8.1.2. Общий расчет.

Общий расчет рыхлителя состоит из установления конструктивной схемы, размеров и массы рабочего оборудования, определения основной рабочей нагрузки (расчетных сил сопротивления рыхлению), тягового расчета, вычисления необходимой номинальной силы тягача и мощности двигателя, а также усилий заглубления и подъема рабочего органа.

Исходными данными общего расчета являются задание на проектирование, в котором указывается производительность рыхлителя и технологические условия: расчетные характеристики грунта и технологическое назначение рыхлителя, а также дополнительные требования на тип ходового устройства, систему управления и др.

В зависимости от этих условий принимается число зубьев, их ширина расстояние между ними, вычисляется глубина рыхления, соответствующая заданной производительности, назначаются размеры и форма зубьев (их длина, вылет, углы резания и заострения, ширина и очертания) [13].

Основная рабочая нагрузка (касательная составляющая сопротивления грунта рыхлению) P_к при рыхлении мерзлых грунтов может быть определена по формуле, предложенной А.Н. Зелениным [14]:

Н; (8.1)

где С – число ударов динамического плотномера; h – глубина рыхления, см; s – ширина резания, см; α- угол резания, град; μ – коэффициент учитывающий вид резания: при блокирован резании μ=1, при полублокированном – 0,75; при свободном – 0,5; Δ – коэффициент, учитывающий затупление наконечника зуба, его значение может изменяться 0,85 до 2.

Нормальную составляющую сопротивления грунта рыхлению можно определить по условию:

; (8.2)

где α- угол резания, φ – угол трения грунта о материал наконечника.

Усилие Р_н – при установившемся процессе рыхления и остром наконечнике зуба рыхлителя направлено в массив грунта, т.е. рабочий орган как бы затягивается в грунт. При затуплении наконечника зуба во врем заглубления несущая способность грунта может оказаться больше усилия, прикладываемому к зубу. В этом случае Р_н будет направлена вверх.

Тяговое усилие базовой машины Р_т, определяемое условиями сцепления должно быть больше или равно сумме сопротивлений W, действующих на рыхлитель при разработке грунта:

Р_т ≥ W

Расчетную величину Р_тр определяют в зависимости от соотношения Р_дв и Р_сц, которые определяют соответственно по формулам:

; (8.3)

; (8.4)

где Р_дв – тяговое усилие развиваемое двигателем тягача, кН; N_дв – мощность двигателя тягача, кВт; V – скорость передвижения, км/ч; η – КПД трансмиссии; Р_сц – тяговое усилие тягача, которое может быть реализовано по условиям сцепления ходового оборудования с грунтом; G_сц – сцепной вес рыхлителя; φ – коэффициент сцепления.

Для гусеничного тягача, имеющего только рыхлительное оборудование:

; (8.5)

где G_δ –сцепной вес базового тягача.

При навешивании на тягач бульдозерного и рыхлительного оборудования:

; (8.6)

Если Р_дв < Р_сц, то за расчетное значение Р_т принимается Р_тр=Р_дв. При Р_дв > Р_сц, зарасчетное значение Р_тр принимается Р_тр=Р_сц.

При определении суммарного сопротивления рыхлителя необходимо учитывать направление нормальной составляющей Р_н, которая, в случае затягивания зуба, направлена вниз, увеличивает сцепной вес.

Сумма сопротивлений передвижению тягача в процессе рыхления:

; (8.7)

где G_о – вес бульдозерного оборудования; G^'_о – вес рыхлителя; f – коэффициент сопротивления передвижению; i – уклон местности.

Максимальное усилие заглубления в грунт рыхлителя определяют из условия вывешивания базового тягача относительно ребра А (рис. 8.5 а).

Из условия равновесия ∑М_а = 0 можно записать:

; (8.8)

Усилие подъема зуба рыхлителя Р_в определяют из условия опрокидывания базового тягача относительно ребра В при максимальной глубине рыхления (рис. 8.5 б). Из условия равновесия ∑М_в = 0.

; (8.9)

Рис.8.5 Схемы к расчету усилий на зубьях рыхлителя: а – при заглублении; б – при подъеме.

При расчете на прочность рыхлительного оборудования учитывают динамические нагрузки, действующие на рабочий орган при встрече с непреодолимым препятствием. Для предварительных расчетов наибольшее нагрузки на рабочем органе рассчитывают с учетом коэффициента динамичности к_д в виде Р_т.д. = Р_т.р.·к_д (к_д = 2÷2,5 при механической трансмиссии). Для тракторов с гидромеханической трансмиссией к_д = 2 в начале заглубления и к_д = 1,5 при наибольшей глубине рыхления с максимальным вылетом зубьев. Тяговое усилие Р_т.р. принимают по тяговой характеристике тягача при рыхлении на наибольшую глубину со скоростью 1-1,5 км/ч и в начале заглубления со скоростью 2-2,5 км/ч. При работе с толкачом суммарное тяговое усилие:

; (8.10)

где Р_тол – тяговое усилие толкача; к_о =0,6÷0,7 – коэффициент использования тягового усилия толкача.

Эксплуатационную производительность рыхлителя, м³/ч, определяют по формуле:

; (8.11)

где V_раб – скорость рабочего хода, км/ч; h_р – глубина рыхления; L_р.х. – длина рабочего хода в одну сторону; t_пов – время одного разворота в конце участка с учетом выглубления зубьев; t_пов =15÷20 с.

Ширина захвата при рыхлении:

; (8.12)

где к_пер – коэффициент перекрытия проходов, к_пер = 0,75; в_н – ширина зуба; Z –количество зубьев; β_с – угол скола грунта по вертикали, β_с = 15÷45⁰ (меньшее значение при рыхлении мерзлых и талых грунтов, большее – при рыхлении талых грунтов); S – шаг зубьев.