её использование затруднительно по следующим соображениям:
используются внесистемные единицы измерения;
ковши машин с боковой разгрузкой могут не иметь боковых стенок или могут снабжаться одной боковой стенкой; в этом случае коэффициент Кус, учитывающий объединение зон деформаций на сопряжение днища и боковых стенок, должен учитывать реальную геометрическую форму ковша;
единое выражение для Wвн.к при 
и 
затрудняет использование формулы при программных вычислениях;
уточнить значения коэффициентов Квш в функции глубины внедрения.
Поэтому ниже приводятся результаты модификации выражения (3.2), выполненные путём разделения сопротивления внедрению днища Wвн.дн и боковых стенок Wвн.бок:
Wвн.к = Wвн.дн + Wвн.бок. (3.4)
Для формирования Wвн.дн. в первую часть выражения (3.1) введены следующие изменения, не противоречащие результатам экспериментальных исследований: