МЕТОДИКА МНОГОВАРИАНТНОГО РАСЧЕТА ЭНЕРГОЕМКОСТИ РЕЗАНИЯ МЕРГЕЛЯ РЫХЛИТЕЛЕМ АВТОГРЕЙДЕРА

В ходе выполнения работы будет проводиться многовариантный расчет для определения наиболее энергоемкой схемы резания путем определения сил и мощности резания грунта рыхлителем при различных параметрах: количестве зубьев рыхлителя – 5, 4, 3; ширине зуба – 50 мм, 70 мм, 90 мм; шаге зубьев – 400 мм; угле резания – 45°; площадке износа шириной – 40 мм; заглублении зубьев – 130 мм,150 мм, 210 мм, 270 мм, 370 мм и 420 мм. Грунт – мергель, крепость которого характеризуется параметром  = 3,0 кг/см³. Силы и мощность резания будут определяться при первоначальных проходах рыхлителя.

1. Определение среднемаксимальной касательной силы резания Р

Расчет необходимо вести по общей формуле в виде (1):

 (1)

 коэффициент, характеризующий силу резания грунта;

 коэффициент учета угла резания;

 сумма сил для преодоления лобовых сопротивлений ножу;

 сумма сил разрушения грунта в боковых расширениях прорези;

 суммарная длина линий бокового среза грунта;

, ,  коэффициенты, при расчете которых применяется ориентировочный способ, основанный на использовании отношений установленных в результате ранее проведенных испытаний других грунтов.

Коэффициенты  и  принимаем как для плотных грунтов  и .

Коэффициент  определяем в зависимости от глубины резания по табл. 9 [1, с. 25]. При ширине площадки износа  и принимаем равным  = 0,464.

Необходимое значение коэффициента  учета угла резания применяется в зависимости от угла резания:  = 45,  следовательно  = 1 по табл. 7 [1, с. 22].

Коэффициент, характеризующий силу резания грунта, принимается в зависимости от удельной силы резания в лобовой части прорези при определенном угле резания: при  = 45, следовательно  = 3,0 кг/см³.

Сила для преодоления лобовых сопротивлений ножу, пропорциональная площади лобовой части и ширине среза, зависящая от угла резания и от крепости грунта определяется как:

                                             (2)

 – ширина зуба,

 –  заглубление зубьев,

 – количество зубьев.

Сила разрушения грунта в боковых расширениях прорези, пропорциональная площади их сечения, зависящая от крепости грунта и практически не зависящая от угла резания и ширины среза определяется как:

                                       (3)

площади боковых частей поперечного сечения прорези

 – количество зубьев.

При построении площадей учитывается критическая глубина резания , которая вычисляется из отношения  в зависимости от ширины ножа:

 = 3                                                                  (4)

 – ширина зуба,

 критическая глубина резания.

Подставляя в отношение (4) разные значения ширины зубьев, получим:

Площадь  определяется с учетом того, что расширение прорези начинается на глубине , которая меньше толщины среза:

                                                         (5)

 –  заглубление зубьев;

 – коэффициент глубины расширяющейся части прорези, равной для разных грунтов 0,80-0,95 по табл. 6 [1, с. 18].

Примем величину  = 0,92 в зависимости от вида грунта [1, с. 21].

Определим глубину  для всех вариантов заглубления зубьев по формуле (5):

 ,4

 ,4

Суммарная длина линий бокового среза грунта определяется как:

                                                      (6)

 – ширина зуба,

 – количество зубьев.

Для определения среднемаксимальной касательной силы резания необходимо вычислить частные площадки и длины сечения среза. Так как все зубья имеют одинаковые размеры, можно суммировать соответствующие площадки и длины сечения среза, используя формулу (1).

Подстановка величин в формулу (1) для каждого из заданных случаев расчета дает результаты (рис. 1):

Рисунок 1. Изменение зависимости среднемаксимальной касательной силы резания от глубины заглубления при переходе через точку критической глубины резания

2. Определение среднемаксимальной нормальной силы резания N

Среднемаксимальная нормальная сила резания вычисляется по формуле (7):

                        (7)

 – среднемаксимальная касательная сила резания;

 – дополнительная сила резания, которую необходимо прикладывать к ножу с площадкой износа или затуплением, считается пропорциональной длине режущей кромки при каждой толщине среза;

 угол резания, принятый равным 45;

 угол трения грунта по стали  18°- 20°. Примем  = 19°;

  угол трения между траекторией резания и площадкой износа или нижней частью поверхности грунтового нароста.

При расчете  будет использоваться ориентировочный способ, основанный на отношении (8):

                                                             (8)

 – дополнительная сила резания;

 коэффициент, характеризующий силу резания грунта;

 коэффициент зависимости от глубины резания при определенной ширине площадки износа.

Подстановка в формулу (7) численных значений ее членов дает величины N и исходя из этого можно получить результаты (рис. 2).

Во всех трех случаях сила N имеет положительное значение, следовательно, должна быть направлена в сторону поверхности массива.

Рисунок 2. Изменение зависимости среднемаксимальной нормальной силы резания от глубины заглубления

3. Определение мощности резания W

Для тяги рыхлителя используется автогрейдер ДЗ-180А. Из его технической характеристики следует, что работа возможна на его первой или второй передачах, при которых скорость передвижения:4 - 14 км/час [1, с. 45].

Вычисляем мощность резания по формуле (9):

                                                                (9)

 сила резания, средняя за все время процесса;

1000, 3600, 75  численные значения коэффициентов для выбранного тягача;

 скорость передвижения, принятая 4, 9 и 14 км/час.

Мощность резания определяется по силе резания, средней за все время процесса, которая меньше ее среднемаксимальной величины. Изменяется только сопротивление грунта передней грани ножа. Поэтому среднюю за все время процесса силу резания можно вычислить по формуле (10):

                                        (10)

коэффициент энергоемкости резания,  = 0,81 [1, с. 18].;

 среднемаксимальная касательная сила резания;

 дополнительная сила резания.

По результатам вычисления для всех вариантов получим одно значение наименьшей энергоемкости резания.

Рисунок 3. Схемы приложения сил P и N

Полученные результаты позволяют сделать вывод, что при заданных параметрах рыхлителя усилием тягача можно обеспечить рыхление грунта определённой толщины при первоначальном проходе. При разных вариантах ширины зуба усилие тягача обеспечивает подходящую глубину заглубления. Сделанные выводы справедливы при условии сохранения паспортного усилия на рыхлителе тягача. Однако после образования площадки износа на зубе действует сила отпора, уменьшающая вес машины. Чтобы уравновесить силу отпора, рыхлитель необходимо пригрузить.

Список литературы:

1. Ветров Ю.А. Расчеты сил резания и копания грунтов: Киев. гос. ун-т.; Киев: Изд-во Киев. ун-та, 1965. – 168 с.