Предложено несколько способов расчета сил резания, основные из которых разработаны профессорами А. Н. Зелениным, А. М. Холодовым, Д. И. Федоровым, В. И. Балов-невым, М. И. Гальпериным, В. Д. Абезгаузом. Эти способы составляют специальную область теории машин для земляных работ и являются предметом особого изучения.

Остановимся на способе расчета сил резания грунтов, предложенном Киевским инженерно-строительным институтом и основанном на принципе раздельного учета влияния на силы резания основных факторов процесса резания.

Силу резания простым острым ножом предлагается считать зависящей от трех основных геометрических факторов: ширины среза, толщины среза (глубины резания) и угла резания. Взаимодействие ножа с грунтом имеет пространственный характер.

Всю силу блокированного резания рассматриваем как сумму трех составляющих (рис. 11):
а) силы для преодоления сопротивления грунта передней гранью ножа Рсв, пропорциональной площади сечения прорези перед передней гранью ножа и зависящей от угла резания и крепости грунта;
б) силы для преодоления сопротивлений грунта разрушению в боковых расширениях прорези Рб0К. пропорциональной площади этих частей прорези, зависящей от крепости грунта и не зависящей от угларезания и ширины среза;
в) силы для преодоления сопротивлений грунта срезу боковыми ребрами ножа у дна прорези Рбок.ср. пропорциональной толщине среза, зависящей от крепости грунта и не зависящей от ширины среза и угла резания.

Если резание полусвободное, когда прорезь расширяется только по одну сторону ножа, то второй и третий члены формулы уменьшаются вдвое.

По формуле определяют среднемаксимальные силы резания, соответствующие моменту отделения элемента стружки, которые с учетом вариации их значений служат основанием для расчета рабочего органа машины на прочность. Расход энергии на резание грунта рассчитывают по средней за время процесса силе резания, которая определяется по среднемаксимальной ее величине для острого ножа и коэффициенту энергоемкости резания, равному 0,5—0,6 для замерзших глинистых и полускальнУх грунтов и 0,8—0,95 для пластичных глин.

Изложенная схема расчета относится к простому ножу. Но режущая часть ковша или почти всякого другого рабочего органа землеройной машины имеет, как правило, значительно более сложную форму: в ней сочетаются простые ножи, в том числе зубья, элементы режущего козырька, подрезающие ножи, рыхлители и т. п.

Рис. 12. Профили ножей, отделяющих стружку:
а — острого; б — с площадкой износа; в — затупленного.

Взаимодействие простых ножей, входящих в состав сложного ножа, учитывается по величинам совмещения зон разрушения грунта каждым составляющим ножом в отдельности (рис. 13).

Рис. 13. Пример взаимодействия зубьев на козырьке ковша (заштрихована совмещающаяся часть бокового расширения прорези для зуба).

Принято, что допущение о пропорциональности составляющих сил резания площадям и линейным размерам сечения среза справедливо не только для простых, но и для сложных ножей. Зоны разрушения грунта ножами, составляющими сложный нож, имеют ту же форму, что и при разрушении простыми ножами. Это допущение, подтвержденное опытами, позволяет рассчитывать и анализировать силы резания сложными ножами и ковшами практически любой формы.

Исследования показали, что для расчетов, не требующих повышенной точности, определять силы резания можно проще, пользуясь только одним параметром сопротивления грунта — тсв.

По этой формуле получают приблизительные результаты расчета в связи с тем, что коэффициенты т)бок и тбок.ср изменяются в сравнительно широких пределах. По данным И. А. Шемета, исследовавшем характеристики сопротивлений резанию свыше 50 разных типов грунтов, чсок = 0,23, а Рбок.ср = 13. Коэффициент Т1ПЛ.ИЗН (зах) для площадок износа разной ширины и затуплений разного радиуса принимают по опытным данным.

Коэффициент тсв находят по результатам полевых или лабораторных испытаний грунта. Для ориентировочного определения крепости грунтов, области применения проектируемой землеройной машины, а также сил резания можно использовать классификацию грунтов по параметру тсв = р£Г45° (табл. 10), так как по своей природе параметр тсв является некоторым обобщенным показателем сопротивления грунта сдвигу, сжатию и трению при разрушении способом резания острым ножом с углом резания 45°. Подтверждением этого может служить корреляционная связь тсв с показателями сцепления грунта с и предельного сопротивления сжатию асж, найденная И. А. Шеметом: тов = 0,66с и тов = 0,21аож. В табл. 10 категории грунтов характеризуются этим показателем.

Схема на рис. 14 иллюстрирует процесс резания грунта ковшами, движущимися по пространственной траектории и срезающими грунт только одной из боковых сторон козырька. Поэтому необходимо прикладывать три ортогональных составляющих полной силы резания — Р, N и Т.