Сопротивление боковой поверхности вертикального ножа

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОПРОТИВЛЕНИЕ БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВЕРТИКАЛЬНОГО НОЖА

ДОСЖАНОВ О.М.

Выполненные исследования показали, что влияния боковой поверхности вертикального ножа, особенности силы трения и удельной силы по боковым поверхностям ножа зависят от отношения зон скалывания и всестороннего сжатия, все это сказывается на разуплотнении почв.

В данное время в связи с нарушением технологического режима обработки почв разными сельскохозяйственными орудиями и не рассчитанный той или иной вид технологий (первый попавший сельскохозяйственная машина или другое орудие) сельскохозяйственного производства, его энерговооруженность создают новую социально-экологическую проблему - уплотнение почв от воздействия движителями сельскохозяйственных машин и орудий.

В результате исследования ученых ВАСХНИЛ подтверждено, что каждый участок пашни за сезон не менее 3-5 раза подвергается воздействию ходовых систем. Оказывается, только из-за переуплотнения почв урожай зерновых снижается на 20%, бесполезно расходуется до 40% минеральных удобрений и 18% горючего [1]. На данном этапе уплотнение почвы полностью устранить нельзя. Поэтому проблема разуплотнения с минимальными энергетическими затратами является актуальной. Как установлено во многих работах [2, 3, 4] разуплотнение может осуществляться естественным путем и с помощью механического рыхления.

В связи с этим было проведено исследование влияния длины боковой поверхности (по направлению скорости резания) вертикального ножа рыхлителя на сопротивление резания почвы. На рис.1 приведены изменения сил резания и удельной силы трения для суглинка (С=5) в зависимости от длины боковой поверхности l вертикального ножа толщиной вн =50мм (участок ножа высотой hн =150мм) на глубине ниже hкр, т.е. в зоне всестороннего сжатия. При образовании боковой поверхности длиной l=50мм усилие резания возросло на 21,9%, а при l=200мм -на 61,2% (скорость резания vр=0,95м/с) по сравнению с усилием резания ножом треугольного сечения, т.е. при l=0. Это говорит о том, что длина боковой поверхности оказывает исключительно большое влияние на сопротивление, а доля сопротивления, вызванная трением по боковой поверхности, составляет значительную величину от общего сопротивления (в нашем случае при l=200мм сила трения равна 38,8%).

Удельная сила трения изменяется с 2,9даН/см2 при l=0 до 1,64 при l=200мм (кривая q), т.е. сила трения по длине уменьшается почти в два раза. До сих пор принималось, что удельная сила трения не зависит от размеров боковой поверхности, в частности от длины.

трение нож резание почва

Рис. 1 Зависимость усилия резания Р и удельной силы трения q от длины боковой поверхности l в зоне всестороннего сжатия (суглинок, v= 0,95м/с)

В зоне скалывания (рис. 2) приращения усилия от сил трения при l=50мм составляет 10,1%, а при l=200мм - 26,0% по сравнению с усилием резания при l = 0. Удельная сила трения в этой зоне изменяется от 0,23 при l = 0 до 0,11даН/см2 при l = 200мм, а средняя - на отдельных участках от 0,16 до 0,07даН/см2. С учетом того, что усилие резания здесь в 5-8 раз меньше, чем в зоне всестороннего сжатия, абсолютное значение силы трения в зоне скалывания на участках длины 0…50 и 150…200мм соответственно меньше в 12,6 и 14,9 раз. Это объясняется тем, что боковые поверхности в зоне скалывания испытывают малое давление и, следовательно, сила трения имеет относительно небольшой удельный вес в общем сопротивлении резанию.

Рис. 2 Зависимость усилия резания Р и удельной силы трения q от длины боковой поверхности l в зоне скалывания (суглинок, С=5, v=0,95м/с)

Различные значения нормальных контактных давлений на боковых поверхностях в зонах скалывания и всестороннего сжатия создают неодинаковые условия трения грунта по этим поверхностям. В зоне скалывания, где нормальные давления относительно малы, имеет место, как правило, внешнее трение. На участках боковой поверхности в зоне всестороннего сжатия трение происходит при пластической деформации контактного слоя. В этих условиях напряжения в местах контактов между частицами часто достигают значений, при которых разрушаются связи между ними, что создает возможности для полного или частичного их перемещения по поверхности слоя. В результате происходит замена трения грунта о материал боковой поверхности на трение грунта о грунт, образуется на боковой поверхности грунтовая «рубашка».

Обработка опытных данных подтвердила, что характер изменения сил трения от длины боковой поверхности (щеки) вертикального ножа аппроксимируется уравнением вида

(1)

где l - длина боковой поверхности ножа (по направлению скорости резания); qn - предел удельной силы трения (остаточная сила трения, которая практически не изменяется, l = ); q0 - удельная сила трения в начале длины боковой поверхности (l = 0); Lн - длина боковой поверхности ножа, при которой разность q0 - qn уменьшается в е раз.

Для кривой q (l) скорость изменения удельной силы трения в зависимости от e определяется равенством

По своей структуре выражение (1) аналогично уравнению релаксации напряжений грунтов [5]

где - предел релаксации напряжений (остаточное напряжение, практически не релаксирующее); - напряжение в начальный момент; t - время, в течение которого происходит уменьшение напряжений; T-период релаксации.

Величина и удельная сила трения qn определяется на основе экспериментальных данных. Для этого принимаются и при двух значениях l1 и l2, причем l2=2 l1. При l= l1 имеем:

отсюда

(2)

Следовательно,

(3)

Значения q0 и так же определяются экспериментально. Удельная сила трения qn вычисляется следующим образом. При l2=2l1,

(4)

Решив совместно выражение (2) и (3), найдем

(5)

Подставив в уравнение (3) значение qn и преобразовав его, получим

(6)

Для исследуемых условий резания значения параметров и Lн: в зоне сжатия q0 =0,29МПа, qn =0,138МПа, Lн =90,9мм; в зоне скалывания q0=0023МПа, qn =0,009МПа, Lн =112,3мм. Подставив их численные значения в уравнение (1) получим выражения для определения силы трения вертикального ножа шириной вн =50мм при резании суглинистого грунта (С = 3…5) и скорости v = 0,95м/с для зоны всестороннего сжатия

Закономерность изменения удельной силы трения на боковой поверхности ножа в зоне скалывания выражается уравнением

Сила трения на боковой поверхности ножа

где S - поверхность трения.

В зоне всестороннего сжатия сила трения при длине боковой поверхности l1 определяется из уравнения

.

Средняя удельная сила трения в зоне сжатия

Среднее нормальное давление

,

где fсж- коэффициент трения в зоне сжатия.

Для определения силы трения в зоне скалывания принимаем, что эпюра нормальных давлений на боковой поверхности ножа имеет параболический вид. Основанием для этого является идентичность характера распределения контактных давлений на передний и боковой поверхности рабочего органа соответственно в зонах скалывания и всестороннего сжатия.

Следовательно,

где hck- глубина скалывания; x- начало координат (принята точка hkp); n - показатель степени. Тогда суммарное нормальное давление на боковой поверхности ножа в зоне скалывания

После подстановки значения pcp, имеем

,

Сила трения по боковой поверхности ножа в зоне скалывания

,

где fck - коэффициент трения металла о грунт в зоне скалывания. Суммарная сила трения по всей боковой поверхности

.

Подставляя их значение, получаем

.

Таким образом, выполненные исследования влияния боковой поверхности вертикального ножа на усилие резания показали, что сила трения по боковым поверхностям составляет 25…35% и более суммарного усилия за счет потенциальной энергии обратимых деформаций, закономерности изменения сил трения по боковым поверхностям зависят от отношения зон скалывания и всестороннего сжатия. Удельная сила трения в первой зоне в 10…15 раз меньше, чем во второй.

Литература

Новый мир. 1986. №1. С. 152.

Пупонин А.И. Обработка почвы в интенсивном земледелии Нечерноземной зоны. М.: Колос, 1984. С. 70-76.

Казаков В.С. Глубокое рыхление - эффективный способ мелиорации солонцов // Гидротехника и мелиорация. 1983. С. 65-69.

Турецкий Р.Л. Механизм процесса резания грунта и структурные формулы усилия резания // Сб. науч. трудов /ЦНИИМЭСХ. Минск., 1976, Т.13. С. 190-206.

Турецкий Р.Л. Обратимые деформации грунта и сопротивление резанию // Механизация почвообработки, приготовления и использования удобрении: Сб науч. тр. ЦНИИМЭСХ. Минск., 1986. С. 23-50.

Annotation

If this articles to tell show the peculiarity in - flounce force friction and the specific by force frictions in side furface the vertical a knife: the separately a rone pin together and thorongh compressed in dependence a longer in side. Surface a knife (on direction quickly cut).

Размещено на Allbest.ru