Стенд для исследования и моделирования процессов резания Советский патент 1992 года по МПК G01L1/22 E02F1/00 

Ч XI ч О

Изобретение относится к области измерения сопротивления грунтов и других сред резанию и может быть использовано для определения сил, действующих на режущий орган машины.

Известен стенд для измерения сопротивления грунтов резанию 1, состоящий из рамы с ,1 -образным упругим консольным элементом, на горизонтальном участке которого закреплен держатель с режущим элементом, и тензодатчики, расположенные на вертикальном и горизонтальном участках упругого элемента.

Недостатком стенда является суженные функциональные возможности, не позволя- ющие ориентировать разрушаемую среду в пространстве относительно режущего элемента.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является стенд для исследования процесса резания 2, включающий направляющую тензометри- ческуютележкус приводом и поддон, причем поддон и привод тележки жестко зафиксированы только относительно напров- ляющих, а направляющие установлены с возможностью поворота и фиксации в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Недостатком данного стенда является сложность конструкции, обусловленная на- личием нескольких приводов, кроме того для гидроцилиндра необходимо наличие гидроаппаратуры. Недостатком данного стенда является также небольшой путь резания имитатора грунтового массива, обус- ловленный ограниченными размерами поддона.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей стенда с одновременным упрощением конструкции.

Заявляемый стенд обладает существенными отличиями по сравнению с известными стендами, т.к. совокупность его признаков не совпадает с признаками известных решений и благодаря этой совокупно- сти достигается положительный эффект, выраженный в расширении функциональных возможностей и упрощении конструкции стенда. Расширение функциональных возможностей обеспечивается за счет зиа- чительного увеличения пути резания, что позволяет более точно моделировать процесс резания, и возможности моделировать процесс резания рабочими органами с тра- екторно смещенными зубьями. Упрощение конструкции обеспечивается наличием одного привода.

На фиг.1 изображен стенд, вид сбоку;

нэ фиг.2-узел I на фиг.1; на фиг.З- разрез

, по А-А на фиг.1 (увеличено) н а фиг.4 - узел

II на фиг.З; на фиг.5 - контейнер с имитатором грунтового массива, разрез; на фиг.6 - векторная схема скоростей; на фиг.7 - схема к определению расстояния между резами.

Стенд состоит из рамы 1, на которой установлен привод 2 и редуктор 3 с двумя выходными валами 4 и 5. Выходной вал 4 находится в зацеплении с контейнером б, на котором расположен материал, имитирующий грунтовой массив 7 (стеарин, воск, озокерит или парафин), Конец вала 4 выполнен четырехгранным. На контейнере 6 выполнены продольные ребра 8, а на ребордах - радиальные ребра 9. Контейнер 6 имеет также подшипник 10, в котором установлена полуось 11, имеющая на своем втором конце прикрепленный винт 12, взаимодействующий с опорой 13. В реборде контейнера 6 выполнено отверстие 14 для заливки расплавленного имитатора грунтового массива 7.

К выходному валу 5 редуктора 3 крепится винт 15 с гайкой 16, к которой крепится тензоэлемент 17. К тензоэлементу 17 жестко крепится центральное кольцо 18, имеющее с двух сторон радиальные упорные зубцы, которые выполнены с наклоном в сторону вращения контейнера с имитатором грунтового массива 7. К центральному кольцу 18 посредством упругих элементов 19 крепятся боковые кольца 20, имеющие с двух сторон чередующиеся зубцы для фиксированного углового поворота. Центральное 18 и боковые 20 кольца имеют радиальные отверстия для крепления сменных режущих элементов 21, выполненных с возможностью фиксированного поворота в плане и выдвижения. К верхней части гайки 16 жестко прикреплен палец 22, второй конец которого расположен в направляющей 23. В нижней части рамы 1 установлен поддон 24.

Стенд работает следующим образом.

В начале подготавливается имитатор грунтовою массива 7. Для этого материал, выбранный в качестве имитатора грунтового массива (стеарин, воск, озокерит или парафин) с температурой плавления 60...90°С, доводят до жидкого состояния. Поворотом винта 12 полуось 11 выводится из подшипника 10, контейнер 6 извлекается из рамы 1, После этого контейнер б устанавливается в вертикальное положение, ставится цилиндрическая опалубка и в отверстие 14 заливается расплавленный имитатор грунтового массива 7. После остывания имитатора 7 (стеарин и т.п.) цилиндрическая опалубка удаляется, контейнер 6 одной стороной устанавливается на четырехгранный конец

выходного вала 4 редуктора 3, а вторая сторона контейнера 6 устанавливается своим подшипником 10 на полуось 11, которая перемещается путем поворота винта 12. Продольные 8 и радиальные 9 ребра служат для увеличения зацепления между контейнером

6и имитатором грунтового массива 7. Сменные режущие элементы (или один элемент) 21 устанавливаются в радиальные отверстия колец j 8 и 20 (для одного ножа в отверстие кольца 18) в зависимости от того, процесс разработки какого забоя необходимо моделировать (прямой забой, боковой забой обратного ската, обратный забой), Перед этим в имитаторе грунтового массива

7под режущим элементом (элементами) 21 делается углубление на моделируемую глубину резания.

Если необходимо моделировать косое резание (работа рот орного экскаватора при рабочем движении поворота стрелы), то режущий элемент (элементы) 21 устанавливается под углом а 90° между продольной осевой плоскостью ножа и плоскостью, нормальной к оси контейнера с имитатором грунтового массива 7 Для моделирования лобового резания (работа одноковшового экскаватора или роторного экскаватора при выдвижении стрелы) сменный режущий элемент устанавливается под углом а. 90° в сторону разработки забоя.

Угол а определяется из выражения (см.фиг.4)

tg о.-Vr

VK

(1)

где а.- угол между продольной осевой плоскостью ножа и плоскостью, нормальной к оси контейнера;

Vr - скорость перемещения гайки;

VK - линейная скорость контейнера в точке соприкосновения с режущей кромкой ножа.

Или после преобразований:

tg a

Р -Z -Цк 2 ;г R Uc

где Р - шаг резьбы;

Z - число заходов резьбы;

UK - передаточное отношение от двигателя к контейнеру;

, где г - радиус контейнера; h - глубина резания.

Do - передаточное отношение от двигателя к винту.

Включением двигателя 2 приводятся одновременно в движение контейнер 6 с

имитатором грунтового массива 7 и винт 15, Сменный режущий элемент (элементы) 21 режет имитатор грунта 7, а при помощи тензозлемепта 17 происходит

регистрация составляющих сил сопротивления среды резанию при данных технологических условиях. Палец 22 перемещается в направляющей в направляющей 23 и служит для предотвращения попорота

гайки 1 6,

При моделировании процесса резания рабочими органами с траекторно смещенными зубьями боковые кольца 20 проворачиваются до получения необходимого смещения (см.фиг.2).

Разработанный режущим элементом 21 имитатор грунта 7 попадает на поддон 24 для последующего исследования характера стружки.

При имитации блокированного резания

за один оборот контейнера с имитатором грунтового массива 7 сменный режущий элемент 21 должен перемещаться на величину L 2С, где С - половина ширины расширяющейся части прорези

b 2

KeoiJictg у

где b - ширина ножа;

Кбок -|коэффициент глубины расширяющейся части прорези;

h - глубина резания; 1ц - глубина расширения прорези;

у - утл наклона боковых расширений прорези (см,фиг.5).

При имитации полусвободного резания за один оборот контейнера с ими-атором грунтового массива 7 сменный режущий элемент 2 I должен перемещаться на величину L 2C.

Увеличение длины реза осуществляется за счет того, что резание имитатора грунта происходит по спирали.

Таким образом, данное техническое решение по сравнению с известными обладает расширенными функциональными возможностями, заключающимися в увели- чении пути резания, а также в возможности моделирования резания рабочими органами как с траокторно смещенными зубьями, так и с традиционным резанием зубьев. Наличие одного привода позволяет упростить конструкцию стенда.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Стенд для исследования и моделирования процессов резания включающий раму с направляющими, режущие элементы, устанетленные о держателях, которые закреплены на тензоэлементе, присоединенном к механизму передвижения режущих элементов, подвижный контейнер с имитатором грунтового массива и механизмы привода, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей при упрощении конструкции, контейнер с имитатором грунтового массива выполнен о виде цилиндра и установлен па раме с возможностью вращения, а держатели режущих элементов выполнены в виде центрального и боковых колец, соединенных между собой посредством упругих элементов и установленных концентрично относительно контейнера, причем кольца выполнены с радиальными отверстиями для фиксированной установки с, них режущих элементов, а торцевые поверхности колец имеют чередующиеся зубцы для фиксированного углового поворота боковых колец относительно центрального, при этом режущие элементы в радиальных отверстиях

колец установлены с возможностью продольного перемещения и поворота, а тензо- элемент установлен на раме подвижно с возможностью перемещения колец по продольной оси, контейнера, причем приводы вращения контейнера и перемещения тен- зоэлемента выполнены синхронизированными, при этом угол между продольной осевой плоскостью ножа и плоскостью, нормальной к оси контейнера, определяется по формуле:

tga(PZ(UK)/(),

где Р - шаг резьбы винта, мм;

Z - число заходов резьбы;

UK - передаточное отношение редуктора от двигателя к контейнеру;

ив - передаточное отношение редуктора от двигателя к винту;

R г - h, где г - радиус контейнера, мм; h - глубина резания, мм.

А

Изобретение относится к измерению сопротивления грунтов и других сред резанию и может быть использовано для определения сил, действующих на режущий орган машины. Цель - расширение функциональных возможностей стенда при упрощении конструкции. Стенд состоит из рамы 1, привода 2 и редуктора 3 с выходными валами 4 м 5 Выходной вал 4 соединен с контейнером 6 с имитатором грунта 7. Контейнер 6 имеет продольные и радиальные ребра и установлен ча подшипник с опиранием его на полуось В реборде контейнера 6 выполнено отверстие. К валу 5 крепится винт 15 с гайкой 16, к которой крепится тензоэлемент 17,соединенный с центральным кольцом 18.К центральному кольцу 18 посредством упругих стяжек 19 крепятся боковые кольца 20. Центральное 18 и боковое 20 кольца имеют радиальные упоры, зубцы и радиальные отверстия, в которые установлены режущие элементы. К гайке 16 прикреплен палец 22, взаимодействующий с направляющей 23. В нижней части рамы 1 установлен поддон 24. 7 ил. (Л

20

21

Фие.З

19

Фиг.1{

Ко

OlQLLLl

$

Г

Фие, 7