Файл: Механизация процессов добычи и переработки торфа..pdf

вания на маятниковом копре в лаборатории кафедры «Тор­ фяные машины и комплексы» с применением скоростной киносъемки и тензометрирования. Объектом исследования является медиум-торф со степенью разложения 10% и влаж­ ностью 90% в виде монолита ненарушенной структуры.

Маятниковый копер состоит из массивного основания, на котором смонтирована вертикальная труба. В верхней части трубы шарнирно подвешен маятник, снабженный устройст­ вом для закрепления режущего элемента. На нижней части трубы имеется подвижная муфта, жестко связанная со сто­ лом, на котором установлен ящик для образца торфа. По­ средством штурвала с винтом стол можно перемещать в вер­ тикальном направлении, обеспечивая тем самым желаемую глубину резания.

Перед началом эксперимента маятник поднимается на определенную высоту и удерживается в таком положении с помощью специального зуба, входящего в вырезы на верх­ ней части маятника. Для осуществления рабочего хода по­ ворачивается пусковая рукоятка, и маятник под действием силы тяжести движется вниз, благодаря чему режущая кром­ ка резца приобретает на участке резания скорость « 5 ujc.

Для исследований применялся режущий элемент в виде плоского ножа Т-образной формы, изготовленный из плек­ сигласа толщиной 10 мм с углом резания 90°.

Для визуального наблюдения за процессом резания была произведена скоростная киносъемка камерой СК.С.

Запись тангенциальных усилий, возникающих на режу­ щей кромке ножа в процессе резания, осуществлялась с по­ мощью тензодатчиков сопротивления и универсальной аппа­ ратуры: усилителя 8 АНЧ и осциллографа марки Н-102.

Глубина резания была принята равной 7,5 мм, частота киносъемки 2500 к/с. Скорость протягивания пленки в осцил­ лографе— 0,5 м/с.

Процесс фрезерования торфа на протяжении одного ра­ бочего цикла можно разделить на три этапа: 1) внедрение резца в залежь; 2) отделение стружки (стружкообразование); 3) сбрасывание стружки с резца.

Рассмотрим подробнее каждый из этих этапов. Первый, самый кратковременный, этап осуществляется в течение ты­ сячных долей секунды и характеризуется начальной прямой АВ осциллограммы (рис. 1). В это время режущая кромка и нижняя часть передней грани ножа производят уплотнение торфа, который принимает форму трехгранной призмы на ширине режущей кромки. Внедрение ножа в залежь создает в определенном объеме как перед резцом, так и в подрезцо­ вом пространстве упругопластические деформации. Из усло­ вий предельного равновесия следует, что максимальные ка­ сательные напряжения возникнут по двум плоскостям под

8

углом 45° — а (а —угол внутреннего трения) к направлению главных напряжений. Сдвиг торфа возможен только в сто­ рону свободной поверхности залежи. Действие же напряже­ ний, направленных внутрь залежи, вызовет деформации упругого и пластического сжатия.

Первый этап продолжается до первого мгновенного сдви­ га торфяного слоя.

Рис. 1. Осциллограмма усилий резания

Подпор пласта, подлежащего срезу, преодолевает сопро­ тивления, препятствующие движению торфа по передней грани ножа, и начинается второй этап — стружкообразование, — характеризующийся мгновенными последовательными сдвигами торфяных слоев по направлению плоскостей сдви­ га. Следует отметить, что неоднородность физико-механиче­ ских свойств даже в пределах одного торфяного слоя, под­ тверждается и осциллограммой.

Покадровый анализ материалов скоростной киносъемки показал, что сдвиговые деформации, в основном пластиче­ ские, уменьшаются в сторону, противоположную свободной поверхности залежи, и на расстоянии, равном примерно 1,0— 1,5 глубины резания от плоскости среза, деформации не наблюдается.

На некотором расстоянии от конечной точки рабочего цикла, когда слой торфа, подлежащий резанию, становится настолько незначительным, что не создает противодавления, происходит скалывание его и разрыв слаборазложившихся волокон, которые обволакивают режущую кромку и препят­ ствуют движению стружки по передней грани ножа.

На осциллограмме этот период характеризуется конечной кривой СД по форме, приближающейся к прямой, линии.

Этап стружкообразования заканчивается в момент, когда стружка полностью отделена от залежи.

После второго этапа начинается третий — этап сбрасыва­ ния стружки с резца. Как видно из рис. 2, образующаяся в процессе резания стружка по форме напоминает призму трапецеидального сечения, несколько изогнутую в сторону

9

движения ножа. Верхняя часть стружки в начальном пе­ риоде рабочего цикла обладает повышенной прочностью и плотностью. Поэтому центр тяжести стружки находится ближе к ее верхней части. Кроме того, изогнутая сверху фор­ ма стружки способствует уменьшению площади контакта ее с передней гранью ножа и облегчает сбрасывание. Сбрасы­ вание стружки с ножа происходит при двух условиях:

1. Стружка по всей длине имеет примерно одинаковую прочность. Из-за обволакивания режущей кромки малораз-

Рис. 2. Схема стружкообразования

ложившимися волокнами в конечный период этапа стружко­ образования кинетическая энергия стружки гасится, и дви­ жение стружки по передней грани ножа прекращается. Однако под действием силы тяжести и центробежной силы происходит поворот стружки около режущей кромки до пол­ ного отделения стружки от режущего элемента.

2. Стружка в нижней части имеет ослабленное поперечное сечение.

Инерционных сил, возникших в процессе стружкообра­ зования, оказывается достаточно, чтобы оторвать основную массу стружки и обеспечить ее самостоятельное движение в воздухе. Оставшаяся часть торфа в зоне режущей кром­ ки не сбрасывается с режущего элемента.

Ввиду того что нож имеет форму пластины с углом в плане В= 0°, движение стружки рассматриваем как плоско­ параллельное. В течение второго этапа осуществляется дви­ жение стружки по передней грани ножа согласно рис. 2. Каждая торфяная частица участвует одновременно в двух видах движения: переносном — вместе с режущим элементом и относительном—по передней плоскости ножа. В течение этого процесса вследствие мгновенных сдвигов торфяных слоев происходит усадка стружки, т. е. уменьшение ее вы­ соты и соответственное увеличение толщины.

Как показывают измерения, коэффициент усадки струж­ ки в условиях эксперимента близок к двум. Относительная

10

скорость стружки также примерно в два раза меньше пере­ носной — скорости резания.

Абсолютная скорость стружки равна геометрической сум­ ме переносной и относительной скоростей (см. рис. 2).

На основании вышеизложенного можно сделать выводы: 1. Относительная скорость стружки в процессе стружкообразования меньше скорости резания и зависит от усадки

образующейся стружки.

В первом случае сбрасывания относительное . движение стружки является вращательным. Согласно измерениям, на отрезке времени, в течение которого стружка поворачивает­ ся вокруг режущей кромки до момента отделения от ножа, угловая скорость стружки практически равномерна.

2. Сбрасывание торфяной стружки происходит спустя не­ которое время после выхода режущего элемента из залежи и осуществляется либо поворотом стружки около режущей кромки, либо путем безостановочного соскальзывания с пе­ редней плоскости ножа.

переносной ипер скоростей. Следовательно, абсолютная ско­ рость будет больше, чем переносная, равная скорости реза­ ния ир. По расчетам, в первом варианте схода стружки с ножа иа=1,1ир, а во втором оа=1,05ир.

Канд. техн. наук В. С. ВОЛКОВ

О МАТРИЧНОЙ ФОРМЕ РАСЧЕТА РАМ ТОРФЯНЫХ МАШИН

Рамы торфяных машин, как известно, являются стати­ чески неопределимыми системами, расчет которых представ­ ляет собой трудоемкую инженерную задачу. При расчете рам методом сил для отыскания усилий в лишних связях ис­ пользуются уравнения совместности деформаций, причем применяют' обычно основную геометрически неизменяемую систему. В этом случае определение лишних неизвестных сво­ дится к решению системы линейных алгебраических уравнений:

( 1)

внутренних усилий в одноконтурной раме торфяной машины ЭСМ-8А достаточно решить систему из трех канонических уравнений. Эта же задача применительно к раме торфоубо­ рочного пневмокомбайна КПФ-6,4 оказывается пятнадцать раз статически неопределимой, и, следовательно, число кано­ нических уравнений в системе в этом случае равно пятнад­ цати [1].

При выборе оптимальной схемы рамы приходится рассчи­ тывать несколько вариантов ее нагружения. Увеличение числа контуров рамы и необходимость проверки ее на раз­ личные варианты нагружения делают расчет рамы весьма сложным из-за большого объема вычислительной работы.

Однако объем вычислений удается существенно сокра­ тить, если решение канонических уравнений выполнить в матричной форме. При этом важно отметить, что при ис­ пользовании матриц оказывается возможным рассчитывать рамы торфяных машин с помощью средств электронно-вы­ числительной техники.

В связи с этим рассмотрим основные понятия о матри­ цах, которые могут быть использованы при расчете рам торфяных машин [2].

Система уравнений (1) выражает собой линейное преоб­ разование неизвестных xh в величины А*. Система коэффици­ ентов составляет матрицу А из чисел

h i V 8 „ з • •

Заметим, что для матрицы А определитель D = D etA не­ равен нулю. Кроме того, учитываем, что побочные коэффи­ циенты с переставленными индекса-ми равны друг другу, т. е. обладают свойством взаимности:

(3 )

В матричной форме систему уравнений (1) можно записать так: [3]

(4)

12

где х — матрица — столбец неизвестных сил (усилий в лиш­

них связях);

—>

Д — матрица — столбец свободных членов (грузовых коэффициентов).

*1 Д1

д2

>

;Д =

хп К

Решение уравнения (4) в матричной форме записывают так:

В = А ~ 1 есть обратная матрица по отношению к матрице А. Задача решения уравнения (4) или системы уравнений (1) сводится, как видим, к определению обратной матрицы В. Выше уже отмечалось, что для рамы торфяной машины ЭСМ-8А система канонических уравнений имеет вид:

В качестве примера рассмотрим, как найти обратную матри­ цу для этой системы уравнений. Решение системы (7) можно представить в развернутой форме, содержащей так называе­ мые миноры Aik матрицы А:

13