СПОСОБ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ РЕЗКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК A01D34/00 A01F29/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и предназначено для резки и измельчения различных сельскохозяйственных материалов преимущественно в стационарных условиях: брикетов, тюков и рулонов, сена или соломы, корнеклубнеплодлов.

Процесс гидрорезки различных материалов относится к наиболее перспективным и высокоэффективным технологиям вследствие достаточно простой конструкции устройств для их реализации, высокой производительности процесса резки для очень широкого класса сельскохозяйственных растений и плодов, а также других материалов: хрупких, мягких, липких, волокнистых и т.п. При этом исключается, что очень важно, деформация обрабатываемого материала в прилегающих к зоне резания областях, обеспечивается экологическая чистота процесса.

В настоящее время проведение подобных работ сопряжено со значительными затратами энергетических ресурсов, причем уровень применяемой техники не обеспечивает высокую эффективность (КПД, стабильные гидродинамические параметры) использование энергоносителей для получения качественной резки (качественной струи рабочей жидкости).

Известны способы гидравлической резки сельскохозяйственных материалов, в частности стеблей зерновых культур при их уборке (авт. св. SU N 938805, кл. A 01 D 34/00, 1982; заявка DE N 3135927, кл. A 01 D 91/04, 24.03.83; заявка PL N 257201, кл. A 01 D 34/00, 04.11.86).

В этих способах для скашивания зерновых культур использованы гидравлические режущие аппараты, имеющие устройства для создания высоконапорной струи жидкости, истекающей под большим давлением 10-40 МПа через сопло.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является способ гидравлической резки сельскохозяйственных материалов, включающий истечение под давлением рабочей жидкости из соплового устройства и ее воздействие на обрабатываемый материал, относительное движение соплового устройства и обрабатываемого материала вдоль контура реза (заявка DE N 3135927, кл. A 01 D 34/00, 1983).

Известный способ предназначен для гидравлической резки зерновых культур при их уборке. Стебли зерновых культур имеют малую толщину 3-5 мм и относительно низкую (хотя и приближенную к стали, например, ст.2) плотность на срез 20-25 кгс/мм³. Поэтому в известном способе нет трудностей при скашивании растений особенно на начальном цикле, когда процесс резания носит неустойчивый характер.

При обработке материалов значительной толщины их резание (сквозное) на начальном участке контура реза возможно при небольшой подаче струи рабочей жидкости относительно обрабатываемого материала. Это ведет к увеличению времени обработки исходного материала.

Задачей изобретения является создание способа гидравлической резки сельскохозяйственных материалов большой толщины в стационарных условиях путем изменения характера прохождения начального контура реза.

При решении этой задачи может быть получен технический результат, выражающийся в устранении потерь кинетической энергии на преодоление противодавления от отражающей отработавшей струи рабочей жидкости из зоны резания при многопроходной резке в случае невозможности достижения в оптимальном режиме реза за один проход, что повысило бы производительность и качество процесса.

Технический результат достигается тем, что в способе гидравлической резки сельскохозяйственных материалов, включающем истечение струи рабочей жидкости из соплового устройства, ее воздействие на обрабатываемый материал и относительное движение соплового устройства и обрабатываемого материала вдоль контура реза, согласно изобретению, прохождение начального участка контура реза осуществляют за несколько проходов, при этом относительную подачу вдоль контура реза осуществляют по формулам:

S_i ≥ 1,05 S_i-1 для последующей проходов, м/сек,
где a безразмерный экспериментальный коэффициент, прямопропорционально зависящий от диаметра сопла соплового устройства;
V скорость струи рабочей жидкости, м/с;
ρ плотность струи рабочей жидкости, кг/м³;
t_cp прочность на срез сельскохозяйственного материала, н/м²;
i номер прохода;
при этом длительность каждого прохода определяют по формуле:

где: L длина контура реза, м;
S_i подача при i-ном проходе, м/сек;
d 0,95 безразмерный экспериментальный коэффициент.

В начальной точке каждого последующего прохода осуществляют мгновенное перемещение соплового устройства к поверхности обрабатываемого материала на величину h, рассчитываемую по формуле:

где P давление струи, н/м²;
d диаметр сопла, м;
τ_cp прочность на срез сельскохозяйственного материала, н/м².

Приведенные выше формулы для расчета параметров режима резания выведены на основе общеизвестных зависимостей, отражающих законы сохранения энергии и импульса силы, а также связь прочности сельскохозяйственного материала с его физико-механическими свойствами.

При этом величина относительной подачи при первом проходе S_i обеспечивает, наряду с разрушением материала за счет кинетической энергии прямой режущей струи рабочей жидкости, ее увод от точки воздействия в предыдущий момент времени, что снижает интерференцию прямой и отраженных от материала струй. Увеличение подачи S_i на последующих проходах обеспечивает еще большую скорость резания из-за полного устранения интерференции режущей и отраженной струй вследствие свободного удаления последней из зоны обработки через раз, выполненный при предыдущих проходах.

Выбор длительности каждого прохода t_i обеспечивает равномерную вдоль контура реза обработку по глубине за счет двойной обработки (в начале и конце прохода) начального участка прохода, на котором происходит ступенчатое врезание в материал для последующего прохода и действие режущей струи ослаблено из-за затрудненного ухода отработанной струи.

Мгновенное перемещение в начале каждого последующего прохода соплового устройства к поверхности реза повышает эффективность процесса, так как при этом исключаются потери кинетической энергии струи рабочей жидкости за счет ее самопроизвольного раскрытия при движении до обрабатываемой поверхности и снижения скорости.

Таким образом, оптимальный выбор указанных выше технологических параметров уменьшает или исключает полностью как интерференцию прямой режущей и обратной обработавшей струй, так и потери кинетической энергии рабочей режущей струи, что приводит к существенному повышению производительности процесса и качества резки сельскохозяйственного материала.

Способ реализуется следующим образом.

Сопловое устройство гидрорезной установки, которая может содержать исполнительное устройство, обеспечивающее автоматическое управление направлением и его подачей (например, трехкоординатный механизм с программным управлением движения исполнительного узла), помещают в начальной точке контура реза на фиксированном расстоянии от поверхности обрабатываемого объекта материала, например, тюка сена. После включения установки и достижения в струи рабочей жидкости номинальных параметров по давлению и расходу начинается рабочий цикл. При этом реализуется расчетная величина S_i подачи вдоль контура реза и осуществляется резка материала до некоторой постоянной (за исключением начального участка) глубины. Время прохода t_i, рассчитанное по приведенной выше зависимости, обеспечивает за один цикл обработки повторное воздействие режущей струи рабочей жидкости на недоотработанный начальный участок для его дорезки. По истечении времени t_i осуществляется мгновенное перемещение соплового устройства к обрабатываемой поверхности на рассчетную величину h.

Далее рабочий цикл повторяется и выполняется последующий проход с вновь рассчитанными по указанной зависимости S_i+1; t_i+1; h, где i - номер предыдущего прохода.

Для лучшего понимания изобретения ниже приведены конкретные примеры.

В представленной ниже таблице приведены варианты параметров данного способа для разных примеров. Обозначения введенные в таблице, соответствуют обозначениям выше указанным.

Пример 1 представлен для резки прессованного жмыха.

Пример 2 представлен для резки камней для жерновов.

Далее рабочий цикл повторяется и выполняется последующий проход с вновь рассчитанными по указанной зависимости S_i+1; t_i+1; h, где i - номер предыдущего прохода.

Таким образом, при реализации заявленного способа, за счет изменения числа технологических проходов, величины подачи вдоль контура реза, длительность каждого прохода и расстояния между сопловым устройством и обрабатываемой поверхностью уменьшаются и устанавливаются интерференция прямой режущей и обратной отработанной струи. Также устраняется рассеяние кинетической энергии режущей струи рабочей жидкости из-за ее самопроизвольного раскрытия и снижения скорости при движении до зоны резания, что приводит к повышению производительности качества процесса резания.

Использование: изобретение относится к технологии резания высоконапорной струей среды и может найти применение при резке, раскрое и изготовлении деталей различных конфигураций, при обработке прочных и высокопрочных материалов и особенно объектов большой толщины. Сущность изобретения: способ гидравлической резки сельскохозяйственных материалов включает в себя истечение высоконапорной рабочей струи из соплового устройства, воздействие рабочей струи на перемещаемый относительно нее обрабатываемый объект. При этом резку осуществляют за несколько технологических проходов, каждый из которых характеризуется своими величинами подачи S_i, вдоль контура реза, длительностью прохода t, а также величиной n, на которую необходимо приблизить сопловое устройство к поверхности обрабатываемого объекта в начале каждого последующего прохода. Технический результат от внедрения изобретения состоит в повышении производительности процесса, а также степени чистоты получаемой поверхности реза, особенно при обработке материалов значительной толщины. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ гидравлической резки сельскохозяйственных материалов, включающий истечение под давлением струи рабочей жидкости из соплового устройства, ее воздействие на обрабатываемый материал и относительное движение соплового устройства и обрабатываемого материала вдоль контура реза, отличающийся тем, что прохождение начального участка контура реза осуществляют за несколько проходов, при этом относительную подачу S_i вдоль контура реза определяют по формулам: для первого прохода

для последующих проходов
S_i ≥1,05 x S_i-i,
где a безразмерный экспериментальный коэффициент, прямо пропорционально зависящий от диаметра сопла соплового устройства;
v скорость рабочей струи, м/с;
ρ плотность рабочей струи, кг/м³;
t_cp прочность на срез обрабатываемого сельскохозяйственного материала, Н/м²;
i номер последующего прохода,
при этом длительность t_i каждого прохода определяют по формуле

где L длина контура раза, м;
S_i подача при i-м проходе, м/с, i 1,2, k;
b 0,95 безразмерный экспериментальный коэффициент. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в каждой начальной точке последующего прохода осуществляют перемещение соплового устройства к поверхности обрабатываемого материала на расстояние n, определяемое по формуле

где P давление рабочей струи, м/м³;
d диаметр сопла соплового устройства, м;
τ_cp прочность на срез сельскохозяйственного материала, Н/м².