Разработка конструкции (Машина для разработки мерзлых грунтов)

5 Силовой расчет.5.1 Расчет мощности необходимой для фрезерованияНа резец дисковой фрезы со стороны грунта действуют силы сопротивлениярезанию,которыемогутбытьразложеныначетыресоставляющие:окружную(тангенциальную)-Р; радиальную(нормальную)-РN ; горизонтальную -Рnи вертикальную- РV (рисунок 5.1)а) прямое фрезерование ; б) обратное фрезерование ; в) положение резцов взабое ; г) схема сил действующих на резецРисунок 5.1 Схемы фрезерованияДП 23.05.01 00 00 02 ПЗИзм.

Лист№ докум.Подпись ДатаЛист41Эти силы связаны между собой в следующие зависимости :Pn  P  cos  PN  sin  , кг(5.1)P  P  sin   PN  cos , кг(5.2)PN tgP(5.3)где - горизонтальная сила;P- окружная (тангенциальная) сила; – радиальная (нормальная) сила; – вертикальная сила;- угол, определяющий положение резца на траектории его движения.Имея численные значения этих сил, можно определить необходимуюмощность резания и рассчитать на прочность рабочий орган и трансмиссию.Для определения сил, действующих на рабочий орган, необходимо знатьзакономерность проникновения отрицательных температур в глубину грунтаестественного залегания. Приближенно условную температуру можно определитькак среднезависимую температуру по результатам измерений станцияминаблюдений Гидрометеослужбы.

Эти станции производят замеры температур наглубинах 0;0.2;0.4;0.8;1.6 м и определяют среднюю температуру из выражения:t ср 0.2t 0  0.2t 2  0.4t 4  0.4t 8 0, С1.2(5.4)где t0,t2,t4,t8- температура грунта соответственно на поверхности земли и наглубинах 0.2,0.4,0.8 м соответственно, С° (рисунок 5.2).ЛистДП 23.05.01 00 00 06 ПЗИзм. Лист№ докум.Подпись Дата420-5-100tCМарт0,2-5tCАпрель0,20,40,40,60,60,80,81,01,01,21,21,41,41,61,61,81,8h,м-10h,мРисунок 5.2 Зависимость температуры от глубины промерзания (г.Хабаровск)Окружную силу на резце определяем по формуле (5.4)t ср 0.2  12  0.2  7  0.4  5  0.4  3 5.8 0 С1.2Окружная сила на резце: 90   P  1.73  Kt ср  S ZC  sin c  k  b 0.5      K V  1 , кг (5.5)150 где 1.73-коэффициент;Ktср- удельное сопротивление резанию при средней температуре забоя, кг/см2(определяется экспериментально , зависит от подачи на зуб);SZ-подача на зуб, см;k- максимальный угол контакта фрезы с забоем, градус;с-показатель степени.

Для резцов простой формы, армированных пластинамииз твердого сплава и долго сохраняющих режущую кромку, которыми обычнооснащают рабочие органы дискофрезерных машин. Принимаем с=0.8;b-ширина резца, см. Принимаем b =1 см;ЛистДП 23.05.01 00 00 06 ПЗИзм. Лист№ докум.Подпись Дата43- коэффициент, учитывающий технологию резания. Для свободного резания= 0.5...0.55, для полусвободного =0.7...0.75, для поверхностного =1.0;-коэффициент, учитывающий затупление режущего инструмента. Дляострых резцов =1;КV-коэффициент, учитывающий влияние скорости резания на усилиерезания.ПриVP=1м/сKV=1(сувеличениемскорости,коэффициентувеличивается).Принимаем VP=2.5 м/с.

Для острых резцов прирост силы резаниясоставляет 7...10 % на каждый 1 м/с скорости резания, тогда принимаем KV=1.15;-угол резания, градус. Принимаем =85°. 90  85 P  1.73  120 .4  1.50.8  0.938 0.8  10.5  1  1  1.15  1   304 .3кг150 Определяем подачу на зуб по формуле:SZ Vn, см / об0.6  n  z(5.6)где Vn-скорость подачи, м/час. Из конструктивных соображений принимаемVn=250 м/ч;n-скорость вращения рабочего органа, об/мин;z-число резцов в линии резания.n  60, об / мин2(5.7)V P 1,сR(5.8)где -угловая частота вращения, с-1.где VP-скорость резания, м/сек;ЛистДП 23.05.01 00 00 06 ПЗИзм. Лист№ докум.Подпись Дата44R-радиус фрезы, м. Принимаем R=1.1 м.В результате расчетов получаем:nV P  60, об / мин2   R(5.9)2.5  60 21.23об / минуту2  3.14 1.1nSZ 250 1.5см0.6  21 .42  13В качестве режущего инструмента используется цепь от врубового комбайна,имеющая семь линий резания и шаг крепления державок резцов h=76 мм.Тогда число резцов в линии резания определим по формуле:zlhk(5.10)где 1-длина окружности фрезы по оси крепления державок резцов, м;h-шаг крепления державок, м;k-число линий резания.Длину окружности найдем по формуле:l    Dk , м(5.11)где Dk-диаметр окружности по оси крепления державок резцов, м.

ПринимаемDk=2.20 мВ результате расчетов получаем:ЛистДП 23.05.01 00 00 06 ПЗИзм. Лист№ докум.Подпись Дата45zz  Dkhk(5.12)3.14  2.17 130.076  7Значение максимального угла контакта фрезы с забоем определим поформуле:sin  k 2 HH 2RR(5.13)или k  arcsin2 H H 2 2 , градусRR(5.14)где Н- максимальная глубина щели, м. Принимаем Н=1.5 м;R-радиус фрезы, м. Принимаем R=1.1 м Удельное сопротивление резаниюопределим из соотношения :2  1.51.52sin  k  0.9381.115 1.1152 k  arcsin 0.938  1110  1.936 радианУдельное сопротивление резаниюmKt ср  К 0  t ср, кг  см 2(5.15)где К0- удельное сопротивление резанию при температуре -1°С, кг/см2.Для подачина зуб фрезы SZ=1.5 см, принимаем К0 =50 кг/см;m-показатель степени, численно равный для глины и суглинка m=0.5;tср средняя температура в забое, °С. Принимаем tср=5.8°С.ЛистДП 23.05.01 00 00 06 ПЗИзм.

Лист№ докум.Подпись Дата46Мощность необходимая для фрезерования зависит от схемы расстановкирезцов на рабочем органе и определяется из выражения /4/:Kt ср  50  1.5 0.5  120 .4кг  см 2Мощность необходимая для фрезерованияN A1  z1  A2  z 2  A3  z 3 4500 n, л.с.(5.16)где А1,А2,A3- работа, совершаемая одним резцом за полный оборот в условияхповерхностного, полусвободного и свободного резания соответственно, кг  м;z1,z2,z3- число резцов, работающих в условиях поверхностного, полусвободного и свободного резания соответственно;n-скорость вращения рабочего органа, об/мин,(из формулы (5.9)).Работу одного резца определим по формуле:c 3   kc 1ck, кг  мA  E1  R c  1 6  c  3 (5.17)где 90   E1  1.73  Kt ср  S ZC  b 0.5      K V  1 , кг150 (5.18)Множители в формулах (5.17) и (5.18) имеют те же значения, что исоответствующие множители в формуле (5.5).-поверхностное резаниеЛистДП 23.05.01 00 00 06 ПЗИзм.

Лист№ докум.Подпись Дата47 90  85 Е1I  1.73  120 .4  1.50.8  10.5  1  1  1.15  1   320 .3кг150 1.936  0.81  0.8 1.936  0.83 А1  320.3 1.1   569кг  м6   0.8  3  0.8  3-полусвободное резание: 90  85 E 2II  1.73  120 .4  1.50.8  10.5  0.75  1  1.15  1   240 .2кг150  1.936  0,81 0.8  1.936  0.83 A2  240.2 1.1   426.7 кг  м6   0.8  3  0.8  1Мощность необходимая для фрезерования:N569  4  426.7  24 21.23  51.1л.с.4500Число резцов одновременно находящихся в забое определим по формуле:zlh(5.19)где l-длина дуги, по которой резец совершает работу, м;h-шаг крепления державок резцов, мм.

Принимаем h=76 мм.Длина дуги по которой резец совершает работу рассчитаем по формуле:l  D k360,м(5.20)ЛистДП 23.05.01 00 00 06 ПЗИзм. Лист№ докум.Подпись Дата48где D-диаметр фрезы, м. Принимаем D=2.2 м;k-максимальный угол контакта фрезы, градус. Принимаем k=111° .l3.14  2.2 111 2.15 м360z2.15 280.076Так как число линий резания семь, то одновременно на одной линииирезания в забое находится четыре резца. Из схемы расстановки резцов нарежущем органе (рисунок 5.3) видно, что резцы находящиеся в центральнойлинии резания совершают работу в условиях поверхностного резания, а резцы востальных линиях резания совершают работу в условиях полусвободного резания.35°10°10°35°1234567891011121314 15Рисунок 5.3 Схема расстановки резцов на рабочем органеИз рисунка 5.3 следует, что количество резцов работающих в условияхповерхностного резания одновременно в забое равно:ЛистДП 23.05.01 00 00 06 ПЗИзм.

Лист№ докум.Подпись Дата49zkz1 (5.21)где z-число резцов одновременно находящихся в забое.k-число линий резания, принимаем k=7z1 2847Число одновременно работающих в условиях полусвободного резанияопределим по формуле:z 2  z  z1(5.22)z 2  28  4  24Работа дискофрезерных машин связаны с затратами мощности на резаниегрунта и удаление продуктов резания из забоя. При нормальной работе(отсутствие заштыбования рабочего органа) последние затраты невелики и ихможно не учитывать.Крутящий момент и общая результирующая окружная сила резанияисполнительного органа может быть определена по следующим зависимостям :М кр  716 .2 М кр  716.2 (5.23)51,1 1723.8кг  м21.23Р=N, кг  мnМ кр1723,81,1R, кг(5.24)= 1567,09 кг.ЛистДП 23.05.01 00 00 06 ПЗИзм. Лист№ докум.Подпись Дата50Усилие подачи целесообразно определить из соотношения Рп/Р, котороеопределяется опытным путем для различных схем расстановки резцов на рабочеморгане.

Для данного случая (Рn/Р)0.8 /4/.В результате расчетов получаем:Рn  P  0.8, кг ,(5.25) = 1576,09 × 0,8 = 1253,7 кг.Мощность на подачу рабочего органа определим по формуле:Nn Pn  Vn, л.с.75(5.26)где Vn-скорость подачи, м/с. Принимаем Vn =250 м/ч=0.07 м/с75-коэффициент, необходимый для перевода результата в лошадиные силыN1253.7  0.07 1.1л.с.75ЛистДП 23.05.01 00 00 06 ПЗИзм.