Рыхлитель на базе трактора Т-130

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Назначение, общее устройство и принцип работы машины

1.1 Назначение

Рыхлителями называются машины для послойного разрушения грунта методом отделения его от массива. Рыхлители применяют для послойной разработки прочных грунтов, включая мерзлые, многолетнемерздые и скальные, с последующей их уборкой землеройными, землерошю-транспортными или погрузочными машинами. Рыхлители применяют при отрывке котлованов и широких траншей, устройстве выемок в гидротехническом строительстве, корыт под дорожное полотно, разработке мерзлых россыпей полезных ископаемых, проведении вскрышных работ.

Различают рыхлители основные и вспомогательные. Основные рыхлители изготовляют как навесное оборудование к гусеничным или пневмоколесным тракторам, а вспомогательные агрегатируют с основным оборудованием ЗТМ и погрузчиков для рыхления плотных грунтов и слежавшихся материалов. Вспомогательные рыхлители позволяют повысить производительность и расширить область применения основного оборудования. В последнее время сменным рыхлительным оборудованием оснащают универсальные строительные гидравлические экскаваторы. В строительстве применяют также бульдозерно-рыхлительные агрегаты, у которых используют как бульдозерное, так и рыхлительное рабочее оборудование. Эффективность работы основных рыхлителей зависит от тягово-сцепных свойств базовых тракторов. Наиболее выгодно их использовать для разработки многолетне-мерзлых грунтов, трещиноватых и выветренных слоистых или низкопрочных горных пород (сланцев, ракушечников, бурых углей, апатитов, фосфоритов, песчаников, легких и средних известняков и т. п.).

1.2 Общее устройство

Рыхлительное оборудование состоит из опорной рамы, верхней и нижней тяги, рабочей балки с зубом, и гидроцилиндров подъема-опускания.

Опорная рама сварной конструкции является несущим элементом крепления рыхлительного оборудования на корпусе заднего моста трактора.

Рабочая балка предназначена для установки зуба и одновременно является звеном параллелограммного механизма навесного оборудования. В нижней задней части балки расположена площадка для работы с бульдозером-толкачом.

Верхняя и нижняя тяги служат для присоединения рабочей балки к опорной раме и представляют собой сварные конструкции коробчатого сечения.

Рабочий орган рыхлителя -- зуб -- состоит из стойки, наконечника, уширителей и деталей их крепления к стойке. Наконечник крепят на стойке пальцем с пружинной чекой. Предусмотрено два отверстия в стойке зуба для установки ее с разным вылетом. Уширители выполнены в виде сменных лопастей, закрепляемых в нижней части стойки под углом не более 20° к горизонту. Лопасть представляет собой L-образную опору, на выступающей части которой закреплен самоустанавливающийся поворотный диск, предохраняющий лопасти от износа и облегчающий процесс рыхления.

Гидросистема рыхлительного оборудования присоединяется к гидросистеме трактора.

рыхлитель послойный грунт



Рис. 1- Бульдозерно-рыхлителышй агрегат ДЗ-116ХЛ на базе трактора Т-130: 1 -- опорная рама; 2 -- верхняя тяга; 3 -- рама; 4 -- рабочая балка; 5 -- зуб; 6 -- гидроцилиндр; 7 -- отвал; 8 -- гидрораское; 9 -- трактор; 10 -- прицепная серьга

Рыхлительное оборудование в одно- и многозубом исполнении состоит из унифицированных опорных кронштейнов, нижней тяги, гидроцилиндров подъема-опускания и регулировки угла.

Рабочая балка однозубой модификации имеет одно центральное отверстие для установки зуба увеличенного, наибольшего заглубления. В зубе предусмотрены четыре отверстия с шагом 0,23 м, что допускает регулировку максимального заглубления зуба в широких пределах. Перестановка стойки в одно из отверстий производится с использованием механизма, приводимого из кабины машиниста. Литые защитные накладки зуба унифицированы для обеих модификаций машин, а сварно-штампованные наконечники -- также с рыхлителем ДП-9ВХЛ.

Конструкция рыхлительного оборудования обеспечивает получение оптимальных параметров рыхления как при заглублении, так и при установившемся рыхлении.

1.3 Принцип работы машины

Бульдозеры-рыхлители применяют для предварительного послойного рыхления и перемещения плотных каменистых, мерзлых и скальных грунтов при устройстве строительных площадок, рытье котлованов и широких траншей, а также для взламывания дорожных покрытий.

Разрушение грунтов и пород происходит при поступательном движении машины и одновременном принудительном заглублении зубьев рабочего органа до заданной отметки.

В процессе рыхления массив грунта разделяется на куски (глыбы) таких размеров, которые удобны для последующей их эффективной разработки, погрузки и транспортирования другими машинами.

Для интенсификации процесса рыхления на зубья рыхлителей устанавливают уширители, которые позволяют за один проход разрушать большие объемы материала и выталкивать каменные глыбы на поверхность. Уширители обеспечивают более устойчивое движение базового трактора и работу рыхлителя, практически сплошное разрушение материала между соседними бороздами, снижение общего количества проходов.

Рыхление производят параллельными резами по двум технологическим схемам: без разворотов у края площадки с возвратом машины в исходное положение задним ходом (челночная схема) и с поворотом рыхлителя в конце каждого прохода (продольно-поворотная схема).

Челночная схема наиболее рациональна при малых объемах работ в стесненных условиях, продольно-поворотная -- на участках большой протяженности.

Максимальные величины глубины и ширины захвата рыхления, рабочих скоростей движения и число зубьев рыхлителя определяются тяговым классом базовой машины.

Наименьшая глубина рыхления за один проход должна на 20…30% превышать толщину стружки грунта, разрабатываемого землеройно-транспортными машинами, в комплексе с которыми работает рыхлитель. Рыхление высокопрочных грунтов осуществляется, как правило, одним зубом.

2.Рабочее оборудование

Таблица. Техническая характеристика гусеничного бульдозера с рыхлителем на базе трактора Т-130.

Рыхлитель:	ДП- 26С
вид	Четырехзвенный
Наибольшая глубина рыхления при номинальном угле и заглубленных грунтозацепах, мм	515
Число зубьев	1
Число положенив вылета зуба	2
Наим. рас. от низшей точки рамы, до опорной поверхности, мм	325
Задний угол въезда, град	20
Масса рыхлительного оборудования, кг	1400

Рыхлитель предназначен для разрушения грунтов до III категории, мерзлых грунтов с температурой до минус 5°С и трещиноватых горных пород. Навесное оборудование рыхлителя имеет четырехзвенную подвеску с одним жестко закрепленным зубом и включает в себя нижнюю и опорную рамы, рабочую балку, верхнюю тягу, два гидроцилиндра и рабочий орган. На рабочей балке имеется специальное буферное устройство для толкача.

Однозубый рыхлитель снабжен одной стойкой, в результате чего сила тяги сосредоточена на одном рабочем органе. Благодаря этому он может разрушать более прочные породы. Кроме того, однозубый рыхлитель обладает меньшей металлоемкостью, чем многозубый. В зубе выполнено до трех отверстий. Поэтому его устанавливают в раме на различной высоте, обеспечивая ступенчатое изменение глубины рыхления в зависимости от прочности разрабатываемого материала. Четырехзвенное (параллелограмное) навесное устройство обеспечивает постоянство угла рыхления t в пределах всего заглубления зуба. Такое устройство позволяет использовать зубья с более длинными стойками, поэтому даже при наибольшем заглублении зуба в материал можно иметь увеличенный зазор от рабочей балки до грунта.



Рис. 2- Навесные устройства рыхлителя: а -- четырехзвенное (параллелограмное); б «е трехзвенное; 1 -- опорная рама: 2 -- верхняя тяга; 3 -- рабочая балка; 4 -- зуб; 5 -- нижняя рама; 6 -- гидроцилиндры заглубления; 7 -- рама рыхлителя

Рис. 3-Рабочий орган рыхлителя -- зуб: 1 -- стойка; 2 -- защитная накладка; 3 -- элементы крепления; 4 -- наконечник.

Рабочим органом рыхлителя является зуб, состоящий из стойки с посадочным хвостовиком, наконечника, защитной накладки и элементов крепления -- стопоров.

Стойка является несущим, наиболее нагруженным элементом зуба, на котором крепятся его детали. Рыхление стойками изогнутой формы осуществляется с меньшими усилиями, чем прямыми. Для современных рыхлителей характерны в основном стойки трех типов: изогнутые, прямые и с незначительным изгибом.

Наконечники являются сменной частью зуба, обеспечивающей непосредственное отделение грунта от массива и его разрушение. В ряде случаев для повышения производительности при рыхлении пластично-мерзлых грунтов и трещиноватых скальных пород на зубьях устанавливают уширители. Конструктивно уширители выполняют либо в виде расширяющихся в стороны от режущей кромки зуба клиновидных пластин, жестко или шарнирно смонтированных на стойке зуба, либо в виде двух стержней, выступающих по бокам стойки. Установка рабочих органов рыхлителя в рабочее и транспортное положения осуществляется гидроцилиндрами, приводимыми от гидросистемы трактора.

По форме различают зубья изогнутые, прямые и полуизогнутые. Изогнутые зубья (рис. 4, а) применяют для рыхления грунтов на глубину до 0,8 м Они могут использоваться на скальных грунтах пластно-го залегания; при заглублении зубьев возникают силы, способствующие отрыву пласта от массива. Прямые зубья (рис. 4, б) успешно .применяют для рыхления различных грунтов. Полу изогнутые зубья (рис. 4, в) позволяют уменьшить усилие заглубления при большом угле резания. На рис. 4, г--ж показаны специальные конструкции зубьев.

При пяти зубьях у легких рыхлителей их шаг составляет обычно 0,3--0,5 м, при трех -- 0,8--1 м. У средних рыхлителей шаг зубьев равен 0,9--1,3 м, у мощных и сверхмощных -- 1,4 м.

Расстояние от зубьев до гусеницы должно быть больше длины зоны разрушения грунта в направлении движения рыхлителя и обычно равно 5--2 глубинам рыхления.



Рис. 4- Зубья рыхлителей: а -- изогнутые; б -- прямые; в -- полуизогнутые; г -- с подпятником; д е -- со вставным наконечником; ж -- с отогнутым концом.

Угол резания зубьев чаще всего составляет 30--45°, а при разработке грунтов с крупными включениями несколько больше.

Длина зубьев должна быть больше максимальной глубины рыхления на 0,1--0,3 м, чтобы рама рыхлителя свободно проходила над поверхностью разрыхленного грунта.

Высота подъема зубьев легких рыхлителей над уровнем поверхности грунта должна достигать 0,3--0,5 м, средних -- 0,6--0,7 м и мощных -- более 0,7 м. Необходимый задний угол въезда в транспортном положении при этом должен быть не менее 20--30°.

Число зубьев и их шаг зависят от назначения рыхлителя, глубины рыхления, допускаемого размера кусков грунта и его физико-механических свойств.

3.Технологтческие схемы проведения работ. Технологические схемы применения рыхлителей на базе гусеничных трактороврыхлитель дп-26с на базе трактора т-130.1.г-1

Рыхлитель ДП-26С (рис.5) на базе трактора Т-130.1.Г-1 Челябинского завода дорожных машин предназначен для рыхления мерзлого грунта при температуре его не ниже -6°С, да также для рыхления трещиноватых скальных пород.

Рыхлитель, может применяться для работы в условиях умеренного климата при температуре окружающего воздуха от -40 до +40?С.

Указанный механизм входит в состав бульдозерно-рыхлительного агрегата ДЗ-116 или ДЗ-117, где используется с бульдозером ДЗ-110 (с неповоротным отвалом) или ДЗ-109 (с поворотным отвалом).

Рис.

Рис. 5 - Схема рыхлителя ДП-26С

Таблица

а -	ширина гусеницы, мм	203; 500
h -	просвет дорожный, мм	407
B -	база трактора, мм	2473
С -	колея, мм	1880

Таблица. Техническая характеристика

Базовый трактор	Т-130.1.Г-1
Номинальная мощность, л.с.	160
Управление	Гидравлическое
Наибольшая скорость передвижения, км/ч	12,45
Габаритные размеры, мм
длина	6350
ширина	3220
высота	3065
Масса, кг	18430

Общие положения

Производительность ДП-26С при рыхлении мерзлого грунта с прочностью на поверхности до 60 ударов (до плотномеру ДорНИИ) и передвижке разрыхленного грунта на расстояние до 35 м составляет: техническая - 40 м3/ч. эксплуатационная - 16 м3/ч.

Основные указания по производству работ

До начала рыхления мерзлого грунта производят инструментальную разбивку осей земляного сооружения.

Рыхление осуществляют, в основном, в двух взаимно перпендикулярных направлениях - вдоль и поперек площадки. Грунт рыхлят слоями с постепенным заглублением зуба рыхлителя в начале прохода и подъемом к концу.

Схема работы рыхлителя приведена на рис. 6. Глубина рыхления зависит от прочности грунта.

После каждого прохода рыхлитель разворачивается для рыхления в обратном направлении так, чтобы следующий его проход был смещен по отношению к предыдущему на расстояние b.

Сразу после окончания рыхления на заданной площадке грунт убирают бульдозером во избежание повторного смерзания.

Рис. 6- Схема работы рыхлителя ДП-26С

Таблица

h1 -	оптимальная глубина рыхления, мм	200*
h2 -	эффективная глубина рыхления, мм	100*
l -	путь заглубления или подъема стойки рыхлителя, мм	5000
b -	расстояние между параллельными проходками рыхлителя, мм	250*
	Количество зубьев	1

Технико-экономические показатели

Технико-экономические показатели при рыхлении мерзлого грунта прочностью на поверхности до 60 ударов по ударнику ДорНИИ рыхлителем ДП-26С и перемещении разрыхленного грунта на расстояние до 35 м бульдозером ДЗ-109.

Таблица

Затраты труда на 100 м3 грунта чел.-ч.	6,25
Затраты машинного времени на 100 м3 грунта, маш.-ч	6,25
Выработка на чел.-день, м3	131

На рис. 7 показаны четыре оптимальные схемы рыхления: продольно-кольцевая, спиральная, челночная со смещением, продольно-поперечная.

Выбор схемы рыхления зависит от прочности и природы разрабатываемых пород.

Опытные значения для некоторых грунтовых условий глубины рыхления Н_Р в зависимости от прочности грунта

Таблица

Грунт	Прочность грунта, определяемая ударником ДорНИИ, кол-во ударов	НР, м
Для рыхлителя на базе трактора Т-130.1.Г-1
Суглинок	150….60	0,25

Расчет рациональной глубины рыхления производят в зависимости от вида неравенства производительностей рыхлителя и бульдозера.

При большей (или равной) производительности рыхлителя относительно бульдозера величину заделов при рыхлении каждого слоя мерзлого грунта определяют из условия безопасной взаимной работы машин

 = .

Для наиболее часто применяемой на практике схемы расположения рыхлителя и бульдозера на участке разрабатываемого мерзлого грунта. определяют по формуле;

= [Аб.р.(Nобщ - 1) + ВбNб + Вр(Nр - 1) + 0,5Вр]хi	(1)

где А_б.р. - безопасное расстояние между работающими машинами (определяют по СНиП III-4-80), м;

N_общ - общее количество машин, участвующих в процессе разработки грунта;

В_б - ширина отвала бульдозера, м;

В_р - ширина отвала рыхлителя, м;

N_б, - количество бульдозеров;

N_р - количество рыхлителей;

х_i - послойная длина рабочего хода рыхлителя (принимается согласно принятой схеме производства работ, м;

- Размещено на http://www.allbest.ru/

глубина разрабатываемого слоя, м.

Рис. 8- Схема расположения бульдозера и рыхлителя на разрабатываемой площадке: 1 - бульдозер; 2 - рыхлитель

Механическое рыхление пород осуществляется при движении тягача с заглубленным зубом. При создании значительных усилий на режущей кромке зуба происходит отрыв кусков породы от массива и разрушение породы в пределах трапециевидной прорези. Разрушение породы происходит в результате развития в ней сложного напряженного состояния. В разных частях прорези разрушение идет разными путями. Порода разрушается преимущественно путем сжатия и сдвига перед лобовой гранью зуба, отрыва и сдвига - в боковых расширениях прорези и среза - у боковых ребер зуба возле режущей кромки. Кроме того, затупленной режущей кромкой или изношенным наконечником осуществляется смятие породы.

Рис. 9 - Сечения одиночных борозд рыхления: а, б - соответственно фактическое и теоретическое для монолитного массива; в, г - соответственно фактическое и теоретическое для трещиноватого массива.

Удельное сопротивление породы разрушению при рыхлении K ' изменяется в зависимости от свойств породы и формы наконечника. Его значение близко к пределу сопротивления пород растяжению, т.е. К' = (1,3- 1,5)у_р, что свидетельствует о том, что данный способ разрушения наименее энергоемкий.

При рыхлении монолитного массива в нижней его части образуется щель (рис. 8), ширина которой соответствует ширине применяемого наконечника, а глубина составляет 15-20 % от заглубления зуба. Угол наклона боковых стенок борозды б изменяется в зависимости от состояния рыхлимого массива в пределах 30 - 80°. При рыхлении сложнотрещиноватого массива (см. рис. 8) разрушение происходит по плоскостям ослабления его трещинами. Внедрение зуба в массив при этом сопровождается интенсивным разрушением стенок по всей глубине борозды.

Рыхление массива производится параллельными смежными проходами рыхлителя. Расстояние между двумя смежными проходами С_с.п выбирается из условия обеспечения требуемой кусковатости и глубины рыхления массива. При параллельных проходах рыхлителя между двумя смежными бороздами в нижней части последних образуются целики, которые затрудняют выемку породы на полную глубину внедрения (см. рис. 8). Поэтому глубина эффективного рыхления массива h_э меньше заглубления зуба h_з. Разрушение целиков может производиться перекрестными проходами рыхлителя, перпендикулярными (диагональными) к первоначальным (параллельным смежным) проходам.

Рис. 10 - Сечения борозд рыхления при параллельных проходах рыхлителя: б - в монолитном массиве; б - в трещиноватом массиве; 1 - целики

4. Определение производительности рыхлителя

Производительность рыхлителя ; где v - скорость движения рыхлителя; - глубина рыхления; - ширина полосы рыхления; z - число зубьев; - коэффициент учитывающий снижение рабочей скорости; - коэффициент учитывающий уменьшение толщины разрыхляемого слоя; - число проходов по одному резу; - число слоев рыхления в поперечных направлениях для подготовки грунта к транспортированию тогда

5. Влияние свойств грунта на производительность машины

Плотность грунтов зависит от плотности минералов, из которых состоят грунтовые частицы, а также их пористости и влажности. Плотность наиболее распространенных минералов, образующих грунты, составляет (2...4) * 103 кг/м3. Плотность грунтов благодаря их пористости меньше плотности слагающих их минералов, хотя вода в порах частично сглаживает этот разрыв. Плотность грунтового скелета обычно равна (2...2,5) * 103 кг/м3, а плотность грунтов -- (1,3...2,3) * 103 кг/м3. Плотность рыхлого песка 1,3 * 103 кг/м3 при плотности скелета 1,8 X X 103 кг/м3; лессовидного суглинка соответственно 1,4 * 103и1,9х X 103 кг/м3, пластичной глины--1,6 * 103и2- 103кг/м3.

Увеличению крепости и трудности разработки грунтов обычно соответствует увеличение их плотности.

Сопротивления сдвигу и сжатию, сцепление и внутреннее трение грунтов -- это свойства, наиболее влияющие на сопротивление грунтов механическому воздействию. На их характеристиках основываются расчетные методы механики грунтов, в которых принимается, что сдвиг в грунте происходит, если сдвигающие силы в нем превосходят силы внутреннего трения и сцепления.

Количественно сопротивление грунтов сдвигу определяется в результате Испытаний их стандартных образцов при одновременном измерении нормального и касательного разрушающих усилий. Для разрушения образца по направлению действия сдвигающей силы необходимо преодолеть сопротивления излому частиц, изменению их положения и ориентации, механические и молекулярные связи между ними. Таким образом, результаты в опытах «на сдвиг» являются суммирующими показателями сопротивления грунта разрушению по поверхности, совпадающей с направлением действия сдвигающих сил. Сложность природы разрушения грунтов -- одна из причин условности применительно к грунтам имеющихся методов теорий упругости и пластичности, предполагающих некоторое идеальное строение среды.

Для инженерных расчетов в механике грунтов принято, что сопротивление сдвигу -- линейная функция нормального напряжения о но поверхности сдвига. Это допущение приблизительно соответствует действительности при значительных нормальных напряжениях. Угол, образуемый этой функцией с осью абсцисс и равный углу сдвига, называется углом внутреннего трения. Тангенс этого угла характеризует - коэффициент внутреннего трения грунта.

Предельное сопротивление сжатию грунта также является распространенной характеристикой его механической прочности и определяется испытанием стандартных образцов грунта (цилиндрических или кубических); характеризует наибольшую удельную сжимающую нагрузку, которую может выдержать образец грунта.

Сопротивление грунта внешнему трению рабочих органов машин относится к числу наиболее существенных факторов рабочего процесса машин для земляных работ. Коэффициентом и углом внешнего трения грунта по конструкционным материалам машин определяются соотношение между ортогональными составляющими сил резания и копания грунтов, усилия для перемещения машин по грунтовому массиву, условия устойчивости машин.

Исследования показали, что закономерности трения между грунтом и рабочим органом машины отличаются от соответствующих закономерностей трения твердых тел. Коэффициент трения между грунтом ненарушенного сложения и сталью зависит от давления и влажности грунта, уменьшаясь при их увеличении. Для большинства глинистых и песчаных грунтов угол трения по стали в условиях взаимодействия с рабочим органом машины составляет от 15 до 30°.

Абразивность -- свойство грунтов с частицами большой твердости так воздействовать на детали рабочих органов, некоторых транспортных узлов и ходового оборудования машин, что они подвергаются износу, их форма и размеры значительно изменяются. В результате нарушаются проектные условия взаимодействия машины с грунтом, существенно увеличиваются сопротивление резанию и энергоемкость разработки, возрастают нагрузки на машину. Поэтому при создании и эксплуатации машин для земляных работ необходимо принимать во внимание абразивность грунтов: новую машину следует рассчитывать на преодоление сопротивлений при работе с изношенным режущим инструментом, при таком же условии нужно испытывать новые модели машин; предусматривать износостойкие покрытия быстроизнашивающихся деталей, их съемность и заменяемость.

Разрыхляемость -- свойство грунтов, заключающееся в превращении их при разработке из массива в кусковой или сыпучий материал с объемом пустот и пор значительно большим, чем до разработки. Соответственно уменьшается плотность грунтов после разработки по сравнению с плотностью в массиве. Разрыхляемость грунтов зависит от их свойств и условий залегания, конструкции режущей части машины и характера земляных работ.

Разрыхленный при разработке грунт после укладки в отвал постепенно уплотняется под действием сил тяжести и атмосферных факторов. Но первоначальной плотности естественным путем он обычно не достигает. Поэтому при возведении земляных сооружений применяется искусственное (машинное или гидромеханическое) уплотнение грунтов. В расчетах разрыхление грунтов при разработке учитывается введением коэффициента разрыхления.

Объемы земляных работ и производительность машин для их выполнения вычисляют по объему грунта в состоянии естественного залегания. При определении, например, вместимости ковшей машин или размеров отвалов, принимается во внимание увеличение объема и уменьшение плотности грунта вследствие разрыхления. Показатели разрыхления грунтов принимаются по данным ЕНиР на земляные работы. Так, для ломовой глины первоначальное увеличение грунта при разработке равно 28--32%, а остаточное разрыхление -- 6--9%; для песка соответственно 10--15 и 2--5%; для скальных грунтов -- 45--50 и 20--30%.

Липкость -- свойство грунтов присоединяться к поверхностям деталей машин при положительной температуре, присущее главным образом глинистым грунтам и зависящее от их влажности.

Природа липкости -- электромолекулярная. Возвращаясь к схеме взаимодействия минеральной частицы с водой, можно отметить, что наибольшая липкость соответствует преобладанию в грунтовой воде рыхло связанной воды. Липкость грунтов зависит также от давления прижатия к материалу детали или конструкции, состояния контактной поверхности, температуры и некоторых других факторов.

Сила прилипания грунтов, например к стали, может достигать 2,5 Н/см2. Это значит, что на горизонтальной поверхности стальной детали может удерживаться силами прилипания слой грунта толщиной до нескольких десятков сантиметров. В таких условиях затрудняется или даже становится невозможной разгрузка ковшей, а иногда и работа землеройной машины. Таким образом, липкость грунтов в определенных условиях становится фактором, отрицательно влияющим на производительность машин для земляных работ.

Примерзаемость -- свойство грунтов присоединяться к поверхностям деталей и конструкций машин при температуре замерзания. Процесс примерзания проходит обычно в два этапа: вначале разрабатываемый незамерзший грунт прилипает к детали или конструкции, и затем прилипший грунт замерзает. В результате замерзания грунтовой воды в зоне контакта развиваются силы сцепления более 200 Н/см2, что весьма затрудняет производство земляных работ.

Сопротивление резанию -- способность грунтов сопротивляться механическому воздействию, вызывающему определенную совокупность напряжений сжатия, растяжения и сдвига, преодоление которых завершается разрушением грунта и отделением от массива его кусков или слоя.

Резание - основной способ разработки грунтов, по принципу которого устроено и действует большинство землеройных и землеройно-транспортных машин. Поэтому сопротивление резанию -- один из важнейших факторов проектирования и эксплуатации машин для земляных работ.

В зависимости от сопротивления резанию грунты делятся на категории. Крепость грунтов в данном случае характеризуется среднемаксимальным удельным сопротивлением свободному срезу острым ножом, отделяющим стружку при угле резания 45°. Этот измеритель характеризует сопротивление грунта, приходящееся на единицу площади поперечного сечения среза при отделении стружки от грунтового массива.

Особенностью свойств замерзших грунтов по сравнению снезамерзшими (талыми), является то, что первые значительно крепче. Например, сопротивление резанию острым ножом замерзшей глины с температурой --15° С по данным опытов достигает 2,5--3,0 МПа, что в 50--60 раз превосходит сопротивление этого же грунта в талом состоянии. Временное сопротивление сжатию при температуре --10° С составляет у суглинков 3,5--5,0 МПа, супесей 5-- 8 МПа, песков 9--12 МПа, что намного превышает сопротивление этих грунтов в талом состоянии.

Основной причиной повышения сопротивления разработке грунтов при отрицательной температуре является замерзание воды, содержащейся в грунте. Лед становится цементирующим материалом в замерзшем грунте, связывающим минеральные частицы в прочный монолит.

Замерзшие глинистые грунты, кроме значительного увеличения прочности, отличаются развитием пластических деформаций под действием нагрузки и пучинностью.

Мерзлые грунты.

Основными свойствами сезонно-мерзлых грунтов являются повышенная механическая прочность, наличие пластических деформаций, пучинистость и повышенное электросопротивление (рис. 11). Проявление этих свойств и глубина промерзания зависят в основном от длительности промерзания (рис. 12), температуры, влажности и вида грунта.

С понижением температуры механическая прочность грунта, а также удельное сопротивление резанию и копанию резко возрастают (в 5--8 раз). Поскольку температура мерзлого грунта изменяется по глубине, соответственно изменяются прочностные характеристики грунта: наибольшие значения удельного сопротивления копанию имеют место в верхней, наружной части мерзлого слоя и наименьшие -- на границе мерзлого и не мерзлого (талого) грунта (рис. 11 б).

Наибольшее увеличение прочности происходит у более влагоемких грунтов: пылеватых, глинистых, супесчаных и песчаных мелкозернистых. Скальные, гравийные и крупнозернистые лески являются невлагоемкими, поэтому они практически не замерзают и их зимняя разработка незначительно отличается от летней. Помимо указанных факторов, глубина промерзания грунтов зависит и от силы ветра, толщины снежного покрова, характера естественного покрова (трава, пахотная земля, торф, камни, дорожные покрытия и т.д.), а также теплопроводности, влажности и уровня грунтовых вод.



Мерзлые грунты в силу своей повышенной механической прочности и сопротивления копанию (разрушению) усложняют производство земляных работ в зимних условиях и ограничивают возможность применения землеройных (экскаваторов) и землеройно-транспортных машин (бульдозеров, рыхлителей), уменьшают производительность транспортных средств, способствуют быстрому износу деталей, особенно рабочих органов. В то же время временные выемки в мерзлом грунте можно разрабатывать без откосов.

Механические способы рыхления - базируются на резании, раскалывании или сколе слоя мерзлого грунта статическим или динамическим воздействием. Способ рыхления резанием основан на непрерывном воздействии режущего усилия в мерзлом грунте, создаваемого специальным рабочим органом - зубом.

Для этого применяют оборудование, у которого непрерывное режущее усилие зуба создается за счет тягового усилия трактора-тягача. Машины этого типа рыхлят грунт на глубину 0,3-0,4 м, параллельными (примерно через 0,5 м) проходками с последующими поперечными проходками под углом 60-90° к предыдущим. Разработка грунта производится послойно (рис. 13 а), производительность рыхлителя составляет 15-20 м³/ч в смену. В качестве статических рыхлителей применяют также гидравлические экскаваторы с рабочим органом - зубом-рыхлителем (рис. 13 б). Возможность послойной разработки мерзлого грунта позволяет применять статические рыхлители при любой глубине промерзания.

Рис.13- Рыхление мерзлого грунта статическим воздействием.

Рис 14- Рыхление мерзлого грунта.

6.Пути повышения производительности

Разрыхляют грунт заглубленными в него зубьями тяговым усилием перемещающегося на рабочей скорости трактора. Для работы в плотных грунтах прибыльнее применять однозубые рыхлители с жестким креплением зуба на перпендикулярной опоре, которые по сопоставлению с многогозубыми рыхлителями реализуют огромные усилия на одном зубе, С этой же целью в тех же условиях многозубые рыхлители переоборудуют в однозубые либо оборудуют их буферными приспособлениями, устанавливаемыми в высшей части среднего зуба, для работы с трактором-толкачом, также оборудованным буферным устройством в его фронтальной части. При разработке слоистых горных пород и вялых пластично-мерзлых грунтов, также рыхления корки промерзлого грунта на зубья рабочих органов монтируют уширители, поэтому возрастает ширина рыхления за каждый проход и увеличивается производительность машины. Отдельные модели рыхлителей оснастят удаленными системами управления угла резания и преобразования вылета зуба из кабины машиниста. Данное решение допускает делать выбор оптимальный угол резания зависимо от категории находящихся в разработке грунтов, также уменьшает время внедрения наконечников в крепкие грунты. Преобразованием вылета зуба допустимо обеспечить лучший режим рыхления и уменьшить за счет этого число проходок при послойном рыхлении грунта.

При разработке прочных грунтов перекрестным методом (в 2-ух взаимно поперечных направлениях) производительность определяют раздельно для параллельных и перпендикулярных проходов, а потом находят ее среднее значение.

Увеличить производительность рыхлителя и сделать лучше его тягово-сцепные характеристики допустимо за счет оптимального выбора направления рабочего движения, отдавая предпочтение движению под уклон, резервирования части неубранного после предыдущих проходок грунта либо породы слоем 5...7 см, устранения снежного покрова перед разрыхлением промерзлых грунтов для совершенствовании сцепления движителя, совместной работы с тракторами-толкачами. В последнем случае затраты энергии на разрыхление грунта растут приблизительно в дважды, а продуктивность увеличивается в три-четыре раза.

Различаются рыхлители основные и вспомогательные. Основные изготовляются как навесное оборудование к гусеничным или пневмоколесным тракторам, а вспомогательные агрегатируются с основным оборудованием ЗТМ и погрузчиков для рыхления плотных грунтов и слежавшихся материалов. Вспомогательные рыхлители позволяют повысить производительность и расширить область применения основного оборудования. В последнее время сменным рыхлительным оборудованием оснащаются универсальные строительные гидравлические экскаваторы. В строительстве применяются также бульдозерно-рыхлительные агрегаты, у которых используется как бульдозерное, так и рыхлительное оборудование.

Эффективность работы основных рыхлителей зависит от тягово-сцепных свойств базовых тракторов.

Как основные, так и вспомогательные рыхлители оборудуются одним или несколькими зубьями, устанавливаемыми на поперечной балке жестко или с возможностью незначительных угловых перемещений в плане через поворотные кронштейны, закрепленные на балке шарнирно. Зубья с поперечной балкой навешиваются на базовый трактор через стойку по схеме трехточечной или четырехточечной (параллелограммной) подвесок, регулируя глубину погружения зубьев одним или двумя гидроцилиндрами. Параллелограммная подвеска обеспечивает постоянство угла резания независимо от глубины погружения зубьев, что позволяет снизить рабочие сопротивления на зубьях, повысить производительность рыхлителя, а также увеличить срок службы сменных наконечников зубьев.

Грунт разрыхляется заглубленными в него зубьями тяговым усилием перемещающегося на рабочей скорости трактора. Для работы в плотных грунтах выгоднее использовать однозубые рыхлители с жестким креплением зуба на поперечной балке, которые по сравнению с многозубыми рыхлителями реализуют большие усилия на одном зубе. С этой же целью в тех же условиях многозубые рыхлители переоборудуются в однозубые или снабжаются буферными устройствами, устанавливаемыми в верхней части среднего зуба, для работы с трактором-толкачом, также оборудованным буфером в его передней части. При разработке слоистых горных пород и вялых пластичномерзлых грунтов, а также рыхления корки мерзлого грунта на зубья рабочих органов устанавливаются уширители, благодаря чему увеличивается ширина рыхления за каждый проход и повышается производительность машины.

Рыхление грунта нагретым наконечником не только увеличивает производительность операции рыхления, но и расширяет технологические возможности рыхлителя при разработке высокопрочных вечномерзлых грунтов IX… X категорий. Так на грунтах X категории при работе ненагретым наконечником происходит «царапание» грунта на глубине до 7 см в зависимости от степени износа наконечника, а нагретый наконечник рыхлит грунт на глубину до 12 см. Рассмотрим процесс рыхления грунтов рабочими органами на стенде, состоящем из грунтового канала, гидравлической системы передвижения и заглубления рабочего органа и системы измерения усилий и скоростей. В качестве рабочих органов для талых грунтов использованы вертикальные элементарные профили, а для мерзлых -- модель наконечника рыхлителя тягового усилия 400 кН, выполненного в уменьшенном масштабе и не имеющего затупления. Задний угол составлял 8°. Ширина наконечника рыхлителя 11 мм, а элементарного профиля 8 мм. Скорость рыхления 4 мм/с. Глубина рыхления профиля 35 мм, а у наконечников 20… 30 мм. Снижение сопротивления рыхлению вечномерзлого грунта при температуре наконечника 50…100°С составляет в среднем 17…22%. Причина -- снижение сил трения в результате плавления льда-цемента на поверхностях контакта наконечника с грунтом. Установлено образование слоя жидкостной смазки на поверхностях трения наконечника. Нижняя часть поверхности прорези и отделенные от массива элементы грунта, контактирующие с рабочим органом, имеют оттаявший слой. Этот оттаявший слой замерзает и превращается в ледяную корку.

Отказ от челночных схем рыхления и переход к поворотным повышает износостойкость наконечников на 10… 15% при одновременном возрастании производительности процесса рыхления. Значение квазистационарной средней температуры поверхностей наконечника рыхлителя зависит от типа разрабатываемого грунта и его температуры, температуры окружающего воздуха, направления и скорости ветра, глубины и пути рыхления, отношения скоростей рыхления и холостого хода, технологии рыхления, материала и массивности наконечника и других факторов. С возрастанием категории вечномерзлых грунтов и, следовательно, с уменьшением глубины рыхления температура нагревания наконечника увеличивается. Это объясняется преобладанием усилий в зонах трения грунта, действующих на переднюю, заднюю и боковую поверхности в общем балансе сил сопротивления. Для грунтов любой категории с увеличением глубины рыхления температура нагревания наконечника возрастает. Установлено, что через 1… 10 мин рыхления температура поверхности наконечника будет квазистационарной. При разработке наиболее распространенных грунтов VIII категорий трудности средняя температура зоны наибольшего нагревания для изношенных наконечников рыхлителей составляет 100… 120° С. Не следует отождествлять приведенные средние значения температуры на поверхности зоны наибольшего нагревания с максимальной температурой нагревания площадок затупления наконечника в отдельные моменты рыхления грунта. По данным X. Икэда, Е. Муранака наибольшая контактная температура отдельных участков поверхностей наконечников рыхлителей тягового класса 500 кН составляет 280…

Челночная, продольно-поворотная, спиральная, продольно-кольцевая и возвратно-поступательная схемы перемещений относятся к простейшим, не требующим высокой квалификации оператора и получившие наибольшее распространение. Перемещения при рыхлении могут быть смежными или смещенными на один ход. Вечномерзлые грунты VVI категории рыхлят только в продольном направлении, а грунты VI…VIII категорий -- в продольном и в поперечном направлениях под некоторым углом к направлению продольных перемещений. Необходимость такого продольно-поперечного рыхления связана с последующим удалением вечномерзлого грунта с строительной площадки бульдозером, скрепером или экскаватором. Наиболее сложно и менее производительно рыхление высокопрочного вечномерзлого грунта VIII…X категорий, так как глубина рыхления невелика, а заглубление наконечника доминирует в рабочем цикле работы рыхлителя. При рыхлении этих грунтов производят предварительное очертание контура котлована несколькими проходами рыхлителя на глубину, превышающую до 10% предполагаемую глубину рыхления. Далее процесс рыхления осуществляют перпендикулярно или наклонно относительно очерченного контура. Такая схема рыхления исключает затраты времени на заглубление рабочего органа. При использовании схемы с двумя опережающими щелями расстояние между ними назначают наименьшим, но при сохранении их несоединения в процессе рыхления. Применение технологий с опережающим очертанием контура котлована одной или двумя щелями увеличивает производительность рыхления на 15%

При рыхлении грунтов IV категории и прочных пород, целесообразно работу машин организовывать по продольно-кольцевой и спиральной схемам, так как они обеспечивают наибольшую производительность машины. Челночную и продольно-поперечную схемы применяют при рыхлении скальных пород и вечномерзлых грунтов. Последнюю схему используют, когда необходимо получить разрыхленную породу меньших размеров. Ее дополнительно дробят гусеницы трактора.

Площади мерзлых грунтов разрабатывают послойно на максимально возможную глубину.

При глубине промерзания пород 50...70 см можно рыхлить массив тремя зубьями. Если глубина разработки пород больше, то одним зубом за два или три прохода с глубиной рыхления 30...40 см за каждый цикл. При работах на мерзлых породах сила тяги машины снижается на 35...45% за счет уменьшения коэффициента сцепления ходовой части с грунтом.

Грунты рыхлят на рабочей передаче трактора со скоростью 0,9...2,7 км/ч. По окончании рабочего цикла выглубляют рыхлитель и проверяют наличие съемного наконечника. При утере наконечника можно повредить носок стойки и он не будет удерживать наконечник. В этом случае стойку заменяют.

Разрыхленные грунты убирают землеройно-транспортными машинами. Наиболее эффективна разработка прочных, мерзлых пород и полезных ископаемых бульдозером-рыхлителем.

Одним из направлений повышения производительности землеройных машин является увеличение мощности и тягового усилия базовых машин. Однако увеличение мощности землеройных машин не обеспечивает пропорционального роста их производительности и позволяет эффективно использовать эти машины только при больших объемах земляных работ.

1. Размещено на Allbest.ru