Зуб землерийної машини

Зуб землерийної машини, що містить різальну кромку з випереджаючою гранню, нижньою западиною та хвостовиком, який відрізняється тим, що для зниження матеріалоємності процесу різання, за рахунок збереження сталості спрацювання зуба, останній виконаний з шириною, яка зменшується від різальної кромки до хвостовика і визначається рівнянням: c  F2  [u ] 2  K1  l2 та висотою, яка збільшується від різальної кромки до хвостовика і визначається рівнянням:   K1  b  l2 , c  F  [u ] при цьому різальна кромка виконана затупленою, а висота випереджаючої грані дорівнює половині висоти зуба по всій його довжині, де α i c - коефіцієнти форми поперечного перетину зуба; K 1 - питомий опір копанню; h l - відстань від різальної кромки до заданого перетину; F - площа поперечного перетину зуба; [u ] - допустима напруга при вигині для матеріалу зуба. , b c  F2  [u ] 2  K1  l2 , та висотою, яка збільшується від РК 3 до хвостовика і визначається рівнянням: (11) UA моменті опору поперечного перерізу у зубі виникають різні напруги, а зуб необхідно виготовляти із розрахунку максимальних. Таким чином в основу корисної моделі поставлена задача - зменшення матеріалоємності за рахунок зберігання сталості площадки спрацювання із змінним моментом поперечного перерізу по довжині зуба. Поставлена задача вирішується тим, що зуб, що містить різальну кромку (РК) з випереджаючою гранню, нижньою западиною та хвостовиком, згідно з корисною моделлю, виконаний з шириною b, яка зменшується від різальної кромки до хвостовика, і визначається рівнянням: (19) Корисна модель належить до розробки і транспортування ґрунту, а саме - до зуб'їв, виконавчих органів землерийних машин. Відомі зуб'ї землерийних машин, які містять встановлену на державці робочу частину з передньою, боковими гранями та задньою гранню з виямкою (а.с.№248558). Недоліком відомих зуб'їв є те, що у процесі роботи утворюється площадка зносу, яка супроводжується збільшенням опірності зуба проникненню у ґрунт, а це тягне за собою необхідність збільшення міцності зуба, отже і його матеріалоємності. Найбільш близьким по технічній суті та досягаючому результату є зуб землерийної машини, який містить робочу частину постійного перерізу з передньою, задньою та боковими гранями (патент США №3508353). Недоліком даного технічного рішення є висока матеріалоємність, яка обумовлена тим, що по мірі спрацювання робочої частини зуба плече прикладання сили різання зменшується і при постійному 63637 (13) U b 2 3   K1  b  l2 c  F  [u ] де  і с - коефіцієнти форми поперечного перетину зуба; K 1 - питомий опір копанню; h l - відстань від різальної кромки до заданого перетину; F – площа поперечного перетину зуба; [u ] - допустима напруга при вигині для матеріалу зуба. При цьому різальна кромка затуплюється у процесі роботи, а висота випереджаючої грані дорівнює половині висоти зуба по всій його довжині. Для роботи зуба необхідно, щоб у кожному поперечному перетині зуба напруги були постійними і не перевищували допустимих для даного матеріалу. У традиційних рішеннях ця умова дотримувалася завдяки клиноподібній формі поздовжнього перетину зуба. Однак таке рішення приводить до того, що по мірі спрацювання зуба збільшується його площадка зносу, що призводить до збільшення опору ґрунту різанню, отже до підвищення його матеріалоємності. Отже, для зниження матеріалоємності зуба необхідно виконати його таким, щоб по мірі його спрацювання площадка зносу не збільшувалась, при цьому напруги у кожному поперечному перетині зуба повинні залишатися постійними, тобто зуб має оптимальну матеріалоємність. Таким чином, заявленим рішенням досягається повний позитивний ефект завдяки відмінним ознакам, а заявлене рішення володіє суттєвими ознаками. На фіг. 1 показаний зуб землерийної машини (аксонометрія), на фіг. 2 - поперечний переріз зуба. Зуб землерийної машини містить хвостовик 1, робочу частину 2, з різальною кромкою 3, випереджаючою гранню 4, і нижньою западиною 5. Робоча частина зуба 2 виконана з шириною, яка зменшується від РК 3 до хвостовика 1 і визначається рівнянням b c  F2  [u ] 2  K1  l2 , та висотою, яка збільшується від РК 3 до хвостовика 1 і визначається рівнянням   K1  b  l2 , h c  F  [u ] при цьому різальна кромка затупляється у процесі роботи, а висота випереджаючої грані дорівнює половині висоти зуба по всій його довжині. Зуб працює наступним чином. При руйнуванні ґрунту на зуб діє сила опору ґрунту різанню, яка лежить у площині, що проходить через вісь симетрії та утворює напруги в матеріалі зуба. Якщо рахувати, що сила різання прикладена до різальної кромки зуба, то напруги в кожному перетині зуба можна визначити з рівняння:  P l , (1) [u ]   K W K 63637 4 де P - сила опору ґрунту різанню (сила різання); цей показник характеризує об'єкт корисної моделі зуб, бо є фізичною величиною, яка однозначно визначається параметрами зуба, P  K1  b  l (див. Домбровськи М.Г. і др. Строительные машини, М.: Машиностроение, 1976. - С. 286, табл. 32); K 1 - питомий опір копанню; b - ширина ножа; l - відстань від різальної кромки зуба до заданого перетину; W - момент опору поперечного перетину зуба в даній точці; K - коефіцієнт запасу міцності. При взаємодії заявленого зуба з ґрунтом, останній руйнується різальною кромкою 3, яка в процесі роботи затупляється, тобто з задньою площадкою зносу, випереджаюча грань 4 створює у ґрунті попередній стан напруги, який сприяє утворенню попередніх тріщин, а нижня западина 5 зменшує площадку зносу. Габаритні розміри поперечного перетину зуба позначимо: b - ширина зуба; h - висота зуба від нижньої грані до верхньої точки випереджаючої грані 4. Таким чином, у кожному поточному поперечному перетині зуба площа його площадки зносу визначається за рівнянням: F    b  h , (2) де  - коефіцієнт форми поперечного перетину зуба, наприклад, для зуба з трикутним поперечним перетином   1/ 2 ; з прямокутним   1 і т.д. При цьому момент опору поперечного перетину визначається за формулою: W  c  b  h2 , (3) де c - коефіцієнт форми поперечного перетину, наприклад для зуба з трикутним поперечним перетином c  1/ 24 ; для прямокутного c  1/ 6 . Спільно вирішуючи рівняння (1), (2), (3), одержимо залежності для визначення певної висоти поперечного перетину зуба в залежності від відстані від різальної кромки, при зберіганні сталості площадки зносу, та вигинаючих напруг:   K1  b  l2 , c  F  [u ] та ширини поперечного перетину зуба при тих самих умовах h b c  F2  [u ] 2  K1  l2 . Таким чином, для зберігання величини площадки зносу при одночасному зберіганні міцності зуба, його висота h повинна збільшуватись від різальної кромки 3 до хвостовика 1, а ширина b зменшуватись. Наприклад, надаємо значення зуба шириною b та висотою h, у якого ширина випереджаючої грані 4 дорівнює половині ширини зуба b/2, висота дорівнює половині висоти зуба h/2, ширина нижньої западини дорівнює ширині випереджаючої грані b/2, а висота дорівнює 1/4 загальної висоти зуба h/4. Визначаємо момент опору поперечного перетину зуба: 5 W I , rmax де I - момент інерції поперечного перетину; rmax - відстань від нейтральної осі до найбільш віддаленої точки перетину. Для визначення моменту інерції поперечного перетину зуба визначаємо розташування координат нейтральної осі, яка проходить через центр ваги поперечного перетину. Тоді знаходимо координати центру ваги перетину через те, що поперечний перетин зуба симетричний, то центр ваги знаходиться на осі 0Y. Тоді визначаємо ординату центра ваги поперечного перетину S  S 2  S3  S 4 , Yc  1 F1  F2  F3  F4 де S1 - статичний момент трикутника ДЕG відносно осі ОХ; S 2 - статичний момент прямокутника ВСНК відносно осі ОХ; S3 - статичний момент прямокутника ABRT відносно осі ОХ; S 4 - статичний момент прямокутника KLNM відносно осі ОХ; F1 - площа поперечного перетину трикутника ДЕG; F2 - площа поперечного перетину прямокутника ВСНК; F3 - площа поперечного перетину прямокутника ABRT; F4 - площа поперечного перетину прямокутника KLNM; b   h  1 h h  bh2 ; S1          2  3 2 2  12 b 3h 3bh2 ; S2  b    4 8 32 b b h bh S3  b     2 ; 4 4 8 128 b b h bh2 ; S4     4 4 8 128 1 b h bh ; F1     2 2 2 8 h bh ; F2  b   4 4 b h bh ; F3    2 4 16 b h bh . F4    4 4 16 Тоді bh2 3bh2 bh2 bh2    32 128 128  37 h . Yc 12 bh bh bh bh 96    8 4 16 16 Визначаємо момент інерції поперечного перетину зуба відносно нейтральної осі: 63637 6 I  I1  I2  I3  I4 , де, I1 - момент інерції трикутника DEG відносно нейтральної осі; I2 - момент інерції прямокутника ВСНК відносно нейтральної осі; I3 - момент інерції прямокутника ABRT відносно нейтральної осі; I4 - момент інерції прямокутника KLNM відносно нейтральної осі;  b  h     2 1  b  h  1 h 11  857 2 2 I1          h  bh3 ; 36 2  2  2  3 2 96  73728 4 h b  2 3  49 4  b  37 I2     b  h  h   bh3 ; 12 8  36864  4  96 3  b  h     2 h 673 4 4  b  h  37 I3         h    bh3 36 8 147456  4  4  96 673 I4  I3  bh3 . 147456 Тоді I 857 49 673 287 bh3  bh3  2  bh3  bh3 . 73728 36864 147456 16384 Момент опору поперечного перетину зуба дорівнює: 287 bh3 16384 W  0.04545bh2 . 37 h 96 Площа поперечного перетину зуба дорівнює: bh bh bh bh bh . F  F1  F2  F3  F4      8 8 16 16 2 Тоді коефіцієнт форми поперечного перетину зуба будуть дорівнювати:   0,5 , c  0.04545. Наприклад, для ковша екскаватора четвертої розмірної групи (ЭО - 4321) задаємось розмірами різальної кромки: висота h0  2 см ; ширина b0  12 см . Приймаємо довжину робочої частини зуба l  15 см, визначаємо ширину та висоту робочої частини зуба: bk  c  F2 [u ]  2  K1  l2  0.04545  122  1050 0.52  5  152  4,9 см   K1  b  l2 0.5  5  4.9  152   7.8 см , c  F  [n ] 0.04545 12  1050 де,   0,5 - коефіцієнт форми поперечного перетину зуба: с  0,04545 - коефіцієнт форми поперечного перетину зуба: hk  K1  5 кг.см2 - питомий опір копанню; l  15 см - довжина робочої частини зуба; 7 1 1 b0h0  12  2  12 см2 - площадка попе2 2 речного перетину зуба; F [u ]  1050кг.см2 - допустима напруга при ви 63637 8 гині для сталі 40ГЛ. Таким чином, дане технічне рішення порівняно з найближчим аналогом зменшує матеріалоємність зуба. 9 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 63637 Підписне 10 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601