Кинематика рабочего органа фрезерного барабана

Уравнение движения рабочего органа фрезерного барабана принято в неподвижной системе координат (рис. 3.2). Начало координат расположено на дне борозды с центром в точке О. За положительное направление оси х принято направление поступательного перемещения машины, ось У направлена вверх.

Рисунок 3.2 - Схема к выбору уравнения движения рабочего органа фрезерного барабана

Для того, чтобы определить абсолютную траекторию движения рабочего органа фрезерного барабана необходимо рассмотреть отдельно ее движение без проскальзывания и движение обусловленное только вращением. Движение ротора фрезерного барабана без проскальзывания определяется зависимостью:

В проекциях на координатные оси движение ротора выражается уравнениями:

(3.2)

где , , - параметры движения, обусловленные поступательной скоростью .

(3.3)

(3.4)

Движение ротора фрезерного барабана, обусловленное только вращением

(3.5)

Суммарное движение

(3.6)

Уравнения (3.6) определяет абсолютную траекторию движения рабочих органов фрезерного барабана с горизонтальной осью вращения без проскальзывания в параметрической форме. Эта траектория геометрически представляет собой циклоиду. При траектория представляет собой укороченную циклоиду, не имеющую петли. Для рабочих органов фрезерного барабана почвообрабатывающей машины кинематический показатель должен быть , в этом случае абсолютная траектория движения рабочего органа фрезерного барабана будет представлять удлиненную циклоиду. Из уравнения (3.6) видно, что абсолютная скорость торца рабочего органа фрезерного барабана величина переменная и изменяется в зависимости от угла поворота при относительном движении.

При одновременном увеличении или уменьшении линейной и поступательной скоростей абсолютная скорость увеличивается или уменьшается в такой же степени, вызывая соответствующее увеличение или уменьшение энергозатрат. Определение абсолютной скорости ротационных машин важно также для анализа процесса отбрасывания и перемещения почвы.

Абсолютная скорость торца рабочего органа фрезерного барабана:

(3.7)

В общем случае ускорение рабочего органа фрезерного барабана определяется зависимостью

(3.8)

При работе рабочих органов фрезы на дне борозды образуются гребни. Однако при возделывании картофеля на предпосадочной подготовке почвы, глубина обработки изменяется незначительно и образование почвенной подошвы исключается при следующих обработках. В связи с этим этот показатель нами не рассматривается и сделано допущение, что высота гребней задана агротребованиями.

Подача на рабочий орган показатель, учитываемый при выборе режима работы фрезерного барабана, определяемый агротехническими требованиями. От этого показателя существенно зависят энергетические и агротехнические показатели работы ротационных машин. Значение подачи, в свою очередь, зависит от многих конструктивных и технологических особенностей, а также от показателей работы этих машин. Для определения подачи на нож необходимо рассмотреть процесс резания почвы между смежными рабочими органами, вращающимися в одной вертикальной плоскости (рис. 3.7). Траектория движения ножа 1 смещена относительно соседнего с ним ножа 2 по горизонтали на некоторую величину подачи S = v ^. t, где t - время, в течение которого нож поворачивается на угол, равный углу между соседними ножами.

Рисунок 3.3 - Зависимость относительной величины подачи S/D от и z.

При числе ножей z в одной плоскости диска фрезерного барабана угол между соседними ножами равен . Тогда время , а подача

или (3.9)

В некоторых случаях целесообразно иметь не абсолютные, а относительные значения параметров. Чаще всего пользуются отношением величины подачи к диаметру фрезерного барабана, которые определяются кинематическим параметром и количеством зубьев.

Рисунок 3.4 - Зависимость подачи от кинематического параметра и диаметра барабана D.

Если формулу (3.9) представить в виде

(3.10)

то она пригодна для анализа и обоснования фрезерного барабана различных диаметров.

В процессе обработки почвы рабочий орган фрезерного барабана срезает определенный объем почвы, называемой стружкой. Толщина стружки уменьшается от максимальной величины до нуля. Толщина стружки при расчетах нужна для определения усилия резания ножами. Толщина отрезаемой стружки определяется расстоянием между соседними траекториями ножей, измеренное в радиальном направлении от центра барабана и зависит от угла поворота между рабочими органами и времени поворота между этими рабочими органами. Угол поворота между рабочими органами фрезерного барабана определяется зависимостью:

(3.11)

Время одного поворота рабочих органов фрезерного барабана выраженная через угол поворота определяется зависимостью

(3.12)

Значения толщины стружки, полученные по уравнениям (3.9), выражается зависимостью и после подстановки получим зависимость

(3.14)

Рисунок 3.5 – Зависимость толщины стружки от подачи и угла поворота рабочего органа фрезерного барабана, при D =400мм

Из выражения (3.10) и (рис.3.30 и рис.3.31) можно определить ориентировочное значение диаметра барабана. При кинематическом режиме l в пределах от 2 до 4 изменение подачи S составляет от 5 до 20. При подстановке значений из рисунка 3.4 в выражение (3.10) получим диаметр барабана D=400-500мм.

Если сравнить полученные значения подсчитанные по уравнениям (3.14) и со значениями полученными Синеоковым Г.Н., то значения толщины стружки рис 3.5. и табл.3.1 довольно близко совпадают друг с другом.

 

Таблица 3.1 - Изменение толщины стружки (S = 23 см, R = 42,5 см и = 2,9) [221]

 

	Толщина стружки, рассчитанная по формулам, см		Толщина стружки, рассчитанная по формулам, см
	19,92	21,5	22,64		5,95	12.22	8,85
	16,26	19,49	20.50		0,00	6,76	0,00
	11,5	16,46	15,92

 

 

В результате теоретических исследований, установлено, что фреза может работать с подачами 5-20 см, толщинв стружки в пределах. При работе с кинематическим параметром и размеры диаметра барабана ротационной машины должен быть в пределах 400-500 мм. Количество ножей при укзанных параметрах соответствует 3-5 в одной плоскости диска фрезерного барабана. Причем, определенной величине кинематического параметра соответствует вполне определенное значение подачи: малым значениям кинематического параметра соответствуют большие подачи и наоборот.