6.2. Обґрунтування параметрів сферичних дисків

Робоча поверхня сферичного диска робить складний рух у просторі. Крім поступального горизонтального переміщення разом з машиною, диски під дією реактивних сил, що діють із боку ґрунту, обертаються навколо своєї осі. Переміщення диска з положення I положення II (рис.6.8) може бути розкладено на дві складові. Одна з них спрямована в площині ріжучої кромки диска по лінії 1. 1, а друга перпендикулярна першій - по лінії I. ІІ. При русі дільниці 1. 1 диск як рухається поступально, а й обертається навколо своєї осі, у результаті він здійснює рух кочення. Якщо знехтувати можливим ковзанням або буксуванням диска, то довжина шляху L вздовж по лінії 1. 1 складе L = πD, де D - діаметр диска. Шлях, пройдений диском вздовж напрямку руху за один оборот, дорівнюватиме:

. (6.1)

Швидкість руху будь-якої точки М леза диска може бути визначена геометричним додаванням проекції швидкості поступального руху машини на вісь диска та окружної швидкості Vокр, обраної точки леза:

. (6.2)

де  – кутова швидкість при обертанні диска навколо миттєвого полюса Ω;

ρм – відстань від точки М до полюса;

r – радіус диска.

Траєкторія руху довільної точки М леза має форму гвинтової лінії, послідовність побудови якої показано на рис. 6.3. Аналогічними побудовами можна визначити рух у ґрунті леза вирізних дисків важких борін. На поверхні дна борозни після проходу вирізного диска є гвинтоподібні стрічки трикутного перерізу, що надає борозні деяку схожість із внутрішньою частиною гайки.

Мал. 6.3. Кінематика дискового

Їх рівнянь (6.1) та (6.2) випливає, що основні характеристики дискової зброївизначаються величиною діаметра диска та кута атаки.

Діаметр диска прагнуть вибирати найменшим із допустимих значень. Значною мірою він залежить від заданої глибини обробітку ґрунту:

, (6.3)

де k - Коефіцієнт (для плугів k = 3. 3,5, лущильників - 5. 6, борін - 4. 6).

Для борін і лущильників при виборі до слід враховувати властивості ґрунту, оскільки дернистий, сирий і важкий ґрунт може запресовуватися між дисками. Чим важче передбачувані умови роботи, тим більше має бути коефіцієнт k.

Діаметри дисків стандартизовано. Нормальний ряд дисків включає наступні значення: 250, 400, 450, 510, 560, 610, 660, 710 і 800 мм. Найбільш уживаними є розміри 450, 510 та 660 мм. Великий вплив на технологічні властивості диска має кут, що характеризує його сферу (рис. 6.4). Чим більший кут сфери, тим інтенсивніше кришиться і обертається шар. Для дискових плугів кут сфери необхідний у межах 31. 37°, для лущильників 26. 32° та борін 22. 26°.

Мал. 6.4. Геометричні параметри сферичного диска:

α- кут сфери диска;β- кут атаки;δ- кут заточування;δ - кут заточування на глибині хорди занурення диска;i- кут застряга; Δε- потиличний кут на рівні горизонтального діаметра; Δε - потиличний кут на глибині хорди занурення диска;D- діаметр диска;R- радіус сфери диска;Dа - довжина хорди на глибині обробітку ґрунту;а- глибина обробітку ґрунту

Діаметр дискаDта кут сфериαвизначають радіус сфери (рис. 6.4):

. (6.4)

Технологічний процес різання грунту сферичним диском значною мірою залежить від кутів заточування диска і загостренняi.

Диски заточують,як правило, з опуклою, зовнішньої сторони, приймаючи кут загостренняiрівним 10. 20 ° у борін і лущильників і 15. 25 ° для плугів.

Так як лезо диска має форму кола та постійний кут загострення, то фаска заточування має форму усіченого конуса, що утворюють якого нахилені до площини основи під кутом заточування δ:

.

Іноді параметром, що характеризує заточування диска, стає висота конуса заточування Н. Величина кута заточування кожного типу дисків, що випускаються в нашій країні, регламентована ГОСТом і знаходиться в межах 37. 45 °.

Працездатність дискової зброї багато в чому визначається величиною потиличного кута Δε. Для якісного різання ґрунту диском необхідно, щоб

Якщо це виконати не вдається, тобто. Δε ≤ 0, то диск деформуватиме ґрунт широкого фаскої заточки, при цьому сили опору зім'яттю виштовхуватимуть диск із ґрунту.

Для підтримки заданої глибини обробітку ґрунту доведеться значно збільшувати масу машини. Проте розрахунок величини потиличного кута призводить саме до негативних значень. Насправді, для будь-якої точки леза

,

. (6.5)

Як було зазначено, максимальне значення кута атаки β дорівнює 35. 36°, а мінімальний кут заточування диска δ - 37°, тоді Δε = 36° – 37° = – 1°.

І все-таки вимога мати позитивний потиличний кут для лущильника виконується. Справа в тому, що величину потиличного кута необхідно визначати не на рівні діаметрального перерізу диска (як це виконано на рис. 6.4), а, як-то кажуть, на глибині хорди занурення, тобто. саме там, де диск стикається із ґрунтом.

Для того, щоб простежити за тим, як зміниться кут Δε, необхідно простежити за зміною кута δ в різних перерізах конуса, оскількирівняння (6.5) потиличний кут при постійному для кожного перерізу диска значення β залежить саме від δ. Встановлення зв'язку між значеннями кутів у різних перерізах конуса заточування можна здійснити методами аналітичної геометрії. Нехай ми маємо конус висотою Н та діаметром основи D (рис. 6.5). Рівняння круглого конуса, як відомо, у декартових координатах виглядає так:

.

Рівняння січної площини, проведеної на відстані глибини обробітку грунту а від краю диска, -

.

У перетині отримаємо гіперболу з рівнянням

;

.

Для визначення кута нахилу щодо гіперболи необхідно рівняння гіперболи продиференціювати по dx:

.

.

Оскільки нас цікавить значення δ у точці А, то підставимо до рівняння координати точки А: ;.

.

Якщо врахувати, що у діаметральному перерізі конуса

; ,

. (6.6)

Мал. 6.5. Схема до аналізу кутів у різних перерізах конуса

Мал. 6.6. Визначення хорди Da

Оскільки завжди Da був абсолютною величиною не більшеi. При такому потиличному вугіллі Δε грунт буде змінюватися фаскою заточування, але тильна сторона диска деформувати грунт не буде.

---