CC BY
5
УДК 630.432.31
Хвойные бореальной зоны. 2018. Т. XXXVI, № 2. С. 177-179
ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА КОНСТРУКЦИИ ТОРЦЕВОЙ ФРЕЗЫ ЛЕСОПОЖАРНОГО ПОЛОСОПРОКЛАДЫВАТЕЛЯ
Е. И. Максимов, И. С. Федорченко
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: [email protected]
Одним из эффективных способов предотвращения и тушения лесных пожаров является отжиг лесных горючих материалов от опорных минерализованных полос, производство которых осуществляется различными землеройными орудиями: плуги, фрезы, грунтометы и т. п. Наибольший эффект дают минерализованные полосы, проложенные полосопрокладывателями, в том числе с применением торцовых фрез.
Разработаны фрезерные полосопрокладыватели, агрегатируемые с тяговыми средствами класса тяги 6 кН (АЛК-25, АЛГ-57). Эти полосопрокладыватели имеют рабочий орган в виде торцовой фрезы с несколькими черенковыми ножами с прямолинейной режущей кромкой, приводимой в действие валом отбора мощности (далее - ВОМ) или гидромотором. Предохранительное устройство - дисковая фрикционная муфта.
Как показала практика, такая конструкция не обеспечивает достаточной защиты ножей фрез от перегрузок. Так, например, при столкновении ножа с препятствием, которое нож не способен перерезать, срабатывает муфта, ограничивая тем самым, крутящий момент и предохраняя ВОМ трактора от поломок. В этот момент фреза останавливается, а так как трактор продолжает движение вперед, то ножи, находящиеся в это время в почве отгибаются или, в худшем случае, ломаются. Поэтому необходимо исключить остановку фрезы и обеспечить выглубление рабочего органа из зоны резания при встрече с препятствием. Для этого необходимо, чтобы режущая кромка плавно нарастала от минимального до максимального радиуса резания пропорционально некоторому углу поворота фрезы. Данному требованию соответствует спираль Архимеда.
Исходя из вышеописанных предпосылок, авторами статьи был спроектирован рабочий орган тракторного полосопрокладывателя в виде двухножевой фрезы.
Ключевые слова: лесные пожары, технические средства, профилактика, тушение лесных пожаров, фреза, минерализованные полосы.
Conifers of the boreal area. 2018, Vol. XXXVI, No. 2, P. 177-179
THE FACE MILL CONSTRUCTION OF THE FIRE-FIGHTING MACHINE FOR CREATION OF MINERALIZED BANKS SELECTION RATIONALE
E. I. Maksimov, I. S. Fedorchenko
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: [email protected]
One of the effective ways to prevent and extinguish forest fires is the annealing of forest combustible materials from supporting mineralized strips, the production of which is carried out by various earthmoving tools: plows, cutters, soil gauges, etc. The greatest effect is provided by mineralized strips, laid by strip rovers, including with the use of face mills.
Milling strips were built with traction devices of thrust class 6 kN (ALK-25, ALG-57). These bandpassers have an operating element in the form of a face cutter with several cuttings knives with a straight cutting edge, driven by a power take-off shaft (hereinafter referred to as PTO shaft) or a hydraulic motor. The safety device is a disk friction clutch.
As practice has shown, this design doesn't provide sufficient protection of cutter blades from overloads. So, for example, when the knife collides with an obstacle, that the knife cannot cut, the clutch operates, thereby limiting the torque and protecting the tractor PTO from breakage. At this point, the cutter stops, and as the tractor continues to move forward, the knives that are at this time in the soil are bent or, in the worst case, break. Therefore, it is necessary to exclude the stopping of the milling cutter and to ensure that the working body is recessed from the cutting area when it meets the obstacle.
For this, it is necessary that the cutting edge gradually grows from the minimum to the cutting radius level in proportion to the individual turning angle of the cutter. This requirement corresponds to the Archimedes' spiral.
Based on the above prerequisites, the authors of the article designed the working element of the tractor stripper in the form of a two-knife cutter.
Keywords: forest fires, technical means, prevention, forest fire extinguishing, milling cutter, mineralized strips.
Максимов Е. И., Федорченко И. С. Обоснование выбора конструкции торцевой фрезы лесопожарного
ВВЕДЕНИЕ
Торцевая фреза с режущей кромкой, плавно нарастающей от минимального до максимального радиуса резания пропорционально некоторому углу поворота фрезы (рис. 1 и 2), представляет собой диск, к которому при помощи болтов крепятся два ножа спиралевидной формы. Ножи закреплены таким образом, что центры окружностей, очерчивающих режущую кромку, располагаются на диске диаметрально противоположно. Задние кромки ножей лежат либо в одной плоскости, либо в параллельных плоскостях перпендикулярно плоскости вращения фрезы (рис. 1). При таком расположении ножей на диске дуга окружности, описывающая режущую кромку, близка к спирали Архимеда. Ножи более просты и технологичны в изготовлении, что играет немаловажную роль.
грунта, практически, в два раза. Поэтому нож с криволинейной режущей кромкой по сравнению с ножом с прямолинейной режущей кромкой при одной и той же скорости вращения совершает одинаковую работу за больший промежуток времени, вследствие чего понижается мощность на привод рабочего органа.
Снижение мощности происходит за счет того, что два ножа фрезы работают с небольшим перекрытием (рис. 3) и, в основном, в зоне резания находится только один нож. Толщина стружки при этом увеличивается, благодаря чему снижается удельное сопротивление резанию [4].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИСЛЕДОВАНИЙ
На основании соответствующих рекомендаций по требуемой ширине опорной минерализованной полосы [1; 2] определяются основные параметры рабочего органа полосопрокладывателя (см. рис. 1).
Угол резания грунта определяется по формуле:
Ф = 4агс1я ^ В ^, (1)
где В - ширина канавки, мм; к - глубина канавки, мм.
Диаметр фрезы по концам ножей:
В (2)
дф =
Рис. 1. Схема геометрических размеров фрезы
Крутящий момент от приводного вала передается на фрезу через дисковую фрикционную предохранительную муфту сухого трения. Во время работы фрезы ножи производят вырезание и выброс грунта. При столкновении ножа с препятствием момент сопротивления резанию мгновенно достигает максимального значения, которое определяется крутящим моментом, передаваемым муфтой. Муфта начинает пробуксовывать, поглощать механическую энергию и снижать скорость вращения фрезы, передача же крутящего момента не прекращается. Так как режущая кромка ножа описана спиралью, нож фрезы начинает скользить по препятствию, вызывая тем самым подъем всего полосопрокладывателя над поверхностью земли. После того как нож преодолеет препятствие под действием веса полосопрокладывателя происходит заглубление ножа в почву, что обеспечивает вырезание грунта за препятствием. В результате получается борозда неполной глубины, но растительный покров и подстилка срезается полностью и степень минерализации полосы приближается к 100 %.
Снижение энергоемкости прокладки полосы обеспечивается за счет применения минимального количества ножей со спиральной режущей кромкой. Так для ножа с прямолинейной режущей кромкой рабочий угол поворота равен углу резания грунта, а у ножа со спиральной режущей кромкой превышает угол резания грунта. В частности, для фрезы, представленной на рис. 3, рабочий угол поворота больше угла резания
где Дф - диаметр фрезы, мм; В - ширина канавки, мм; ф - угол резания грунта, град.
В процессе резания с угловой скоростью ю осуществляется подача ножа со скоростью передвижения трактора V. Кинематический угол резания:
рк = агсг§
(3)
где ¥тах - максимальная скорость передвижения трактора на прокладке опорной полосы, м/сек; ю - угловая скорость вращения фрезы, с 1; Ят1п - наименьший радиус фрезерования, м, определяется по формуле
= — - к.
(4)
Для исключения трения задней поверхности ножа о поверхность среза массива должно выполняться условие.
Р-Рк > 0. (5)
Поэтому ножи повернуты относительно прямой перпендикулярной плоскости, проходящей через ось вращения параллельно задним кромкам ножа, а также относительно задних кромок на угол Р (рис. 2).
Установлено [3; 4], что в пределах угла резания а < 30° сопротивление резанию практически не меняется. Для угла резания в пределах 30° < а < 50° в мягких грунтах сопротивление возрастает на 5 %.
Чем плотнее грунт, тем интенсивнее возрастает сопротивление резанию. Поэтому угол резания принимается равный а = 30°. Угол заострения режущей кромки определяется по формуле
у = а - р. (6)
Рис. 2. Углы установки и заточки режущей кромки ножей
Рис. 3. Схема определения рабочего угла поворота ножа и угла перекрытия
Действительные размеры элементов фрезы определяются по формулам
Кд =
КД
Кф - h - c
cosР cosР
Rh =
RH
l0 =■
Кф+Кд
2•cosР 2•cosР
l0
Кф - КН
(7)
Рабочий угол поворота ножа (угол, на который поворачивается фреза от момента касания ножом грунта до полного выхода ножа из зоны резания) в соответствии с рис. 3, определяется по формуле
фр = 180° + — -
(8)
где ф - угол резания грунта, град.; 60 - угол, образованный задней кромкой ножа и вертикальной осью фрезы в момент касания ножом грунта, в градусах, определяется по формуле
, ЯН - ^тт
= arccos-
l0
(9)
cosР cosР
где Кф - радиус фрезы, мм; Кд - радиус диска фрезы, мм; КН - радиус ножа, мм; l0 - смещение центра ножа относительно центра фрезы, мм; h - глубина прорезаемой канавки, мм; с - зазор между диском фрезы и грунтом, мм; КД , RH , l0 - проекции параметров Кд , КН , l0 на плоскость вращения фрезы, мм.
Угол перекрытия ножей вычисляется по формуле
у = —р-180°. (10)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Фреза представленной конструкции с ножами, режущая кромка которых описана участком спирали Архимеда, имеет следующие преимущества: простота и технологичность изготовления; снижение мощности резания грунта; высокая степень минерализации полосы; легкое преодоление фрезой препятствий, находящихся в зоне резания.
Конструкция рабочего органа фрезы защищена патентом РФ, № 2257038 и использована при проектировании многофункционального лесопожарного агрегата МЛМ-5.
Испытания, проведенные в реальных условиях, полностью подтвердили обоснованность выбранной конструкции фрезы и ее преимущества перед фрезой, ножи которой имеют прямолинейную режущую кромку.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ ССЫЛКИ
1. Курбатский Н. П. Техника и тактика тушения лесных пожаров. М. : Гослесбумиздат, 1962. 154 с.
2. Симский А. М., Червонный М. Г. Охрана леса от пожаров. М. : Лесная промышленность, 1975. 72 с.
3. Ветров Ю.А. Резание грунтов землеройными машинами. М. : Машиностроение, 1971. 357с.
4. Чукичев А. Н. [и др.]. Моделирование рабочих процессов лесопожарных машинотракторных агрегатов : метод. рекомендации. Л. : ЛенНИИЛХ, 1987. 53 с.
REFERENCES
1. Kurbatsky N. P. Technique and tactics of extinguishing forest fires. M. : Goslesbumizdat, 1962. 154 s.
2. Simsky A. M., Chervonny M. G. Protection of the forest from fires. M. : Forest industry, 1975. 72 s.
3. Vetrov Yu. A. Soil cutting with digging machines. M. : Mechanical Engineering, 1971. 357 p.
4. Chukichev A. N. [and others]. Modeling of working processes of fire-fighting machine-tractor units. Guidelines. Л. : ЛенНИИЛХ, 1987. 53 с.
© Максимов Е. И., Федорченко И. С., 2018
Поступила в редакцию: 17.01.2017 Принята к печати: 28.04.2018
