книги из ГПНТБ / Машины для строительства и содержания осушительных дрен

сопротивления резанию К от толщины

стружки

tc.

А н а л и з г р а ф и к а

на рис.

124

показывает следующее .

З а в и ­

симость усилия резания от толщины с т р у ж к и

носит

параболи ­

ческий

характер

и с

достаточной

точностью (ошибка

не превы­

шает 13,6%)

определяется

уравнениями:

д л я торфяно - болотного

грунта

Р =

17,351 +

40,164—20,22^;

д л я

суглинка

(С = 7 - М 0 ударов)

Р =

19,658 +

3 9 , 2 6 Н С — 9,869/е-

Удельное

сопротивление

резанию

изменяется

на

одном и

том ж е грунте

в 7,5—15

ра з

и

более

(в нашем

случае

дл я

фрезерных щелерезов при изменении толщины

стружки

от

0,05

до 1,4 см К изменялось от 2,43 до 33,2

кгс/см 2

дл я

торфяно -

болотного грунта, т. е.

^ ш

а х

= 13,65, и

от

7,38

до

89,92

кгс/см 2

ftmln

д л я суглинка,

т. е.

=12,2) .

Am in

Н а и б о л е е

интенсивно

увеличивается

удельное

сопротивление

резанию при т о л щ и н е стружки

tc^0,5

см. Пр и

tc>0,5 см удель ­

ное сопротивление резанию практически остается

постоянным.

Зависимость удельного сопротивления резанию К от тол­

щины стружки

д л я

п е р е у в л а ж н е н н ы х

грунтов

в ы р а ж а е т с я не-

равнобокой гиперболой

вида

К = 8t7m,

где б,

т — коэффициенты,

з а в и с я щ и е

от

физико - механических

свойств

грунта,

типа

рабочего органа,

способа

резания

и

т. п.

В частности, дл я фрезерных щелерезов с жестким

крепле­

нием р е ж у щ и х

элементов,

р а з р а б а т ы в а ю щ и х щели

на

скоростях

6—12 м/с, аппроксимированные зависимости удельного

сопро­

тивления резанию

от

толщины

срезаемой

стружки

имеют вид:

д л я торфяно - болотных

грунтов

К = (1,07 +

0,0250)

t7°jn;

д л я минеральных

грунтов

/С = (1,07 +

0 , 1 4 3 С ) * Г 0 , 8 И .

Увеличение

удельного

сопротивления

резанию

с

уменьше ­

толщины стружки периметр по отношению к п л о щ а д и

сечения

стружки возрастает, а

вместе

с этим в о з р а с т а е т и влияние ка­

сательных н а п р я ж е н и й

т, возникающих

на гранях р е ж у щ е г о

элемента и п р о ф и л я стружки

в результате

трения, пластичности

и прочности

грунта на

сдвиг,

что практически означает

увели­

чение степени

измельчения стружки .

шинства опытов была равна 5 см.

Из

анализа

зависимости

усилия резания

от скорости

пере­

д в и ж е н и я щелереза установлено, что

при

малых

скоростях

передвижения

(до ПО м/ч) в большинстве опытов

наблюдается

значительный

разброс

усилий

резания . Так, коэффициент вариа ­

ции Wv

усилия

резания

изменялся от 3,57 до 32,8% на торфяно -

болотных

грунтах и от 2,24 до 74,8% на суглинках. При м а л ы х

скоростях

передвижения отмечен т а к ж е

более интенсивный

рост

усилий

резания . Это можно

объяснить

влиянием

масштабного

малых скоростях

передвижения . Пр и увеличении

скорости пере­

д в и ж е н и я (свыше

ПО м/ч) интенсивность роста

усилий умень­

зания при возрастании скорости

передвижения в 6,8

раза (с

33 до 223 м/ч) увеличиваются

в

1,4—2 раза .

Оценка сопротивляемости грунтов резанию фрезерным ше-

лерезом.

Р е з у л ь т а т ы статистической

обработки материалов

исследо­

существенной

вариации

усилия

резания

в

минеральных

пере­

у в л а ж н е н н ы х

грунтах

(и7 р = 3,4-7-74,8%)

и

менее

существенной

вариации этого усилия

в торфяно - болотных

грунтах ( № р

= 3,57-т-

- т - 40%) . При этом

средние

коэффициенты

вариации

дл я тор-

фяно-болотного грунта

составляли 12,06%, дл я легкого

суглинка

13,4%, дл я среднего

суглинка

17,65%,

дл я

песка

мелкозерни­

стого 13%, дл я карбонатных

озерных глин

(со = 20-7-25%)

25%.

Фактические

значения

усилия

резания

с

вероятностью

Р(р)

= 0,95

у к л а д ы в а ю т с я в

доверительном

интервале

± 2 а р

и могут

отличаться при прочих

равных

условиях в 1,15—2,3 ра­

за на торфяно - болотных

грунтах

и в 1,5—3,2 раза

на минераль ­

ных переувлажненных

грунтах.

Сопротивление резанию торфяно-болотного грунта без

древесных

включений

в 2—2,5 р а з а меньше

минерального.

Н а

рис. 125, а,

б

показаны

опытные

зависимости

усилия

резания

Р и

коэффициента

вариации

усилия

резания

№ р от

твердости и влажност и торфяно - болотных

(рис. 125, а)

и

мине­

ральных грунтов

(рис. 125, б) дл я двух скоростей

резания . И з

рис. 125, а, б

видно, что с увеличением

твердости

(уменьшением

влажности )

грунтов

усилия

резания и коэффициенты

вариации

линейно возрастают .

Пр и высоких влажностях

грунтов

( с о ^ 3 0 %

д л я

минеральных

и

с о > 8 0 %

дл я торфяно - болотных),

близких

к пределу

пластичности,

сопротивляемость

резанию мало

зави ­

сит

от

вида

и категории

грунтов, и последние режутся

прак -

60\120\

I

\ 80

7

о /

—

20 ¥3

- 1 — 2 — J1 *

Г . ° —

**

,

1

1

о

о

12

С,удароб

О

8

р,нгс/смг

о'

35

25

75

5,0 и, % О

90

б)

70 ц

%

а) .

Рис. 125. Зависимость

усилия

резания

и коэффициента вариации усилия

реза­

ния

от

влажности

и

твердости

грунта:

а — торфяно-болотного;

б — минерального;

1—

iy=12,35 м/с;

2— Up =6,96 м/с

Аппроксимированные зависимости усилия р е з а н и я

от

в л а ж ­

ности

со, твердости С и р

соответственно

минеральных

и тор-

фяно - болотных грунтов приведены в т а б л . 20.

Т а б л и ц а

20

Зависимость усилия резания от влажности и твердости грунтов

Скорость

резания в м/с

Грунт

6 ,96

12,35

Торфяно-болот-

р = 27+0,72

р

Р = 27,47+2,71 р

ный

р = 85,9—0,7 о)

Р = 130,9—1,03 ш

р = 18,5+3,776

С

Р = 32,3+5,5 С

Суглинок

р = 94,3—1,6 <о

Р = 142,12—2,31 о)

И з

других особенностей

скоростного

резания

п е р е у в л а ж н е н ­

ных грунтов отметим следующие .

П р и

последовательном чередовании

рыхлых

резцов

(зубьев)

и р е ж у щ и х

элементов

со

сплошной

кромкой

усилия

резания

на трех

скоростях

д в и ж е н и я на

р ы х л я щ е м

р е ж у щ е м

элементе

были

р а в н ы на торфяно - болотном

грунте

30,4;

28

и

26,08

кгс

и на

суглинке в л а ж н о с т ь ю

25—26% — 50,1; 45,3

и 45

кгс. Пр и

установке

только

р е ж у щ и х

элементов

со

сплошной

кромкой

усилия

резания

соответственно

были

равны

24;

22,68, и

19,95

кгс

на

торфяно - болотном

грунте

и 60; 59

и

54,3 кгс

на

с у г л и н ке

в л а ж н о с т ь ю

25—26%. Таким образом, в п е р е у в л а ж ­

ненных волокнистых грунтах (торфяно-болотных)

зубья

увели­

чивают

усилия

резания

на 20—30%

по

сравнению

с

р е ж у щ и м и

э л е м е н т а м и со сплошной кромкой,

т. е. их р а з г р у ж а ю щ е е

влия ­

ние становится отрицательным .

Сущность

р а з г р у ж а ю щ е г о

влияния

зубьев заключается в

том, что они прорезают грунт раньше основного ножа,

оставляя

после себя в сухих грунтах или в грунтах низкой

влажности

трапецеидальные расширяющиеся

кверху

прорези,

т. е.

наряду

с

резанием

происходит

скалывание

грунта, а сфера

скалывания

грунта м о ж е т в 3—4

р а з а превышать ширину зуба. Основной

нож р а з г р у ж а е т с я совсем или срезает

только гребни,

оставшие­

ся

м е ж д у

прорезями .

Пр и резании переувлажненных

грунтов

явления

с к а л ы в а н и я отсутствуют.

Сфера

действия

зуба

огра­

ничивается щелью, ширина которой не превышает

ширину зуба.

И з - з а

большего числа

поверхностей

трения, забивания

расти­

тельностью

и

грунтом

зубьев

приходится

производить

большую

работе на суглинке влажностью 25—26% зубья с н и ж а ю т

усилия

резания на 20—30%,

т. е. их р а з г р у ж а ю щ е е

влияние очевидно.

И з

этого

следует т а к ж е ,

что зубья целесообразно

применять

д л я

легко

с к а л ы в а ю щ и х с я

сухих грунтов

или грунтов

низкой

влажности . В переувлажненных грунтах

наиболее

эффективны

р е ж у щ и е

элементы

со сплошной р е ж у щ е й

кромкой,

равной

ширине прорезаемой

щели .

Б о л ь ш о е влияние

на эксплуатационные

показатели

фрезер ­

болотных грунтах,

а т а к ж е

отдельные включения камней в ми­

неральных . Эксперименты показали, что при перерезании

слабо

р а з л о ж и в ш е й с я

древесины

поперек

волокон

усилия

резания

увеличиваются в 3—8 раз по сравнению с резанием

чистого

торфяника . Пр и встрече препятствий в виде небольших

камней

(диаметром не более 80 мм)

в легком суглинке

(С = Зч - 5

уда­

ров) усилия резания возрастают в 5—15 раз . Камни

больших

размеров на легких минеральных грунтах и диаметром

более

25—50

мм на грунтах I I — I I I

категорий

обычно

приводят

к по­

л о м к а м

отдельных элементов

щелерезов.

Специфические

свойства

торфяно-болотных

грунтов

обуслов­

л и в а ю т

более легкое разрушение их резанием, в то время как

минеральных — скалыванием .

Н а

основе

результатов

исследования

фрезерного

рабочего

органа

и а н а л и з а

теоретических

и экспериментальных

работ

1. Установить конструктивные п а р а м е т р ы

щелереза: радиус

фрезы Яф в см, глубину

фрезеруемой щели

Лф в

см, скорость

передвижения и т в м/ч,

скорость резания

У Р В

М/С, ширину

р е ж у щ е г о элемента

b

в

см,

число

р е ж у щ и х

элементов z

на

фрезе,

число р е ж у щ и х

элементов

г 0

в одной

плоскости

резания .

2.

Определить

подачу

на

один

режущи й

элемент по

ф о р м у л е

z

_

3600ир г0 '

3.

Вычислить

текущее

значение толщины

стружки в

см

t c ^ S z

s'ma.

>

(3)

4. П о литературным источникам или экспериментально

оп­

ределить р, С И YoG-

5. Н а й т и удельное сопротивление резанию Л':

дл я торфяно - болотного грунта

К = (1,07

+

0,025р) С 0

' 7 7 1

+

0,03уо б ур 2

+

(4)

о 2

дл я минеральных

переувлажненных грунтов

К = (1,07

+

0,143Q ^ ° ' 8 5 3

+

0,03Т о 6 У р 2

+

(5)

о2

6. Определить силу резания Р и энергоемкость

фрезеро ­

вания:

д л я торфяно - болотного

грунта

(1,07 +

0 , 0 2 5 р ) ^ - 2 2 9 ^ - 7 7 1 ( й ф у Л

1 + m 2

) ° ' 6 ' \

С Р ~

2,2 - 1 0 з г 0 - 2 2 9 ^ 3 8 5 5

ОггЛфК

! + m o

(0,03Yo6 fp&-f

+

^

(9)

367,2 • 103г0

4

где Ncp

— средняя

мощность,

з а т р а ч и в а е м а я на процесс

фрезе ­

рования

грунта, в

кВт;

ka — коэффициент, учитывающи й

влия-

к и е угла резания; т0

— коэффициент з а л о ж е н и я боковых

стенок

выруба .

7.

Найти п л о щ а д ь сечения

стружки,

заключенную

м е ж д у

д в у м я

траекториями

1 и

2

смежных

р е ж у щ и х элементов

(рис.

126):

/ с

=

Sgh,b.

(Ю)

8. Определить

объем

стружки,

срезаемой

фрезой за 1 с

{производительность

щ е л е р е з а ) , по

формуле

3600г0

'

Ф о р м у л ы д л я

Р,

Ncv,

fc, V получены на основе

эксперимен­

т а л ь н ы х данных

и теоретических

предпосылок

о

следующей

*

= (

у +

+

г д е

р, т,

g, z, u,

i — коэффициенты,

зависящие

от

конструктив­

ных п а р а м е т р о в

рабочего

органа и физико-механических

свойств

р а з р а б а т ы в а е м ы х грунтов.

Б ы л о

т а к ж е принято,

что

элементарная

работа

фрезерова ­

н и я

при

повороте фрезы

на угол

da

(см. рис. 126,

а) д л я оди­

ночного

элемента

dAa=Pdl

=

Kbtedl.

(12)

После интегрирования и ряда математических

преобразова ­

ний

уравнения

(12)

и

обработки

экспериментальных

данных

были получены формулы

(4) — (9).

Итак,

сравнение

результатов исследований

(при

учете веро­

ятностных факторов) позволяет

сделать

следующие

выводы .

1. Д а н н ы е исследований

щ е л е р е з а на

тракторе Т-100 М Б Г С ,

р а з р а б а т ы в а ю щ е г о

грунты

тонкими

(до

1,5 см)

с т р у ж к а м и

на

скоростях

р е з а н и я

д о 12,35

м/с, п о д т в е р ж д а ю т

результаты,

по­

лученные

В . Д . Абезгаузом,

Ф. А. Опейко и другими

исследо­

в а т е л я м и

о х а р а к т е р е зависимости

усилия р е з а н и я от

основных

в л и я ю щ и х

факторов (толщины стружки, ширины резания и ско­

рости

р е з а н и я ) .

2.

Д л я

условий

экспериментов усилия

резания при

измене­

тивления

резанию

от толщины

стружки

только у м е н ь ш а л и с ь

по гиперболической зависимости, а значения

оптимальных

углов

резания

были значительно выше

обычно

рекомендуемых .

3.

О п т и м а л ь н ы м и у г л а м и р е з а н и я дл я

фрезерных

щелерезов

при

работе на переувлажненных

грунтах

я в л я ю т с я

угол

а =

= 55^-56° и угол у =

15ч-20й .

4. С увеличением скорости резания от

3 до 7 м/с усилие

резания Р возрастает так, что на к а ж д ы й

1

м/с усилие

увеличи­

резания возрастает на 20—25%

на к а ж д ы й

1 м/с.

5. Н а и б о л е е интенсивное

увеличение усилий резания и удель ­

ного

сопротивления

резанию

от толщины стружки

н а б л ю д а е т с я

при

tc^0,5

см. Пр и

^ с >0, 5

см

усилия р е з а н и я увеличиваются

по линейной зависимости,

удельное

сопротивление

р е з а н и ю

практически

остается

постоянным.

6.

Представленный графический

материал и

п р е д л о ж е н н ы е

ф о р м у л ы позволяют

выбрать

оптимальный р е ж и м

работы и

п а р а м е т р ы

р е ж у щ и х

элементов фрезерных

щелерезов при ус­

Результаты

исследований

ножевых

пассивных

рабочих органов

Н о ж е в ы е

пассивные

рабочие

органы

изучались

в

шин

Б П И , а

т а к ж е

А. Н . Зелениным

и другими исследовате ­

лями .

В

т а б л . 21 п о к а з а н а зависимость силы сопротивления

реза ­

нию от глубины резания и т о л щ и н ы ножа . С увеличением

тол­

щины н о ж а

удельное

сопротивление

резанию

уменьшается

ка к

д л я торфяно - болотных,

та к и минеральных грунтов. С

увеличе­

нием глубины резания удельное сопротивление резанию

д л я

торфяно-болотного

грунта

(по

данным

Ф. А. Опейко)

умень­

шается, дл я

минеральных

грунтов

(по

д а н н ы м А. Н .

Зелени ­

на) — увеличивается .

На

сопротивление

резанию

влияет

т а к ж е

ширина

боковой

поверхности

н о ж а . Н и ж е

приведены д а н н ы е Ф. А. Опейко,

по­

к а з ы в а ю щ и е ,

как увеличивается

сопротивление

резанию

т о р ф я -

н о - б о л о т н о го грунта с

увеличением

ширины н о ж а при глубине

р е з а н и я 45 см и толщине н о ж а 5 см.

Зависимость усилия резания от ширины боковой поверхности ножа

Ширина

ножа

в см

4,5

10

20

Усилие

резания в кгс

605

657

758

Удельное сопротивление резанию в кгс/см2 . . . 26,9

29,2

33,7

Возрастание

усилий

резания с увеличением

боковой

поверх­

ности

ножа

связано с

повышением

сил трения и

налипания .

Особенно возрастают эти силы при

р а з р а б о т к е

грунтов,

в л а ж ­

ность

которых

близка

к липкости,

а именно:

20—25%

Для

супеси,

25—30%

д л я суглинка, 30—45%)

дл я глины

и 75—85%

д л я торфяно-болотного

грунта.

Н а

величину

усилий

резания влияет

т а к ж е

затупление лез ­

вия н о ж а . П о д а н н ы м Ф. А. Опейко,

при

р а з р а б о т к е

т о р ф я н ы х

усилие р е з а н и я

на 20—23%. Д а л ь н е й ш е е

притупление

л е з в и я

д о 5 мм незначительно

увеличивает

сопротивление

резанию

(на 5 - 6 % ) .

П р и отклонении н о ж а

н а з а д на 25° сопротивление

резанию

уменьшается на

8—13%

по сравнению

с

вертикальным

распо­

Рекомендуются

следующие

оптимальные у г л ы заострения:

д л я торфяно - болотных

грунтов

60°, дл я

сухого

песка

45—50°,

в л а ж н о й

т я ж е л о й

супеси

30°, легкого сухого

суглинка

45°, тя­

ж е л о г о

суглинка средней

в л а ж н о с т и 30°.

Д л я

определения общих нагрузок

на ноже в

к р о т о д р е н а ж н ы х

м а ш и н а х , помимо

сопротивления резанию грунта

ножом,

необ­

Т а б л и ц а

22

ходимо

учитывать

сопротивле­

ние

продвижению дренера

при

Сопротивление

движению

дренера

формировании

дрены .

Сопро­

на торфяно-болотных грунтах при

тивление

д в и ж е н и ю

дренера

глубине

дренирования 100 см

зависит

от

угла

конусности

Дренер

Сопротивление

дренера,

его

д и а м е т р а

и

дли ­

Угол ко­

ны

цилиндрической

части.

Диа­

тяговое

удельное

Д а н н ы е

табл .

22

показыва ­

нуснос­

ют,

что дл я

угла

конусности

ти в гра­

метр

в кгс

в кгс/см2

дусах

в см

20—50° тяговое

сопротивление

изменяется

незначительно,

а с

52

20

241

0,77

увеличением

д и а м е т р а

дренера

28

20

237

0,76

удельное

сопротивление

умень­

23

20

246

0,78

шается .

19

20

266

0,85

П р и

осушении грунтов,

вла­

14

20

346

1,10

37

10

121

1,54

жность которых близка к лип­

37

15

235

1,32

кости,

необходимо

учитывать

37

20

352

1,12

т а к ж е

силы

налипания

грун­

37

25

542

1,11

тов на

дренер .

1 Н

*

I 1

НЛ>

где Р — сила резания

грунта

лезвием

ножа;

Рил

— сила нали­

пания грунта на боковые поверхности

ножа .

Сила резания грунта лезвием

ножа может

быть определена

по формуле, предложенной А. Н. Зелениным дл я

э л е м е н т а р н ы х

профилей:

p = c ^ 3 5 ( i + o , i 6 ) ( i - - ^ ^ - ) ftB,

где С — число

ударов

плотномера

конструкции

Д о р Н И И , ха ­

рактеризующее

плотность грунта. Д л я грунтов

первой категории

третьей категории

9—16; Аф — глубина прорезаемой

щели

(тол­

щина

стружки)

в

см; b— толщина

лезвия

ножа (ширина ре ­

зания)

в см; а — угол

резания

в

градусах;

k«, — коэффициент,

учитывающий влияние

угла заострения Р лезвия

н о ж а .

Пр и

р = 5 0 - Ы 5 °

/ге = 0,81;

при

6 = 60°

/ер = 0,83;

при

р = 90° £р =0,9;

при

|3=180° А в = 1 .

Сила налипания грунта

на

боковые поверхности

ножа

Рнл = РЛ,.

(13)

где

рл

— удельное

сопротивление

налипания

грунта,,

равное

0,07—0,09

кгс/см 2

дл я

глин; 0,05—0,07 кгс/см 2

дл я

суглинка и

0,02—0,025

кгс/см 2 дл я торфяно - болотных

грунтов;

FB — пло­

щ а д ь

боковых

поверхностей ножа,

соприкасающихся

с грунтом,

Д л я кротодренажных

машин, помимо сопротивлений от про ­

д в и ж е н и я н о ж а

в грунте,

необходимо учесть сопротивление от

протаскивания

дренера