22 | 05 | 2018
Учебные материалы
Для преподавателей
Работы студентов
Справочная и техническая литература
Статьи по темам

Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 4.00 (1 Голос)

Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений.

Анализ литературных данных  по вопросу формообразования самозатачивающегося лезвия показал, что резание пилообразным лезвием во многих случаях эффективнее, чем гладким.

С целью увеличения сроков службы и повышения работоспособности почвообрабатывающих рабочих органов необходимо поддерживать остроту их режущих элементов. При достаточной остроте лезвия его в процессе работы его режущая кромка приобретает зубчатую пилообразную форму, что способствует эффективному резанию почвы с корнями и стеблями растений.

В общем случае воздействие образуемого в процессе работы прерывистого лезвия на почву можно представить как взаимодействие двух тел по многим участкам контакта, описываемое интегральным уравнением вида:

, (2.11)

где – участки образуемых выступов;

– функция, заданная внутри интервала ();

– неизвестная функция внутри интервала (), удовлетворяющая уравнению (2.11) и определяемая по выражению:

(2.12)

где и – функции, описывающие конфигурацию, соответственно, режущего лезвия и почвы;
с – постоянная;

и – деформационные показатели, соответственно, режущего лезвия и почвы:

(2.13)

(2.14)

где Е1 и Е2 – модули деформации режущего лезвия и почвы;

– коэффициент Пуассона режущего лезвия;

– коэффициент бокового расширения почвы.

Так как в направлении движения прерывистого рабочего органа почву можно считать как безграничное полупространство, то уравнением контура почвы в плоскости взаимодействия будет бесконечная линия. Жесткость прерывистого лезвия по сравнению с почвой значительно больше, поэтому полагаем = 0.

Распределение давлений по участкам выступов зависит от формы образующегося участка и уравнение (2.12) для каждого из них принимает следующий вид:

(2.15)

Уменьшение общей силы сопротивления прерывистому режущему лез­вию, по сравнению со сплошным, объясняется тем, что под действием каж­дого выступа создаются концентрации напряжений, достигающие величины временного сопротивления разрушению почвы. Для полного разрезания поч­вы прерывистым лезвием минимальное давление на каждом выступе должно превышать временное сопротивление разрушения почвы, то есть. Принимая , из уравнения (2.13) определяем необходимое усилие раз­рушения выступом режущего лезвия в виде:

(2.16)

Таким образом, для полного подрезания почвы прерывистым режущим лезвием, каждый его выступ должен создавать давление, в раз превышаю­щее критическое усилие . Кроме того, выступы должны образовываться в процессе работы режущих лезвий так, чтобы они обеспечивали поверхности трещин отрыва во впадинах между выступами.

В случае, если растение не перерезается лезвием ножа, необходимо, чтобы оно не зависало на лапе, а передвигалось бы вдоль лезвия ножа. Т. к. лезвие образовано рядом выступов радиусом ρ, то растение должно передвигаться по поверхности шара. При отрыве растения от шара 1 угол β будет минимальным для рассматриваемого в данный момент шара 2. При действии на растение силы давления Р, направленной против движения лапы культиватора, со стороны шара 2 на растение будет действовать нормальная сила N и сила трения , где f – коэффициент трения растения о материал шара. Движение растения по поверхности шара 2 будет возможным, когда или .

Переходя к углу трения φ, можем записать , и, учитывая, что имеем .

Это условие обеспечивает движение растения по поверхности выступа. После отрыва растения от выступа 1 и дальнейшем движении растения по поверхности выступа 2 очевидно, что угол β будет увеличиваться, и условие будет выполняться [36].

Схема взаимодействия растения с пилообразным лезвием

Рис. 2.4. – Схема взаимодействия растения с пилообразным лезвием

Из рисунка 2.4 следует: , ,

где a - угол между направлениями доударной и послеударной скоростями растения;

D – диаметр растения.

Тогда .

С учетом определяется искомый размер выступа:

. (2.17)

Зависимость предельного безразмерного симплекса ρ/D от угла трения φ для различных углов γ, используемых в современных культиваторных лапах, представлена на рисунке 2.5.

Рис. 2.5. – Изменение безразмерного симплекса ρ/D от угла трения φ для различных углов γ

Анализ данной зависимости показывает, что при возможных максимальных углах трения φ, равных 49о (f = 1,15), симплекс ρ/D должен находиться в пределах 0,05…0,13 для углов γ, равных 50…53о. В среднем можно принять ρ/D = 0,09 или при диаметре растения D = 1 мм, соответствующем вьюнку полевому, средний радиус выступа должен составлять ρ = 90 мкм.

Из условия (2.17) следует, что найденный размер ρ обеспечивает сход даже неподвижных растений. Если же растение обладает относительной скоростью, то его дальнейшее движение возможно при определенных условиях, когда угол α между доударной и послеударной скоростями для данного растения не будет превышать некоторого предельного значения. Считая удар абсолютно неупругим, послеударная скорость может быть определена по формуле:

, (2.18)

где υ0 – доударная скорость;

fy – коэффициент мгновенного трения.

Предельное значение угла αmax соответствует послеударной скорости υп, равной нулю, и определяется по формуле

. (2.19)

Т. к. ,

безразмерный симплекс определяется как

. (2.20)

Зависимость безразмерного симплекса ρmax/D от угла a представлена на рисунке 2.6. При fy = 2 угол amax = 26,5о и симплекс ρmax/D = 0,16 или при D = 1 мм максимальный размер выступов не должен превышать 160 мкм.

Для определения перерезающей способности пилообразного лезвия исследована его толщина [36]. Толщина вдоль лезвия лапы является переменной величиной и зависит от диаметра выступов, фрикционных свойств перерезаемого материала, а также угла скольжения τ (рисунок 2.7).

Зависимость безразмерного симплекса ρmax/D от a между доударной и послеударной скоростями для различных углов γ

Рис. 2.6. – Зависимость безразмерного симплекса ρmax/D от a между доударной и послеударной скоростями для различных углов γ

Для оценки толщины лезвия предлагается использовать эквивалентную толщину δэкв, которая представляет собой выражение:

, (2.21)

где ;

ψ – угол между относительной скоростью растения и линией, перпендикулярной к направлению движения лапы.

Причем , .

Схема резания стебля при относительном перемещении по лезвию

Рис. 2.7. – Схема резания стебля при относительном перемещении по лезвию

На рисунке 2.8 представлена зависимость безразмерного симплекса от угла ψ для различных углов γ и φ. Представленные здесь кривые с углом φ = 90о соответствуют принятой по Н. Е. Резнику оценке остроты лезвия, когда не учитываются фрикционные свойства перерезаемого материала, а в качестве толщины лезвия принимается диаметр окружности, вписанной в контур его кромки. Угол ψ может изменяться от значения 90о до угла γ, при этом угол скольжения ножа изменяется в пределах от γ до 90о, а коэффициент скольжения ножа возрастает до бесконечности.

С увеличением угла τ, как известно, происходит кинематическая трансформация угла заточки и перенос части силы трения с нормального на тангенциальное направление. И то и другое способствует лучшей перерезающей способности ножа [36].

Рис. 2.8. – Изменение безразмерного симплекса от угла ψ для различных углов γ и φ

Кроме этого, при скользящем резании (ε > 2; τ > 63о; ψ < 77 - 80о) в снижении нормального усилия играет роль также кинематическая трансформация толщины лезвия и пилящее воздействие кромки. Анализ зависимостей, представленных на рисунке 2.8, свидетельствует, что с уменьшением угла ψ от 90о до 77…80о происходит незначительное увеличение эквивалентной толщины ножа, а дальнейшее снижение этого угла приводит к ее резкому уменьшению и при углах ψ = 55…60о практически равно нулю. Поэтому, в случае, если растение не было перерезано лезвием на начальном этапе, то, скользя по лезвию ножа при имеющемся постоянном подпоре со стороны почвы, оно будет обязательно перерезано, т. к. это приведет к увеличению угла τ и снижению эквивалентной толщины δэкв.


Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений - 4.0 out of 5 based on 1 vote

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить