Исследование интенсивности износа зубьев режущего инструмента устройства для отъема отводков от маточных кустов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Исследование интенсивности износа зубьев режущего инструмента устройства для отъема отводков от маточных кустов

И.Х. Бидеева, ст. преподаватель; ^

С.И. Бидеев, к.т.н., ассистент; А.М. Агузаров, к.т.н., ст. преподаватель, Горский ГАУ

В технологическом процессе возделывания саженцев наиболее низкопроизводительной операцией является отъем отводков от маточного куста, а оптимальность его протекания зависит от многих факторов. Процесс отделения происходит в почве, из-за чего имеет место быстрый износ и затупление режущей кромки инструмента.

Для осуществления операции отделения отводков от маточных пней нами было разработано простое и эффективное устройство [1], а для определения оптимальных значений его основных параметров — экспериментальная установка.

Установка (рис. 1) включает корпус 1, каретку 2, пильную раму 3, направляющие 4 и 5, платформу 6 и привод каретки. Каретка 2 установлена на корпусе с возможностью прямолинейного поступательного движения посредством направляющих 4 и 5. На каретке установлены электродвигатель 7 и кривошип 8. Вал электродвигателя посредством ременной передачи, включающей шкивы 9 и 10, связан с валом 11 кривошипа 8. Пильная рама 3 установлена на каретке с возможностью поперечного перемещения с помощью направляющих 12, 13 и связана с кривошипом 8 посредством шатуна 14. В передней части рамы 3 установлено пильное полотно 15. Привод каретки состоит из электродвигателя 16 с тахометром 17, конической передачи 18, винта 19 и гайки 20. Гайка 20 неподвижно установлена на каретке и посредством резьбы сопряжена с винтом 19. Деревянная платформа 6 неподвижно установлена на корпусе 1 и в ней просверлены вертикальные отверстия 21.

Для проведения опытов в отверстия 21 вставляются специально отобранные черенки яблони. Распределение величины диаметра черенков по площади платформы должно соответствовать распределению диаметра отводков на маточном пне. Отверстия в платформе распределены по ее поверхности равномерно, а густота соответствует результатам исследований. Диаметр отверстий в платформе соответствует максимальному диаметру черенков. Черенки с меньшим диаметром фиксируются в отверстиях с помощью клиньев.

Скорость подачи V устанавливается путем изменения частоты вращения электродвигателя постоянного тока 16 (рис. 1) с помощью реоста-

Рис. 1 - Принципиальная схема экспериментальной установки для исследования процесса механизированного отъема отводков от маточных кустов:

1 - корпус; 2 - каретка; 3 - пильная рама; 4, 5 -направляющие; 6 - платформа; 7, 16 - электродвигатели; 8 - кривошип; 9, 10 - шкивы; 11 - вал; 12, 13 - направляющие; 14 - шатун; 15 - пильное полотно; 17 - тахометр; 18 - редуктор; 19 - винт; 20 - гайка; 21 - отверстия.

та. Необходимая частота вращения кривошипа устанавливается заменой шкивов ременной передачи, а необходимый шаг зубьев пилы — заменой пильного полотна. Потребляемая мощность определяется с помощью осциллографа с точностью до 1 Вт.

Важным показателем состояния пильного полотна, влияющим на процесс пиления, является степень заточки зубьев. Зубья пил, так же как и режущие элементы всех инструментов, в процессе работы тупятся. На интенсивность износа влияют такие факторы, как физико-механические свойства материала пилы и обрабатываемого материала, наличие песка и других абразивных материалов в зоне пиления и др. В данной работе ставилась задача исследовать интенсивность износа зубьев применяемой в разрабаты-

ваемом устройстве пилы от величины наработки и влияния степени износа на качество среза отводков.

Критерием затупления зубьев является невыполнение требований к качеству отводков и поверхности среза: мшистость, рваные кромки, сколы, вырывы, отслоения коры.

В эксперименте необходимо максимально уравнять условия работы для исследуемых зубьев. С этой целью на платформе 6 (рис. 1) формируется грядка прямоугольной формы. Грядка содержит черенки, вертикально установленные в отверстиях платформы, и слой грунта, насыпанного на этом участке.

Максимальная ширина грядки с учетом длины пильного полотна и радиуса кривошипа механизма привода:

,

где 1п — длина пильного полотна;

г — радиус кривошипа механизма привода; Ль — величина допуска, предотвращающая контакты элементов крепления пильного полотна с грядкой.

Участок пильного полотна, который в процессе работы не выходит из зоны грядки:

Подставив

Ър Ъг

■

в равенство, получаем:

Число зубьев, не выходящих из зоны грядки:

С учетом значения Ьр:

'

£ р

г

Эти зубья расположены симметрично по обе стороны от середины пильного полотна. Они представляют интерес при проведении опытов по интенсивности затупления зубьев, т.к. с определенной погрешностью можно утверждать, что в отличие от других зубьев они находятся в равных между собой условиях.

Величина затупления определяется радиусом закругления вершины зуба. Измерить непосредственно величину радиуса закругления чрезвычайно сложно. Гораздо проще измерять абсолютные линейные значения величины износа и по ним вычислять значения радиуса закругления. Для установления математической связи между этими параметрами воспользовались схемой, изображенной на рисунке 2.

На рисунке 3 изображен фрагмент пильного полотна до начала серии опытов, на рисунке 4 — тот же фрагмент после окончания серии опытов.

По результатам опытов вычислены значения радиуса закругления вершины зуба и построены графики зависимости величины износа в едини-

Рис. 2 - Расчетная схема к определению связи между радиусом закругления вершины зуба и абсолютной величиной износа

' ''А ' *-------*

Рис. 3 - Фрагмент пильного полотна до начала серии опытов

Рис. 4 - Фрагмент пильного полотна после окончания серии опытов

—□ —

—Л— '

-X- 5

—О— '

Рис. 5-Графики зависимости величины износа вершины зубьев пильного полотна

'

Я2 = 0,9961

Рис. 6-График интенсивности износа зубьев пильного Рис. 7-График зависимости доли дефектных черенков от полотна и линия тренда наработки пильного полотна

1. Число дефектных черенков при различных значениях наработки пильного полотна

цах радиуса закругления вершины зуба выборочно для 1-го, 5-го, 10-го, 15-го и 20-го зубьев. Графики построены на рисунке 5.

На рисунке 6 представлен график интенсивности износа зубьев, построенный по средним значениям радиуса закругления . Полученный график аппроксимирован логарифмической линией тренда, описываемой уравнением (в условных единицах):

.

Это же уравнение после преобразования принимает вид

.

Уравнения аппроксимированы с достоверностью R2 = 0,9961.

После завершения каждого очередного опыта проводилась визуальная экспертиза состояния зоны среза отводков. Проверялось наличие сколов, вырывов и отслоений коры. На основании накопленных результатов определено процентное содержание дефектных черенков в общей совокупности срезанных черенков для каждого опыта. Результаты вычислений представлены в таблице 1.

По полученным результатам построен график зависимости процентного содержания дефектных черенков от наработки пильного полотна. График изображен на рисунке 7. Анализируя

график, можно сделать вывод, что при наработке более 3 часов, а это соответствует затуплению кромки с радиусом р = 0,45 мм, доля дефектных черенков резко возрастает.

Таким образом, наработка t = 3 часа для пильного полотна является предельной, и полотно не подлежит дальнейшей эксплуатации. С целью исключения существенного снижения качества работы устройства пильное полотно должно быть заменено.

Испытания экспериментального образца устройства для отъема отводков от маточного куста проводились в 2004—2007 гг. в плодопитомнике производственного хозяйства «Михайловское» Северо-Кавказского НИИ горного и предгорного сельского хозяйства. Оно расположено в лесной зоне достаточного увлажнения с преобладанием выщелоченных предкавказских черноземов, отличающихся высоким плодородием. Площадь участка питомника отводков составляет 2 га.

В результате постановки трехфакторного эксперимента установлено: процесс механизированного отделения отводков, рассматриваемый как зависимость энергозатрат от технологических параметров, с 95% вероятностью достоверности описывается полиномом второй степени, позволившим определить оптимальные значения этих параметров.

По результатам лабораторных исследований получены математические модели зависимости интенсивности износа зубьев пильного полотна и показателей качества среза отводков от наработки пильного полотна. Полученные формулы позволяют установить оптимальные нормы данной наработки.

По результатам испытаний экспериментального образца устройства можно сделать вывод: при соблюдении обоснованных режимов работы и своевременной замене пильного полотна устройство безотказно работает в течение убор-

ки всего участка питомника. При этом доля отводков с дефектами в зоне среза не превышает 2,4%.

Литература

1. Бидеева, И.Х. Разработка устройства для отъема отводков от маточных пней / И.Х. Бидеева, А.Б. Кудзаев. Сб. науч. трудов №4. - Владикавказ: СООАНВШРФ, 2006. - 176* с.

2. Мельников, С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Рощин. — Ленинград: Колос, 1980. — 166 с.

3. Хикс, Ч.Р. Основные принципы планирования эксперимента / Ч.Р. Хикс. - М.: Мир, 1967. - 168 с.

4. Адлер, Ю.П. Введение в планирование эксперимента / Ю.П. Адлер. - М.: Металлургия, 1969. - 168 с.