Рисунок 1. Подкопочная машина ПТ-НН1020П
Резание мёрзлого грунта дискофрезерным рабочим органом имеет ряд особенностей, обусловленных физико-механическими свойствами грунта, кинематическими параметрами рабочего процесса и расположения рабочего органа относительно разрабатываемой поверхности в процессе её разрушения. При этом фреза в процессе работы будет подвергнута значительным динамическим нагрузкам, исследования, проведённые в Нижегородском государственном техническом университете [1,4-6], показывают, что во время только одного оборота фрезы, в зависимости от количества резцов и их схемы установки, величина крутящего момента может изменяться в 1,5–2,0 раза (см. рис. 2–4). При этом точка А на графиках соответствует началу взаимодействия нового резца с мёрзлым грунтом. При этом происходит общее увеличение силы резания и, соответственно, крутящего момента от дополнительного резца. Увеличение нагрузки на фрезе в данный момент времени иллюстрирует участок АБ на рисунке 2, когда нагрузка возрастает практически мгновенно. Затем все резцы, находящиеся в забое, начинают резать грунт со всё более большей толщиной стружки, обусловленной тем, что резание происходит по сложной траектории, связывающей между собой вращательное вращение фрезы и поступательное движение подкопочной машины. Заглубление резца под действием подачи машины приводит к линейному росту нагрузки на рабочем органе, который иллюстрируется участок БВ на графике 2. В точке В происходит выход из забоя одного из резцов, в результате чего в забое остаётся на один резец меньше, а нагрузка на фрезе падает пропорционально силе резания верхнего слоя грунта. В дальнейшем оставшиеся резцы, срезая всё более толстую стружку, в результате поворота фрезы будут способствовать линейному увеличению нагрузки, о чём свидетельствует участок ГА на рисунке 2. И наконец, в точке А происходит внедрение в мёрзлый грунт следующего резца, и весь процесс повторяется.
Следует отметить, что важнейшим параметром, характеризующим процесс фрезерования, является величина затрат энергии на осуществление данного процесса. Так как энергозатраты, связанные с разрушением слоя грунта, имеют две составляющие, то существует необходимость параллельного расчёта затрат мощности как на фрезерование мерзлого грунта, так и на усилие подачи. Мощность на фрезерование может быть определена как произведение крутящего момента на скорость вращения фрезы, а мощность на создание тягового усилия – как произведение скорости движения на величину этой силы [4]:
, (1)
Из данного выражения видно, что существующие методы расчёта мощности фрезерования слоя мёрзлого грунта основываются на том, что скорость резания является постоянной величиной. В действительности скорость резания направлена по касательной к траектории движения режущей кромки резца и по величине определяется геометрической суммой окружной скорости вращения фрезы (по режущей кромке резца) ωφ·R и скорости поступательного движения подкопочной машины (скорости подачи) Vп.
Рисунок 2. Изменение крутящего момента на фрезе в процессе фрезерования
мёрзлого грунта
На рис. 3 представлена схема для определения скорости и углов резания в зависимости от угла поворота фрезы φ.
Рисунок 3. Расчетная схема для определения угла и скорости резания
при фрезеровании мерзлого грунта фрезой
По правилу параллелограмма скорость резания будет равна
, (2)
Эта формула показывает, что скорость резания при фрезеровании является
переменной величиной. При φ=0 скорость резания равна арифметической сумме Vп и ωφ·R,
при φ= она равна
, а при φ=π – арифметической
разности Vп и ωφ·R.
Таким образом, изменение скорости резания резца в забое будет напрямую зависеть
от взаимного расположения резца и забоя. Продифференцировав уравнение 2 по углу
поворота фрезы, получим зависимость скорости изменения резания от угла поворота
фрезы:
(3)
То есть уравнение 1 примет вид:
(4)
Сравнительный анализ изменения мощности фрезерования показан на рисунке 4.
Рисунок 4. Изменение мощности фрезерования от угла поворота дисковой фрезы.
1 – ранее применяемая зависимость, 2 – разработанная зависимость
Рисунок 5. Относительное изменение расчётной мощности фрезерования от угла поворота дисковой фрезы.
1 – мгновенная, 2 – средняя за оборот
Полученные результаты свидетельствуют о том, что вновь предложенная зависимость позволяет уточнить мгновенную затрачиваемую мощность при фрезеровании мёрзлого грунта на 40 %, а среднюю эффективную мощность фрезерования на 5 %. Кроме того, данная зависимость позволяет рационально расположить фрезу относительно забоя для обеспечения меньших затрат на фрезерование, которые могут быть снижены на 5–10 %.
Рецензенты:Беляков В.В., д.т.н., профессор кафедры «Автомобили и тракторы» ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева», г. Нижний Новгород.
Вахидов У.Ш., д.т.н., заведующий кафедрой «Строительные и дорожные машины» ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева», г. Нижний Новгород.
Библиографическая ссылка
Вершинин А.В., Ерасов И.А., Левшунов Л.С., Янкович А.В. ВЛИЯНИЕ НЕРАВНОМЕРНОСТИ СКОРОСТИ РЕЗАНИЯ МЁРЗЛОГО ГРУНТА ПОДКОПОЧНОЙ МАШИНЫ НА ЭНЕРГОЁМКОСТЬ ЕГО РАЗРУШЕНИЯ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=16611 (дата обращения: 13.02.2025).