CC BY
16
УДК.621.879.48
ВЛИЯНИЕ НИЗКОЧАСТОТНЫХ КОЛЕБАНИЙ РЕЖУЩЕГО ОРГАНА НА РЕЗАНИЕ ГРУНТА В РОТОРНЫХ ЭКСКАВАТОРАХ
Е.К. Сарымов
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова, С.Н. Нураков
Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева. г. Астана
Бул жумыста /юторлы экскаваторларда грунтты кесуге теменг жишкт1 mepoejiicmi Kecyuii органга эсер emyuii жене динамикалъщ жан; кррапайым грунтты Kecyuii зерттеулер шешшдергшц талдауы жург1з1т-: жэне зерттелеЫ.
В данной работе исследуется влияние низкочастотных колгданиш режущего органа на резание грунта в роторных экскаваторах и проводит' t анализ результатов исследований при обычном и динамическом резака, грунта.
In this work is examined the influence of low frequent hesitation ofgro.. cutting organ in rotor excavators and was made analysis of the results of exp ration in usual and dynamic ground cutting.
При работе роторных экскаваторов с бесковшовым ротором разгрузки из-за упругости конструкций, кинематических и техк: ческих условий работы режущий орган подвергается обычно некс:: колебаниям, вызывающим колебания параметров стружки, угла ж роста резания, а следовательно колебания усилия резания. К коле усилия резания также приводит случайный характер прочности^ рактеристик грунта. Игнорирование динамичности процесса особенно при анализе динамических систем, может привести к пиальным ошибкам.
№1,2004 г
147
Рядом авторов (МИСИ) были проведены экспериментальные исследования с целью установления зависимости усилия резания от колебаний угла, скорости резания и колебаний режущего инструмента в плоскости среза.
Гранулометрический состав грунта соответствовал тяжелым суглинкам. Изменением влажности грунта, степени его уплотнения и времени выдержки физико-механические свойства грунта изменялись в широких пределах. Исследования проводились при трех принципиально различных состояниях грунта.
A) Сыпучий несвязный грунт, С = 2 + 4, влажность со = 3 + 5%
Б) Связный пластинчатый грунт; С = 7 + 13, влажность со = 12 + 15%.
B) Высокопластичный переувлажненый грунт; С = 1 + 4, влажность со = 18 + 24%.
Исследования проводились при следующих кинематических и геометрических параметрах: толщина стружки Ь до 13 см; ширина зуба Ь=5 см; скорость резания V = 0 + 2,5 м/сек; номинальный угол резания а = 25 + 40% колебания скорости резания ДК = 0 + 1 м/сек; колебания угла резания Да от 0 до ±10°; период колебаний Г = 0,75+ 1,5 м/сек;
Резание грунта производилось острым зубом и зубом, имеющим площадку затупления, наклоненную к траектории резания под углом с!=8о (Рисунок 1).
3
Рис. 1. Схема экспериментальной установки и расположение зуба с площадкой
затупления при резании:
Рк, - касательная и нормальная составляющие усилия резания; Р'к, Р'ч - касательная и нормальная составляющие усилия резания на площадке затупления; а -угол резания; 6 - угол между площадкой затупления и траекторией резания;
1,2- направляющие; 3 - эксцентрик; 4, 5, 9 - тензометрнческие балочки для замера боковой силы; 6,7,8 - тензометрнческие тяга для замера составляющих усилия резания Р , Р .
Резание одного и того же грунта производилось как при коле угла и скорости резания (далее такое резание называется динамич так и без изменения этих параметров (далее именуется обычным ем). Сопоставление результатов в обоих случаях позволило гг зировать различия в реакции грунта на изменение угла и скорости ния при обычном и динамическом резании, а также выявить возмс использования большого числа накопленных результатов иссле в условиях обычного резания при анализе динамических систем Анализ результатов проведенных исследований показывает акции одного и того же грунта на изменение скорости резания пг • ном и динамическом резании аналогичны по характеру и величит:«: обычном резании острым зубом изменение скорости незначител яет на усилие резания для всех грунтов. При динамическом для скорости до 2,5 м/сек во всех исследованных состояниях (А, Б, В) колебания касательной и нормальной составляют;:-резания не превышали 10%. При резании зубом, имеющим затупления, изменение скорости не приводит к ощутимым из у. обеих составляющих усилия резания как при обычном, так и пря мическом резании.
Исследования динамического резания несвязных сыпучих :■-. пластических переувлажненных грунтов, соответствующих л ям А и Б, при колебаниях угла в пределах +6о показали, что у ния практически не изменяются. Совершенно другой эффект мическое резание пластичного связного грунта, соответстЕ . >: стоянию Б. Обработка данных резания такого грунта позве; чить зависимость составляющих усилия резания от колебаки; зания, представленную на рисунке 2.
Представляет большую важность тот факт, что исследоЕ ния угла резания при обычном резании дает аналогичные п: результаты. Усилия резания грунтов сыпучих и малопластичн^ но-глинистых изменяются очень мало при увеличении угла с: 1: а для грунтов пластичных глинистых изменение угла в тех ае приводит к значительному изменению усилий.
Зависимость касательного усилия резания от угла реза> Ш выразить формулой:
Рк=кр Р[1 + ГАа(01 где кр удельное усилие разрушения в кг/см2;
№1,2004 г
149
F - площадь срезаемой стружки в см2;
Aa(t) - изменение во времени угла резания в град;
X - коэффициент, характеризующий влияние колебаний угла а;
Для сыпучих не пластичных грунтов х~0. ДОЯ грунтов пластичных при обычном резании х~1-9, при динамическом /=2,1-=-2,5;
Значительно больше отличаются нормальные составляющие PN усилия резания при этих режимах. Зависимость PN от РК определяется [1]
PN =рк ctg-(a+n+p), (2)
где и - угол трения грунта о сталь,
р уг ол трения, характеризующий динамичность процесса.
Исследования динамического резания затупленным зубом показывают, что касательная составляющая Р'к усилия резания на площадке затупления может быть выражена формулой:
К'к = kf f [l + s- Aa(t) + r|F(t)], (3)
где kf - удельное усилие смятия грунта площадкой затупления в кг/см2; f - площадь сминаемого грунта в см2;
F(t) - изменение во времени площади сминаемого грунта в см2; е, г\ - коэффициенты определяющие влияние изменения угла и площади на усилие при Да < ±6°,
Зависимость нормальной составляющей P'N усилия резания от касательной Р'к на площадке затупления аналогична зависимости (2).
Исследования поперечных колебаний зуба показывает, что боковое силие пропорционально отношению скорости колебаний и скорости гезания, прочности грунта и зависит от конфигурации боковой поверх--ости зуба.
Зависимость усилий резания от изменений углов и скоростей, которые в свою очередь, определяются колебаниями рабочего органа, дает возможность анализировать динамические системы с учетом динамич--ости резания.
Геометрические условия резания вместе с физическими закономер--: стями взаимосвязи резания и колебаний могут приводить к разнообразным эффектам: изменению собственных частот колебаний и, следовательно, смещению области резонанса, демпфированию или дестаби-ации колебаний, возникновению параметрических колебаний и ав-"олебаний.
Колебания геометрических параметров резания могут привести к потению эффекта последействия и динамической неустойчивости [3].
Исследования роторных экскаваторов с бесковшовым ротором ж ней разгрузки подтверждают значительность взаимного влияния к с баний и усилий резания. Наиболее очевидно это проявляется в демпся ровании колебаний. Например, для роторных экскаваторов за счет - -сеивания энергии в металлоконструкциях и приводах логарифмиче декремент колебаний X = 0,05 + 0,12. Правильный расчет взаимозав мости колебаний и усилий резания при проектировании рабочих орг? роторных экскаваторов позволяет использовать грунт как демпфир щую среду и избежать возникновения нежелательных колебате. явлений отрицательно влияющих на рабочий процесс.
Отсутствие исследований динамического резания заставляет г^-ваться при расчетах динамических систем зависимостями усилш: ния, полученными при исследованиях обычного резания. В опреде. степени это подтверждает принципиальную правильность такого ния при анализе низкочастотных колебаний рабочего органа. Д-шее развитие исследований процессов динамического резания поболее полно решить вопрос о влиянии колебаний рабочих органов намичности резания на работу роторных экскаваторов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ветров Ю.А. Расчеты сил резания икопания грунтов,- Киевский; тет, 1965,- 245 с.
2. ВолковД.П., Черкасов В. А. Динамика и прочность многоковшовь: торов и отвалообразователей.- Машиностроение, 1969 - 408 с.
3. Нураков С. Экскавационно-погрузочные машины с инерционным ро: ней разгрузки- Акмола: Жана Арка, 1995-212 с.
