3. Выбор основных параметров фрез

Ок­ружную скорость фрез (тип II, IV) для очистки каналов, а также прокладки каналов в торфяных грунтах принима­ют в зависимости от требуемой дальности отбрасывания грунта и чистоты среза растительности. Чистый срез по­лучают при v_окр = 10÷15 м/с. Для отбрасывания грунта на заданное расстояние по опытным данным при зало­жении откоса 1:1 и более пологом окружную скорость фрез для типа II и IV определяют из соотношения v_окр= (1,3÷1,5)l_o (где l_o = 5÷12 м – заданная дальность отбрасывания грунта).В этих пределах принимают v_окр= 8÷13 м/с.

Рис. 2.6 Схема к определению основных параметров фрезы

При заложении откосов положе и круче 1:1 v_окр увеличивается до верхнего предела; верхние пределы v_окр принимают также при больших глубинах канала.

Диаметр рабочего органа d_ф для фрез равен, (м):

(2.9)

где l_н – длина ножа, (l_н = 0,1÷0,2 м);

θ_фр – расчетный угол раз­грузки фрезы, град, θ_фр = 45÷70°. Диаметр фрезы должен находиться в пределах:

d_ф= (1,35÷1,65)H_к/sin α_к.

Среднюю ширину лопатки b_л рассчи­тывают по формуле (м):

, (2.10)

где S'_Л – площадь сечения грунта объема одной ссыпки (вдоль ло­патки, см. рис. 2.6), м²;

V_л – необходимая емкость ссыпки лопатки, м³:

(2.11)

где П_т – заданная производительность, м³/ч;

k_р – коэффициент раз­рыхления грунта, (табл. П1);

z_л – число выбросных лопаток фрезы, (z_л = 8÷12);

n_Р – частота вращения фрез (роторов), с^-1;

i_p – число фрез (роторов).

Большее число ножей и лопаток соответствует большим диаметрам фрез и большей производительности. Выбранное число ножей должно обеспечивать толщину стружки в указанных вы­ше пределах.

Площадь сечения S^/_л объема грунта одной ссып­ки на лопатке определяют приближенно (как площадь равно­стороннего треугольника) по формуле (м²):

, (2.12)

где h_max – максимальная высота объема грунта на лопатке, м;

l_м – расстояние наиболее удаленной частицы грунта от наружной кром­ки лопатки, м (рис. 2.6):

(2.13)

Для упрощения расчета ниже приводятся формулы числовых значений коэффициентов А, В, a₁, а₂, a₃, a₄ , a₅, a_6.

где r_о – радиус фрезы (ротора) по окружности лопаток, м (r_о= d_о/2 = 0,5d_ф – l_н);

d_о – диа­метр окружности лопаток, м;

α_л – угол между радиусом-вектором наружной кромки лопатки и проекцией лопатки на плоскость враще­ния фрезы (ротора), град (рис. 2.6), принимают α_л = 20÷30°;

tgφ₁ = f – коэффи­циент трения грунта по лопатке (табл. П1);

g – ускорение свободного падения, м/с²;

α_к – угол наклона плоскости фрезы к горизонту (угол наклона откоса), град;

tgφ₂ – коэффициент трения грунта по поверхности фрезы (при φ₁ = φ₂, tgφ₂ = f );

ω – угловая скорость, с^-1;

n_Р – частота вращения фрезы, с^-1;

v_окр – окружная скорость рабочего органа, м/с (принимается v_окр = 8÷13 м/с);

ω = 2v_окр /d_ф, с^-1. (2.14)

где φ₁ – угол трения грунта по лопатке фрезы, рад (φ₁ = arctg f );

е = 2,72 – основание натуральных логарифмов;

a₂ = соs(φ₀ -2φ₁); а₃ = sin (φ₀+ φ₁); a₆ = (φ₀+ θ_фр+ 2φ₁);

где φ₀ – угол, соответствующий моменту выхода наружной кромки лопасти на поверхность забоя, град (рис. 2.6).

или углыα_л, ψ₀, φ₀, θ_фр и φ₁ в град.

Ширину лопатки b_л, вычисленную по формуле (2.10), проверяют для фрез типа II из условия размещения рабочего органа в канале

(2.15)

а для фрез типа IV

b_л > δ_H, (2.16)

где δ_H – толщина слоя наносов, м

. (2.17)

где S_Н – площадь наносов, м² (рис. 2.4).

В случае нарушения условия (2.16) задаются другим диаметром фрезы d_ф и делают перерасчет.

Ширина ножа b_нож (м) равна

b_нож = b_л + 0,02. (2.18)

Толщину стружки (подача на один нож, м) δ вычисляют по формуле:

(2.19)

где n_Ф – частота вращения фрезы, с^-1:

(2.20)

z_н – число но­жей по окружности фрезы в каждом ряду в плоскости перпендикулярной оси вращения, (принимают z_н = 8÷12 шт.);

v_K – скорость перемещения рабочего органа, м/с;

,

где S_К – площадь поперечного сечения канала, м²:

.

Для фрезерных каналокопателей типа II рекоменду­ют ширину ножа b_нож принимать свыше 0,08 м, так как удельное сопротивление резанию снижается с увеличе­нием ширины резания с 0,03 до 0,08 м. При ширине стружки более 0,08 м удельное сопротивление грунта резанию поч­ти постоянно.

Направление вращения для фрез типа II, IV принимают прямое (рис. 2.5).

Профиль копирующей фрезы тип I выбирают по заданным размерам поперечного сечения канала.

Окружная скорость фрезы (м/с) типа I зависит от за­данной дальности отбрасывания грунта l₀:

Чашечные ножи устанавливают по спирали, а плоские – по образующим конуса.

Выбор основных параметров фрез типа V. Диаметр рабочего органа находят графически. Для этого нужно, чтобы фреза вписывалась в контур поперечного сечения канала, касаясь его дна и нижней части откосов. В этом случае фреза при работе не повреждает дно и откосы канала; d_ф = 0,5÷1,2 м. При большой ширине канала по дну следует использовать вспомогательные пас­сивные открылки или очищать за несколько проходов.

Ширину лопатки для фрез типа V для увеличе­ния компактности струи принимают b_л = 0,5÷0,20 м (верхний предел при v_к > 700 м/ч). Максимальная шири­на лопатки (мм) должна быть проверена на выносную способность по формуле b_л ≥ 40 + 2,35П_т. Длина лопатки l_л = (0,8÷0,85)r_ф, где r_ф = d_ф/2.

Угол резания ножей-лопаток рекомендуют принимать в пределах ψ_H = 35÷40°, нож-лопатка отгибается вперед на высоте (0,75÷0,8)b_в под углом 50÷55° и отклоняется на α_л = 5÷10° от радиуса в сторону, обратную враще­нию.

Направление вращения для рабочих органов типов V, VI принимается таким, чтобы выбрасываемые из канала наносы откладывались за бровкой противоположного откоса.

Рабочую скорость перемещения ма­шины v_к определяют по формуле (2.7), подставляя вмес­то S_К площадь наносов S_Н. Число ножей-лопаток выберают в зависимости от диаметра фрезы – большее число их соответствует большему диаметру и большей производительности.

Подачу на один нож (толщину стружки) δ вычисляют по формуле (2.8). Для суглинков она должна быть в пределах 0,005÷0,007 м, для торфяников – 0,007÷0,009 м.