Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ исследований, выполненных в области использования рыхлителей 10
1.1 Работы по рыхлению пород в горных районах Вьетнама 10
1.2. Рыхлители, используемые в строительстве 17
1.3. Анализ исследований по определению силовых и энергетических параметров рыхлителей 33
1.4. Определение производительности и основных технико-эксплуатационных параметров рыхлителей 55
Выводы по главе 1 68
Цель и задачи диссертационной работы 69
Глава 2. Показатели оценки эффективности рыхлителей 71
2.1. Показатели эффективности использования техники 71
2.2. Определение производительности рыхлителей 79
Выводы по главе 2 84
Глава 3. Определение сопротивлений рыхлению 86
3.1. Анализ методов определения сопротивления рыхлению 86
3.2. Определение сопротивлений при разработке грунтов рыхлителями по интегральному показателю прочности - числу ударов плотномера ДорНИИ (СУд) 93
Выводы по главе 3 100
Глава 4. Определение оптимальной массы и условий использования рыхлителей 102
4.1 Формирование показателей эффективности работы рыхлителей в виде функции технико-эксплуатационных параметров 102
4.2 Влияние прочности грунта на продолжительность рабочего цикла и производительность рыхлителя 108
4.3 Зависимость времени рабочего цикла tpu и производительности П от массы машины и других технико - эксплуатационных параметров (N, b ,куд) 109
4.3.1 Зависимость времени рабочего цикла (tpu) от массы машины(т), мощности двигателя, удельного сопротивления(куд.р)и дальности рыхления(1р) ПО
4.3.2 Зависимость производительности (П) рыхлителя от массы машины (ш), мощности двигателя (N) и удельного сопротивления рыхлению грунта (куд.р) 123
4.4 Определение оптимальной массы рыхлителя 127
4.5 Определение прочностных характеристик грунтов, в которых рыхлитель с известными параметрами дает наибольшую производительность 130
4.6 Программа выбора и определения оптимальных параметров рыхлителей в зависимости от условий эксплуатации 133
Определение потребного количества рыхлителей 136
4.7 Технологические схемы работы рыхлителя 136
Выводы по главе 4 138
Глава 5. Определение технико-экономического эффекта от использования рыхлителей с оптимальными параметрами . 140
Выводы по главе 5 145
Общие выводы и направление дальнейших исследований 146
Литература
- Анализ исследований по определению силовых и энергетических параметров рыхлителей
- Определение производительности рыхлителей
- Определение сопротивлений при разработке грунтов рыхлителями по интегральному показателю прочности - числу ударов плотномера ДорНИИ (СУд)
- Влияние прочности грунта на продолжительность рабочего цикла и производительность рыхлителя
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в условиях перестройки народного хозяйства во Вьетнаме намечается большой подъем в развитии экономики страны. Генеральный план экономического и социального развития 2001-2010 гг. направлен на превращение Вьетнама в развитое социалистическое государство. Для этого предлагается значительно увеличить объем капитального и социального строительства. Предусматривается строительство многих ГЭС на реках на севере и на юге страны и другие объекты, связанные со значительным развитием сети автомобильных дорог и коммуникаций.
Объем строительства призван обеспечивать пропорциональное и динамичное развитие всего народного хозяйства, непрерывное наращивание экономического потенциала страны.
В материалах IX съезда КПВ определено, что основной задачей строительства является наращивание производственного потенциала страны на новой технической основе, сооружение жилищ и объектов коммунального, бытового и культурного социального назначения и транспортных коммуникаций.
Осуществление программы строительства государственных предприятий, жилых домов, школ, больниц, детских дошкольных учреждений и сети автомобильных дорог, стало возможным благодаря высоким темпом роста национального дохода. Развитие строительства во Вьетнаме подчинено основному принципу социализма - созданию материальной базы для всестороннего развития благосостояния всего народа. В таблице 1 приведены величина и степень ежегодного увеличения национального дохода Вьетнама (GDP) и экономическая структура в периоде 2000-2005 г. [99] Таблица 1 Национальный доход(СБР) в периоде 2000-2005 г. 2000 2001 2002 2003 2004 2005 ОБР(млрд. донгов) в том числе: 228892 272036 313623 361016 399942 444139 - сельское, лесное и рыболовство 62219 75514 80826 93072 101723 107913 - промышленность и строительство 65820 80876 100595 117299 137959 162595 - услуги 100853 115646 132202 150645 160260 173631
Степень увеличения 9,5 11,2 13 14,9 16,5 18,4
Особое внимание уделяется энергетическому строительству и развитию сети автомобильных дорог в стране. Следует отметить, что существующая сеть автомобильных дорог во Вьетнаме ещё не достаточно обеспечивает нормальное функционирование отраслей народного хозяйства. Качественная картина развития автомобильных дорог во Вьетнаме представлена в табл.2.
Таблица 2 Динамика строительства автомобильных дорог во Вьетнаме по годам в тыс. км.
Типы дорог 1988 1992 1996 2000 2004
Асфальтобетонные покрытия 9,4 10,58 11,84 13,26 14,85
Гравийнощебеночные покрытия 48,7 54,81 68,51 85,63 107,03
Грунтовые 26,9 28,77 30,64 32,51 34,38
Чтобы вести страну в период индустриализации и модернизации по решениям VIII и IX съездов Коммунистической Партий Вьетнама одна из важных задач является строительство и совершенствование сети автомобильных дорог. В условиях и характеристиках географий страны строительство автомобильной дороги Север-Юг или автомобильной дороги имени Хо Ши Мина имеет существенно важное значение. Эта дорога имеет длину выше 3300 км, протянута через всю страну с севера до юга через 28 провинций в 7 из 8 географических районов и 3 климатических районах Вьетнама. В составе этой дороги - 300 км должны построить новых дорог, а в остальном должны улучшить качество и расширить уже существующие части. 2/3 протяженности дороги Север-Юг проходит через горные местности. При строительстве дороги необходимо выполнить 36106 млн.м земляных работ в течение 5 лет.
Значительный объем земляных работ в грунтах, осуществляемых в дорожном строительстве, особенно при сооружении дорог в горной местности, требует предварительного рыхления, и имеется в дорожном строительстве, особенно при сооружении дорог в горной местности. Так при строительстве автомобильной дороги имени Хо Ши Мина из 36106 млн. м3. объема земляных работ -18000 млн.м выполняются в прочных грунтах [101]. Во Вьетнаме в соответствии с проектами строительства дорог в горных районах, наряду с другими строительными машинами в больших объемах применяются рыхлители.
В области изучения методов рыхления грунтов и пород рыхлителями и теории расчета рыхлительного оборудования выполнены работы ряда исследователей. В Российской Федерации в этой области известны труды профессоров А.Н. Зеленина, Н.Г. Домбровского, В.И. Баловнева, И.А. Недорезова, Э.Н. Кузина, Д.П. Волкова, И.К. Растегаева. Исследования профессора Е.М. Кудрявцева посвящены экономическому анализу выбора и определения параметров строительных машин. В области разработки методов выбора рыхлителей известны труды профессора А.Н. Зеленина и в области разработки вечномерзлых грунтов известны работы профессора И.К. Растегаева. В этих трудах разработаны методы определения тягового усилия рыхлителей, основных технических параметров, определения производительности рыхлителей. Однако вопросы оптимального определения массы рыхлителя в зависимости от тягово-эксплуатационных свойств рыхлителей и методы выбора рыхлителей в зависимости от условий эксплуатации в этих работах не решены в полном объеме. Важной задачей является разработка методики определения оптимальной массы рыхлителя и выбора рыхлителя из существующих на рынке. Эти вопросы имеют большое значение для Вьетнама в связи с большими объемами строительства в горных районах республики. Социалистическая Республика Вьетнам не имеет заводов по производству рыхлителей. Такие машины для нужд строительства закупаются на рынке. Поэтому методика выбора рыхлителей приобретает для Вьетнама важное значение. Такая методика позволит повысить эффективность использования рыхлителей и увеличить прибыль производителей работ. Тема диссертационной работы является необходимой и актуальной.
Цель диссертационной работы. Повышение эффективности использования рыхлителей на основании оптимизации параметров и выбора рыхлителей в зависимости от условий эксплуатации.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
• Установлены зависимости, определяющие характеры изменения времени рабочего цикла и производительности рыхлителя в зависимости от массы, мощности машины, прочности породы и дальности рыхления.
• Разработана методика определения оптимальной массы рыхлителя в зависимости от условий эксплуатации (прочность грунта, коэффициент сопротивления передвижения машины, коэффициент сцепления, коэффициент буксования, ширина зубьев, глубина рыхления, число зубьев, скорость рыхления, дальность рыхления и т.д.). Масса определялась на основании анализа времени рабочего цикла рыхлителя и производительность.
• Разработана зависимость определения величины силы сопротивления рыхления грунта, основанная на теории статики сплошной среды с введением интегрального показателя прочности грунта - числа ударов динамического плотномера. Динамический плотномер имеет корреляционную связь с другими показателями прочности по величине прохождения звуковых колебаний через среду, конуса вдавливания и т.д. Однако число ударов имеет важное преимущество перед другими методами. Интегральный показатель прочности грунта определяется простым прибором в полевых условиях. Зависимость
определения силы сопротивления введена в формулу для определения оптимальной массы рыхлителя.
• Разработаны номограммы и программа определения оптимальной массы рыхлителя в зависимости от условия эксплуатации.
• Разработана методика выбора рыхлителей для данных условий эксплуатации из рыхлителей, которые предложены на рынке.
• Разработка номограмм и программы для выбора рыхлителей из предложенных на рынке.
Достоверность результатов работы подтверждена сопоставлением результатов аналитических расчетов с результатами имеющихся экспериментальных исследований по определению силы сопротивлений рыхлению грунтов и определению производительности рыхлителя.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
Разработана методика определения оптимальной массы рыхлителя.
Разработаны методика и программа выбора рыхлителей в зависимости от условий эксплуатации.
Разработана методика определения сопротивления рыхлению в зависимости от интегрального показателя прочности грунта — числа ударов плотномера ДорНИИ.
Методы переданы организации транспортного строительства №1, которая находится во Вьетнаме, в городе Ханое.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
• Установленные зависимости, определяющие характеры изменения времени рабочего цикла и производительности рыхлителя в зависимости от массы, мощности машины и прочности породы.
• Теоретическое обоснование и методика определения силы сопротивления рыхлению грунта.
• Теоретическая методика определения оптимальной массы рыхлителя в зависимости от условий эксплуатации
• Методика выбора рыхлителей для данных условий эксплуатации из имеющихся, которые предложены на рынке.
Апробация работы и публикации. Основные результаты работы опубликованы в 4 статьях, доложены и одобрены на ежегодных научно-технических конференциях Московского автомобильного дорожного института (ГТУ).
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 160 страницах машинописного текста и включает введение, пять глав, общие выводы, 51 рисунок, 21 таблиц и список литературы из 101 источников.
Анализ исследований по определению силовых и энергетических параметров рыхлителей
Общие сведения. Под рыхлителем понимается землеройная машина, состоящая из базового трактора 1 и заднего навесного рыхлительного оборудования предназначенная для послойного рыхления прочных грунтов, а также других прочных материалов в различных климатических условиях (рис. 1.2.1)
Рыхлительное навесное оборудование содержит навесное устройство 2 в виде системы тяг и рабочей балки, обеспечивающих ориентированную подвижность и фиксированные положения рабочих органов - зуба 3 или нескольких зубьев в пространстве с использованием гидроцилиндров 4 .Навесное оборудование монтируют на базовом тракторе посредство опорных элементов: рам, балок, кронштейнов, жестко закрепленных на корпусе заднего моста. В ряде случаев для навески рыхлительного оборудования используют специальные проушины и кронштейны на раме трактора.
Рыхлители являются высокопроизводительными, конструктивно простыми и достаточно надёжными в эксплуатации машинами.
Опыт применения рыхлителей для разработки грунтов, как в России, так и за рубежом показывает, что наиболее целесообразно применять навесные рыхлители для больших площадей рыхления, при разработке котлованов, широких траншей, выемок в строительстве, при проведении вскрышных работ на горных предприятиях и.т.п.
Более эффективное использование рыхлителей при разработке скальных и обусловлено, с одной стороны, значительным ростом мощности базовых тракторов и, с другой - модернизацией навесных устройств и конструкции рабочих органов.
Повышение мощности базовых тракторов позволяет значительно расширить область применения рыхлителей, обеспечить их большую эффективность при разработке, разборно-скальных и скальных грунтов, чем при буровзрывных работах. Удельная энергоёмкость процесса рыхления в зависимости от физико-механических характеристик составляет на мерзлых грунтах не более 0,2-0,6 кВт. Ч/м по сравнению с 1-2 кВт. Ч/м при других методах разработки.
Конструктивные и классификационные отличия современных рыхлителей обусловлены тяговым классом и ходовым устройством базового трактора, назначением рыхлителя, видом его навесного устройства, способом установки, числом зубьев и их креплением.
Для разработки прочных грунтов в строительстве различают рыхлители на базе тракторов тягового класса 10,15,25,35. Предусмотрено создание рыхлителей на базе более мощных тракторов тягового класса 50,75,100. Тяговый класс является основным параметром, определяющим максимальное заглубление зубьев в грунт, число зубьев, ширину наконечника, наименьшее расстояние от нижней точки рабочей балки до опорной поверхности, расстояние от наконечника в крайнем нижнем положении до оси ведущей звездочки трактора, а также ресурс рыхлителей до первого капитального ремонта.
По типу ходового устройства базового трактора различают гусеничные и колесные рыхлители. Широко распространены в России и зарубежной практике гусеничные рыхлители, обеспечивающие высокую производительность при работе в наиболее тяжёлых условиях в результате реализации больших тяговых усилий и высокой проходимости. Современные гусеничные рыхлители монтируют на тракторах мощностью от 19 до735 кВт. По целевому назначению рыхлители подразделяют на основные и вспомогательные. Основные рыхлители, как правило, монтирует в агрегате с передним бульдозерным оборудованием. Они служат для разрыхления мерзлых и скальных грунтов, которые не могут разрабатывать обычные землеройные машины без предварительного разрыхления. Вспомогательные рыхлители монтируют в агрегате с основным оборудованием на лёгких класса до 10 бульдозерах погрузчиках, автогрейдерах, скреперах или навешивают на бульдозерные отвалы для сокращения технологического цикла землеройных работ. Эти рыхлители предназначены для рыхления плотных немерзлых грунтов или слежавшихся материалов. Что позволяет увеличить производительность, несколько расширить область применения и удлинить сроки службы основного рабочего оборудования.
По виду навесного оборудования различают трёхзвенные, четырёхзвенные, параллелограммные и многозвенные рыхлители. Они могут быть как с регулируемым, так и нерегулируемым углом рыхления, с изменяемым шагом зуба. Прогрессивно создание рыхлителей четырёхзвенного и многозвенного типа с регулируемым углом рыхления и траекторией заглубления. В зависимости от способа установки оборудования различают рыхлители креплением к корпусу заднего моста или к раме гусеничной тележки. Наибольшее распространение получило крепление рыхлительного оборудования к корпусу заднего моста базового трактора.
Определение производительности рыхлителей
Оптимизация параметров и условий использования рыхлителей в строительстве и в дорожном строительстве является актуальным вопросом. Важным является определение оптимальной массы рыхлителя, так как тяговое усилие рыхлителя определяется массой и коэффициентом сцепления рыхлителя с грунтом. Оптимальная масса рыхлителя устанавливается на основании анализа показателей эффективности: времени рабочего цикла и производительности. Определение производительности рыхлителя начинается с определения его времени рабочего цикла.
Время рабочего цикла представляют в виде суммы времени на каждую операцию цикла: tpu=tBH+tp+ tos+tBcn , с где tBH время на операцию внедрения зуба рыхлителя в грунт, с tp - время на операцию рыхления , с t0B - время на обратный ход, с Bcn - время на вспомогательные операции: подъем, опускание рыхлителя, маневрирование, разгон, торможение, с
Основными операциями процесса являются операции рьіхления(ір) и обратный ход (tos)- Время на остальные операции вспомогательного характера целесообразно учитывать коэффициентом. На основании этого положения время рабочего цикла можно представить в виде суммы двух величин: tpu = квсп.рp +квсп.о-їов,, с (2.2.1) где квсп.р - коэффициент, учитывающий время на внедрение зуба рыхлителя в грунт, экспериментальная величина и определяется на основе выражения: квсп.р = О+т " ) квсп.р = 1 2 -1, 5. р Квсп.о - коэффициент, учитывающий время на маневрирование, разгон, торможение и т.п. кВсп.о=(1+ ), квсп.о 1,7 ОБ
Продолжительность операции рыхления определяется по формуле проф. В.И. Баловнева по отношению работы сил сопротивления на операцию рыхления к мощности, которая может быть реализована машиной на выполнение этой операции, где k2 = коэффициент, учитывающий тягово-сцепные ( Pcu-f±i)-V-$p)i7-kMH свойства рыхлителя. Выше приняты следующие обозначения: і Н кудр - удельное сопротивление грунта рыхлению, —г, м ЬР - ширина зуба, м п3 — число зубьев рыхлителя hP— глубина рыхления, м 1р — путь рыхления, м m - масса тягача с рыхлителем, кг g = 9,81 (м/с2) л - коэффициент полезного действия трансмиссии рыхлителя, л = 0,85 фсц - коэффициент сцепления рыхлителя с грунтом, фсц = 0,6-0,7 f— коэффициент сопротивления передвижении рыхлителя, экспериментальная величина, f = 0,1 - 0,2 і - уклон местности, і = 0 - 0,05 8р - коэффициент буксования при рыхлении грунта, величина экспериментальная, 5р= 0,15- 0,2 VPAB - средняя рабочая скорость рыхлителя VPAB =0,5 - 1,5 м/с кИн - коэффициент, учитывающий возможность разгона кИн 1; кИн 1 Остальные обозначения приведены выше.
Время на операцию возвращения рыхлителя в исходное положение или время на обратный или холостой ход toe определяется на основании соотношения: _ 1Р у ОБ где 1р — длина пути обратного хода рыхлителя принимается равной длине пути рЫХЛеНИЯ ІОБ =1р М VOB - скорость обратного или холостого хода, м/с
Величина VOB определяется через технико-эксплуатационные параметры рыхлителя и процесса рыхления. уОБ = , м/с m.g.(fflaf -f±0(1 -Sp)?]кзд На основании рассмотренных положений получаем: / — m S OB.P- CBCn.OB- i3 с (2 2 3"1 где к3 = коэффициент, учитывающий влияние тягово {(Рсц-/±1) -5оБ)Фт сцепных свойств рыхлителя на протекание операции обратного хода. Выше приняты следующие обозначения: N — мощность двигателя 80Б- коэффициент буксования при обратном движении рыхлителя, величина экспериментальная, 8ОБ = 0,1-0,2 к3д - коэффициент загрузки двигателя при выполнении операции обратного хода рыхлителя, величина экспериментальная , к3д = 0,8-0,85. Время рабочего цикла рыхлителя в виде функции от технико-эксплуатационных параметров процесса является показателем эффективности протекания процесса рыхления. Эта величина на основании (2.2.2) и (2.2.3) определяется в виде суммы двух слагаемых: / кУЛ.Рквсп рК1р-пр-кг [ m.gIP.k3.kBCno , Щ m-g-VpAB N К - } Объем разрыхлённого грунта за один рабочий цикл машины определяется в виде соотношения: qP = kpA3.bp.hp.lp.n3, м3 (2.2.5) где крлз - коэффициент развала прорези, экспериментальная величина, кРАЗ =2-5 Производительность рыхлителя, как один из показателей эффективности определяется по формуле:
Определение сопротивлений при разработке грунтов рыхлителями по интегральному показателю прочности - числу ударов плотномера ДорНИИ (СУд)
Расчеты сопротивлений, основанные на экспериментальных формулах, содержат ряд эмпирических коэффициентов, которые справедливы для условий, в которых эти коэффициенты были определены, что является недостатком таких методов расчета.
Силы сопротивления могут быть установлены на основании методов механики сплошной среды, в частности, сыпучей среды со сцеплением. Это позволяет избежать указанного недостатка. Сопротивления в этом случае определяют через нормальные an и касательные тп напряжения, возникающие на поверхностях контакта инструмента со средой. Нормальное напряжение на поверхности контакта тела с грунтом определяют на основании теоретических положений статики сплошной среды, обладающей сцеплением и трением[71]. Зависимость для определения напряжения стп на поверхности контакта острого зуба со средой в условиях, когда при рыхлении вес грунта ад поверхностью зуба в виду малости, можно не принимать во внимание,имеет вид[71]: on = (K,-l)CCI,.ctgp + K,y Здесь первое слагаемое определяет напряжение от сцепления грунта, второе - от веса среды.
Выше приняты следующие обозначения: Ссц — сцепление между частицами, Н/м , р - угол внутреннего трения, у - объемная масса среды, Н/м ; Кг аналитический коэффициент, зависящий от углов рыхления ар, внутреннего р и внешнего 5 трения.
Формула справедлива для среды, характеризующейся наличием неравенства 8 р.
Зависимость как функция угла рыхления ар не имеет непрерывного решения. Для различных углов коэффициент К і определяется аналитически по отдельным формулам, вид которых определяется величинами углов рыхления dp и трения. Для пологих углов ар 55 величина Kj определяется по формуле: l-sin/?cos2ar = 7—. -, l-smp Для больших углов рыхления Ор 55 особенно для элементов затупления коэффициент Кіопределяется по формуле: cosJ(cos + ysin2/?-sin2 S) к\ = :—: -е - sin р где г = (2ар- тс+5+arcsin )igp, sin р при 5 р. Показатель степени г также зависит от углов трения и от угла рыхления ар, затупления тзт и др. Для пологих углов трения величина Ki= 1,5-4, для больших углов К=15-20 в зависимости от углов ар, р, 5.
Горизонтальная составляющая сопротивления рыхлению определяется на основании схемы действия элементарных сил сопротивлений на элементарную площадку лобовой поверхности зуба, см. рис.3.1.2. Элементарная нормальная составляющая dN определяется по величине нормального напряжения оп dl = dN =an.dl.dz dy smap Элементарная результирующая dQ от нормальных и касательных напряжений на выделенной площадке dldz определяется зависимостями: Р РЗ о COS о andydz dQt dQ„ = рз sin ар cos 5 Элементарная горизонтальная составляющая сопротивления dWP3rp=dQp3sin(ap+5). sin(ar„ +S).a„dydz рз sin ap cos После преобразования тригонометрического коэффициента получаем: dWps17 = (l+tg8.ctgap).crndydz или dWp3rp = A1.andydz где A, =l+tg8.ctgap. Подставляем значение ап, после интегрирования получаем: Wp3,p = АЇСК,- l)ctgp.Ccu.bp .hp+0,5AiKiY.V hp2 , H (3.2.1) Пренебрегая весом грунта на поверхности зуба, например при разработке весьма прочных грунтов: Wp3rp= A,(Kr l).ctgp .Ccu.bp.hp , Н (3.2.2)
Здесь коэффициенты Ai и Ki определяются аналитически по формулам указанным выше. Остальные обозначения приведены ранее.
Коэффициенты Ki не является непрерывной функцией от угла рыхления и углов трения грунта. Поэтому при анализе влияния угла рыхления ар, на величину Wp3rp коэффициент Кі в зависимости от ар следует определять по отдельным для каждого диапазона Ор формулам (для углов ар 45-55 и для ар 55) указанным выше.
Аналитическая формула для расчета сопротивлений рыхления на базе интегрального показателя прочности - числа ударов плотномера (Суд) может быть получена на основании корреляционных зависимостей между величинами Ссц и СУд [2]. Связь между показателем Ссц и интегральным показателем прочности- числом ударов плотномера ДорНИИ Суд определяется следующим соотношением: Ссц Ксц.Суд, МПа (3.2.3)
Здесь Ксц - размерный корреляционный коэффициент, показывающий, сколько единиц сцепления в МПа приходится на один удар плотномера ДорНИИ [МПа/число ударов]; Суд- число ударов плотномера ДорНИИ.
Величина коэффициента Ксц определена экспериментально. Ксц =0,01-0,015 МПа/уд, (Ксц = 10000-15000 Н/м2уд.) На основании рассмотренного получают для прочных грунтов: \\грзф = Аі(Кі- 1)сІр.Ксц.Суд.Ьр.Ьр+0,5А1.К1.7.Ьр.Ьр2, Н. (3.2.4)
Силы сопротивлений, действующие на поверхностях атуплезния и на боковых поверхностях зуба при необходимости, определяются отдельно по аналогичной методике. Принятая модель позволяет рассчитать все действующие на зуб сопротивления. Принято, что всегда угол внешнего трения грунта 5 меньше угла внутреннего трения р. Переход от плоского напряженного состояния к пространственному в зонах смятия и всестороннего сжатия учитывается умножением на корректирующий коэффициент (Ка). Между напряжением, рассчитанным по теоретической формуле апт на основании статики сплошной среды для резцов, ширина которых b значительно меньше глубины рыхления hp, и экспериментальными величинами ап э имеет место соотношение: где Ко - коэффициент увеличения напряжения, учитывающий увеличение напряжения в грунте в условиях всестороннего сжатия по сравнению с плоской задачей. С изменением отношения h/b в диапазоне 5-10 коэффициент К =1,5-7,5. В этом случае для рыхлителей с одним зубом: Wp115 = A1(K,-l)ctgp.k0.kcu.Cy4.bp.hp+ 0,5 А Кьу.Ьр.Ьр2 (3.2.5)
Сопоставление расчетов, осуществленных с данными испытаний промышленных рыхлителей на тракторах ЧТЗ.
Эксперименты выполнены на грунте III категории - суглинке. Зуб рыхлителя имел ширину по режущей кромке bi =0,06 м, по верхнему образцу Ьг =0,082 м, длина зуба 13б = 0,25 м, угол заострения а = 45.
Грунт имел следующие параметры: тип - суглинок, Суд =8-9, угол внешнего трения 8 = 26, угол внутреннего трения р = 29, объемная масса у= 17 кН/ м ; Кед = 15000 Н/(м уд). Для указанных условий получены следующие приближенные расчетные зависимости при ар 30.
Опыты выполнены по рыхлению грунта при различной глубине рыхления с углом рыхления ар = 55. В процессе экспериментов фиксировалась горизонтальная Рх составляющая сопротивления рыхлению в табл.3.2.1.
Горизонтальная суммарная составляющая сопротивления рыхления вычислялась с учетом сопротивления от затупления и трения по боковым граням рыхлителя и стойки.
Влияние прочности грунта на продолжительность рабочего цикла и производительность рыхлителя
Важным фактором повышения эффективности дорожно-строительной техники является обеспечение её оптимального использования и сервисного сопровождения техники.
Оптимизация параметров и условий использования рыхлителей в строительстве и в дорожном строительстве является актуальным вопросом. Важным является определение оптимальной массы рыхлителя, так как тяговое усилие рыхлителя определяется массой и коэффициентом сцепления рыхлителя с грунтом. Оптимальная масса рыхлителя устанавливается на основании анализа показателей эффективности: время рабочего цикла и производительности.
Время рабочего цикла рыхлителя в виде функции от технико-эксплуатационных параметров процесса является показателем эффективности протекания процесса рыхления. Время рабочего цикла было определено по формуле (2.2.4)ранее: tm = A CyakBcn,PJ p.hPJP.n3.k2 + m.glP.k3.kBcnx) с m.g.VPAB N
Принятые обозначения даны ранее. эксплуатационная производительность рыхлителя в виде функции от технико-эксплуатационных параметров системы, как показатель эффективности работы рыхлителя определяется по формуле (2.2.7): „к, з П = -г- ! г-, М / 4 куд -квсп.р - 2 ЙС77 о -m.g.k3 к m-S-VpM РАЗ КЪР .hP м3 .кРАЗ /
Расчетная техническая производительность соответствует значению производительности, зафиксированной в процессе производственного эксперимента. Следовательно, теоретическая зависимость (2.2.7) отражает характер протекания процесса рыхления. Она может быть использована при выполнении расчетов по установлению эффективности рыхлителей и их оптимизации.
Время рабочего цикла tpq и производительность П являются важными показателями эффективности работы рыхлителя. Чем меньше tpq и чем выше П тем лучше машина.
Анализ полученных зависимости позволяет сделать вывод, что величины показателей эффективности рыхлителей имеют оптимальное значение tPLl = min и П = max при определенном значении m и определенном тяговом усилии, развиваемом тягачом в определенных условиях эксплуатации т.к. Топт = фсц-піопт и других неименных параметрах (N, луд и др.). Оптимальная масса, и следовательно тяговое усилие тягача, зависит от технических и эксплуатационных факторов. Оптимальная масса т0Пт рыхлителя увеличивается с увеличением мощности (N), удельного сопротивления рыхлению куд, площади сечения прорезаемой цели (bP.hp). Оптимальная масса уменьшается с ростом рабочей скорости рыхлителя (VPAE) Оптимальная масса рыхлителя т0рт устанавливается на основании приравнивая нулю первой производной зависимости (2.2.4) по т: РЦ _ СУД- СВСП.Р-р- гР- Р К2 KgcnQ.gJp.Kj. dm m2.g.VPAE N из этого соотношения получаем топт N.-куд -кВсп.р -"р -"р Jpn3 2 1/2 топт кг (4.4.1) & РАБ ІОБ ОБ- І Если в формулу (4.4.1) подставляем значение удельного сопротивления, найденное по формуле (4.2.4), то имеем другую формулу для определения оптимальной массы рыхлителя: топт N.A3 .ксц .СуД -кВСПР Ър .hp 1рп3.к2 v 7 i—I yr-4-z) \ S УРАБ-]0БЛ0Б КЪ )
На основании (4.4.1) и (4.4.2) разработаны графики определения оптимальной массы машины топт от мощности двигателя N и от удельного сопротивления рыхлению грунта куд.р и числа ударов плотномера Суд) «. см.графики 4.31 и 4.32.
Рыхлитель с определенными техническими параметрами m,N, VPAE» hP, bP и другими неизменными факторами эффективно разрыхлит грунт определенной прочности (куд. р). В других условиях рыхлитель работает менее эффективно, уменьшается производительность, растёт энергоёмкость рыхления.
Выбор рационального рыхлителя из имеющихся на рынке или в парке предприятия для разработки грунтов в определенных условиях эксплуатации можно осуществить по зависимости(4.4.1). В этом случае при заданной мощности N и др. параметрах определяют оптимальное значение т0Пт- По величине т0пт и N выбирают агрегат с параметрами m и N, ближайшими к расчетным.
