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, корнеклубнеплодов.

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/мм². 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 отраженной отработавшей струи рабочей жидкости из зоны при многопроходной в случае невозможности достижения в оптимальном режиме реза за один проход, что повысило бы производительность и качество процесса.

Обработка сельскохозяйственных материалов в стационарных условиях создает определенные трудности в обеспечении перемещения гидрорезной установки относительно обрабатываемого объекта. Поэтому предпочтительнее перемещать сам объект относительно гидрорезной установки.

Технический результат достигается тем, что в способе резки высоконапорной струей жидкости, включающем истечение высоконапорной рабочей струи из соплового устройства, выходной срез которого расположен на фиксированном расстоянии от поверхности обрабатываемого объекта, воздействие рабочей струи на объект и перемещение относительно рабочей струи, согласно изобретению, величину S_i обрабатываемого объекта относительно рабочей струи определяют по формуле:

где d диаметр струи рабочей жидкости на выходном срезе соплового устройства, м;
V скорость истечения струи рабочей жидкости, м/сек;
ρ плотность струи рабочей жидкости, кг/м³;
n планируемое число проходов до полной обработки сельскохозяйственного материала;
t_cp прочность на срез сельскохозяйственного материала, н/м²;
H толщина сельскохозяйственного материала, м;
K 1-1,9 экспериментальный коэффициент, зависящий от числа проходов.

При величине подачи S_i, рассчитанной по приведенной выше зависимости, обеспечивается в каждой последующий момент времени увод струи рабочей жидкости от точки воздействия на обрабатываемый материал в предыдущий момент времени таким образом, что направление вектора усилия противодавления от отраженной струи не совпадает с линией действия рабочей струи, что сокращает потери кинематической энергии рабочей струи, обеспечивая повышение производительности процесса гидрорезания.

Заявленный способ реализуется следующим образом.

Выходной срез соплового устройства, например, гидрорезной установки размещают на фиксированном расстоянии от поверхности разрезаемого объекта сельскохозяйственного материала. После включения установки и достижения ею номинальных параметров по давлению и расходу жидкости в ведущей рабочей струе начинают рабочий цикл, производя подачу разрезаемого объекта (или соплового устройства) на рассчитанную величину S_i. При этом в каждый момент времени в каждой точке, на которую воздействует струя рабочей жидкости, осуществляется резка материала на глубину H/n, где H-толщина разрезаемого объекта, n-предлагаемое число технологических проходов до полного разрезания объекта.

Далее, если не выполнено n походов, направление подачи меняется на противоположное и технологический цикл повторяется.

Для лучшего понимания настоящего изобретения приведены ниже 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, предназначенных для жерновов.

Таким образом, при реализации заявленного способа за счет соответствующего выбора подачи разрезаемого объекта (соплового устройства), обеспечивается несовпадение линий действия векторов сил сопротивления от отраженной струи и силы резания от высоконапорной рабочей струи, что приводит к повышению скорости резания и производительности процесса, особенно при резке объемных и прочных сельскохозяйственных материалов, а так же при использовании технологии многопроходной гидрорезки.

Использование: изобретение относится к технологии обработки и резания различных конструкционных материалов высоконапорной струей жидкости или ее смеси с другими веществами (абразив, полимерные добавки) и может быть широко использовано при резке, раскрое и изготовлении деталей различных конфигураций, при очистке и доводке поверхностей изделий и устройств. Сущность изобретения: способ гидравлической резки сельскохозяйственных материалов включает в себя истечение высоконапорной рабочей струи из соплового устройства гидрорезного оборудования, воздействие рабочей струи на перемещаемый относительно нее обрабатываемый объект и выбор величины подачи S_i, обрабатываемого объекта относительно рабочей струи, определяемой по формуле: S_i= (π×d×v³×ρ×n×K):(8×τ_cp×H), м/сек, где: d - диаметр режущей рабочей струи, м, V - скорость рабочей струи, м/сек; ρ - плотность рабочей струи, кг/м³; n - предполагаемое число проходов, t_cp - прочность на срез материала обрабатываемого объекта, н/м²; H - толщина объекта, м; K-i-1,9 -экспериментальный коэффициент, зависящий от величины n. Технический результат от внедрения изобретения заключается в повышении скорости и производительности обработки прочных и высокопрочных материалов, а также при многопроходной резке. 1 табл.

Способ гидравлической резки сельскохозяйственных материалов, включающий истечение высоконапорной струи рабочей жидкости из соплового устройства, выходной срез которого расположен на фиксированном расстоянии от поверхности обрабатываемого материала, воздействие на него струи рабочей жидкости и перемещение материала относительно струи рабочей жидкости, отличающийся тем, что величину S_i подачи обрабатываемого материала относительно струи рабочей жидкости определяют по формуле

где d диаметр струи рабочей жидкости на выходном срезе соплового устройства, м;
v скорость истечения струи рабочей жидкости, м/с;
ρ плотность струи рабочей жидкости, кг/м³;
n предполагаемое число проходов до полной обработки материала;
t_cp прочность на срез сельскохозяйственного материала, Н/м²;
H толщина сельскохозяйственного материала, м;
К i 1,9 экспериментальный коэффициент, зависящий от величины n.