Теория режущего аппарата дисковой соломорезки

Для обеспечения нормальной работы режущего аппарата, работающего по принципу ножниц с минимальным расходом удельной энергии, необходимо знать:

• физико-механические свойства перерезаемого материала;
• материал должен надежно защемляться режущей парой;
• обеспечивать равномерной нагрузкой на вал измельчающего материала;
• острота лезвия ножа, которая обеспечивается углом заточки (от 18…30⁰).

Эти требования в различной степени удовлетворяют конструктивными элементами режущей пары: формой ножа, размерами горловины, расстоянием от центра вращения ножа до противорежущей пластины, расстоянием от оси вращения до горловины, вылетом ножа в измельчителях с прямолинейным лезвием.

Рассмотрим работу ножа с прямым лезвием.

Нож может быть установлен в дисковых соломосилосорезках по радиусу и с определенным вылетом р относительно центра вращения. В первом случае материал будет резаться рубкой, т.е. сила резания совпадает с направлением движения ножа /τ = 0/. Этот случай мы рассматривать не будем, так как он является частным случаем при р = 0.

р− вылет ножа, r − радиус-вектор к точке резания лезвия, − угол защемления.

Из схемы видно, что лезвие ножа на участке А-А₁ перережет материал сечением 1-2-3-4.

Скорость ножа в точке А

v_рез = r∙ω

где ω — угловая скорость ножа.

Разложим скорость резания на нормальную к ножу и тангенциальную составляющие

v_n = v_рез * cosτ = rwcosτ = ν*ω

поскольку для нормальной скорости величина ν является радиусом вращения, перпендикулярным к ней

v_t = v_рез ∙ sin τ = rωsinτ = pω

поскольку величина р является радиусом для тангенсальной скорости.
При повороте ножа нормальная составляющая скорости резания растет, так как увеличивается ν, а тангенциальная составляющая остаётся постоянной, так как р =const. Но нам известно, что

v_t / v_n = tgτ = ε

Следовательно, при резании пучка стеблей прямым лезвием ножа от начала к концу резания угол скольжения и коэффициент скольжения уменьшаются.

Из рисунка видно

tgτ = p/v или v∙tgτ = p = const

т.е. с увеличением расстояния v·r·cosτ, коэффициент скольжения уменьшается по закону равнобокой гиперболы и скользящее движение ножа резко убывает.

Угол раствора режущей пары χ от начала к концу резания уменьшается. Вполне возможно, что в начале резания

χ > χ_защ = 2φ_min

В этом случае весь материал будет сгружаться в правую часть горловины, где условия резания менее благоприятны.

Таким образом, использование прямого ножа не удовлетворяет ни одному из трех поставленных условий.

Академик В.П. Горячкин показал, что все недостатки, свойственные прямому ножу, можно устранить, применив нож с криволинейным лезвием по спирали Архимеда. Очень близкой к ней является дуга, вращающаяся по эксцентрической окружности. Поскольку она более проста в изготовлении, ее применяли как стандартную в соломосилосорезках.

Что же собой представляет такой нож?

Если вращать окружность с центром в O₁ вокруг центра О, смещенного на величину е, то в качестве лезвия ножа можно использовать дугу 1-2, которая при своем вращении захватит кольцо с радиусами R₀+e и R₀ - e.

Горловина измельчителя должна располагаться между этими окружностями. При этом должно быть обеспечено

c > R₀ - e и ε≤ 2e,

а отношение эксцентриситета к радиусу малой окружности принимают:

e / R₀ = 0,7...0,8

В отличие от прямого лезвия с поворотом криволинейного угол скольжения увеличивается, следовательно, уменьшается сила трения резания и будет обеспечено выравнивание нагрузки в течение цикла резания.

Угол раствора при повороте ножа увеличивается. Необходимо так выбрать отношение е/R₀ и расположение горловины в кольце действия ножа, чтобы даже в конце резания было обеспечено защемление материала.

χ_max ≤ χ_защ = 2φ_min

Одновременно необходимо обеспечить, чтобы угол скольжения на протяжении всего цикла был больше угла скользящего резания

τ < φ

Наиболее экономические условия работы получаются при φ =20…60°

Расчет мощности на резание дискового измельчителя

Рассмотрим схему сил, действующих со стороны лезвия ножа на материал.

Если равнодействующая R сил сопротивления резанию, приложенная в точке «m», то для преодоление этого сопротивления со стороны ножа должна быть приложена сила резания Р_рез, равная по величине R и противоположно направленная ей.

Разложим силу Р_рез на нормальную составляющую N и тангенциальную Т.

Тогда:

Так как (из условия - коэффициент скользящего резания),

то или

Учитывая, что (из условия )

Окончательно имеем:

Выражение представляет собой удельную работу резания; т.е.

- на единицу срезанной площади.

Рис.16.

Коэффициент В.П. Горячкин назвал обобщенной характеристикой ножа, показывающей действительное участие скользящего перемещения в процессе резания.

По опытным данным А_уд для сена и соломы , для травы .

В этих пределах мы получаем наименьшие энергетические затраты. (Рис. 15)

На величину А_уд влияет скорость ножа (рис. 16), следовательно

.