ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРУШАЮЩЕГО КОНТАКТНОГО НАПРЯЖЕНИЯ УПРУГОВЯЗКИХ МАТЕРИАЛОВ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Рахматов О., доктор технических наук Гулистанский государственный университет Республика Узбекистан, Гулистан

ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРУШАЮЩЕГО КОНТАКТНОГО НАПРЯЖЕНИЯ УПРУГОВЯЗКИХ МАТЕРИАЛОВ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Аннотация: В статье рассматривается методика

экспериментального определения величины контактного напряжения , входящего наряду с модулем деформации Е, коэффициентом Пуассона ^ коэффициентом трения материала о лезвие f, в выражение, определяющее величину критического усилия Ркр. резания лезвием. Приводится краткое описание экспериментальной установки, постановка лабораторных исследований и анализ полученных данных по исследованию некоторых материалов растительного происхождения.

Ключевые слова: установка, безфасковое лезвие, контактное напряжение, усилие, груз, динамометр, лента, деформация.

Rakhmatov O., doctor of technical sciences Gulistan State University Republic of Uzbekistan, Gulistan

INVESTIGATION OF DESTRUCTIVE CONTACT STRESS OF

ELASTIC-VISCOUS MATERIALS OF VEGETABLE ORIGIN

Abstract: The article discusses the method of experimental determination of the value of the contact stress, which, along with the deformation modulus E, Poisson's ratio, the coefficient of friction of the material on the blade, is included in the expression that determines the value of the critical force Рcr. blade cutting. A brief description of the experimental setup, laboratory research and analysis of the obtained data on the study of some materials of plant origin are given.

Key words: installation, bevelled blade, contact stress, force, load, dynamometer, tape, deformation.

Введение. В настоящее время во многих отраслях народного хозяйства, будь это консервная или мясомолочная промышленность, сельское хозяйство и коже перерабатывающее производство и даже в повседневном быту, широко используются машины и аппараты, основанные на резании материалов лезвием.

Многие сельхозпродукты, с некоторыми допущениями, можно отнести к упруго-вязким материалам. К таковым относятся, например, мякоть дыни, картофель, свекла, морковь и другие, при обработке которых необходимо располагать сведениями об их технологических свойствах, т.е. о свойствах, содействующих или противодействующих данному виду обработки [1,2]. Для количественной оценки технологических свойств этих материалов пользуются экспериментальными методами и приборами, которые позволяют получить некоторые относительные индексы.

Технологическим свойством материала при резании лезвием в соответствии с сущностью этого процесса является степень его податливости разделению под воздействием силового взаимодействия лезвия с материалом, определяемым величиной критического усилия резания Ркр [2,3].

Е И2

Ркр = + - ^ [ tgp + / 8Ю2 р + И[ (1 + 0С82 Р)}

2 И ,(1)

с &

где о - толщина лезвия, м; р - разрушающее контактное напряжение на кромке лезвия, Па; И и Нсж - соответственно толщина перерезаемого слоя материала и слоя сжатого лезвием до момента начала резания, м; в - угол заточки лезвия, град; Е- модуль упругости, Па; ^ -коэффициент Пуассона; / - коэффициент трения материала о лезвия.

Последние являются определяющими технологическими свойствами материала.

Цель исследования. Целью настоящих исследований является разработка методики и экспериментальное определение разрушающего контактного напряжения некоторых упруго -вязких материалов растительного происхождения, включающих мякоть дыни, морковь, картофель и свекла.

Для этого нами разработана лабораторная установка, изображенная на рис.1, которая включает, установленные на столе 1 расположенные зеркально, два пилона 2 коробчатого сечения и тумбу 3, на которой установлена матрица 4с образной прорезью 5, расположенной посередине.

1-стол; 2 - пилоны; 3 - тумба; 4 - матрица; 5 - прорезь; 6 - прорезь для хода; 7 - блоки; 8 - тяга; 9 - динамометр; 10 - пригруз; 11- бесфасковое лезвие. Рис.1. Схема лабораторной установки для определения разрушающего

контактного напряжения

Верхняя часть пилонов выполнена с прорезями 6, в которых свободно перемещается блоки7 и тяги 8, на одном конце которых закреплены динамометры 9 с грузовыми емкостями 10, а вторым концом к бесфасковому лезвию 11.

Действие предлагаемой установки основано на применениибесфаскового лезвия, кромкой которого, равной толщине & плотна ножа, производится сжатие перерезаемого материала, при этом с

а — P18Ы

достаточной точностью можно определить напряжение " ,

относительную деформацию £~ hсж ^h материала и модуль деформации Е. 3. Сущность реализации методики. Разрушающее контактное

напряжение °р зависит от свойств материала и определяется как частное от

Р F

создаваемого давления рез на площадь кр кромки лезвия, находящуюся

в контакте с материалом. В процессе резания разрушающее напряжение в

значительной мере зависит от ширины режущей кромки, & т.е. остроты

лезвия [3]

Р Р

рез рез

а — —— — , ' ^ (2) где ^l - принятая длина лезвия.

Сказанное хорошо подтверждается бытовыми примерами из повседневной нашей жизни, например, при чистке картофеля и резке хлеба, чем острее лезвие ножа, тем менее мы прикладываем усилие к ножу и наоборот, при тупом лезвии прикладываемое усилие возрастает. Это

объясняется тем, что при прочих равных условиях величина контактного а

напряжения р зависит, прежде всего, от свойств самого материала, определяющего его технологические свойства. Поэтому методика сравнительного определения величины контактного напряжения для сопоставляемых материалов должна предусматривать применение лезвий

одинаковой остроты и углом заточки

Практические результаты. Для экспериментов были выбраны: морковь, картофель, свекла и мякоть дыни (пять сортов). В качестве бесфаскового лезвия 11 использовали стандартное полотно для резки по

металлу, толщиной а = 1мм. Усилие сжатия на кромке полотна Ррез создавали пригрузом, закладываемым в емкость 10. Для более точного измерения веса пригруза была использована вода, наливаемая в емкости малыми порциями [2].

Опыты проводили в следующем порядке. После закладки образца в матрицу 4, устанавливали полотно 11 нижней кромкой на поверхность образца и создавали усилие сжатия образца, путем заливки воды в грузовые емкости 10 и по динамометру 9 фиксировали величину пригруза.

При этом, по мере увеличения нагрузки, кромка полотна будет внедрятся в

р

массу образца и при достижении критического значения рез образец разделится на две части. Для достоверности показания динамометра в момент разрезки, его сравнивают с весом воды в емкостях. Опыты проводят с каждым образцом в пятикратном повторении, данные заносятся в журнал регистрации и обрабатываются.

5. Анализ результатов экспериментов. В процессе эксперимента было замечено, что в начальный момент образец сжимается и после этого начинается процесс внедрения полотна в его массу.

На таком теоретическом суждении, обоснованно будет представить выражение (1) в виде [3,4]

Р = Р + Р

кр рез пред (3)

Р = 8а -где рез р первое слагаемое

Е И2

Рпред = -zrf sin2(1 + cos 2)]-2h (4)

Величина Рпред обуславливает непроизводительные деформации

материала, незначительно содействующими процессу резания. Поэтому

Р

для упрощения задачи определения кр упростим выражение (4), приняв

угол заточки лезвия @ ~ 0.

Тогда выражение (4) принимает вид

ЕН2

р _ сж

пред

2Н

М/

Таким образом, применение бесфаскового экспериментальную задачу, в связи с тем, что

лезвия упрощает при этом случае

относительную деформация

в направление, перпендикулярном

направлению резания, равна ориентировочно нуля, т.е. вытекает, что коэффициент Пуассонац тоже равен нулю.

£, « 0.

Отсюда

Тогда с учетом этих условий и, приняв выражение (З)перепишется как

Р

пред

равным нулю,

Р * Р

кр рез

(6)

от изложенных экспериментально

допущений разрушающее

Практическая погрешность несущественна и, таким образом, контактное напряжение можно определить на основании выражения (2).

Нами по этой методике были определены разрушающее напряжение четырех сельхозпродуктов: дыни, моркови, картофеля и свеклы. Результаты экспериментальных данных сведены на таблицеипоказаны на рис. 2.

Таблица

Экспериментальные данные усилия резания мякоти дыни и некоторых корнеклубнеплодов

Материал Усилие резания Удельное усилие Разрушающее контактное

мякоти Ркр, Па резания Руд, Па напряжение Ор, Па

Ич-кзыл 6,1-6,3 214-220 1,22-1,26

Амери 6,4-6,6 228-230 1,28-1,32

Ак-уруг 5,8-6,2 210-212 1,16-1,24

Нон-гушт 5,9-6,1 218-220 1,18-1,22

Шакар-пара 6,6-6,7 232-234 1,32-1,34

Свекла 10,2-12,4 358-433 2,04-2,48

Картофель 9,6-11,2 337-392 1,92-2,24

Морковь 12,1-13,6 425-475 2,42-2,72

Рис. 2. График зависимости модуля деформации от напряжения

сжатия

В процессе эксперимента было визуально замечено, что в начальный

hL / h,

которое определяется

момент образец сжимается на величину, экспериментально.

Выводы: таким образом, разработанная методика позволяет экспериментально определить разрушающее контактное напряжения некоторых упруго-вязких материалов растительного происхождения, включающих мякоть дыни, морковь, картофель и свекла.

Использованные источники:

1. Шаймарданов Б.П. Технологические основы и обоснование схемы и параметров средств механизации безотходной переработки плодов дыни. Дисс.... докт. техн. наук, Ташкент, 2000. -443с.

2. Рахматов О., Тухтамишев С.С. Экспериментально -теоретические определение модуля упругости и коэффициента трения для овощебахчевых культур. Технические науки. Номер 3. Выпуск 3. -Ташкент, 2020. - С.53-59.

3. Резник Н.Е. Теория резания лезвием и основы расчета режущих аппаратов. - Москва.: Машиностроение, 1975. - 311 с.

4. Ящерицын П. И., Ефремов В. Д. Основы резания материалов. - Минск: БГАТУ, 2008. -644с.

5. Talibaev A., Tukhtabaev M. Innovative production of raw cotton technology. IJARSET. India, № Vol. 6, Issue 9. - 2019.

6. Akhmadjanovich T. M. To select optimal tire sets for cultivator tractors //European science review. - 2017. - №. 11-12. - С. 147-149.

7. 22.Tukhtabaev M. A. Scientific bases of choosing the tyres for agricultural tractors. - 2016.