4. Основные технологические показатели работы почвенной фрезы
Почвенные фрезы получили широкое распространение при обработке задернелых почв в период мелиорации земель (фрезы болотные) и междурядной обработке пропашных культур.
Перспективно использование фрез в комбинированных почвообрабатывающих, а также почвообрабатывающе-посевных агрегатах, так лишь эти рабочие органы способны обеспечить за одни проход заданную степень крошения почвы даже при не вполне благоприятных условиях.
Технологический процесс фрезерования почвы может быть охарактеризован целым рядом показателей, которые определяют качество обработки почвы и затраты энергии на эту операцию. Часть этих показателей может быть определена средствами сравнительно простого теоретического анализа, другая - для обеспечения наглядности требует сравнительно трудоемких вычислений, которые, впрочем, могут быть выполнены с помощью ЭВМ.
4.1. Уравнение движения ножа фрезы
При работе фрезы каждая точка рабочего орган совершает сложное движение - вращательное с угловой частотой ω вокруг оси барабана и поступательное со скоростью VM агрегата (рис.4.1).
Рис. 4.1. Траектория движения ножа фрезы
Координаты произвольной точки М по отношению к неподвижным осям координат Х и Y будут равны
;
.
(4.1)
Исключив из этих уравнений время, можно получить уравнение движения ножа:
;
;
;
.
Подставив значение t в уравнение для х, получим
.
(4.2а)
Кривая, описываемая данным уравнением, впервые была получена Галилео Галилеем (1564...1642гг.) и названа им циклоидой, т.е. «напоминающий о круге». Впоследствии свойства циклоиды были изучены его учениками и последователями Вивиани, Торичелли, Робервалем и Декартом. Конкретный вид циклоиды во многом определяется величиной отношения окружной скорости к поступательной скорости машины VM. Это соотношение получило название кинематического показателя:
.
Если λ=1, то циклоида представляет собой траекторию любой точки окружности, перекатываемой по оси х без скольжения (рис. 4.2).
|
|
Рис. 4.2. Разновидности циклоиды при различных значениях λ |
При λ < 1 наблюдают укороченную, а при λ > 1 удлиненную циклоиду, которая имеет и собственное название - трохоида. Для обеспечения процесса отрезания почвенной стружки ножом фрезы кинематический показатель λ должен быть больше единицы. От величины этого показателя зависят многие характеристики технологического процесса, такие как скорость резания, величина подачи на нож фрезы, размеры почвенной стружки, высота гребешков на дне борозды и т.д.
4.2. Скорость резания и абсолютная скорость движения рабочего органа
Продифференцировав уравнения (4.1) по времени, можно получить проекции скорости ножа на координатные оси:
;
.
Величина абсолютной скорости ножа составит:
.
(4.2б)
Уравнение (4.2) показывает, что скорость резания при прямом вращении фрезы с момента врезания ножа в почву (α≈30°) и до конца отрезания стружки (α≈90°) непрерывно снижается.
За время Т одного оборота фрезерного барабана T=2π/ω машина пройдет вперед путь, равный
.
(4.3)
На этом пути работу совершают все ножи, закрепленные на диске.
Подача на один нож составит:
,
где zод - число односторонних ножей на диске секций фрезы.
При обработке задернелых почв болотными фрезами обычно S=4...6 см, а старопахотных почв полевыми фрезами S=10...12 см. С изменением подачи S изменяется и толщина почвенной стружки, отрезаемой ножом (рис.4.3).
Толщину стружки измеряют вдоль по радиусу наиболее удаленной точки ножа А. Поскольку уголγ≈90°, то можно считать, что
,
где ωt0 - угол входа ножа в почву.
Этот угол можно найти из условий, что y0=h,
;
;
,
где m=h/R, а h - глубина фрезерования.
Поскольку
,
то
.
(4.4)