|
Для правильного выбора типа
землеройных машин, выбора конструкции их рабочих органов, геометрических
параметров, а также режимов работы необходимо знать физическую сущность и
механику процессов, происходящих при разрушении грунта рабочим органом.
Результаты исследований в этой области показывают, что на
процессы разрушения грунтов и горных пород в основном влияют: а)
структурно-геометрические свойства — форма, размеры и относительное
расположение составляющих частиц; б) физические свойства — весовые параметры
материалов и качества, возникающие при взаимодействии твердых частиц с водой;
в) механические свойства — способность материалов сопротивляться воздействию
внешних нагрузок г) способ разработки грунтов и пород.
В общем комплексе земляных работ ведущим процессом
является разработка грунта, при которой происходит отделение части грунта от
массива и захват отделенной части рабочим органом землеройной машины.
Различают пять основных способов разработки грунтов и горных пород:
1) механический, при котором отделение пород от массива
осуществляется ножевым или ковшовым рабочим органом машины — резанием, отколом,
отрывом, обрушением под действием статических, динамических и виброударных
нагрузок;
2) гидравлический, осуществляемый струей воды, размывающей
подошву забоя и вызывающей этим обрушение грунта; при разработке под водой
применяется всасывание грунта землесосом;
3) взрывной, разрушающий грунты и горные породы
давлением газов, выделяемых при взрыве;
4) физический, осуществляющий полное разрушение или
уменьшение прочности горных пород с помощью ультразвука, тока высокой
частоты, теплового воздействия — прожиганием горелки и охлаждением;
5) химический, при котором отделение горных пород
от массива связано с частичным переводом их в жидкое или газообразное
состояние.
Применяют и комбинации методов разработки грунтов,
например гидравлического с механическим и т. п.
Первые три способа нашли промышленное применение на
массовых земляных и горных работах, последние два способа находятся в стадии
экспериментов. Каждый способ разработки грунта имеет свои области применения
и присущие ему технико-экономические показатели: стоимость разработки 1 мя
грунта, производительность труда, масса оборудования и мощность установки на
1 млн. м3 годовой программы и т. п. В зависимости от местных условий эти
показатели могут значительно колебаться, определяя выбор того или иного
способа производства работ.
В землеройных машинах (кроме машин для гидромеханизации)
применяется механическое разрушение грунта, при котором рабочие органы,
непосредственно воздействуя на грунт, отделяют часть его от массива.
Распространенность механического способа разработки грунта
объясняется его универсальностью: он применим почти для всех грунтов, включая
скальные породы, которые предварительно должны быть подорваны. При этом
энергоемкость этого способа в зависимости от размеров и конструкции рабочего
органа не превышает 0,05кВт-чна 1 м3 мягких грунтов и 0,3 кВт-ч на 1 м3 крепких грунтов.
При механической разработке грунтов в основном осуществляется
два процесса: резание и копание.
Резанием называется процесс, при котором режущая часть
рабочего органа землеройной машины, имеющая обычно вид клина, под действием
определенного усилия внедряется в грунт и продвигается по траектории,
зависящей от конструкции машины, отделяя слой, условно называемый стружкой.
Толщина стружки может изменяться по длине траектории. Общие схемы образования
стружки при резании грунтов показаны на 111, а.
Режущая часть рабочего органа характеризуется следующими
элементами ( 111, о): углом заострения (3, задним углом а, передним углом у,
углом резания б = Р + а, шириной (длиной) режущей кромки Ь.
В процессе резания грунта рабочему органу сообщается
движение в двух направлениях: вдоль поверхности забоя и перпендикулярно ей.
Движение по первому направлению называется основным, так как в результате его
срезается стружка. Движение по второму направлению называется движением
подачи, определяющим толщину стружки и тем самым загрузку привода рабочего
органа. Скорость движения подачи обычно в несколько раз меньше скорости
основного движения, а соотношение скоростей этих движений в известной степени
определяет траекторию рабочего органа.
Отделение грунта от массива происходит в результате сдвига
или отрыва части грунта в зависимости от его физико-механических свойств, от
геометрической формы рабочего органа и режимов работы. По Н. Г. Домбровскому
разрушенный при резании рабочим органом слабый, пластичный грунт имеет вид
стружки (/) (рис 111, а), грунт средней крепости — вид полностью разрыхленной
на мелкие фракции массы (//) и крепкий грунт — вид аналогичных по форме
сколотых частиц, в известной мере сохранивших связность (Ш).
Копанием называется процесс, включающий резание грунта и
перемещение его разрушенной части (призмы волочения) перед рабочим органом
(II), перемещение поступающего грунта по рабочему органу и по грунту, уже
захваченному им, и трение рабочего органа о грунт. Поэтому усилие копания
больше, чем усилие резания в 1,5—3 раза.
Экспериментальные исследования процессов резания и копания
грунтов выполнены в основном советскими учеными. Одним из основоположников
науки о сопротивлении грунтов резанию является акад. В. П. Горячкин,
исследовавший работу плуга. Применительно к строительным землеройным машинам
большой комплекс исследований проведен проф. Н. Г. Домбровским — автором
теории о сопротивлении грунтов резанию и копанию рабочим органом одноковшовых
экскаваторов.
Кроме рассмотренных факторов, на процессы резания и
копания грунтов существенное влияние оказывают также толщина режущей кромки,
геометрия рабочего органа, форма и расположение зубьев на режущей кромке,
емкость ковша, скорости резания, а также вибрирование и ударное воздействие
на режущий орган.
Наиболее крупные исследования, вскрывающие физическую
сущность процесса работы ковша, проведены советскими исследователями Ю. А.
Ветровым и А. Н. Зелениным, а по процессам резцовых рабочих органов — М. М.
Протодьяконовым, М. И. Слобод- киным, М. И. Гальпериным и В. Д. Абезгаузом.
Оригинальные работы выполнены В. И. Баловневым, а в части скреперов — К. А.
Артемьевым .
|