МЗР Геометрия режущей части рабочих органов землеройных машин и зависимости для определения сил сопротивления резанию и копанию
Под резанием грунтов подразумевается процесс отделения от грунтового массива кусков или слоев (стружки) грунта рабочим органом, имеющим форму клина (рисунок 1), ограниченного передней 1 и задней 3 гранями. Линию пересечения этих граней называют режущей кромкой. Основными параметрами режущего клина являются угол υ заострения, угол δ резания и задний угол θ. Внедряясь в грунт и двигаясь вперед, режущий клин отделяет его часть, называемую стружкой. Рисунок 1 - Параметры режущего клина
Форма и размеры стружки зависят от вида разрабатываемого грунта (рисунок 2). а - пластичных; б - сыпучих; в- скалывающихся грунтов; г - поперечное сечение прорези после проходки режущего клина Рисунок 2 - Характерные формы грунтовых стружек при разработке
• В зависимости от положения режущего инструмента в грунтовом массиве различают следующие разновидности резания: блокированное (рисунок 3, а), с одной (рисунок 3, б) и двумя (рисунок 3, в) поверхностями бокового среза, полублокированное (рисунок 3, г) и свободное (рисунок 3, д). Рисунок 3 - Виды резания грунта
• В процессе блокированного резания грунт разрушается в пределах прорези (см. рисунок 2, г), ширина которой на поверхности существенно больше ширины ножа b. На некоторой глубине h 1, которая меньше глубины резания h, прорезь расширяется и ее боковые поверхности образует с поверхностью массива определенный угол γ, зависящий от вида грунта и его состояния. • Зависимость силы резания от ширины среза имеет характер линейной функции, а от толщины среза (глубины резания) – ускоренно возрастающей функции. • Такого рода закономерности сохраняются до определенного соотношения между шириной и толщиной среза, соответствующего критической глубине hкр резания. При h>hкр форма прорези ABC 1 D 1 EF изменяется, в основном, только глубина центральной части прорези, а AB и EF по верхней части практически не изменяется. Критической глубине резания, как правило, соответствует наименьшая энергоемкость резания, которая характерна и для свободного резания (при блокированном и полублокированном резании сопротивление грунта резанию всегда выше).
Сопротивление грунтов резанию и копанию • Следует различать два понятия: резание и копание грунта. • Резание – процесс отделения грунта от массива. Копание – совокупность процессов, включающая в себя кроме резания грунта, перемещение его перед рабочим органом, по рабочему органу (для машины с отвальным рабочим органом) либо внутри рабочего органа (для машины с ковшовым рабочим органом).
Сопротивление грунта резанию характеризуется удельным сопротивлением резанию, т. е. усилием, отнесенным к единице площади поперечного сечения вырезаемой стружки: • где Kp – удельное сопротивление резанию к. Н/м 2; • Pp – сила сопротивлению резанию, к. Н; • F – площадь вырезаемой стружки, м 2.
Таким же образом можно характеризовать и сопротивление копанию: где Kk– удельное сопротивление копанию, к. Н/м 2; • Pk– сила сопротивления копанию, к. Н. • Величины Kр и Кk изменяются в больших пределах, т. к. зависят от режима работы, параметров и типа рабочего органа, категории грунта.
• При копании рабочий орган воздействует на грунт силой Р (рисунок 4) преодолевая сопротивление грунта Р 0. Касательную составляющую последнего Р 01 (к. Н) на направление движения рабочего органа, численно равную касательной силе копанию Р 1, определяют по формуле • • где к 1 - удельное сопротивление грунта копанию, к. Па, включающее в себя сопротивление грунта резанию, сопротивления от сил трения при перемещении призмы грунта и заполнении ковша. Рисунок 4 - Схема силового взаимодействия землеройного рабочего органа с грунтом.
• Нормальная составляющая сопротивления грунта копанию (к. Н) где φ – коэффициент пропорциональности. Боковая составляющая сопротивления грунта копанию Р 03, численно равная боковой силе копания Р 3, возникает лишь в случае разработки неоднородных по ширине режущей кромки грунтов, а также когда режущая кромка наклонена под углом, отличным от прямого – косое резание.
• В случае необходимости выделения из усилия Р 1 силы резания Рр ее абсолютное значение (к. Н) определяется выражением • где к – удельное сопротивление грунта резанию, к. Па, которое по величине меньше значений к 1.
Угол резания На силы резания значительно влияет угол δ (менее (30%) сопровождается ростом резания : увеличение его от 40 до 60% и уменьшение сопротивления грунта резанию). Наиболее употребительными для землеройных машин являются углы резания δ = 30… 400.
Скорость резания Обычными для землеройных машин являются скорости резания порядка 0, 5 -2, 0 м/с. В этих пределах изменения скоростей удельное сопротивление копанию существенно не изменяется. При увеличении скорости резания до 69 м/с (ротационные рабочие органы с инерционным выбросом грунта) энергоемкость процесса копания возрастает на 30÷ 50%.
Установка зубьев • Зубья на режущей кромке рабочих органов МЗР устанавливают для получения опережающего сдвига и разрыхления грунта. Но в сыпучих и вязких грунтах применение режущего органа с зубьями может привести к отрицательным результатам. Зубья, снижающие сопротивление резанию плотных скалывающихся грунтов, ухудшают условия перемещения их в ковш, т. к. для подпора разрыхленного грунта требуется большая призма волочения.
• Процесс резания грунта рабочим органом МЗР неизбежно сопровождается трением последнего о грунт, взаимным трением грунта и перемещением призмы волочения. Трение происходит и по рабочей поверхности режущего инструмента при заполнении емкости, разгоне грунта до скорости его перемещения, а также при внедрении режущего инструмента в грунт. Сумма всех указанных сопротивлений составляет сопротивление грунта копанию (совокупность процессов, включающих в себя резание грунта, перемещение его по рабочему органу, внутри его и перед ним и др. ) • • где Р 01 = к·в·h – сопротивление резанию; • к- удельное сопротивление грунта резанию; • в –ширина пласта, h – толщина пласта; • Ртр – сопротивление трения рабочего органа о грунт; • Рпр – сопротивление перемещения призмы волочения; • Рз –сопротивление возникающее при заполнении грунтом емкости рабочего органа; • Ри – сопротивление грунта разгону обусловленное инерционным нагрузкам; • Рв – сопротивление внедрению в грунт режущего инструмента.
Основные способы расчета сил резания грунтов • Основоположником теории резания грунтов является В. П. Горячкин, который предложил следующую формулу для определения сопротивления, возникающего при работе сельскохозяйственного плуга: • • где G – сила тяжести плуга; • μ 1 – коэффициент трения металла о грунт; • к – удельное сопротивление грунта резанию; • h – толщина вырезаемого пласта грунта для плуга; • b – ширина резания; • e – коэффициент, учитывающий сопротивление, возникающее при отбрасывании вырезанного пласта грунта, в среднем e=0, 1 к; • V – скорость движения плуга.
• Формула В. П. Горячкина справедлива для плугов, дает неприемлемые результаты для землеройных машин вследствие резкого различия конструкции рабочих органов, отличия свойств грунта от свойств почвы.
• Н. Г. Домбровский, взяв за основу структуру формулу В. П. Горячкина, предложил применительно к ковшам экскаваторов определять значение касательной силы сопротивления грунта копанию по выражению • • где N – сила давления ковша на грунт; • ω – коэффициент сопротивления грунта наполнению ковша и перемещению призмы волочения; • qпр – объем призмы волочения в частях от вместимости ковша; q – вместимость ковша; • кн – коэффициент наполнения ковша.
А. Н. Зеленин установил, что сопротивления резанию зависят не только от грунтовых условий, площади поперечного сечения стружки F, но и от соотношения между шириной и глубиной резания при F = const, угла резания, формы и расположения зубьев, участия в процессе резания боковых стенок ковша и ряда других факторов. • Для расчета силы сопротивления резания Рк, касательной к траектории движения ножа А. Н. Зеленин предложил, например, при резании ковшами с зубьями следующую формулу • где Су – число ударов динамического плотномера; • h -глубина резания, см; • b – длина горизонтальной режущей кромки ковша, м; • δ – угол резания, град; • Z – коэффициент учитывающий влияние зубьев.
• Ю. А. Ветров предложил метод расчета сопротивлений Рр резанию простым острым ножом как • где Рсв - сопротивление грунта срезу передней гранью по ширине; • Рбок – сопротивление грунта от разрушения по боковым расширениям прорези АКВ и ЕLF; • Рбок. ср. - сопротивление грунта срезу боковыми ребрами ножа у дна прорези по линиям ВС и ЕД.
• В предварительных расчетах обычно задается производительность машины и по ней определяют мощность привода рабочего органа • где N – мощность, затрачиваемая на копание, Вт; • К 0 - удельная энергоемкость, Н·м/м 3; • П – производительность, м 3/с. • Для одноковшовых экскаваторов в зависимости от категории грунта значения К 0 могут изменяться от 1, 105… 6· 105 Н·м/м 3, для рабочих органов землеройно-транспортных машин – от 1· 105… 3, 5· 105 Н·м/м 3.
Скачать презентацию МЗР Геометрия режущей части рабочих органов землеройных машин
Резание грунта.ppt