книги из ГПНТБ / Хайзерук Е.М. Кабелеукладчики. Вопросы теории и расчета

Для определения влияния угла заострения р\ долота на тяго­ вое сопротивление Rx была проведена серия опытов с эксперимен­ тальным ножом, оснащаемым сменными долотами одинаковой ширины, которые имели различные углы заострения в пределах от

стороны и очень мало поднимает его вверх. Ширина призмы на по­ верхности грунта при резании ножом с долотом, имеющим угол заострения р\ = 45°, приблизительно вдвое меньше ширины соот­ ветствующей призмы для ножа, имеющего плоское долото такой же ширины.

По выполненным поперечным разрезам область деформаций грунта, возникающая при резании его. ножом с заостренным доло­ том, имеет форму, схематично показанную на рис. 29. Поперечное расширение области деформации грунта в месте прохода долота может быть объяснено тем, что равнодействующие нормальных сил и сил трения, под действием которых происходит перемещение частиц грунта от долота, направлены при малых Р х в боковые сто­ роны от продольной вертикальной плоскости долота под большим углом к вертикали.

Для определения влияния длины передней поверхности долота на тяговое сопротивление были проведены опыты с эксперимен­ тальным ножом, оснащаемым сменными долотами одинаковой ширины, которые имели длину передней поверхности 180, 275 и 400 мм для глубины резания 50 см при прочих одинаковых параме­ трах. С увеличением длины долота тяговое сопротивление ножа возрастает, что можно объяснить значительным расширением зоны деформации грунта в продольном и поперечном направлениях, а также и тем, что удлинение долота вызывает удлинение рабочей поверхности трения ножа о грунт.

Изложенное позволяет сделать следующие выводы.

50

1. Оснащение ножа кабелеукладчика долотом оказывает суще­ ственное влияние на тяговое сопротивление. Нож с долотом опти­ мальных параметров имеет меньшее тяговое сопротивление, чем прямой нож без долота (в опытах автора уменьшение составляло

всреднем 27,4%).

2.Для работы на глубинах до 50 см оптимальным является плоское долото, имеющее ширину в 1,5—1,8 раза большую, чем толщина лезвия ножа, передний угол 26 и длину передней поверх­ ности 275 мм.

Опыты показали, что приведенное тяговое сопротивление можно считать в известных пределах прямо пропорциональным толщине ножа при условии, что изменение толщины ножа сопровождается соответствующим изменением ширины долота, т. е. при сохранении оптимального соотношения s и sv При этом коэффициент пропор­

циональности может быть принят равным (1 + 0,1 As), где As =

— s — 3,0 см. Поэтому уравнение (1) может быть приведено к виду

вают, что уменьшение угла резания а приводит к уменьшению тяго­ вого сопротивления ножа, в связи с чем нож должен иметь а << 90° (например, а = 75°), так как при меньших углах резания проис­ ходит значительное увеличение длины ножа (проекции заглублен­ ной в грунт части ножа на горизонтальную плоскость) в направле­ нии резания.

По результатам исследований А. Н. Зеленина и А. Д. Далина можно рекомендовать угол заострения р лезвия ножа равным 40—45°.

Угол наклона равнодействующей тягового сопротивления ножа к горизонту и глубина расположения точки ее приложения оказы­ вают существенное влияние на устойчивость хода кабелеуклад­ чика.

Эти величины определялись для ножей двух типов при различ­ ной глубине резания на одном типе грунта — тяжелом суглинке.

сунке представлены результаты измерений угла наклона б равно­ действующей тягового сопротивления к горизонту и глубины hR точки ее приложения, отсчитанной от поверхности грунта, для двух указанных типов ножей.

Как следует из графиков, угол 8 с увеличением глубины реза­ ния Я при прочих одинаковых условиях для данного грунта умень­ шается. Это можно объяснить тем, что при увеличении Н гори­ зонтальная составляющая тягового сопротивления Rx возрастает быстрее, чем его вертикальная составляющая Ry, представляю­ щая собой сумму вертикальных сил, действующих на долото и на лезвие ножа. Если принять во внимание результаты исследований

Д. А. Сточкуса по определению зависимости угла б от переднего угла ножа, при а = 75°, то Ry приблизительно пропорционально горизонтальным силам, действующим на нож.

Сумма вертикальных сил, действующих на долото, должна воз­ растать с увеличением глубины резания, так как высота приподни­ маемой долотом призмы грунта, а следовательно, и отпор его дви­

«5° hRlcH

Рис. 30. Зависимость б и hR от глубины резания Н для ножей с плоскими доло­ тами н лезвиями различной толщины:

Р = 40°; Р, - 180°; а = 75°; а , = 26°

показывают, что точка приложения равнодействующей находится ниже середины заглубленной в грунт части ножа.

Серия опытов по определению зависимости б и hR от ширины sx плоского долота показала, что при увеличении sx от 25 до 80 мм угол б имеет тенденцию к возрастанию, a hR существенных измене­ ний не претерпевает.

Зависимость б и hR угла р\ заострения долота определялась по результатам динамометрирования ножа со сменными долотами, имеющими р\ 45, 70, 90, 120 и 180°, при глубине резания 50 см. Результаты этого динамометрирования показаны графиками на рис. 31, из которых видно, что при увеличении р\угол б возрастает и при р х = 120ч-180° сохраняет постоянное значение. Уменьше­ ние глубины hR точки приложения тягового сопротивления с увели­ чением р х происходит вследствие облегчения условий резания грунта лезвием из-за увеличения ширины разрыхленной грунтовой призмы, поднимаемой долотом перед лезвием, а также вследствие уменьшения сил трения на передних гранях заостренного долота.

52

По результатам исследования влияния геометрических пара­ метров ножа, на изменение б и hR можно сделать следующие вы­ воды.

1. Для глубины резания 50 см изменение угла б для ножа кабе­ леукладчика, по данным опытов автора, составляет 17—25°.

2.Точка приложения равнодействующей тягового сопротивле­ ния расположена спереди, ниже середины заглубленной в грунт части ножа.

3.Увеличение ширины плоского долота при прочих одинако­ вых геометрических параметрах ножа приводит к возрастанию угла наклона б равнодействующей тягового сопротивления к гори­ зонту. Заострение долота при тех же условиях уменьшает б.

тров ножа на его тяговое сопротивление были'использованы коли­ чественные соотношения тяговых сопротивлений ножа-эталона и других ножей, отличающихся своими геометрическими параме­ трами.

Корреляционная связь между приведенным тяговым сопротив­ лением ножа-эталона и глубиной резания для грунтов различной плотности выражается формулой (I), для грунта средней плот­

53

Оптимальной формой рабочего органа полевого кабелеуклад­ чнка является снабженный плоским долотом нож со следующими геометрическими параметрами: ширина долота st = (1,5-*-1,8) s, передний угол долота 26°, длина долота 275 мм, угол заострения лезвия ножа 45°, передний угол лезвия 75°.

Расчетные значения тягового сопротивления ножа с долотом, рекомендуемого для кабелеукладчнка, при глубине резания 40— 50 см, близки к соответствующим значениям тягового сопротивле­ ния прямого ножа без долота.

Для ножа с заостренными долотом формула (4) принимает вид

Rx = С с р \аН^-{\ + 0 , l ( S - 3 , 0 ) ] + Ь0 (ах - 2 6 ° ) +

где Ь0 — коэффициент пропорциональности, учитывающий влия­ ние глубины хода долота на прирост тягового сопро­ тивления;

b0 = 0,0485e0.°97w;

P i — угол заострения долота в градусах;

а — коэффициент, зависящий от отношения ширины долота sx

Вышеприведенные формулы получены для кабелепрокладочного ножа, у которого толщина лезвия больше, чем остова ножа, что исключало влияние трения боковых стенок ножа на резуль­ таты динамометрирования. Специально проведенным динамометрированием установлено, что при длине боковых стенок ножа в на­ правлении резания от 0,5 до 0,8 м тяговое сопротивление ножа воз­ растает от 5 до 8% в зависимости от вида грунта и его влажности.

Полученные формулы были проверены при контрольном дина­ мометр ировании ножей с заостренным и плоским долотами на грунтах различной плотности (с числом ударов плотномера Дор­ НИИ до 35 и С с р до 20) при глубине резания Я до 0,9 м. Динамометрирование проводилось при работе кабелеукладчиков в трех различных географических зонах Советского Союза. Результатами контрольного динамометрирования установлено, что отклонения от расчетных значений тягового сопротивления кабелеукладоч­ ного ножа не превышают ± 1 5 % при s до 120 мм.

В 1962 г. были опубликованы результаты исследований влия­ ния геометрии кабелеукладочного ножа на его тяговое сопро-

54

тивление, выполненных Дж. Мэкли в лаборатории фирмы Белл (г. Честер, США). При исследованиях проводилось динамометрирование уменьшенных в 8 раз моделей ножей (на сырой глине)

иножей натуральной величины. Было установлено, что: 1) ножи I

иI I (рис. 32) имеют меньшее тяговое сопротивление, чем нож I I I , который позволял осуществлять прокладку кабеля с меньшим уг­ лом изгиба; 2) углы резания лезвия и долота оказывают наиболь­ шее влияние на величину горизонтальной и вертикальной состав­ ляющих тягового сопротивления ножа.

Экспериментальному динамометрированию было подвергнуто два ножа (толщиной от 34,9 до 81 мм) с 37-ю долотами различной формы и три ножа (толщиной 51, 76 и 102 мм) с 30 долотами. Реко­ мендуемые параметры ножей, полученные по результатам иссле­ дований, даны в табл. 10, а рекомендуемая форма ножа—на рис. 33.

Из таблицы следует, что наилучшие результаты динамометри­ рования при глубине резания Я = 46-т-107 см получены для ножей толщиной 35—102 мм с углом резания 75—90°, имеющих плоское долото с углом резания 25—30°, шириной в 1,5—1,7 раза большей, чем толщина ножа (лезвия).

Рассмотренные результаты экспериментальных исследований по влиянию геометрии кабелепрокладочного ножа на его тяговое сопротивление совпадают с вышеприведенными результатами ис­ следований автора.

55

Таблица 10

Рекомендуемые геометрические параметры кабелепрокладочных ножей с долотом (по данным Дж . Мэкли)

По данным пространственного динамометрнрования, проведен­ ного Дж. Мэкли, ножи с оптимальными параметрами долота имеют наибольшую вертикальную и наименьшую горизонтальную составляющие тягового сопротивления.

Кабелепрокладочные ножи с рекомендованными геометриче­ скими параметрами (см. табл. 10) применяются почти на всех ноже-

Рис. 34. Кабелепрокладочные ножи, испытанные А. П. Рыбаковым

вых кабелеукладчиках, выпускаемых фирмами США. Достоинст­ вом таких ножей являются небольшие габариты и малый вес, что особенно существенно для навесных кабелеукладчиков.

В 1967 г. А. П. Рыбаков провел экспериментальное динамометрирование кабелепрокладочных ножей с различными геометри­ ческими параметрами на сильно уплотненном песчаном грунте I I и I I I групп (последний содержал гравия до 75% по объему) [9].

56

Испытаниям были подвергнуты восемь типов ножей: с плоским долотом и с наклонным прямым лезвием, с серповидной плоской и заостренной режущими частями. Форма ножей показана на рис. 34, а их геометрические параметры указаны в табл. 11.

Минимальное тяговое сопротивление имели ножи 2 (КПН-З) и 6 (НК-150) с серповидной режущей частью и с углом резания носка 30° (рис. 35). Ножи 1, 2 и 5, 6, 7 имели стабильную глубину хода,

Рис. 35. Зависимость усилия резания Rx от глубины ре­ зания Н (по данным А. П.

Рыбакова):

а ножи 3, 4 и 8 нельзя было заглублять в грунт на установлен­ ную глубину 1,1—1,3 м, так как это нарушало устойчивость хода кабелеукладчика.

57

Сравнительные испытания кабелепрокладочных ножей i, 6 и ножа с плоским долотом оптимальных геометрических параме­ тров не проводились, в связи с чем нельзя судить о преимуществах одного типа ножей перед другим.

Кабелепрокладочные ножи /, 2, 6 и 7, показанные на рис. 34, применяются на отечественных кабелеукладчиках КУ-120, К.У-150, КУК-ЗМ, КУ-Б-2М и их модифи­

Резание со скольжением становится возможным, если угол между нормалью к лезвию ножа и направлением перемещения бу­ дет больше угла трения материала по лезвию, т. е. а„ >• ср. Реза­ ние со скольжением — процесс объемного смятия древесины. Со стороны лезвия на перерезаемый корень действует нормальная сила N и сила Т, направленная вдоль лезвия ножа (рис. 36). Ча­ стицы древесины будут перемещаться до разрушения под действием равнодействующей

R = У№ + Т2,

которая при резании со скольжением отклоняется от нормали на условный угол трения ср, причем

Составляющие R — сила Рп (по направлению движения ножа)

где у — угол наклона лезвия ножа к направлению движения.

58

Равнодействующую R можно выразить через Р п и углы у и ср:

Значит

т sm (Y + Ф)

Сила, необходимая для внедрения лезвия ножа в корень, исходя из полученных выражений, будет

древесины, времени года, температуры, угла у, толщины ножа, угла заточки, состояния поверхности ножа, степени затупления режущей кромки и др.

Полученные на практике экспериментальные значения Рл и N6 для различных пород древесины в первом приближении могут быть использованы для определения усилия перерезания корней. При изменении у в пределах от 21 до 30° tg ф изменяется от 0,3 до 1,7. Остальные силы могут быть рассчитаны по вышеприведенным формулам.

М. Е. Мацепуро и Г. В. Орлов предложили эмпирические фор­ мулы для определения Рп:

Pn = a'D — V кгс,

где D — диаметр корня в мм;

а' и Ь' — коэффициенты, зависящие от вида дерева и угла у (табл. 12).

Сопротивление корня перерезанию существенно уменьшается при снижении угла резания, который применительно к рассматри­ ваемой задаче резания корней соответствует углу у установки лез­ вия ножа к направлению движения.

59