2. Кінематика фрези

Фрези – це знаряддя, які за рахунок відділення стружки від масиву ґрунту, удару її об ґрунтову решітку та кожух забезпечують інтенсивне розпушення і перемішування ґрунту. Робочими органами фрез найчастіше бувають ножі, а іноді гачки та долота, закріплені на барабані. У переважній більшості фрез ножі здійснюють колові рухи, при цьому в різні моменти часу ніж розміщується під різним кутом до горизонту. В результаті цього не завжди кут різання відповідає найменшій витраті енергії, тому, крім фрез з коловим рухом робочих органів, є фрези, які здійснюють поступально-коловий рух. Кріплення ножів до барабана фрези буває трьох видів: жорстке, шарнірне та напівжорстке. Частіше застосовують жорстке кріплення ножів, як найбільш просте. При такому кріпленні кожен диск барабана із закріпленими на ньому ножами має механізм, який захищає ножі від поломок. Напівжорстке кріплення робочих органів забезпечується за допомогою пружин. При цьому диски барабана можуть не мати захисних механізмів, а встановлюється один запобіжний пристрій для всієї групи дисків. Використовують також фрези із шарнірно закріпленими ножами. Такі ножі працюють стійко, якщо їх маса відповідає опору ґрунту. Ножі бувають прямі, зігнуті, тарілкоподібні, лущильні, s-подібні, гачки та долота.

Рис. 4.3. Схема руху ножа фрези

Робочі органи фрез здійснюють складний рух: поступальний (переносний); обертальний (відносний). Траєкторія руху будь-якої точки робочого органу представляє собою циклоїду. Розглянемо, наприклад, рух кінцевої точки А ножа. Через проміжок часу вісь барабана переміститься в положення , пройшовши шлях , а диск барабана повернеться на кут , де – поступальна швидкість фрези; – кутова швидкість. При цьому точка А переміститься в точку А₁, яка матиме такі координати:

Ця система рівнянь в параметричній формі характеризує траєкторію абсолютного руху точки А ножа фрези. Таку ж траєкторію буде мати і будь-яка інша точка ножа. Геометрична форма траєкторії руху точки робочого органа (циклоїда) буде залежати від співвідношення швидкостей

,

де – колова швидкість точки А.

Це співвідношення називають показником кінематичного режиму роботи фрези, який є однією з найважливіших характеристик фрези. Якщо , то траєкторія точки А або іншої точки буде мати форму циклоїди без петлі (рис. 4.4, б), а якщо , то циклоїда буде з петлею (рис. 4.4., а). Як правило, , оскільки ця умова забезпечує те, що ніж діє на ґрунт лезом, а не затильною частиною.

а б

Рис. 4.4. Траєкторія ножа фрези

3. Розрахунок параметрів фрез

Робота фрези характеризується таким показником: – подача на ніж, – глибина обробітку, – висота гребенів. Подачу на ніж визначаємо за формулою:

,

де – час, за який наступний ніж у відносному русі займе положення попереднього, тобто повернеться на кут, що рівний центральному куту між ними. Час можна визначити з виразу:

,

де – час, за який диск повернеться на один оберт,

– кількість зубів на одному диску.

У свою чергу час може бути визначений з виразу:

.

Тоді

.

А подача на ніж становитиме

.

Помножимо чисельник і знаменник на радіус , одержимо

.

Оскільки , то

.

Врахувавши, що остаточно одержимо

.

З цієї формули видно за рахунок яких параметрів можна змінити подачу на ніж, а отже і ступінь дії фрези на ґрунт. У тому числі і ступінь кришіння, оскільки товщина стружки , яка визначає степінь подрібнення ґрунту прямо пропорційно залежить від подачі . Максимальне значення товщини стружки можна визначити за формулою:

.

Також параметр можна визначити за формулою:

,

де - конструктивний параметр фрези.

З цієї формули випливає, що при незмінній подачі на ніж із зменшенням глибини обробки степінь розпушення зростає. Товщина стружки – величина змінна, тому для розрахунків використовують її максимальне значення.

Висоту гребенів на дні борозни можна визначити за залежністю

.

Із залежності видно, що висота гребенів залежить від тих же параметрів, що і подача, а отже при зменшенні подачі на ніж зменшуватиметься і висота гребенів.