2015-05-14
755ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 17
Тема: «Проектирование схемы режущего аппарата дискового типа»
Цель работы: Изучить методы построения схем режущих аппаратов и дискового типа и их динамику.
Необходимые принадлежности:
1.Миллиметровая бумага, формат А3;
2.Циркуль
3. Транспортир
4.Треугольник
Порядок выполнения работы:
I. Работа выполняется индивидуально каждым студентом и носит творческий характер. При выполнении работы необходимо использовать научную литературу по рассматриваемому вопросу. Перед началом выполнения студент получает задание от преподавателя (исходные расчетные данные) по таблице 1.
Получив исходные данные, студент должен:
1. Построить схему режущего аппарата дискового типа с оптимальным режимом резания, т.е. таким, при котором удельный расход энергии на технологический процесс резания минимален.
2. Построить диаграмму моментов сопротивления резанию на валу режущего аппарата и диаграмму изменения угловой скорости вала. Определить мощность на привод и необходимый момент инерции маховика.
II. По результатам работы составляется отчет.
Содержание отчета: название темы, исходные данные, результаты расчетов, необходимые графические материалы, схемы режущего аппарата.
Литература
1. Алешкин В.Р., Рощин П.М. Механизация животноводства. - М.: Агропромиздат, 1985. - 336 с.
2. Мельников С.В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм. - Л.: Колос, 1978. - 560 с.
3. Методические указания по проектированию схемы режущего аппарата дискового типа.
Исходные данные к расчету аппарата дискового типа:
Тип ножа: А – криволинейный; Б – прямой; В – прямой с коррекцией.
Таблица1
| Наименование | Обозначение | Варианты | ||||||||||
| Производительность, кг/ч | Q | |||||||||||
| Насыпная плотность в слое при резании, кг/м3 | 
| |||||||||||
| Длина резки соломы, см | 
| 1.0 | 1.5 | 1.8 | 0.6 | 2.0 | 2.0 | 1.0 | 2.0 | 2.5 | 0.8 | 1.0 |
| Удельная линейная сила острого ножа на солому при резании без скольжения, Н/см | q | |||||||||||
| Угол трения лезвия ножа по соломе |  1
| |||||||||||
| Угол трения соломы по противорежущей грани горловины и по питательным валиком | 2
| |||||||||||
| Средняя скорость ножа при резании, м/с | 
| 16.5 | 16.0 | 16.6 | 17.0 | 16.4 | 16.5 | 16.0 | 16.3 | 16.2 | 16.5 | 16.9 |
Продолжение Таблицы1
| Наименование | Обозначение | Варианты | ||||||||
| Производительность, кг/ч | Q | |||||||||
| Насыпная плотность в слое при резании, кг/м3 |
| |||||||||
| Длина резки соломы, см |
| 2.0 | 3.5 | 1.9 | 2.8 | 3.0 | 2.0 | 2.5 | 2.6 | 0.7 |
| Удельная линейная сила острого ножа на солому при резании без скольжения, Н/см | q | |||||||||
| Угол трения лезвия ножа по соломе | 1
| |||||||||
| Угол трения соломы по противорежущей грани горловины и по питательным валиком | 2
| |||||||||
| Средняя скорость ножа при резании, м/с |
| 16.0 | 16.1 | 16.2 | 16.3 | 16.4 | 16.5 | 16.6 | 16.7 | 16.8 |
Содержание
При проектировании режущего аппарата с криволинейным лезвием ножа стремятся к тому, чтобы режим резания был оптимальным, т.е. удельная работа была минимальна, достаточно надежно было соблюдено условие защемления материала для чистого среза, нагрузка на вал ножевого диска в необходимой степени была равномерна, а также правильно был выбран угол установки ножа.
Для построения схемы режущего аппарата необходимо прежде всего определить значения минимального и максимального углов скольжения. Это определение производят на основе анализа технологического процесса скользящего резания.
Выполнение работы:
1 Построение схемы режущего аппарата дискового типа.
1.1Основываясь на результатах исследований выбираем значение максимального и минимального углов скольжения (tmin = 35°...40°, tmax = 55°...60°), а также закон изменения удельного давления q=f (
).
1.2 Выбираем номинальный размер стандартного ножа в пределах 300...450мм.
Радиусом стандартного ножа вычерчиваем окружность, учитывая при этом запас на износ и стачивание ножа B2 = 30 мм (рисунок 2 и 3).
От центра окружности O1 проводим под углом tmin к вертикали прямую.
1.3 Через точку пересечения этой прямой с окружностью (точка С) проводим горизонталь. Пересечение этой горизонтали с вертикалью в точке O определит центр вращения ножа, а также эксцентриситет e. Следует проверить условие е = (0,7...0,8) R.
1.4 Находим на окружности такую точку B, в которой угол между радиусом R и радиус-вектором rmax равен 90 - tmax, что дает нам возможность найти в этой точке лезвия ножа B угол скольжения tmax.
Для этого в точке B строим угол, равный 90 - tmax, (рис 1). На левой стороне этого угла откладываем отрезок, равный R, находим точку O1. Из точки O2 величиной эксцентриситета циркулем делаем засечку на правой стороне угла 90 - tmax и находим точку О. Отрезок ОВ будет максимальным радиус - вектором rmax . Затем из точки О (рис 3) радиус – вектором rmax делаем засечку и находим на окружности искомую точку В.
Рисунок 1 - Графическое определение местоположения точки В
Рисунок 2 - Чертёж стандартного ножа
Рисунок 3 - Построение схемы режущего аппарата
Из построения следует, что в точке В угол между радиус – вектором и касательной, то есть угол скольжения, будет иметь максимальное значение.
1.5 Угол скольжения tmin будет соответствовать точке C лезвия ножа. Точка A легко определяется засечкой на окружности из точки B длиной хорды изношенного стандартного ножа BA, что определяет и rmin.
1.6 Ширину горловины b определяем графически. Из центра вращения O проводим дугу rmax. Чтобы материал размещался по всей длине рабочей части лезвия ножа, задаемся размером максимального угла раствора из соотношения
max = j1 + j2 < tmax (1)
Под углом tmax - max к горизонтали вниз проводим прямую из центра вращения O до пересечения с проведенной радиусом rmax дугой. Получаем точку пересечения IV. Эта точка определяет положение нижнего края горловины, т.е. положение противорежущей грани. Действительно, в точке IV угол раствора имеет максимальное значение max, а когда нож достигает положения наибольшего раствора, то прямая, проходящая через точку IV и центр вращения О представляет с горизонталью использованный для построения угол (
max - max). Чтобы учесть износ ножа, наиболее удаленная точка противорежущей грани берется на 15мм ближе к центру горловины. На эти же 15 мм приближаем к центру горловины и левую крайнюю точку горловины, т.е. т.II. Однако по конструктивным соображениям размер C = rmin + 15мм не берем меньше 100мм.
1.7.Высоту горловины определяем по заданной пропускной способности и расчетной длине резки, используя формулу:
(2)
где а - высота горловины, м;
Q - пропускная способность режущего аппарата, кг/с;
b - ширина горловины, м;
- длина резки, м;
Z - число ножей, Z = 2...6;
r - насыпная плотность материала, кг/м3;
wср - угловая скорость ножевого диска, рад/с.
Зная a строим сечение горловины. Высота горловины должна быть в пределах а = 30…100мм.
Как следует из анализа схемы, в этом режущем аппарате по мере поворота ножа угол раствора увеличивается и достигает своего максимального значения в точке IV. Чтобы обеспечить надёжное защемление, необходимо выполнить условие заж = 
1+ 2 < max.
При max = 55…600, 1 = 15…180, 2 = 25…300, угол раствора защ = 40…480.
2. Построение схемы режущего аппарата дискового типа с прямым ножом.
Нож с прямолинейным лезвием имеет ряд недостатков. При постоянном моменте двигателя усилие резания и угол скольжения уменьшаются к концу лезвия ножа. Линейная скорость точек лезвия ножа по мере удаления от оси вращения увеличивается. Угол раствора переменный, он больше в начале резания, а затем уменьшается. Чтобы соблюдать условие защемления материала по всей ширине горловины, ножи с прямолинейным лезвием требуют корректировки. Несмотря на указанные недостатки, они применяются в режущих машинах животноводческих ферм, так как прочны, имеют простую конструкцию, удобны для заточки.
С целью выяснения указанных недостатков ножа с прямолинейным лезвием удобно пользоваться графоаналитическим методом расчета. Построение схемы режущего аппарата с прямым лезвием ножа ведут в следующем порядке (рис. 4).
2.1 Произвольную точку 0 принимаем за центр вращения диска. Выбрав масштаб, радиусом, равным вылету ножа 
=100…120мм, проводим окружность вылета ножа. К полученной окружности из точки m на горизонтальном диаметре проводим вверх вертикальную касательную.
2.2 Из центра 0 проводим прямую под углом (90 - 
) до пересечения с касательной и отмечаем точку 
. Угол 
скользящего резания принимаем из таблицы 1. Полученный угол 0 
m, образованный радиус – вектором 0 
и касательная является минимальным углом скольжения 
, который в данном случае равен . При этом по всей длине лезвия будет обеспечено резание со скольжением.
2.3 Из центра 0 вращения проводим дугу радиусом 0 
до пересечения с нижним обрезом горловины в точке D. Противорежущая пластина располагается ниже горизонтального диаметра диска на расстоянии h =0,5p. Поэтому на таком расстоянии от центра 0 следует провести прямую FED до пересечения с дугой D. Точка D отмечает наружный конец противорежущей пластины.
2.4 Графическим построением определяем ширину в горловины и отмечаем точку Е. Для этого из отрезка FD вычитаем отрезок 
=1,2р.
2.5 Определяем расчетную высоту горловины а по заданной производительности по формуле (2).
2.6 По полученным размерам а и в наносим контур горловины 
и затем через точку А, отмечающую начало резания, проводим касательную к окружности радиусом р. Угол, образованный этой касательной и верхним обрезом 
горловины, есть максимальный угол раствора 
. По условиям защемления этот угол не должен быть более. 
Если окажется, что 
, то следует провести корректировку ножа.
2.7 Для корректировки ножа необходимо выполнить следующие операции (рис. 4): найти угол 
корректировки (
); провести касательную к окружности вылета ножа с таким расчетом, чтобы между нею и верхним обрезом горловины был образован угол, равный 
(точка 
)Через найденную точку радиусом 
из центра O провести дугу 
до пересечения с вертикальной касательной и сделать засечку в точке 
; от точки под углом к касательной провести прямую 
и использовать ее для построения корректированной части лезвия (длина прямой (должна быть на 10…20мм больше отрезка 
).
Рисунок 4 - Схема проектирования ножа с прямолинейным лезвием
2.8 Последовательным построением через интервалы угла 
поворотом диска находим соответствующие положения лезвия на контуре горловины до окончания процесса резания. Для каждого из этих положений графически определяем значения 
, а затем находим значение q, строим диаграмму моментов резания, кривую изменения угловой скорости резания 
и мощность на привод режущего аппарата.
3. Построение диаграммы моментов резания Mрез и изменения угловой скорости 
.
Диаграмму моментов резания строим, пользуясь формулой
Mрез = DS . r . cos t . q(1+f’tg t) = DS . r . cos t . Aуд (3)
Входящие в формулу величины DS, r, t находим графически. Для такого графического определения строим (рис. 3) последовательное положение ножа, начиная с момента начала резания и далее через Dj =5°.
С этой целью проводим окружность из центра вращения радиусом, равным эксцентриситету е. По этой окружности перемещается центр кривизны ножа O1 в процессе резания. Находим на этой окружности положение центра кривизны ножа в момент начала резания. Для этого засекаем на этой окружности точку радиусом кривизны ножа из точки 1 горловины. Отмечаем на окружности следующие точки вправо, соответствующие последовательному повороту ножа каждый раз на 5°. Для этих точек вычерчиваем в пределах горловины загруженные участки лезвия ножа DS. Эти загруженные участки замеряем на чертеже. Также графически определяем радиус-векторы r, измеряя их от центра вращения до середины соответствующей дуги, т.е. до средины загруженного участка. Для определения углов скольжения, соответствующих каждому построенному положению ножа, измеряем транспортиром углы, образованные радиус-векторами и радиусами кривизны ножа. Это - углы 90- t. Для получения значения углов скольжения нужно эти углы 90 - 
вычесть из 900 . Для найденных таким путем углов скольжения t определяем соответствующие значения величины Aуд = q(1 + f’tgt). Все расчетные величины сводим в таблицу 1, DS и r подставляем в см, а величину Aудb Нсм/см2.
На основании данных таблицы 2 сроим диаграмму моментов резания рисунок 5.
На оси абсцисс откладываем углы поворота в градусах от 0 до 360 где Z число ножей. Интервал берём в соответствии с таблицей 2 в 50.
Таблица 2 - Расчет моментов сопротивления резанию
| Показатели | Угол поворота, y | ||||||||||||
| DS, см | |||||||||||||
| r, см | |||||||||||||
| t, град | |||||||||||||
| q = q0 - at | |||||||||||||
| tg t | |||||||||||||
| f’ = k tg t | |||||||||||||
| Mрез, Н.см | |||||||||||||
| cos t | |||||||||||||
На оси ординат наносим момент резания Mрез, Н см. построение делаем для двух смежных ножей. На рисунке 4 дан пример такого построения.
Кривую изменения w по углу поворота y строим посредством вычисления Dw из выражений:
(3)
где d - коэффициент неравномерности вращения, d = 0,04...0,07;
k - коэффициент пропорциональности, k = 0,176...0,326;
a = 0,88...0,90 Н/см.град.
Рисунок 5 - Пример построения диаграммы резания
wmax = wср (1+0,5d); wmin = wср (1-0,5d);
По полученным значениям строим график.
4. Расчет потребной мощности двигателя.
Расчетным является средний момент резания. Средний Мрез.ср . определяем делением работы резания за один оборот режущего аппарата на 2 p. Работа резания одного ножа равна
Следовательно
Aрез представляет собой графически в определенном масштабе площадь, очерченную диаграммой.
Но можно работу одного ножа подсчитать по формуле:
где Арез - площадь в см2, соответствующая работе одного ножа;
mмом - масштаб моментов, Н.см/см;
my - масштаб угла поворота ножа, рад/см;
y - угол поворота ножа, рад;
- расстояние, соответствующее началу резания одного ножа до начала резания следующего ножа, см.
Расчётный момент двигателя определить как сумму трёх моментов резания, холостого хода и подачи:
М = Мрез.ср + Мхх + Мпод, (4)
Мрез.ср : Мхх: Мпод = 3:1:1
тогда
(5)
Мощность двигателя определится по формуле
