Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние проблемы. Цель и задачи исследования 8
1.1 Общая характеристика машин для проходки траншей в мерзлом грунте 8
1.2 Особенности процесса взаимодействия исполнительного органа траншеекопателя с разрабатываемой средой 19
1.3 Обзор исследований по бесковшовым цепным траншеекопателям .24
1.4 Краткая характеристика мерзлых грунтов 33
Выводы по главе 47
2 Оборудование и методика экспериментальных исследований 49
2.1 Стенд для исследований 49
2.2 Методика приготовления образцов мерзлого грунта и контроля его физических параметров 54
23 Методика проведения полного факторного эксперимента 56
2.4 Методика проведения экспериментов по резанию мерзлых грунтов одиночным резцом на стенде СРМГ-1 63
3 Теоретические и экспериментальные исследования взаимодействия исполнительного органа с мерзлым грунтом 67
3.1 Особенности взаимодействия резцов исполнительного органа с разрушаемой средой 67
3.3 Экспериментальные исследования по выбору оптимального шага резания 86
3.4 Анализ схем расстановки резцов на исполнительном органе 92
3.5 Исследование влияния схем расстановки резцов исполнительного органа на силовые показатели процесса резания ...101
Выводы 117
4. Выбор технологических параметров исполнительного органа бесковшовых цепных траншеекопателей 119
4.1 Баланс мощности траншеекопателя 119
4.2 Ограничения, накладываемые на режимы работы траншеекопателя 126
4.3 Алгоритм и программа расчета 131
Выводы 135
Основные выводы работы 137
Литература 138
Приложение 148
- Особенности процесса взаимодействия исполнительного органа траншеекопателя с разрабатываемой средой
- Методика приготовления образцов мерзлого грунта и контроля его физических параметров
- Экспериментальные исследования по выбору оптимального шага резания
- Ограничения, накладываемые на режимы работы траншеекопателя
Введение к работе
Дальнейшее освоение природных ресурсов и интенсивное строительство в регионах Сибири и Дальнего Востока требует разработки больших объемов мерзлого грунта. В качестве машин для проходки траншей для укладки различного рода коммуникаций, выемке котлованов под фундамент, а также для аварийно-восстановительных работ на коммуникациях широко применяются траншеекопатели.
Большое количество машин, созданных различными предприятиями и организациями страны, отличается как разнообразием конструкций, так и их технологическими параметрами. Причем последние, как правило, выбирались интуитивно, исходя из опыта эксплуатации отдельных машин.
В настоящее время не только в России, но и в Европе, Америке и Канаде выпускаются бесковшовые цепные траншеекопатели, за основу которых приняты конструктивные схемы схожие с отечественными машинами. Современные цепные траншеекопатели, вместе с конструктивными схемами, унаследовали также и недостатки более ранних машин: несовершенную схему исполнительных органов, не всегда оптимальные технологические параметры.
Проведенные научные исследования процессов взаимодействия исполнительных органов с мерзлым грунтом не дают ответ на вопросы: какие режущие элементы необходимо применять, каким образом размещать эти резцы на исполнительном органе, какие задавать режимы работы, т.е. какая скорость резания должна быть у исполнительного органа и с какой скоростью должен перемещаться траншеекопатель, чтобы обеспечить наибольшую производительность.
Поэтому задачи создания и совершенствования многорезцовых исполнительных органов и режимов их работы являются по-прежнему актуальными.
Следовательно, целью настоящей работы является обоснование методики выбора конструктивных и технологических параметров исполнительного органа бесковшовых цепных траншеекопателей в зависимости от свойств разрушаемой среды и конструктивно-кинематических параметров базовой машины.
Объект исследований: многорезцовые исполнительные органы бесковшовых цепных траншеекопателей
Предмет исследований: Процесс взаимодействия многорезцового исполнительного органа с мерзлым грунтом.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи исследований:
исследовать степень блокированное резцов при взаимодействии многорезцовых исполнительных органов с мерзлым грунтом;
установить оптимальный шаг расстановки резцов между линиями резания;
разработать математическую модель взаимодействия исполнительных органов бесковшовых цепных траншеекопателей с мерзлым грунтом;
определить оптимальные (рациональные) технологические параметры рабочего процесса траншеекопателей в зависимости от изменения прочностных свойств разрабатываемых грунтов;
разработать методику расчета исполнительных органов траншеекопателей для разработки мерзлых грунтов.
Методы исследования.
Применен комплексный метод, включающий: аналитический обзор и обобщение существующего опыта, теоретические разработки с использованием методов механики резания различных материалов, механики грунтов, методов корреляционно-регрессивного анализа, методов теории планирования и статистической обработки результатов эксперимента.
Научная новизна работы представлена:
- уточнением механизма резания мерзлых грунтов многорезцовым
исполнительным органом;
уточнением нагруженности резцов в различных схемах расстановки и математическим описанием схем;
уточнением степени блокированное резания многорезцовым исполнительным органом;
выбором оптимальной установки резцов на исполнительном органе;
обоснованием конструктивных и технологических параметров исполнительных органов бесковшовых цепных траншеекопателей, а так же в установлении оптимальных режимных параметров работы существующих машин при разработке мерзлых грунтов с целью повышения их производительности.
Личный вклад автора заключается в следующем:
уточнен механизм резания мерзлых грунтов многорезцовым исполнительным органом;
уточнена нагруженность резцов в различных схемах расстановки и математическим описанием схем;
уточнена степень блокированное резания многорезцовым исполнительным органом;
выбрана оптимальная установка резцов на исполнительном органе;
обоснованы конструктивные и технологические параметры исполнительных органов бесковшовых цепных траншеекопателей.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Разработанная методика расчета принята для использования в ЗАО «Томэкскавация», ООО «УМ-2-Сервис», (г. Томск), где по этой методике спроектирован, изготовлен и внедрен траншеекопатель на базе ЭТЦ-165. Методика применяется в учебном процессе кафедры «Строительные и дороншые машины» ГОУВПО «Томский государственный архитектурно-строительный университет» по дисциплине «Машины для земляных работ» для студентов специальностей 19.02.05 - «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» и 27.01.13 - «Механизация и автоматизация строительства».
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на международной научно-технической конференции «Интерстроймех-2005» (Тюмень, 2005), на TV международной научно-технической конференции «Итоги строительной науки» (Владимир, 2005), на международной научно-технической конференции «Интерстроймех-2006» (Москва, 2006), на заседании кафедры «Строительные и дорожные машины» ГОУВПО «Томский государственный архитектурно-строительный университет».
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 5 опубликованных работах. На защиту выносятся:
математическая модель взаимодействия исполнительного органа бесковшовых цепных траншеекопателей с мерзлым грунтом;
результаты экспериментальных исследований процесса взаимодействия с мерзлым грунтом резца с различной степенью блокированности и нагруженности многорезцового исполнительного органа;
выбор оптимального шага расстановки резцов между линиями резания;
методика определения оптимальных технологических параметров рабочего процесса траншеекопателей в зависимости от изменения прочностных свойств разрабатываемых грунтов;
методика расчета конструктивных и технологических параметров исполнительного органа бесковшовых цепных траншеекопателей.
Диссертационная работа выполнена на кафедре «Строительные и дорожные машины» ГОУ ВПО «Томский государственный архитектурно-строительный университет» и является частью комплексных исследований проводимых сотрудниками кафедры по целевым программам правительства и тематическому плану НИР Федерального агентства по образованию.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 155 страницах и включает введение, четыре главы, основные выводы работы, библиографический список и приложения.
1 Современное состояние проблемы. Цель и задачи исследования
Особенности процесса взаимодействия исполнительного органа траншеекопателя с разрабатываемой средой
Поскольку рабочий процесс траншеекопателя (рыхление или подготовка мерзлого грунта к выемке) обычно не является заключительной стадией технологического процесса, то мерой эффективности режимов работы этих машин является их производительность, которая при неизменной ширине исполнительного органа может оцениваться скоростью подачи. На основании изложенного выше, достижение оптимальных показателей может быть обеспечено алгоритмом решения для выбора которого, необходимо рассмотреть систему различных взаимосвязей (рис. 1.9). Всю совокупность факторов (параметров) воздействующих на процесс разработки мерзлых грунтов можно разделить на ряд групп в соответствии с характером и долей их участия: а) Параметры входной группы Под параметрами входной группы следует принимать совокупность показателей, характеризующих мерзлый грунт как объект разрушения: xl - показатели сопротивляемости мерзлого грунта разрушению (резанию); х2 - показатели, характеризующие абразивные свойства мерзлого грунта; хЗ -показатели, характеризующие изменчивость сопротивляемости мерзлого грунта как во времени, так и в пространстве; х4 -показатели, характеризующие наличие твердых включений и обломков коренных горных пород. Параметры этой группы практически не поддаются прямому контролю в процессе работы машины. б) Параметры выходной группы Параметры этой группы качественно и количественно характеризуют результаты процесса: VI - показатели теоретической производительности (скорость подачи) и соответствующие ей значения технической и эксплутационной производительности; V2 - показатели, характеризующие энергоемкость процесса резания; V3 - показатели, характеризующие удельный расход режущего инструмента и затраты на его замену; V4 - показатели, характеризующие возможную надежность и долговечность машины при принятых режимах работы. Результаты процесса должны удовлетворять установленным требованиям и нормам и, следовательно, показатели этой группы могут выступать в виде в) Управляющие параметры Группа управляющих параметров представляет совокупность показателей, характеризующих возможности траншейных экскаваторов. Возможность реализации режима резания зависит от: силовых и прочностных характеристик исполнительных органов и их привода; характеристик режущего инструмента; параметров характеризующих выносную способность исполнительного органа по удалению разрушенного грунта из траншеи; расстановки режущего инструмента на исполнительном органе и характеристик схем резания; конструктивного исполнения исполнительного органа и всей машины.
Значение параметров подчиняются определенным физическим и техническим ограничениям: Z/min Zi Zimaji Управляющие параметры можно разделить на регулирующие параметры и регулирующие воздействия. К регулирующим параметрам относится мощность двигателя базовой машины, принятая конструкция исполнительного органа, прочность всех элементов и составных частей машины, ее устойчивость и др., которые рассчитываются при конструировании и не подлежат изменению в процессе работы. Регулирующие воздействия меняются в процессе работы для обеспечения достижений наилучших выходных параметров. г) Группа случайных возмущающих параметров На процесс резания накладываются возмущающие воздействия, носящие случайньш характер и часто не поддающихся точным количественньм определениям, поскольку мерзлый грунт как разрабатываемая среда является случайным континимумом. В связи с этим возникают важные задачи как по изучению и математическому описанию максимальных нагрузок, возникающих при резании, так и по разработке вероятностных математических моделей, совокупно учитывающих действие детерминированных и случайных возмущающихся параметров. Случайные возмущающие воздействия предъявляют серьезные требования к машинам и в первую очередь к системам зашиты и управления, которые должны иметь быстродействующие устройства экстренного вмешательства в процесс при его нарушении.
Предложенная схема (рис. 1.9) указывает, что для описания режимов работы исполнительного органа машины и расчета действующих нагрузок должны быть рассмотрены хараісгеристики параметров и полная система связей между параметрами с учетом ограничений, сопровождающих процесс.
Методика приготовления образцов мерзлого грунта и контроля его физических параметров
Для приготовления образцов использовались грунты естественного залегания, наиболее характерные для строительной практики.
В предварительно просушенный и просеянный через сито с размером ячейки 2 мм грунт добавлялось необходимое количество воды. После тщательного перемешивания и выстаивания в течение 12..24 часов грунт укладывался в формы. Форма представляла собой сварную конструкцию с двумя съемными стенками. Для предотвращения смерзания грунта с формой она предварительно смазывалась небольшим количеством отработанного машинного масла.
Укладка производилась послойно. Каждый слой уплотнялся, затем его поверхность слегка разрыхлялась, чтобы отсыпаемый последующий слой хорошо соединился с предыдущим. Операции повторялись до окончательного заполнения формы.
Для равномерного распределения влаги грунт в формах выдерживался в течение 12 часов при положительной температуре.
Для замораживания образцы помещались в морозильную камеру, где они, по возможности, медленно замораживались с последующим понижением их температуры до минимального технически осуществимого значения. Затем температура повышалась, и при определенных ее значениях проводились испытания образцов по программе. Такой характер промораживания образцов идентичен замерзанию грунта в природных условиях. Время выдержки образцов при отрицательной температуре составляло не менее трех суток.
С целью предотвращения вымораживания влаги из образцов после замерзания и извлечения из форм они смачивались со всех сторон водой, имеющей температуру близісую к 0С. Многократное смачивание образцов приводило к появлению на их гранях ледяной корки толщиной до 3 мм. Такой способ консервации позволял сохранить их влажность при длительном промораживании и хранении. Нулевая температура воды при смачивании предотвращала проникновение влаги внутрь образцов и способствовала быстрому образованию ледяной корки. Перед проведением экспериментов эта корка удалялась одновременно с выравниванием поверхностей образцов.
Температура грунта образца с точностью до 0,1 С определялась ртутным термометром, вставляемым в специально подготовленный микрошпур, диаметр которого несколько превышал диаметр наконечника термометра.
Перед проведением опытов поверхности образцов выравнивались для придания правильной геометрической формы, после чего производилось взвешивание. По линейным размерам образца и его массе определялась его объемная плотность (объемная масса уг, г/см) . Для каждого образца определялась суммарная относительная весовая влажность.
На основе полученных данных вычислялись другие характеристики грунта, необходимые для анализа результатов отдельных экспериментов.
Исследование процесса резания проводилось на образцах мерзлых грунтов размером 500 х 310 х 200 мм (рис. 2.7).
Для решения поставленной задачи используем метод статистического планирования эксперимента, то есть постановка опытов по определенному плану. При этом варьируются все исследуемые факторы одновременно, а влияние неизвестных или не включенных в исследование факторов рандомизируется с помощью особых статистических приемов. Этот метод позволяет уменьшить число опытов в несколько раз, получить количественную оценку влияния факторов, отыскать подходящую математическую модель, определить оптимальные условия протекания данного процесса и т.д.
Метод статистического планирования эксперимента включает в себя следующие взаимосвязанные этапы: 1. формирование цели и задачи эксперимента с выдвижением основных гипотез, подлежащих проверке; 2. определение методики эксперимента, как по оборудованию, приборам и инструментам, так и по системе операций, осуществляемых в ходе работ; 3. изучение физической сущности объекта исследований, составление представления о действии различных факторов Xv на изучаемый параметр (критерий) 7, называемый откликом и определение пределов варьирования в эксперименте факторов Х(; 4. планирование количества опытов-комбинаций уровней факторов Xh при которых будет исследоваться поведение системы; 5. определение повторяемости каждого опыта или измерения, подсчет общего числа опытов; 6. планирование порядка проведения опытов в эксперименте.
Входные переменные, отвечающие разным способам воздействия на объект, называются факторами. Необходимо включить в рассмотрение все существующие факторы. Неучтенные факторы могут произвольно изменяться и значительно увеличивать ошибку опыта. Возможно, более полный учет факторов, участвующих в процессе необходим для того, чтобы в дальнейшем исследовании не упустить факторы, существенно влияющие на ход процесса, и исключить из рассмотрения факторы, не оказывающие на него влияния.
Факторы могут быть количественными и качественными, но и те и другие должны быть управляемыми. Это значит, что экспериментатор может назначить нужный ему уровень фактора и поддерживать его во время опыта. Факторы должны непосредственно воздействовать на объект исследования, а не быть функцией других переменных. Совокупность факторов должна быть совместима, т.е. все требуемые комбинации факторов должны быть осуществимы.
В качестве переменных факторов приняты шаг расстановки t, ширина резца Ь, глубина резания h и коэффициент нагруженности резцов К. Таким образом, выделены четыре переменных, для которых, используя кодированные значения факторов (+1,-1), построена матрица полного четырехфакторного эксперимента (табл. 2.2), где строки соответствуют различным опытам, а столбцы - значениям факторов.
Каждый фактор, участвующий в процессе, имеет определенные пределы изменения своей величины, внутри которых он может принимать или любое значение, или ряд дискретных значений (табл.2.3). Совокупность всех значений, которые может принимать данный фактор, называется областью определения фактора. В области определения была найдена локальная подобласть для планирования эксперимента, т.е. для каждого фактора был указан тот интервал изменений параметров, в пределах которого ставилось исследование. Для этого на основе априорной информации были установлены ориентировочные значения факторов, комбинации которых дают наилучший результат. Координаты исходной точки построения плана называются основными (нулевыми) уровнями факторов. Интервалом варьирования называется некоторое число (свое для каждого фактора), прибавление которого к основному уровню дает верхний, а вычитание-нижний уровни фактора. Для упрощения записи условий эксперимента и обработки экспериментальных данных масштабы по осям выбираются так, чтобы верхний уровень соответствовал +1, нижний -1, а основной соответствовал 0.
Экспериментальные исследования по выбору оптимального шага резания
Следующим шагом является рассмотрение и анализ ограничений, которые уточняют область оптимальных решений. При выборе оптимальных конструктивных и режимных параметров исполнительного органа необходимо учитывать следующие ограничения: 1. Ограничение, накладываемое прочностью резца. Необходимо иметь ввиду, что на резцы действуют изгибающие силы в продольном и поперечном направлениях, а также сжимающие от нормальных сил. 2. Ограничение, накладываемое заштыбовыванием исполнительным органом. Удаление разрушенного грунта из щели у бесковшовых цепных траншеекопателей осуществляется резцами и резцедержателями. Поэтому для нормальной работы необходимо, чтобы производительность исполнительного органа по рыхлению мерзлого грунта была меньше или равна его производительности по транспортированию продуктов разрушения. Если такое соотношение не соблюдается, то наступает заштыбование исполнительного органа, которое характеризуется резким увеличением усилия подачи и крутящего момента на рабочем органе. Следовательно, соотношение скоростей резания исполнительным органом и перемещения машины должны выбираться из условия своевременного удаления продуктов разрушения грунтов из щели. Для оценки выносной способности исполнительных органов и установления соотношения Vn/VP используется методика включающая следующие положения: а) определение расчетным путем количества грунта, подлежащего транспортированию рабочим органом; б) составление уравнения его транспортирующей способности на основании схемы и конструктивных данных рабочего органа; в) совместное решение уравнений, характеризующих производительность рабочего органа по рыхлению и транспортированию продуктов разрушения, для определения соотношения VJVP при отсутствии заштыбования. Для нормальной работы рабочего органа необходимо соблюдение следующего условия: где 0гР - производительность рабочего органа по отделению грунта от массива с учетом коэффициента разрыхления, м3/мин; q4 - объем разрушенного грунта, затягиваемого со дна траншеи в забой, м3/мин; Qnod - производительность рабочего органа по подъему разрушенного грунта из щели, м3/мин.
Производительность рабочего органа по образованию рыхлой массы мерзлого грунта может быть найдена из выражения: где кр - коэффициент разрыхления грунта. Определенное количество грунта будет проходить в зазоры между стенками щели и исполнительным органом: где Т- приведенная ширина рабочего органа, м Объем грунта, получаемого и отделяемого от массива исполнительным органом: где кр = 1,7... 1,8- коэффициент разрыхления грунта; В и Н -ширина и глубина траншеи в метрах. Производительность исполнительного органа по транспортированию (выносу) грунта зависит от площади поперечного сечения пространства, которое можно определить по формуле: где а.] - вылет резца; а2- вылет кулака; V - суммарный объем резцов и кулаков на исполнительном органе, выступающих над направляющими на длине контакта исполнительного органа с забоем. Предельную производительность по выносу разрушенного грунта из щели, соответствующую максимально возможной скорости подачи машины, можно определить из выражения: где К= v/vmm- коэффициент, указывающий во сколько раз линейная скорость резания исполнительным органом, больше скорости потока штыба. По экспериментальным данным можно принять К = 4. Приравнивая правые части уравнений (4. 55) и (4. 57), находим наибольшую (предельную) скорость подачи машины из условия ее заштыбования: 3. Ограничение, накладываемое критическим расстоянием между линиями резания. Установлено, что разрушение грунта между соседними резцами происходит тогда, когда выдерживается условие: Принимаем h = 4. Ограничение, накладываемое размерами резца. Глубина резания не должна превышать величины вылета резца из кулака (резцедержателя). где а; - вылет резца. Приравнивая правые части уравнений (4.19) и (4.20), получим уравнение прямой, ограничивающей область оптимальных решений, т. е.; 5. Ограничение, накладываемое предельным тяговым усилием базовой машины. Выпускаемые нашей промышленностью тракторы имеют различные тяговые усилия даже при одинаковой мощности двигателя. Сейчас существует тенденция увеличения единичной мощности при уменьшении массы. Поэтому необходима проверка по данному ограничению. Для нормальной работы необходимо, чтобы выполнялось условие где Рт - номинальное тяговое усилие базовой машины. Подставляя в выражение (4.23) значение усилия подачи (3.77), определяем возможные режимные параметры (v v ) при тяговом усилии базовой машины В первую очередь алгоритм расчета предполагает выбор оптимальных конструктивных параметров исполнительного органа для разработки мерзлых грунтов при известной мощности двигателя базовой машины, геометрических параметрах траншеи и прочностных характеристик грунта. Под конструктивными параметрами понимается количество линий резания щ, расстановка резцов вдоль линии резания 1Р, ширина резцов Ь, допустимая величина износа Л, оптимальный по конструкции исполнительный орган должен обеспечивать наибольшую скорость подачи V„ при определенной скорости резания Ур.
Определение оптимальных значений Vn и Vp можно осуществить построив поле регулирования. Выполняется это следующим образом: 1. Находятся коэффициенты уравнения (4.54) при наиболее благоприятных грунтовых условиях, т.е. при наименее прочных грунтах, сделав перебор по фиксированным переменным Ъ, 1Р, пл. Строим это уравнение в координатах V„ -Vp; 2. накладываем ограничения и выделяем допустимую область уравнения; 3. находим координаты уравнения (4.54) при наибольшей прочности грунта и строим это уравнение; 4. накладываем ограничения 5. Проводится анализ поля регулирования и делаются выводы, заключающиеся в следующем: а) какой конструкции должен быть исполнительный орган; б) какие скорости резания должны быть и сколько их должно быть при ступенчатом регулировании; в) какие скорости подачи в рассматриваемых грунтовых условиях должен обеспечить механизм хода; г) какая должна быть масса базовой машины и с каким ходом; д) какие мероприятия дополнительно можно провести, чтобы обеспечить максимум производительности. Для выполнения прочностных расчетов исполнительного органа алгоритмом предусмотрено вычисление необходимых силовых и энергетических показателей для всех конструктивных разновидностей исполнительного органа и рассматриваемого диапазона скоростей резания и подачи. Структурная схема алгоритма приведена на рис. 4.3.
Ограничения, накладываемые на режимы работы траншеекопателя
Поскольку усилия резания и, соответственно, энергоемкость процесса при разрушении одного и того же объема грунта многорезцовым исполнительным органом зависят от шага резания, то одной из главных задач при конструировании исполнительного органа траншейных экскаваторов является определение расстояния между резцами в соседних линиях резания (шага резания). Многочисленные исследования по разрушению горных пород показали, что шаг резания зависит от физико-механических свойств пород, ширины резца Ь и глубины резания h и оптимальный шаг резания tmm рекомендуется принимать согласно выражения [25,95]. где к{ - коэффициент, зависящий от физико-механических свойств горных пород. Для хрупких углей и пород kt = 1,2... 1,4, для вязких kt = 1,0... 1,2. Мерзлый грунт является более вязкой средой и подтверждением этого служит соотношение разрушающих напряжений сжатия исж к напряжениям разрыва ор (табл. 3.13).
Приведенные значения показывают, что мерзлый грунт по сравнению с горными породами имеет на порядок больший, более вязкий характер разрушения. Проведенные экспериментальные исследования позволили выявить характерные зоны разрушения грунта и описать форму поперечного сечения среза (рис.3.4). Прямоугольная часть по форме резца формируется срезом, расширение под углом (pi - сдвигом, а расширение под углом р2 - отрывом верхнего слоя. Анализ поперечного сечения среза позволяет установить оптимальный шаг расстановки, который обеспечивает разрушение грунта между резцами. Следовательно, необходимо определить величину боковых расширений прореза (рис. 3.4). Эксперименты по резанию угля и горных пород при постоянной глубине и ширине реза показали, что развал на открытой поверхности /, +t2 зависит от соотношения сгсж/ тр. И чем больше соотношение сся/ 7р, тем значительнее развал борозды и, практически, эта зависимость носит прямо пропорциональный характер; то есть при увеличении соотношения в 2 раза, во столько же раз увеличивается значение t} +10 [95]. Стабильность соотношения сгС01/сгр для мерзлого грунта предопределила и значение углов развала борозды, которые при многочисленных экспериментах блокированного резания разнообразных грунтов имели практически постоянные значения, равные щ = 52 , #?2=22 . Для оценки боковых расширений приняты безразмерные критерии, представляющие отношения расстояний от открытой поверхности до начала зоны сдвига й; и зоны отрыва h2 к глубине резания h: Как показали результаты исследований, параметры среза не зависят от ширины резца, но сильно зависят от гранулометрического состава грунта и глубины резания (рис.3.5). kite Увеличение глубины резания h приводит к увеличению hi и h2 до достижения критической глубины hKp , значение которой зависит от ширины резания и среднего размера частиц грунта dcp (рис. 3.6, 3.7). При глубине резания больше критической прирост площади поперечного сечения осуществляется только за счет увеличения зоны среза в нижней части прореза и, следовательно, процесс резания становится более энергоемким.
В проведенных экспериментах критическая глубина резания колебалась в широком диапазоне: Учитывая, что значение t{+t2 в выражениях (3.34 3.35) получены как средние, а в действительности возможны и меньшие, поэтому для обеспечения гарантированного разрушения грунта между соседними резцами можно считать, что для мерзлых грунтов выражение (3.13) следует применять с коэффициентом К(=0.15... 1.3, т.е. =6 + (0,75...1,3)- Относительное расположение резцов в схеме расстановки существенно влияет на нагрузки в многорезцовом исполнительном органе и определяет эффективность работы траншеекопателей. Резцы при работе перемещаются по определенным траекториям ,которые называют линиями резания. Количество линий может быть различным, но чаще всего нечетное: пять, семь, девять и т.д. Такое количество линий резания при расстановке резцов по схеме "елочка" уравновешивает боковые усилия на исполнительный орган со стороны грунта (рис. 3.8, 3.9). На широкозахватных исполнительных органах резцы устанавливают и по другим схемам: шахматным, прогрессивным и т.п. (рис. ЗЛО, 3.11). Для определения более рациональных схем расстановки резцов следует анализировать формы и размеры отделяемых элементов грунта в процессе работы экскаваторов при определенной рабочей скорости передвижения Vn скорости резания Vpw расстояние между резцами в линиях резания 1р (рис. 3.8... 3.11). Толщина срезаемой стружки каждым резцом определяется по выражению: где /7 - угол наклона цепного исполнительного органа относительно вертикали. Анализ схем резания показывает, что все резцы срезают стружку в различных условиях блокированное. Например резец центральной линии на глубину hci прорезает грунт при блокированном резании, а остальная часть h-hc! находится над открытой поверхностью. Толщину срезаемой стружки относительно следа предыдущего резца можно найти из выражения где 4 - расстояние между резцами в соседних линиях резания по ходу движения (рис. 3.8).
