Сборник статей
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голосов)

Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органов

Работа чизельных орудий связана с явлением критической глубины резания почвы. Определению величины критической глубины резания применитель­но к обработке почвы рабочими органами почвообрабатывающих орудий посвящено мало работ. Имеются работы А. К. Кострицина [5], Г. В. Плющева [9] и др., однако многое в этом вопросе продолжает оставаться неясным. Такое положение объясняется разнообразием методов проводимых исследований, недостаточностью полевых опытов по экспериментальной проверке теоретических разработок, а также трудностью определения многих показателей, входящих в предлагаемые аналитические выражения критической глубины резания.

Критическую глубину резания почвы image001_b06b5425c81d7b45ee422fe84528e9db Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё рыхлительной лапой можно представить как некоторую часть общей глубины обработки (рис. 1.9, а):

image002_6db791964292fd11a7e58aec5d7ea48c Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё (1.1)

где а - глубина обработки почвы; image003_e8bdeda8523ccf4745e37aa2895aef59 Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё - глубина блокированного резания без отделения почвенной стружки с боковых сторон лапы.

image004_dcab4a1907b75db396cf57ef4adb98eb Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё

Рис. 1.9. К обоснованию критической глубины резания: а – профиль поперечного сечения плас­та; б – график зависимости боко­вого скалывания почвы от глубины обработки:

1 - скалывание почвы до критической глубины резания; 2 – предельное значение бокового скалывания почвы.

Схема деформация почвы при работе рыхлительной лапы

 

Рис 1.10. Схема деформация почвы при работе рыхлительной лапы:

а – деформация почвы впереди ла­пы; б - профиль поперечного сече­ния борозды.

image006_a52fc818023a688bfdabc0b3ac36cc6a Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовёimage006_a52fc818023a688bfdabc0b3ac36cc6a Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовёПусть image007_9d808c8702a8f776a201f4aa4e41a826 Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё— нарастающая глубина хода лапы, при которой осущест­вляется боковое скалывание почвы - в поперечном сечении пласта под некоторым углом 0, который близок к 90°. Ширина бокового скалывания почвы с увеличением глубины хода лапы до критичес­кой глубины резания image001_b06b5425c81d7b45ee422fe84528e9db Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё, как установлено опытами, возрастает пропор­ционально image008_389bf5983c5979a78deafa95b808b2df Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё в следующей зависимости:

image009_250053b2c8ed15b072520b6684c39995 Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё, (1.2)

где image010_5487f24cfd94b31ddb4bcba48ca0617b Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё — безразмерный коэффициент; а - глубина обработки почвы до критичес­кой глубины резания.

При обработке почвы на глубину а > image001_b06b5425c81d7b45ee422fe84528e9db Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовёскалывание почвы с боко­вых сторон лапы, достигнув предельного значения а бк, прекращается, то есть

image011_bcd6e5476d6651eda35e279f83cfa371 Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё, (1.3)

где с = const (постоянная величина для определенных параметров лапы и физико-механических свойств почвы).

image006_a52fc818023a688bfdabc0b3ac36cc6a Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовёВ этом случае нижний слой пласта на глубину image003_e8bdeda8523ccf4745e37aa2895aef59 Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё разрезается лапой без отделения почвенной стружки.

График зависимости ширины бокового скалывания почвы от глубины обработки показан на рисунке 1.9, б. Критическая глубина резания почвы image001_b06b5425c81d7b45ee422fe84528e9db Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё, как видно из графика (см. рис. 1.9, б), является абсциссой точки пересечения 0 двух прямых 1 и 2. При этой абсциссе ордината прямой image012_5ac8d72b73f483b23f2d1dd1a8581169 Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё в точке пересечения М равна ординате пря­мой image013_dc3bd5d69fde158f6fce26d1eb7e5d14 Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё, следовательно,

image014_8c056e6fa2331848cbe52f0c8fb57fc5 Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё (1.4)

Из уравнения (1.4) критическая глубина резания без учета пара­метров рабочих органов и физико-механических свойств почвы будет иметь вид

image015_fc6bf2624ea88295513ca1561f1f0e13 Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё

 

(1.5)

Исходя из условий деформации почвы, преобразуем выражение (1.5) с учетом влияния угла крошения α (угла наклона лапы к дну борозды) и физико-механических свойств обрабатываемой почвы. В поперечном сечении пласта (рис. 1.10, б).

image016_f9ff92972845a9311e61d44a81760705 Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё (1.6)

где А — ширина полосы деформации почвы на поверхности; b — ширина захвата лапы.

image017_879f0825897fa52bf4454990c4641034 Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовёПодставив в формулу (1.6) значение (1.5), получим

(1.7)

image018_d09e1b67af502978ef0e49cb5ac800fb Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовёС другой стороны ширина полосы деформации почвы на поверхности перед лапой на расстоянии l от носка имеет следующую зависимость (см. рис. 1.10, б)

(1.8)

где ω - угол, характеризующий область деформации почвы в плоскости скалыва­ния mn; α – угол крошения; φ - угол трения почвы по стали, среднее значение которого принимают равным 25°.

Выражения (1.7) и (1.8) адекватны, тогда после преобразований получим

image019_c5a23ac3cef04afb9dbf3f5f223f7001 Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё

 

(1.9)

image020_01676a965d2045749ae7b402d2ff7527 Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё

 

(1.10)

Подставляя значения (1.10) в формулу (1.9), после преобразований получим

image021_24d6197c324fc62feda0bc9ba8ff8207 Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё

 

(1.11)

где φ - угол наклона плоскости скалывания (см. рис. 1.10, a).

При движении рабочего органа угол φ по формуле академика В. П. Горячкина [3] выражается зависимостью:

image022_014602d594dc2e86072e99271b862367 Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё

 

(1.12)

где ρ - угол внутреннего трения почвы по почве, среднее значение которого при­нимают равным 40°.

Подставив выражение (1.12) в формулу (1.11), получим

image023_edcb13795506b7621754a8946cd24450 Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё

 

(1.13)

После преобразования формула (1.13) примет вид

image024_53e228c5f0acf74e2d9eeadcffcfbc4a Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё

 

(1.14)

Выражая угол крошения через угол резания, получим

image025_b83656659ffe30c7812a1399aa36f975 Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё

 

(1.15)

где image026_bebe3a6c9ff897b7c99602905900455a Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё- угол резания, равный а + φ; i - угол заострения лезвия лапы;

image027_f56ead2df035532ef66fee37d6b7add5 Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё - предельное значение скалывания почвы с боковых сторон лапы, равное 36 см при обработке почвы на глубину image028_f65885163da49e79c3583225dbb439bc Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё см; image010_5487f24cfd94b31ddb4bcba48ca0617b Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё - безразмерный коэффициент, равный 0,95.

Пользуясь выражением (1.14), можно определить глубину блоки­рованного резания image003_e8bdeda8523ccf4745e37aa2895aef59 Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё без отделения почвенной стружки с боковых сторон лапы (см. рис. 1.9, а) при а ≥ 40 см:

image029_1f838b28db229144e0d4e8bf37c0f35c Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё

 

(1.16)

где а - глубина обработки почвы.

Тогда критическую глубину резания можно определить по формуле

image002_6db791964292fd11a7e58aec5d7ea48c Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё

 

(1.17)

Формула (1.14) выражает зависимость критической глубины реза­ния рыхлительной лапой чизельного орудия от величины скалывания почвы с боковых сторон лапы, угла наклона лапы к дну борозды и физико-механических свойств почвы (трение почвы по металлу и внут­реннее трение). На основании выражения (1.14) следует ожидать, что с уменьшением углов крошения и трения почвы по стали и увеличением угла внутреннего трения критическая глубина резания при прочих рав­ных условиях должна возрастать. Кроме того, с уменьшением угла α угол резания image026_bebe3a6c9ff897b7c99602905900455a Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё лапы снижается и устраняется сгруживание почвы впереди рабочего органа.

Критическая глубина резания image030_7efe6f58423164795b49ea485f3edbb0 Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё, как видно из графика (рис. 1.11), возрастает с уменьшением угла крошения лап.

image031_52295656bf0e3c802e19c9fd55486be4 Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовёПредельное значение скалывания почвы с боковых сторон лап при различных углах крошения на глубине обработки 40-45 см, как пока­зали проведенные опыты, составило = 36 см, среднее значение коэф­фициента image032_fd0829e62504bde2ad2fd008f3f7e2cf Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё=0,95.

При работе рыхлительных лап шириной захвата 70 мм и углами крошения 15, 20, 25, 30, 35° критическая глубина резания составила соответственно 38, 36,1, 34, 32,8, 28,7 см.

По расчетным данным построен график зависимости критической глубины резания от угла крошения лап. Критическая глубина резания image001_b06b5425c81d7b45ee422fe84528e9db Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё, как видно из графика (см. рис. 1.11), с уменьшением угла крошения лап от 35 до 15° возросла приблизительно на 8,4 см, что близко к опыт­ным данным.

При глубокой обработке почвы в нижнем слое, начиная с критической глубины резания, образуется прорезь image003_e8bdeda8523ccf4745e37aa2895aef59 Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё (см. рис. 1.10, б), ширина которой соответствует ширине захвата лапы. Глубина прорези возрастает с увеличением глубины обработки почвы и угла крошения лап, при этом возрастает высота неразрушенных греб­ней в борозде.

Зависимость критической глубины резания от угла крошенияПредставляют интерес изменения соотношения размеров прорези от глубины обработки почвы при различной ширине захвата лап. При изу­чении процесса резания грунтов рабочими органами землеройных машин Ю. А. Ветров [1] отметил закономерность: боковые расширения прорези при одинаковой глубине работы ножей до некоторого предела ширины среза одинаковы, однако при дальнейшем уменьшении ширины ножей линейные размеры боковых расширений прорези пропорционально уменьшаются; при работе ножей одинаковой ширины среза линейные размеры боковых расширений прорези до некоторого предела глубины резания пропорционально возрастают. Но при дальнейшем увеличении глубины резания рост боковых расширений прорези прекращается. Однако автор не приводит материалов исследований в этом направлении.

Рис. 1.11. Зависимость критической глубины резания от угла крошения.

Подобный закономерный процесс наблюдается и при работе рабочих органов чизельных орудий на глубокой обработке почвы.

Изменение соотношения размеров прорези при глубине обра­ботки почвы более критической глу­бины резания

 

Рис. 1.12. Изменение соотношения размеров прорези при глубине обра­ботки почвы более критической глу­бины резания

При работе лап одинаковой ширины захвата линейные размеры боковых расширений прорези до некоторого предела глубины обработки почвы (критической глубины резания) пропорционально возрастают, как показано на рисунке 1.12, б. Но при дальнейшем увеличении глубины обработки почвы (а > image001_b06b5425c81d7b45ee422fe84528e9db Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё) рост боковых расширений прорези прекра­щается (рис. 1.13). Причем боковые расширения прорези остаются одина­ковыми при любой ширине захвата лапы от 50 до 100 мм.

Численные значения боковых расширений прорези при работе лап разной ширины захвата от 50 до 100 мм для соответствующей глубины обработки почвы (менее критической глубины резания) одинаковы, а при работе лап захватом 25 мм боковые расширения прорези остаются постоянными на любой глубине обработки почвы [7].

image035_560ce9cd99e64f318496aa7c4d6d86a7 Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё

 

Рис 1.13 - Зависимость боковых расши­рений прорези от глубины обработки почвы при различной ширине захвата рыхлительных лап:

1 - ширина захвата лап 25 мм; 2 и 3 - ширина захвата лап 50-100 мм.

При обработке почвы на глубину от 20,4 до 50,4 см критическая глубина резания image036_f01e660051a864ebfc8240ede1518f21 Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё для лап за­хватом 50, 70 и 100 мм остается приблизительно одинаковой, и составила около 35 см, то есть крити­ческая глубина резания не зависит от ширины захвата лап в данном диа­пазоне.

Для узкорыхлительных лап захватом 25 мм критическая глубина резания была постоянной при любой глубине обработки почвы от 17 до 50,4 см и составила лишь 12,5, что может отрицательно влиять на силовые зависимости процесса и качество работы чизельных орудий. В связи с этим для глубокой обработки почвы ширину захвата рыхлительных лап следует принимать не менее 50 мм.

При обработке почвы стрельчатыми лапами захватом 270 мм на глубину 40,1-50,2 см критическая глубина резания была одинаковая и составила около 38 см [7].

Если критическую глубину резания представить в зависимости от ширины захвата рабочих органов, как обычно выражают эту зависи­мость при резании грунтов землеройными машинами, то формула кри­тической глубины резания будет иметь вид:

image037_684ac0aa3244fb2e11c7a5e3e66ec0f2 Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё, (1.18)

где image038_94937f3263226f3f7d6071f5afa38f5b Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё - коэффициент, выражающий отношение критической глубины резания к ширине захвата лапы.

Коэффициент image038_94937f3263226f3f7d6071f5afa38f5b Анализ теорий по выбору режимов работы и обоснованию параметров чизельных рабочих органовё – величина переменная, то есть для каждой ши­рины захвата лапы имеет определенное значение [7].

Основным недостатком формулы (1.18) является то, что в ней не учтены другие факторы, значительно влияющие на изменение крити­ческой глубины резания (угол крошения или угол резания лап, глубину обработки, трение почвы).

Характерно отметить, что при обработке старопахотных тяжелых и средних почв на глубину более критической глубины резания в ниж­ней части рабочей поверхности рыхлительных лап независимо от шири­ны их захвата постоянно образуется почвенный нарост обтекаемой формы, толщина которого
l ≈ b⁄4, а длина его вдоль рабочей поверхности лапы приблизительно равна 3/4 длины наральника.

Почвенный нарост образовывался и при работе стрельчатых лап по всей ширине их захвата, но главным образом в области груди лап.

При обработке почвы на глубину 40-45 см толщина почвенного нароста в области груди лап составила 1,5-2 см и была приблизительно в 2 раза больше, чем на крыльях.