Сборник статей
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 4.25 (2 Голосов)

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:

image021_23_ac72c11e9424b0d4cee996b013176616 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений, (2.11)

где image022_22_4a24924e681442003ebd76f439a0176a Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений– участки образуемых выступов;

image023_23_3483d9378ec0c2ca19624febf86b908d Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений – функция, заданная внутри интервала (image024_22_e74e4badc6cb1d80132b44e3e8e07929 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений);

image025_20_559260f4e7c205af3df0e87f30386818 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений – неизвестная функция внутри интервала (image026_21_3c50f800bcef48e9f62ba9495709107c Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений), удовлетворяющая уравнению (2.11) и определяемая по выражению:

image027_21_4ace276ffce9d4351464579c10996a27 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений (2.12)

где image028_20_c90c8d1c8e752b84dfba4ab30b58fd27 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений и image029_20_eb8ddd31525b14c00aa37d4df7104f9d Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений – функции, описывающие конфигурацию, соответственно, режущего лезвия и почвы;
с – постоянная;

image030_19_001a58019bd35a07a11f4416e77493fc Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включенийи image031_19_ccb54e47f594fbf3bb4743959c67faeb Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений– деформационные показатели, соответственно, режущего лезвия и почвы:

image032_19_3d50cdc8a6b1a9e579d6e554b238fcc3 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений (2.13)

image033_18_255df4dd9c960c468574e516495a43c3 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений (2.14)

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

image034_18_05c7fbe08caf19ab481a5e505297e462 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений – коэффициент Пуассона режущего лезвия;

image035_17_3cdbd1374ef118e6f16a0e84f24c4595 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений – 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 image036_18_e9a257f23a90426a6d304cdbf56dd263 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений = 0.

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

image037_18_4c8fad372ff0957bff46b01957ef338b Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений (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 естьimage038_18_74d804968eecd9a5649be90ba33ff03e Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений. Принимая image039_17_c3c8b8258ddc29a64e521183cddb6a9f Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений, из уравнения (2.13) определяем необходимое усилие раз­рушения выступом режущего лезвия в виде:

image040_17_89740f523d3da113c4cbd6769f9f4fe4 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений (2.16)

Таким образом, для полного подрезания почвы прерывистым режущим лезвием, каждый его выступ должен создавать давление, в image041_16_9fe5c87577a37f498628218bbd34db8e Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений раз превышаю­щее критическое усилие image042_16_f99ff1dbaac5341e4364c0484ec5738e Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений. 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 image043_16_07c22fd75fd2355acfeae98c87c696e8 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений, где f – коэффициент трения растения о материал шара. Движение растения по поверхности шара 2 будет возможным, когда image044_15_4f0b2b3344a7bab30dd49f3d3610f14d Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений или image045_15_787bd1855c54059fbde2a2b8282c696e Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений.

Переходя к углу трения φ, можем записать image046_15_12a3a76ed146049b32239863f444fa5e Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений, и, учитывая, что image047_15_02eaf5d59a92f53f84372662fc0d981c Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений имеем image048_15_8bac7b30ff16ceeda97bf54c17cfca8c Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений.

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 image049_14_cc4f8701179f46f2c8acfe9998daabfe Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений будет выполняться [36].

Схема взаимодействия растения с пилообразным лезвием

Рис. 2.4. – Схема взаимодействия растения с пилообразным лезвием

Из рисунка 2.4 следует: image051_13_beb64fc8c468a7d8566b551cd4448197 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений, image052_11_406fcde664abb667897d4b14a89b7309 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений,

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

D – диаметр растения.

Тогда image053_9_7ea705b6f864f3581589d521aebbf3e5 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений.

С учетом image048_15_8bac7b30ff16ceeda97bf54c17cfca8c Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений определяется искомый размер выступа:

image054_9_6105858f643c791783869621d8816110 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений. (2.17)

image055_10_d2f26f14c54a6bc3cf38f864a49a0998 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включенийЗависимость предельного безразмерного симплекса ρ/D от угла трения φ для различных углов γ, используемых в современных культиваторных лапах, представлена на рисунке 2.5.

image056_9_b7c1fdf9ff3195bff84ab1fc828c1491 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений

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:

image057_10_f21cb2ad4e6ec689b4bc2c79da35d490 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений, (2.18)

где υ0 – доударная скорость;

fy – коэффициент мгновенного трения.

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

image058_8_2b40f67d59a96b79e10fd823b4cf62a8 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений. (2.19)

Т. к. image059_7_c0821f12d0fb0972c4bc35be17394615 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений,

безразмерный симплекс определяется как

image060_6_39e9fe39425002d736e6d4f9c654e4c0 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений. (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:

image062_6_ab6c5e1d1712ebf615d12be9da15d79f Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений, (2.21)

где image063_7_989f980f81230562441466a18bf549ef Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений;

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

Причем image064_7_e859ec2cefc6482485ee445f01ca320d Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений, image065_7_adf2f113b0345e8b9aa11df32434c871 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений.

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 image067_7_851dcc949ef58c44c2ca7b1c46e8221b Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений 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 image068_6_dc2db05c4ade8b1b0f2b7c126bd14de5 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений изменяется в пределах от γ до 90о, а коэффициент скольжения ножа image069_6_455b72f2d8921bcdce9e85f89fe47d96 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений 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].

image070_6_cc5a34469506a8897f065deeef22a1a7 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений

Рис. 2.8. – Изменение безразмерного симплекса image071_5_3b22891977b6dc92fa84d4b5f67e5dc1 Исследование влияния остроты лезвия на эффективность резания почвы и растительных включений 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 2 votes