Оцінка нерівномірності глибини фрезерування торфового покладу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оцінка нерівномірності глибини фрезерування торфового покладу

Рибак І.І., ст. викладач, Гнєушев В.О. к.т.н., доц

Розглянута методика оцінки якості фрезерування торфового покладу з урахуванням геометрії його поверхні, неоднорідності фізико-механічних властивостей торфу, взаємодії ходової системи та робочого органу фрезера з торфовим покладом.

The procedure of the estimation of the quality of milling the peat deposit taking into account the geometry of its surface, heterogeneity of the physicomechanical properties of peat, cooperation of running system and operating unit of miller with the peat deposit is examined.

Прогнозування якості виконання технологічної операції фрезерування торфового покладу на стадії проектування торфових машин є актуальним. Фрезерування покладу - перша і основна операція технологічного циклу видобутку торфу фрезерним способом. Від якості її виконання значною мірою залежать результати технологічного циклу в цілому, а саме його тривалість, цикловий збір, вологість готової продукції, фракційний склад та інші показники [1,2].

Існуючі методи оцінки якості фрезерування торфового покладу базуються на показниках вписування фрезерів у рельєф покладу та їх профілюючої здатності. Розрахунок цих показників здійснюється при нормативній глибині фрезерування і враховує тільки геометрію фрези та покладу[3]. Ці методи оцінки є неповними оскільки майже не враховують конструктивні особливості фрезерів, взаємодію робочого органу та ходової системи з покладом та не дозволяють виконати оптимізацію конструктивних параметрів. Конструкція існуючих фрезерів характерна тим, що ходова система є трьохточковою, причому сумарна ширина передніх опорних катків практично дорівнює ширині самого барабана [4]. Через це практично будь-яка зміна профілю поверхні, фізико-механічних характеристик торфу, поява залишків деревини діють на ходову систему і погіршують якість фрезерування.

На якість виконання технологічної операції фрезерування покладу впливають наступні фактори: геометрія технологічної площадки, залишки торфу від попереднього циклу, пенькуватість покладу, наявність деревних залишків на поверхні карти, неоднорідність фізико-механічних характеристик покладу, залишкові деформації покладу торфовими машинами, конструктивні характеристики фрезера. Ці фактори впливають на режим фрезерування покладу від якого залежать основні характеристики розстилу фрезерного торфу, що визначають тривалість сушіння торфу в шарі та сезонні збори торфу. Нерівномірність глибини фрезерування приводить до зростання динамічного навантаження на трансмісію фрезерного барабана та суттєвого перерозподілу його між фрезами.

Нестабільність глибини фрезерування веде до зміни профілю поверхні технологічних площадок і цим збільшує нерівномірність фрезерування в наступних циклах видобутку торфу. Інтегральним показником якості виконання технологічної операції фрезерування торфового покладу є дисперсія глибини фрезерування при забезпеченні необхідного завантаження поля сушіння торфом [1]. При розрахунку необхідно враховувати основні конструктивні характеристики ходової системи фрезерного барабана та силової взаємодії робочого органу з покладом. Тільки з урахуванням цих обставин можна оцінити вплив характеристик фрезерного барабана на якість виконання технологічної операції, прогнозувати зміни профілю поверхні в перебігу технологічного процесу та виконати оптимізацію конструктивних параметрів фрезера.

Розрахунок параметрів фрезерування вимагає комплексного підходу, а саме - кінематичного і силового аналізу взаємодії ходової системи та робочого органу фрезерного барабану з торфовим покладом. Ходова система повинна мати параметри, які забезпечують достатню прохідність і мінімальний вплив на профіль поверхні карти. Враховуючи те, що опорні катки розташовані на незначній відстані від осі фрези, можна прийняти плоску модель розрахунку. Деформаційна модель взаємодії ходової системи з торфовим покладом прийнята лінійна[3].

Якість виконання технологічної операції фрезерування торфового покладу оцінюється дисперсією глибини фрезерування

(1) (2)

де B - робоча ширина карти, м; L - робоча довжина карти, м; h(x,y) - глибина фрезерування, м; h_c - середня глибина фрезерування, м;

Глибина фрезерування розраховується виходячи з силового та кінематичного аналізу роботи фрезера, форми поверхні карти та неоднорідності фізико-механічних властивостей торфу. Нерухома система координат xyz зв'язана з покладом, а рухомі системи координат x₁y₁z₁, x₂y₂z₂, x₃y₃z₃ - з центрами мас секцій фрезерного барабана (відповідно рис. 1, 2, 3).

фрезерування торфовий поклад

Рис. 1. Схема взаємодії центральної секції фрезерного барабана з торфовим покладом. 1 - опорний каток; 2 - рама; 3 - фреза

Рис. 2. Схема взаємодії лівої секції фрезерного барабана з торфовим покладом: 1 - опорний каток; 2 - рама; 3 - фреза

Рис. 3. Схема взаємодії правої секції фрезерного барабана з торфовим покладом: 1 - опорний каток; 2 - рама; 3 - фреза

Рівняння рівноваги фрезерного барабана при фрезеруванні торфового покладу мають вигляд

де N_ij - реакція покладу на опорні катки секцій фрезерного барабана, Н; R_фj - сила виштовхування фрези при фрезеруванні покладу, Н; T_ij - сила бокового зчеплення катків з покладом, Н; M_фj - момент від сили виштовхування фрези відносно центру ваги i - тої секції, Н•м; M_kij - момент реакції покладу на j - тий опорний каток відносно центру ваги i - тої секції, Н•м; _i - кут повороту секції, рад; _i - кут нахилу розпірних пружин, рад; - реакції в з'єднувальних шарнірах, Н; .- зусилля в розпірних пружинах, Н; - момент від реакції в j - тому шарнірі відносно центру ваги i - тої секції, Н•м; - момент від реакції в j - тій розпірній пружині відносно центру ваги i - тої секції, Н•м.

Для визначення деформацій покладу ходовою системою та глибини фрезерування розраховуються координати нижніх твірних опорної поверхні та фрези. Координати твірної j-того опорного катка ходової системи для i-тої секції, м

 та (;) (4)

де x_0i, z_0i - координати центру мас секції в нерухомій системі координат, м; - координати точок на твірній j-того опорного катка ходової системи i-тої секції в рухомій системі координат, м; _i - кут повороту i-тої секції, рад.

Координати твірної фрези для i-тої секції, м

та () (5)

де - координати точок на твірній фрези i-тої секції в рухомій системі координат, м.

Координати центру мас секцій фрезерного барабана, м

() (6)

() (7)

Деформація торфового покладу опорними катками ходової системи, м

(;) (8)

Глибина фрезерування торфового покладу фрезерним барабаном, м

() (9)

Погонна реакція торфового покладу на каток[5] визначається наступним чином, Н/м

(;) (10)

де b_jj - ширина катка, м; _ij - параметр, який залежить від конструктивних особливостей ходової системи, D - діаметр катка, м; - коефіцієнт пружності покладу, кПа•м^-1.

Погонна нормальна реакція фрези q_i(x) () розраховується у відповідності до алгоритму, викладеного в [3].

Координати кріплення розпірних пружин визначаються з геометричних умов, м

та () (11)

де - координати кріплення розпірних пружин i-тої секції в рухомій системі координат, м.

Деформація розпірних пружин визначається наступним чином, м

(i=2,3) (12)

де l₀ - довжина пружин при горизонтальному положенні секцій фрезерного барабана, м.

Кути нахилу розпірних пружин дорівнюють, рад

, (i=2,3) (13)

Зусилля в пружинах, Н

R_1i=cl_i,, (i=2,3) (14)

Сила виштовхування фрези з покладу залежить від глибини та параметрів фрезерування, Н

(15)

Момент сили виштовхування фрези з торфового покладу, Н•м

(16)

Момент від взаємодії між секціями фрезерного барабану, Н•м

(17)

Момент від розпірних пружин, Нм

(;) (18)

Розв'язуючи систему рівнянь (3) з урахуванням співвідношень (4-18), оцінюємо нерівномірність глибини фрезерування (1,2) з урахуванням конструктивних особливостей фрезера. Моделювання рельєфу поверхні технологічної площадки з видобутку фрезерного торфу, пенькуватості, фізико-механічних властивостей покладу, залишку торфу від попередніх циклів здійснюється методами імітаційного моделювання [6].

Викладена методика розрахунку нерівномірності глибини фрезерування з урахуванням рельєфу поверхні карти та неоднорідності фізико-механічних властивостей торфового покладу дозволяє більш аргументовано приймати конструктивні рішення при проектуванні технологічних фрезерів і отримати статистичні характеристики їх роботи в різноманітних умовах експлуатації.

Література

1. Антонов В.Я., Малков Л.М., Гамаюнов Н.И. Технология полевой сушки торфа. М., Недра, 1980, с.321.

2. Leinonen A. Grain size and miller's power demand in peat milling. Technical research centre of Finland espoo 1994, с.145.

3. Самсонов А.Н. Фрезерование торфяной залежи. М., Недра, 1985, с.211.

4. Лазарев А.В., Корчунов С.С., Справочник по торфу. М., Недра, 1982, с. 760.

5. Синицин В.Ф. Автоматизированный расчет и проектирование торфяных машин. Тверь, ТГТУ, с.116.

6. Богатов Б.А., Копенкин В.Д. Математические методы в торфяном производстве. М., Недра, 1991, с.240.

Размещено на Allbest.ru