Визначення критичної глибини різання при напівблокованому різанні ґрунту

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне

Визначення критичної глибини різання при напівблокованому різанні ґрунту

Кравець С.В., д.т.н., професор

Кирикович В.Д., асистент

Блажієвський В.С., магістр

На сьогодні відомо, що найменша енергоємність забезпечується при розробці грунту на критичну глибину. Збільшення глибини різання грунту ножем у верхньому ярусі приводить до зменшення енергоємності робочого процесу тому, що ефективність зростання опору різанню стає меншою, ніж площі поперечного перерізу нарізуваної щілини. В результаті енергоємність робочого процесу підвищується.

Для усунення закритичної зони ущільнення грунту і зниження енергоємності робочого процесу формування щілини повинно здійснюватись багатоярусними ЗРО, в яких висота ярусів не перевищує критичної глибини різання.

Для досліджень критичної глибини руйнування грунту скористаємося рис. 1. При цьому в якості вихідних передумов покладено:

грунт - однорідне ізотропне середовище, яке характеризується зчепленням, внутрішнім і зовнішнім тертям, щільністю і вологістю;

елемент стружки розглядаємо як тверде тіло у вигляді трикутної призми з несиметричним конічним сектором збоку (рис. 1 в);

критична глибина різання постійна незалежно від того працює ніж у режимі заглиблення чи в сталому режимі;

впливом швидкості різання і силою тяжіння грунту на опір його руйнування знехтувано[4], [5];

закон розподілу нормального тиску на лобову площину ножа в зоні сколювання грунту прйнятий лінійним по глибині [3];

Результати досліджень

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Схема взаємодії ножа з грунтовим середовищем: а - у повздовжній площині; б - у поперечній площині; в - форма елемента стружки у процесі заглиблення ножа

Мінімальний тиск , що діє на денній поверхні визначається по формулі Алексєєвої Т.В. На критичній глибині він досягає максимального значення і визначається по формулі Паукера.

На елементарний об'єм елемента стружки висотою в момент попередній сколюванню діють наступні сили, які приведені у вертикальну площину OAD (рис. 1,а); активна сила , яка направлена під кутом зовнішнього тертя грунту до нормалі лобової площини ножа; нормальна реакція і дотичні сили і в площині зсуву грунту. Тоді система рівнянь рівноваги всіх сил на нормальну () і дотичну () осі до лобової площини сколювання матиме вигляд:

(1)

Закон розподілу нормального тиску грунту на ніж по глибині запишеться:

(2)

де - відношення глибини зони гарантованого сколювання грунту до критичної глибини різання ; - поточне значення глибини.

Елементарні дотичні сили, які діють у лобовій і боковій площинах сколювання, визначаються по закону Кулона для грунтів:

(3)

(4)

(5)

де , - елементарні площі відповідно лобової і бокової площинсколювання; - коефіцієнт бокового тиску; с - коефіцієнт зчеплення грунту; - кут внутрішнього тертя; - кути, які утворюються боковою площиною сколювання з вертикальною площиною (рис. 1, в).

Тоді елементарні площі лобової і бокової площин сколювання будуть визначатись залежностями:

 (6)

(7)

Тоді:

(8)

Визначивши з першого рівняння системи (1) і підставивши вирази (3), (4) в друге рівняння системи (1) з врахуванням рівностей (2), (5), (6), (7), при умові, що , отримаємо рівняння:

(9)

- несуча спроможність грунту;- мінімальний тиск грунту на лобову поверхню;

Проінтегрувавши даний вираз і підставивши , маємо:

(10)

Провівши деякі математичні перетворення, отримаємо:

(11)

В результаті проведення проміжних перетворень отримали кінцеву формулу для визначення критичної глибини різання для напівблокованого різання:

В результаті проведених експериментальних досліджень було отримано графічні залежності критичної глибини різання від кута різання (рис. 2) та від кута зсуву грунту (рис. 3).

Рис. 2. Залежність відносної глибини сколювання від кута різання ножа у верхньому ярусі

Рис. 3. Залежність відносної глибини сколювання від повздовжнього кута зсуву грунту для різних кутів різання ножа: 1 - твердий супісок; 2 - тугопластична глина; 3 - напівтвердий суглинок; 4 -твердий суглинок

1 - =20; 2 - =30; 3 - =40; 4 - =50 .

З графіку залежності відносної глибини сколювання від кута різання (рис. 2) можна зробити висновки, що при незмінних параметрах ножа (=30) відносна глибина сколювання для різних грунтів змінюється в межах від 7.07 до 9.12. З графіку залежності відносної глибини сколювання від повздовжнього кута зсуву грунту (рис. 3) можна зробити висновки, що при зменшенні кута різання від 50 до 20 відносна глибина сколювання збільшується від 2.87 до 7.93.

Література

ґрунт щілина сколювання

1. Ветров Ю.А. Резания грунтов землеройными машинами. - М.: Машиностроение, 1972. - 359 с.

2. Грунтозахистні та енергозберігаючі машини для прокладки підземних комунікацій/ С.В. Кравець - Рівне: Видавництво РДТУ, 1999. - 277 с.

3. Баладинскмий В.Л., Баранников В.Ф., Ошапкаев Т.А. Механика рабочих процесов строительных машин. - Алма-Ата: ЛАФЦЧИПКС, 1982.

4. Кравець С.В., д.т.н., професор, Романовський О.Л., к.т.н., доцент, Нікітін В.Г., к.т.н., доцент, Романовський О.В., аспірант. Визначення критичної глибини різання при комбінованому поярусному руйнуванні грунту. “Вісник” Національний університет водного господарства та природокористування. Зб.наук. пр., випуск 2 (34). Рівне 2006, с. 77-83.

Размещено на Allbest.ru