CC BY
223
УДК 631.363.4
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УГЛА СКОЛЬЖЕНИЯ ЛЕЗВИЯ НОЖА НА СНИЖЕНИЕ РАБОТЫ РЕЗАНИЯ
Гаврилов Т.А., аспирант ФГБОУ ВПО «Петрозаводский государственный университет»
gavrilov@petrsu.ru Угол скольжения лезвия ножа является одним из наиболее значимых параметров процесса резания лезвием. В зависимости от величины угла скольжения различают нормальное, наклонное и скользящее резание. Наиболее сложным видом резания лезвием является скользящее. На величину работы резания, влияет ряд положительных - кинематическая трансформация угла заточки и кромки лезвия, падение удельной нагрузки на длину лезвия и пилящее воздействие кромки лезвия, и отрицательных -кинематическая трансформация
толщины перерезаемого материала, эффектов скользящего резания. Для снижения работы резания должно соблюдаться условие - доля влияния отрицательного эффекта не должна превышать суммарную долю всех положительных эффектов. Ключевые слова: работа резания, угол скольжения, виды резания, кинематическая трансформация, угол трения
UDC 631.363.4
INVESTIGATION OF THE KNIFE BLADE SLIP ANGLE INFLUENCE TO THE CUTTING WORK REDUCTION
Gavrilov T.A., postgraduate student Petrozavodsk State University
, ptimmo@mail.ru
Slip angle of the knife blade is one of the most important parameters of the process of blade cutting. Depending on the slip angle normal, inclined and slipping types of cutting are differentiated. The most difficult type of blade cutting is slipping. A number of positive effects of slipping cutting - filing angle and blade edge kinematic transformation, the fall of the specific load on the blade length and sawing blade edge, and negative ones - kinematic transformation of cut material thickness influence the amount of cutting work. To reduce the cutting work one term must be observed - the share of influence of negative effect should not exceed the total share of all positive effects.
Keywords: cutting work, slip angle, cutting types, kinematic transformation, friction angle
Процесс измельчения резанием по своей роли в технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции, а также по доли энергозатрат является одним из основных. Поэтому одним из основных условий повышения экономической эффективности производства и переработки сельскохозяйственной продукции является изучение закономерностей процесса измельчения.
Из теории резания лезвием [1-4], известно, что одним из наиболее значимых параметров процесса резания лезвием считается угол скольжения лезвия ножа т. Данный угол заключен между направлением движения рассматриваемой точки лезвия и нормалью к лезвию.
В зависимости от величины угла скольжения различают три вида резания: нормальное, наклонное и скользящее [2, 3, 5].
Нормальное резание: нож совершает перемещение только в нормальном к его кромке направлении, без перемещения параллельно
кромке, резание производится только нормальной силой, т. е. без участия касательной силы. Угол скольжения т = 0.
Наклонное резание: нож одновременно совершает перемещение и в нормальном к его кромке направлении, и параллельно кромке, резание производится нормальной силой с участием касательной, но касательная сила еще не может вызвать скользящего движения частиц материала по лезвию, т. к. угол скольжения т меньше угла трения ф (учитывая особую природу трения, которое проявляется при перемещении частиц материала по лезвию, в теории резания угол трения принято называть углом скользящего резания), т. е. 0° < т < ф.
Скользящее резание: нож одновременно совершает перемещение и в нормальном к его кромке направлении, и параллельно кромке, резание производится нормальной и боковой силами, при этом касательная сила вызывает скользящее движение частиц материала вдоль по лезвию, т. к. угол скольжения т больше или равен угла трения ф (т ^ Ф).
Наиболее сложным видом процесса резания лезвием является скользящее резание, в котором для снижения работы и усилия резания, приложенного к ножу и преодолевающего ряд сопротивлений, возникающих в измельчаемом материале, существенную роль играют ряд эффектов скользящего резания [6-10]:
1) кинематическая трансформация угла заточки (ведет к уменьшению фактического угла заточки лезвия, вследствие чего происходит снижение силы трения на фаске лезвия и силы сопротивления слоя сжатию фаской лезвия);
2) падение удельной нагрузки на погонную длину лезвия (ведет к уменьшению нагруженной длины лезвия, вследствие чего происходит снижение усилия резания);
3) кинематическая трансформация кромки лезвия (ведет к увеличению фактической остроты лезвия, т. е. уменьшению фактической толщины лезвия, чего происходит снижение усилия резания);
4) пилящее воздействие кромки лезвия (ведет к снижению предельного разрушающего контактного напряжения резания, вследствие чего происходит снижение усилия резания).
С другой стороны необходимо отметить, что при наклонном и скользящем резании нож совершает больший путь в толще измельчаемого материала, чем при нормальном резании, т. е. увеличивается толщина перерезаемого материала. Причем, толщина увеличивается с увеличением угла скольжения т. Что в свою очередь ведет к увеличению работы резания. А значит кроме положительных эффектов скользящего резания, на уменьшение работы измельчения, существует и отрицательный эффект.
Данное соображение можно проиллюстрировать следующим образом. На рис. 1 изображено лезвие ножа АС, которое осуществляет перерезание слоя материала.
А с
Л 1 ^норп / -< \ ч^. СКОЛЬЗ )--1
О Е
Рисунок 1 - Схема к определению толщины перерезаемого материала
Рассмотрим траекторию движения точки В лезвия ножа АС в случаях нормального и скользящего (или наклонного) резания, в данном случае главное, чтобы угол скольжения был больше нуля т > 0°.
В случае нормального резания перемещения ножа 8ннорм направлено по нормали к лезвию ВО. При скользящем же (или нормальном) резании перемещения ножа 8нскольз отклонено от нормали на угол скольжения т и направлено по направлению ВЕ. В треугольнике ЛОВЕ катет ВО равняется толщине Л перерезаемого материала, а гипотенуза ВЕ трансформируемой толщине Л1 перерезаемого материала. Данное явление можно назвать кинематической трансформацией толщины перерезаемого материала Л1. Из анализа треугольника ЛОВЕ следует, что
ВО = ВЕ х сое т; ВЕ = ВО / сое т
или
Л1 = Л / сое т.
Степень влияния кинематической трансформации толщины перерезаемого материала на условия резания оцениваются коэффициентом кинематической трансформации толщины перерезаемого материала
ки = - Л) / Л = 1 / сое т - 1.
Коэффициент трансформации показывает, на какую долю исходной толщины увеличилась толщина перерезаемого материала от ее трансформации, и позволяет находить величину трансформированной или, что тоже, величину рабочей толщины перерезаемого материала.
Как видно из данного выражения, коэффициент кь не зависит от начальной толщины перерезаемого материала Л и имеет свою постоянную величину для каждого значения т.
Исходя из всего вышесказанного, очевидно, что для того, чтобы работа резания при скользящем резании уменьшалась, необходимо чтобы соблюдалось условие - доля влияния отрицательного эффекта не должна превышать суммарную долю всех положительных эффектов.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Резник, Н. Е. Теория резания лезвием и основы расчета режущих аппаратов / Н. Е. Резник. - М.: Машиностроение, 1975. - 311 с.
2. Мельников, С. В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм / С. В. Мельников. - Л.: Колос, 1978. - 560 с.
3. Горячкин, В. П. Собрание сочинений. Т. 3. / В. П. Горячкин. - М.: Колос, 1965. - 384 с.
4. Желиговский, В. А. Экспериментальная теория резания лезвием / В. А. Желиговский // Труды МИМЭСХ. - 1940. - Вып. 9. - С. 1-27.
5. Малинов, Г. И. Измельчение мясного сырья в звероводстве / Г. И. Малинов, Т. А. Гаврилов, В. Ф. Кондрашов, Л. А. Черняев, Л. С. Паталайнен. - Петрозаводск : Изд-во ПетрГУ, 2013. - 63 с.
6. Базыкин, В. И. Некоторые аспекты потерь сырого протеина говядины в процессе ее измельчения в звероводстве / В. И. Базыкин, Т. А. Гаврилов, Л. С. Паталайнен // Известия СПбГАУ. - 2013. - №31. -С.232-236.
7. Малинов, Г. И. Изучение влияния толщины упруговязкого материала на работу измельчения / Г. И. Малинов, Т. А. Гаврилов, В. Ф. Кондрашов // Аграрный вестник Урала. - 2013. - № 7. - С. 30-32.
8. Гаврилов, Т. А. Экспериментальное исследование процесса измельчения мясного сырья при различных скоростях резания / Т. А. Гаврилов // Ученые записки ПетрГУ. - 2013. - № 8 (137). - С. 98100.
9. Малинов, Г. И. Определение углов скольжения лезвия в процессе опорного резания / Г. И. Малинов, В. Ф. Кондрашов, Т. А. Гаврилов // Ученые записки ПетрГУ. - 2012. - № 8 (129). -С.40-42.
10. Гаврилов, Т. А. Исследование зависимости между удельной работой измельчения и толщиной мяса КРС / Т. А. Гаврилов, Л. А. Черняев // Университеты в образовательном пространстве региона: опыт, традиции и инновации: сборник научных статей VI региональной научно-методической конференции. - Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2013. - С. 225-230.
