442

23

Таким образом, в момент разгона и в момент резания будет происходить аналогичный всплеск давления, но разного масштаба. Для вычисления этого масштаба необходимо найти максимальное давление при разгоне и разделить его на давление при срезании (второе слагаемое). После чего в момент срезания поросли разного диаметра силой Fдин скачок давления, а значит и масштаб, уменьшающий всплеск при разгоне, будут разными для каждого случая. В результате получаем корректное изменение давления во время резания.

3.3.Контрольные вопросы

1.Почему при рассмотрении динамики гибкого рабочего органа взято за основу уравнение вращения твёрдого тела вокруг неподвижной оси?

2.Какой из моментов больше – момент вращения тела вокруг собственной оси вращения или вокруг центральной оси вращения, и почему?

3.От чего зависит момент, развиваемый гидромотором?

4.Как определить угловое ускорение удара?

5.Зачем уравнение движения гибкого рабочего органа дополняется ещё одним дифференциальным уравнением?

6.Что такое коэффициент податливости упругих элементов гидропривода

икак он влияет на характеристику изменения давления в гидросистеме?

7.Поясните этапы решения системы дифференциальных уравнений, описывающих работу гидропривода ротора.

8.Как изменяется давление при включении гидросистемы, холостом ходу

ирезании?

24

4. ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РЕЖУЩЕГО ЭЛЕМЕНТА КУСТОРЕЗА СО СТВОЛОМ ПОРОСЛИ И УСЛОВИЙ, ПРИ КОТОРЫХ ПРОИЗОЙДЕТ ЕГО ПЕРЕРЕЗАНИЕ

4.1. Основные положения и методические указания

Условием работы инерционно-рубящего органа является то, что его ускорение должно быть не менее ускорения стеблей, т.е. линейная скорость, получаемая стеблем поросли Vст от воздействия на него режущего элемента, должна быть меньше линейной скорости самого режущего элемента Vэл. [1]

Vэл ≥Vст . (4.1)

Ускорение стебля находится из формулы

Под действием силы резания Fдин на высоте l от земли стебель отклоняется на амплитуду f и приходит в колебательное движение, период которого рассчитываем по формуле

4

ρ - плотность древесины, г/см3; Fдин. – сила удара, Н;

y – высота ствола порослевины, м;

l – высота, на которой произошёл удар, м.

Далее, по теории упругости, величина прогиба для такого стебля находится из формулы

25

где E – модуль упругости, Па;

I – полярный момент инерции поперечного сечения, у основания стебля I=πd4/64, м4;

d – диаметр поросли, м.

Зная, что скорость ствола поросли равна произведению времени удара на приобретённое под действием силы резания ускорение, получим

aτ – тангенциальная составляющая ускорения – aτ=εR, м/с2. Подставляя значения нормальной и тангенциальной составляющей в

Если Vэл ≤Vст , то существует возможность, что произойдёт излом ствола,

когда изгибающий момент, создаваемый силой резания на поросли, достигнет максимума. Максимальный изгибающий момент вычисляем по формуле

Тогда, подставляя формулы (4.9) и (4.10) в (4.1), получим максимальное напряжение от изгиба σmax, после превышения которого ствол поросли сломается

Таким образом, срезание поросли будет наблюдаться в двух случаях. Первый случай – когда линейная скорость режущего элемента больше

скорости сообщаемой им поросли, а сила удара достаточна для перерезания. Второй случай – когда поросль отклонится на такую величину, что на-

пряжения изгиба превысят допустимые и произойдёт её излом.

4.2. Пример расчёта необходимых условий для осуществления процесса среза древесно-кустарниковой растительности гибким рабочим органом.

Исходные данные представлены в таблице 4.1: диаметр ствола d=0,04 м; высота ствола дерева y=2 м, уровень среза l=0,5 м; модуль упругости ствола

E =9,1 106 Па, плотность древесины ρ=50 кг/м3; масса режущего элемента mэл=0,5 кг, время удара tуд=0,005 с.

Используя силу, необходимую для перерезания ствола дерева Fдин, выбрать параметры рабочего органа – частоту вращения рабочего органа n об/мин и длину рабочего органа R м таким образом, чтобы кусторез создавал требуемую силу инерции (резания). После проведения расчёта сделать вывод, будет ли перерезан ствол дерева.

Таблица 4.3

Условия протекания процесса резания

4.3. Контрольные вопросы

1.Назовите условия, при которых будет происходить процесс перерезания ствола гибким инерционно-рубящим рабочим органом.

2.Если не произойдет перерезание ствола, возможен ли его излом?

3.Как влияет диаметр ствола на приобретаемую этим стволом скорость?

4.Что такое приведённая масса ствола и где она больше – у вершины или

укомля?

5.Как увеличить силу удара, накапливаемую в режущем элементе рабочего органа?

6.Почему при расчете величина прогиба ствола приобрела столь высокие значения?

29

5. ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПИЛЬНОГО ДИСКА С ДРЕВЕСНО-КУСТАРНИКОВОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТЬЮ

5.1. Основные положения и методические указания

Усилие резания зависит от многих факторов, которые условно можно подразделить на три группы. Структурная формула, предложенная В.В. Овчинниковым, имеет вид [3]

где в первую группу входят независимые параметры, обусловленные природными факторами: П – порода перерезаемой древесины; W – влажность, Т – температура. Параметры этой группы оказывают косвенное влияние на силу резания через показатель прочности древесины и характеризуют физикомеханические свойства древесины. Вторая группа объединяет режущие органы

(радиус режущей кромки, изменяющийся в пределах ρ=0,001…0,04 мм); β - угол заточки клинообразной части ножа (оптимальное значение находится в диапазоне 30…40° ); S – толщина ножа (рассчитывается из условия обеспечения необходимой прочности и устойчивости ножа, её значение колеблется от 3 до 15 мм). Отклонения от оптимальных значений может существенно увеличить силу резания и отрицательно повлиять на сам процесс резания. Третья группа представляет собой активно варьируемые параметры, изменяя значения которых, можно оказывать влияние на силу резания, форму режущих органов,

кинематику и сам процесс резания; λ - угол наклона режущей кромки по отно-

шению к вектору движения (λ=0…45°); F – площадь контакта перерезанной древесины с боковыми гранями ножа, участвующими в резании. Эта группа определяет форму режущих органов и является основной. Сопоставляя и анализируя эти параметры в рамках имеющихся условий резания, возможно функциональное, конструктивное и параметрическое усовершенствование режущих элементов.

30

Одним из достоинств бесстружечного резания является простая кинематика движения ножа, поэтому большинство исследователей обратили внимание на конструктивно простую и легко реализуемую схему взаимодействия прямоугольного ножа и образца древесины. При этом исследовалась, как правило, зависимость усилия резания от параметров инструмента, свойств древесины, температуры среды. Наиболее интересные результаты получены при косоугольном резании, то есть условии, когда вектор движения направлен под углом к режущей кромке или к линии вершин зубьев в плоскости реза, а также резании с протяжкой, то есть процессе, при котором осуществляется движение инструмента, плоского ножа относительно дна прорези. В работах приведены результаты теоретических и практических исследований косоугольного резания, в частности при наклоне лезвия ножа к вектору движения под различными углами (λ=-30°, -15°, +15°, +30°) плоского пластинчатого ножа. Полученные осциллограммы имели идентичный характер кривых и при изменении угла наклона изменялось лишь значение силы перерезания. Результатами экспериментов установлено, что наименее энергоёмким является процесс перерезания с уг-

лом наклона лезвия λ=-15°, поскольку усилие резания снижается на 33%. Поэтому это значение угла наклона лезвия соответствует наиболее рациональному [7].

Таким образом, рассматривая зуб пилы как отдельный режущий элемент, мы имеем право воспользоваться существующими исследованиями и получим следующее:

1.Радиус режущей кромки ρ=0,001…0,04 мм

2.Угол заточки зуба пилы β=30…40°.

3.Угол наклона режущей кромки по отношению к вектору движения

λ= 5…-30° 4. Трансформируя наиболее эффективное косоугольное резание прямым

ножом, мы получаем резание пилой, зуб которой имеет форму, показанную на рис. 5.2.