Ротационный режущий аппарат

1.8. Ротационный режущий аппарат

Основной задачей при расчёте ротационных косилок является определение минимальной скорости, необходимой для пере резания растительного материала. Если исходишь из прочности стебля и массы, которая вовлекается в деформацию ударом ножа, то при срезании единичного прямостоящего стебля минимальная скорость резания Vр выражается формулой:

(1.1)

где: k_c– разрушающее напряжение среза;

k_c = (2…3)*10⁴кПа;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

E – модуль упругости,

Е=1,1*10⁷кПа;

-плотность материала стебля.

При данных значениях минимальная скорость резания будет равна:

При беспоткорном срезе, кроме энергии, расходуемой непосредственно на разрушение материала стебля, энергия расходуется на его изгиб, трение стерни о нижнюю поверхность диска и на отбрасывание срезанной части растений, поэтому энергоёмкость ротационных косилок больше, чем косилок с возвратно-поступательным движением ножа.

Написанные выражения минимальной скорости верны лишь для случая пере резания единичного стебля, а при срезании сплошной массы травостоя, при работе косилки в поле требуется введение поправочных коэффициентов.

Движение лезвия в этих условиях описывается следующим дифференциальным уравнением:

где: I-момент инерции подвижных частей установки; м⁴;

- угол поворота лезвия в тормозном режиме; град;

M- момент сопротивления травостоя срезу; м⁴.

(1.2)

где:  - удельная сила резания (Н);

- участок лезвия, мм

- расстояние по радиусу от оси вращения до участка , мм.

Cила перерезания одного стержня не зависит от густоты стеблестоя.

Зависимость  выражается формулой

 (1.3)

где: а,b и с – коэффициенты, характеризующие физико-механические свойства материала и геометрию лезвия. (табл. 1.3)

Таблица 1.3. Значения коэффициентов

Зависимость удельной силы резания Р_с от скорости V_p показана на графике.

Рис. 1.1 Зависимость удельной силы резания Р_с в функции от скорости V_p

1-костер; 2-тимофеевка; 3-люцерна; 4-клевер.

Густота травостоя 1000 шт на 1м²

При затуплении лезвия до 100-120 мкм удельная сила резания увеличивается в среднем на 12-18%.

1.9. Оценка качества среза

За оценку качества среза можно принять отношение высоты стерни к высоте среза:

где: Н_ст- высота стерни, мм.

h_ср- высота среза, мм.

Эта величина всегда больше единицы и является коэффициентом увеличения высоты среза. Результаты экспериментов для некоторых трав представлены в виде зависимости  от скорости V_p

Рис. 1.2. Зависимость  от скорости резания

1-клевер; 2-костер; 3-овсяница луговая;

С увеличением скорости резания коэффициент  уменьшается и при некоторой скорости, различной для разных культур, становится равным единице. При этой скорости, которую принято называть верхней минимальной скоростью резания V_pmin, срез прямостоящего стебля происходит практически без отгиба.

Для кошения с наименьшими потерями скорость резания должна быть равна или больше верхней минимальной, значения которой для различных культур приведены в таблице.

Таблица 1.4.

Значение V_pmin для некоторых культур.

Результаты исследований показали, что сопротивление и работа резания уменьшаются по мере увеличения скорости резания. Это может быть объяснено тем, что усилие на режущей фаске лезвия складывается из двух составляющих: силы смятия, которая вызвана раздвиганием материала фасками лезвия, и усилия защемления вследствие изгиба стебля. Последнее усилие пропорционально прогибу и, таким образом, зависит от скорости резания, поэтому суммарная сила резания тоже уменьшается с увеличением скорости.