Справочник строителя | Машины для земляных работ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАБОЧИХ ОРГАНОВ МАШИН С ГРУНТОМ

На процесс взаимодействия рабочего органа землеройной машины с грунтом существенное влияние оказывают физико-механические свойства грунта, конструкция, геометрические параметры и режимы работы рабочего органа.

Рис. 1. Рабочие органы землеройных машин: 1 - зуб рыхлителя; 2-7 - экскаваторные ковши прямой и обратной лопат, драглайна, погрузчика, планировщика; 8 - ковш скрепера; 9 - отвал бульдозера

Рабочие органы землеройных машин, отделяющие грунт от массива механическим способом, могут быть выполнены в виде зуба на стойке (рис. 1, 1) для рыхления разрабатываемой среды, ковша определенной вместимости со сплошной режущей кромкой (рис. 1, 5,7,8) или оснащенной зубьями (рис. 1; 2,3,4,6), отвала (рис. 1; 9), снабженного в нижней части режущими ножами. Рабочие органы в виде ковшей называют ковшовыми, в виде отвала с ножами - отвальными или ножевыми. Рабочий процесс землеройных машин с ковшовыми и новыми рабочими органами состоит из последовательно выполняемых операций отделения грунта от массива, его перемещения (транспортирования) и отсыпки. Рабочие органы отделяют грунт от массива резанием и копанием. Резание - процесс отделения грунта от массива режущей частью рабочего органа. Копание - совокупность процессов, включающих резание грунта, перемещение срезанного грунта по рабочему органу и впереди его в виде призмы волочения, а у некоторых машин и перемещение грунта внутри рабочего органа. Сопротивление грунта копанию в 1,5...2,8 раза больше, чем сопротивление грунта резанию.

Физико-механические свойства грунтов характеризуются:

гранулометрическим составом - процентным содержанием по массе частиц различной крупности;

плотностью - массой единицы объема (для большинства фунтов - 1,5... 2 т/м³);

пористостью - отношением объема пор к общему объему грунта (%);

влажностью - количеством воды, содержащейся в порах фунта (%);

связностью - способностью грунта сопротивляться разделению на отдельные частицы под действием внешних нагрузок;

разрыхляемостью - свойством разрабатываемого грунта увеличиваться в объеме при постоянстве собственной массы, которая выражается коэффициентом разрыхления к_р, равным отношению объемов грунта в разрыхленном и естественном состояниях (к_р = 1,1... 1,4);

углом естественного откоса - углом у основания конуса, который образуется при отсыпании разрыхленного фунта с некоторой высоты;

пластичностью - способностью грунта деформироваться под действием внешних сил и сохранять полученную форму после снятия нагрузки;

сжимаемостью - свойством грунтов уменьшаться в объеме под действием внешней нагрузки;

прочностью - способностью грунта сопротивляться разрушению под действием внешних нагрузок;

сопротивлением сдвигу - сцеплением частиц фунта между собой;

коэффициентами трения грунта о сталь (0,55...0,65) и трения грунта по грунту (0,3...0,5);

абразивностью - способностью грунта (породы) интенсивно изнашивать (истирать) взаимодействующие с ним рабочие органы машин;

липкостью - способностью грунта прилипать к поверхности рабочих органов.

Различают грунты нескальные (песок, супесь, суглинок, глина и т. п.), разборно-скальные (сцементированные глины - оргалиты, гипс, мел, известняки и др.) и скальные (плотные известняки, доломит, мрамор, песчаник и др.). Грунты, имеющие положительную температуру, называют не мерзлыми (талыми), отрицательную - мерзлыми, если они содержат лед, и морозными (охлажденными), если лед в их составе отсутствует. Наличие льда в мерзлых грунтах существенно повышает их прочность и затрудняет работу землеройных машин. Нескальные не мерзлые грунты разрабатывают обычными землеройными средствами, разборно-скальные и мерзлые грунты с небольшой глубиной промерзания перед разработкой предварительно разрыхляют механическим способом. Скальные и мерзлые грунты с большой глубиной промерзания предварительно разрыхляют взрывным способом.

В некоторых случаях мерзлые фунты разрабатывают специально предназначенными для этих целей землеройными машинами. Для оценки трудности разработки нескальных мерзлых и не мерзлых грунтов, обычно пользуются предложенной А.Н. Зелениным классификацией грунтов, разбитых на восемь категорий по числу ударов (числу С) динамического плотномера (ударника) ДорНИИ. Категория фунта определяется числом ударов, необходимых для погружения в грунт на глубину 10 см цилиндрического стержня плотномера площадью 1 см² под действием груза весом 25 Н, падающего с высоты 0,4 м и производящего за каждый удар работу в 10 Дж.

Классификация фунтов по числу С приведена ниже:

Примечание: В скобках приведены средние значения С для каждой категории грунта.

Рис. 2. Геометрия режущих элементов рабочих органов землеройных машин

При отделении грунта от массива механическим способом рабочему органу землеройной машины сообщаются обычно два движения - вдоль (главное движение) и поперек (движение подачи) срезаемой стружки грунта, которые могут выполняться раздельно или одновременно.

Режущая часть (кромка) рабочего органа, имеющая обычно форму клина, характеризуется следующими геометрическими параметрами (рис. 2, а): длиной режущей кромки l, углом заострения ?, задним углом ?, передним углом ?, углом резания ? = ? + ? и толщиной стружки с. Эффективность процесса резания обеспечивается при оптимальных углах резания и рациональной геометрии режущего инструмента. Оптимальные значения угла резания ? составляют 3...32° для легких грунтов и 40...43° для тяжелых; угла заострения ? = 25...27° для легких и 32...35° для тяжелых грунтов. Задний угол принимают равным не менее 6...8°. Ножевые рабочие органы землеройных машин характеризуются также длиной В, высотой Н и радиусом кривизны r отвала, ковшовые - вместимостью q, шириной В, высотой H и радиусом кривизны r отвала, ковшовые - вместимостью q, шириной В и длиной H ковша (см. рис. 1).

На взаимодействующий с грунтом рабочий орган (рис. 2, б) действует сила сопротивления его движению в грунте F₀, раскладываемая на две составляющие - касательную F₀₁ и нормальную F₀₂ к траектории движения рабочего органа. Силу F₀₁ (кН) можно представить в виде

F₀₁ = F_р + F_т + F_п.в.,

где F_р - сопротивление грунта резанию, кН; F_т - сопротивление трения рабочего органа о грунт, кН; F_п.в. - сопротивление перемещению призмы волочения грунта в рабочем органе, кН.

Сопротивление грунта резанию представляет собой сопротивление внедрению передней грани рабочего органа в грунт в направлении главного движения.

Величина F_р зависит от поперечного сечения срезаемой стружки, физико-механических свойств грунта и геометрии режущей части рабочего органа:

F_p = R_plc,

Где F_p - удельное сопротивление грунта резанию, кПа; l и с - ширина и толщина стружки, м.

Отношение величины F₀₁ к поперечному сечению стружки представляет собой удельное сопротивление грунта копанию R_к = F₀₁/(lс). Значения R_р R_к выбирают по табл. 1 и 2, в которые сведены данные, полученные экспериментальным путем для различных категорий грунтов и видов рабочих органов. Значения удельных сопротивлений резанию и копанию растут с увеличением прочности грунта. Нормальная составляющая сопротивления копанию F₀₂, представляющая собой сопротивление внедрению режущей части рабочего органа в грунт в направлении, перпендикулярном касательной составляющей F₀₁, определяется из соотношения F₀₂ = ?F_о1 где ? = 0,2...0,6 - коэффициент, зависящий от физико-механических свойств грунта и затупления режущей кромки. Более высокие значения ? соответствуют большему затуплению режущей части.

Таблица 1. Значения удельных сопротивлений резанию для машин с ножевым рабочим органом

Таблица 2. Значения удельных сопротивлений копанию для ковшовых рабочих органов экскаваторов

обсудить на форуме

объявления: стройка и ремонт

Поделитесь ссылкой в социальных сетях