Кинематика рабочего элемента барабана или шнека каналоочистительной машины

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 631.316.022.001

Таразский государственный университет им. М.Х. Дулати, г. Тараз

Кинематика рабочего элемента барабана или шнека каналоочистительной машины

А.Т. Раимбаев¹, С.А. Раимбаева²

¹Канд. техн. наук, проф. ²Ст. преподаватель

Аннотация

барабанный фреза ротационный шнековый

Теоретически обосновано траектория контакта режущего рабочего элемента барабанных и шнековых фрез каналоочистительной машины с единичным стеблем растительности в зависимости от направления их вращения.

Ключевые слова: барабан, шнек, фреза, режущий рабочий элемент, единичный стебель, каналоочистительная машина.

Annotation

Theoretically justified trajectory contact cutting cylinder work item and screw cutters of channel cleaning machine with a single stalk of vegetation depending on the direction of their rotation.

Keywords: cylinder, screw, cutter, cutting the work item, a single stem, channel cleaning machine.

Рассматривая кинематику барабанных и шнековых фрез каналоочистительной машины относительно стеблестоя растительности, следует отметить, что важным вопросом является определение рабочей зоны взаимодействия точки рабочего элемента с растительностью, которая влияет на энергоемкость процесса резания, соответственно выбору направления вращения фрез.

Определение рабочей зоны взаимодействия фрез с растительностью зависит от вида рабочих органов и формы их режущих рабочих элементов.

В настоящей работе рассматривается два вида фрез - шнековый и барабанный. Шнековая фреза со сплошной винтовой навивкой на трубчатом валу, снабжена с Г-образными режущими рабочими элементами. Барабанная фреза состоит из Г- или Т- образных режущих элементов, закрепленных на параллельных дисках вмонтированного в трубчатом валу.

Учитывая конструктивные особенности описанных рабочих органов и их режущих элементов, для обоснования выбора направления вращения фрез при срезе растительности примем следующие допущения:

- режущий рабочий элемент входит в контакт с единичным стеблем в одной вертикальной плоскости;

- стебель в виде упругой балки, описывающий прямую линию, консольно защемлена на жесткую поверхность и находится в определенном расстоянии от неподвижной системы отсчета;

- линия режущей кромки элементов параллельно горизонтальной оси фрезы.

Движение точки режущего элемента описывается системой уравнений [1,2]:

(1)

где: r - радиус барабанной или шнековой фрезы, м; - угловая скорость, рад/с; - поступательная скорость машины, м/с; t - время, с.

Из второго выражения системы уравнений (1) определяем величину

(2)

Зная, что и учитывая уравнение (2) получим

(3)

Так как время (4)

Подставляя выражения (3) и (4) в систему уравнения (1) получим

(5)

Определенный интерес в определении рабочей зоны взаимодействия, представляет выявление количества контактов режущего рабочего элемента с единичным стеблем, в зависимости от направления вращения фрезы.

Для этого определим уравнение касательной к кривой (5) в точке с ординатой

Подставляя в уравнение (5) находим абсциссу точки касания

(6)

Дифференцируя и преобразуя выражение (5) получим

(7)

Угловой коэффициент касательной в данной точке определяется подстановкой у₀= r в выражение (7)

(8)

Тогда искомое уравнение касательной имеет вид

(9)

или (10)

преобразуя (10) получим

(11)

Для определения количества контактов предположим, что стебель от системы отсчета координатных осей находится на расстоянии равном, при y = r.

(12)

Тогда величину х из уравнения (12) подставляя в уравнение (5) и учитывая, что в каждой секции ротационной фрезы имеется z ножей, причем каждый последующий из них при движении отстает от предыдущего на величину

(13)

где ₀ - угол между одноименными точками концов режущих рабочих элементов, расположенных в одной секции ротационной фрезы.

После некоторых преобразований для ротационной фрезы получим выражение в виде

(14)

Для шнековой фрезы

(15)

а) прямое вращение б) обратное вращение

Рис. 1. Траектория движения точки режущего рабочего элемента фрез

В уравнении (14 и 15) верхний знак принимается при вращении фрезы против хода движения машины, а нижний знак - при обратном.

Решая полученное равенство методом проб, определяем точки пересечения (количество контактов) траектории движения режущих рабочих элементов с линией единичного стебля растительности.

Характер протекания кривой уравнения (14) проиллюстрированы на рисунке 2, 3 (а - левая часть (табл. 1)); б - правая часть (табл. 2).

Таблица 1. Численные данные для построения траектории прямолинейного движения режущего рабочего элемента

Рис. 2. Траектория прямолинейного движения режущего рабочего элемента

Таблица 2. Численные данные для построения траектории вращающегося режущего рабочего элемента

Рис. 3. Траектория вращающегося режущего рабочего элемента

Численное решение данной задачи осуществлялась в программе MS Office 2007 а именно в EXCEL 2007 (табл. 3) [3]. Расчеты проводились при таких параметрах, как рабочая длина L прохода, угловая скорость от числа оборотов и радиуса r рабочего органа каналоочистительной машины.

Таблица 3. Результаты расчета по определению числа контактов режущего рабочего элемента со стеблем единичной растительности а - по расчету левой части формулы (14)

Таблица 4. Расчетные данные для построения графика Y1 = f(v) и Y2 = f(v) (рис. 4)

Рис. 4. Влияние скорости перемещения на контакт режущего рабочего элемента со стеблем растительности

Таблица 5. Результаты расчета по определению числа контактов режущего рабочего элемента со стеблем единичной растительности б - по расчету правой части формулы (14)

Таблица 6. Расчетные данные для построения графика Y1 = f(v) и Y2 = f(v) (рис. 5)

Скорость передвижения машины, м/с

Рис. 5. Влияние скорости перемещения на контакт режущего рабочего элемента со стеблем растительности вращающегося в прямом направлении

Из приведенных графиков видно, что по мере роста скорости передви-жения каналоочистительной машины оптимальное положение режущего рабочего элемента барабанной или шнековой фрезы находится в точке пересечения кривых Y1 =f(v) и Y = f(v).

По результатам расчетов можно сделать следующие выводы:

1) при фрезеровании растительности длина рабочей линии взаимо-действия и количество контактов точки режущего рабочего элемента с единичным стеблем растительности при вращении фрезы по ходу движения машины больше чем при вращении фрезы против хода движения машины;

2) изложенная основа теоретических предпосылок позволит правильно ориентироваться в составлении методики исследований, испытаний и выборе геометрических параметров рабочих органов, их установки.

Список литературы

1. Добронравов, В.В. Курс теоретической механики [Текст] / В.В. Добронравов, Н.Н. Никитин, А.Л. Дворников. Изд. 3-е перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1974. - 528 с.

2. Корн, Г. Справочник по математике [Текст]: для научных работников и инженеров. Определения, теоремы, формулы / Г. Корн, Т. Корн; под общ. ред. И.Г. Арамановича; изд. 2-е. - М.: Наука, 1970. - 720 с.

3. Рудикова Л.В. Microsoft Excel для студента [Текст] / Л.В. Рудикова. СПб.: БХВ-Петербург, 2007. - 368 с.

Материал поступил 27.09.13.

Размещено на Allbest.ru