СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ ЛЕЗВИЕМ

Стенд для исследования параметров процесса резания лезвием относится к устройствам для исследования параметров и режимов силового взаимодействия лезвия с материалом в процессе его измельчении.
Известен универсальный копер-динамограф [1, 2], состоящий из электродвигателя, держателя исследуемого материала, основания, на котором крепятся две телескопические стойки. На стойках смонтирована ось маятника и циферблат, на оси жестко посажены маятник и тормозной диск. На нижний конец маятника крепится режущий элемент, а на верхней его части груз. Маятник посредством тросика соединяется с барабаном, который оборудован пишущим устройством. Принцип работы копра заключается в следующем: исследуемый материал устанавливают в держатель, маятник поднимают на необходимый угол и отпускают, режущий элемент маятника перерезает исследуемый материал и его останавливают тормозным диском, пишущее устройство фиксирует диаграмму деформации или разрушения исследуемого материала.
Недостатком универсального копра-динамографа является то, что копр производит резание на скоростях до 25 м/с, что недостаточно для полного исследования процесса резания. Увеличение скорости резания может быть осуществлено за счет удлинения маятника. Это вызовет значительный рост общей массы маятника и приведет к недостаточной его жесткости. Все это уменьшает чувствительность копра и увеличивает погрешность получаемых данных.
Также известен принятый за прототип ротационный копер РК-1 [1], состоящий из режущего элемента, укрепленного на маховике, который насажен на вал ротора электродвигателя. Последний сообщает маховику вращение с необходимой частотой, регистрируемой с помощью генератора-тахометра и подключенного к нему индукционного стрелочного индикатора скорости. Тахогенератор с одной стороны соединен с валом электродвигателя эластичной муфтой, а с другой с осциллографом. Копер оборудован электромагнитным устройством, которое выдвигается при подачи в него тока. Принцип работы копра заключается в следующем: исследуемый материал крепится на конец электромагнитного устройства, включается двигатель и доводится до номинальной частоты вращения, потом отключается и он продолжает вращаться по инерции, после отключения двигателя за частотой его вращения следят по показателям тахоуказателя. При частоте вращения, соответствующей заданной скорости резания ножом, в плоскость его вращения производят подачу образца исследуемого материала. Осциллограф фиксирует падение частоты вращения вала двигателя, характеризующее энергию на срез образца.
Недостатком ротационного копра РК-1 является то, что частоту вращения двигателя невозможно отрегулировать, а надо ловить по тахометру момент подачи материала, соответствующий требуемой частоте вращения. Также данные фиксируются на механическом осциллографе, а не на электронном приборе. Все это приводит к большой погрешности измерений и не дает получить действительную картину закономерностей процесса резания. Еще к недостаткам можно отнести отсутствие противорежущего элемента и отсутствие возможности изменять геометрические параметры режущего элемента.
Технический результат, достигаемый предлагаемым стендом для исследования параметров процесса резания лезвием, состоит в повышении точности проводимых измерений, а также в значительном расширении диапазона измеряемых параметров, охватывающего практически все наиболее значимые факторы, оказывающие влияние на эффективность измельчения, с целью обоснованного выбора рациональных параметров и режимов процесса измельчения различных материалов.
Достигается технический результат тем, что стенд снабжен подключенным к электродвигателю преобразователем частоты вращения, противорежущим элементом, устройством для регулирования параметров противорежущего элемента, устройством для регулирования параметров режущего элемента, а также имеет последовательно соединенные датчик частоты вращения, DAQ-контроллер получения и обработки экспериментальных данных и персональный компьютер.
На фиг.1 представлен главный вид стенда для исследования параметров процесса резания лезвием.
На фиг.2 представлен вид сверху стенда для исследования параметров процесса резания лезвием.
Стенд для исследования параметров процесса резания лезвием содержит раму 1, на которой установлен асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором 2, на валу электродвигателя насажен маховик 3 с режущим элементом 4 и устройством для регулирования параметров режущего элемента 5, к электродвигателю подключается преобразователь частоты вращения 6, также на раме крепятся электромагнитное устройство 7 с зажимом 8, устройство для регулирования параметров противорежущего элемента 9 с противорежущим элементом 10 и кнопки включения, выключения электродвигателя 11 и электромагнитного устройства 12. Для определения энергетических параметров стенд снабжен соединенными между собой датчиком частоты вращения 13, персональным компьютером 14 и DAQ-контроллером получения и обработки экспериментальных данных 15.
Исследования на стенде выполняются следующим образом. В зажим 8 электромагнитного устройства 7 закрепляется исследуемый материал 16. В устройство для регулирования параметров режущего элемента 5 устанавливается режущий элемент 4 и производится настройка его параметров в соответствии с планом эксперимента. Устройство для регулирования параметров режущего элемента стенда 5, позволяет исследовать влияние различных параметров режущего элемента 4. Например таких, как - угол скольжения, угол установки, угол заточки и другие параметры на эффективность процесса резания. Аналогично в устройство для регулирования параметров противорежущего элемента 9 устанавливается противорежущий элемент 10 и производится настройка его параметров в соответствии с планом эксперимента. Устройство для регулирования параметров противорежущего элемента 9, позволяет моделировать различные виды резания, применяемые в современных машинах и оборудование - опорное и безопороное резание, также позволяет исследовать влияние различных параметров противорежущего элемента 10, таких как зазор в режущей паре, угол заточки, острота лезвия и другие параметры на эффективность процесса резания. Нажатием кнопки пуска 11 осуществляется запуск электродвигателя 2, по дисплею персонального компьютера 14, который посредством DAQ-контроллер получения и обработки экспериментальных данных 15 и электрического провода 17 соединен с датчиком частоты вращения 13, установленным напротив конца вала электродвигателя 2 и обеспечивающим измерение частоты вращения электродвигателя 2, контролируется значение частоты вращения. С помощью преобразователя частоты вращения 6 производится точная установка и поддержание значения частоты вращения в соответствии с планом эксперимента. Нажатием кнопки пуска 12 осуществляется подача тока в электромагнитное устройство 7 и его сердечник выдвигается вместе с зажимом 8 и исследуемым материал 16 в плоскость вращения режущего элемента 4, где материал перерезается. Результаты изменения частоты вращения фиксируются на персональном компьютере и обрабатываются. Анализ полученных данных позволяет подобрать оптимальные параметры и режимы процесса измельчения различных материалов.
Отличительные признаки полезной модели позволяют проводить исследования, результаты которых обеспечивают возможность выбора наиболее оптимальных параметров и режимов процесса измельчения различных материалов.
ИСТОЧНИКИ
1. Резник Н.Е. Теория резания лезвием и основы расчета режущих аппаратов. - М.: Машиностроение, 1975. - 311 с.
2. Курдюмов В.И., Аюгин П.Н., Аюгин Н.П. Снижение энергоемкости измельчения // Вестник Алтайского государственного аграрного университета, 2008. №5. - 124 с.