Содержание к диссертации
Введение
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Проблема механизации разработки мерзлых и прочных грунтов в стесненных условиях 8
1.2. Анализ существующих способов рыхления мерзлых и прочных грунтов применительно к стесненным условиям Ю
1.3. Состояние и перспективы развития сменного рабочего оборудования с частоударными рабочими органами к гидравлическим экскаваторам 15
1.4. Обзор и анализ исследований, выполненных в области ударного разрушения мерзлых и прочных грунтов 35
1.5. Цель и задачи исследований 53
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ УДАРНОЙ НАГРУЗКОЙ С УЧЕТОМ ВЕРТИКАЛЬНОЙ СТАТИЧЕСКОЙ ПРИГРУЗКИ, СОЗДАВАЕМОЙ БАЗОВОЙ МАШИНОЙ
2.1. Исследование процесса и нагрузочных диаграмм внедрения в мерзлый грунт плоского штампа 55
2.2. Сопротивление динамическому внедрению клиновидного инструмента 66
2.3. Сопротивление статико-динамическому внедрению клиновидного инструмента 80
2.4. Влияние статической пригрузки на энергоемкость разрушения мерзлых грунтов ударной
нагрузкой 85
2.5. Выводы по главе 89
3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Задачи экспериментальных исследований 93
3.2. Краткое описание экспериментальных установок 95
3.3. План проведения экспериментальных исследований 100
3.4. Измерительная аппаратура 117
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Многофакторное экспериментальное исследование процесса скола мерзлого грунта 119
4.2. Однофакторные экспериментальные исследования и режимы нагружения 123
4.3. Эксплуатационные испытания экспериментальных образцов навесных экскаваторных рыхлителей 145
4.4. Выводы по главе 154
5. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ, ОБЛАСТЕЙ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ НАВЕСНЫХ ЭКСКАВАТОРНЫХ РЫХЛИТЕЛЕЙ
5.1. Методика расчета основных параметров навесных экскаваторных рыхлителей 159
5.2. Области рационального применения навесных экскаваторных рыхлителей 170
5.3. Области применения экскаваторных рыхлителей с различным типом навески рабочего оборудования 176
5.4. Технико-экономическая эффективность применения новой конструкции навески и сменного инструмента для экскаваторных рыхлителей 182
5.5. Выводы по главе 187
ОБЩЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 188
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 192
ПРИЛОЖЕНИЯ 205
- Проблема механизации разработки мерзлых и прочных грунтов в стесненных условиях
- Исследование процесса и нагрузочных диаграмм внедрения в мерзлый грунт плоского штампа
- Задачи экспериментальных исследований
- Многофакторное экспериментальное исследование процесса скола мерзлого грунта
- Методика расчета основных параметров навесных экскаваторных рыхлителей
Проблема механизации разработки мерзлых и прочных грунтов в стесненных условиях
Земляные работы, выполняемые в стесненных условиях, широко распространены в различных отраслях строительства, в том числе в транспортном. В общем случае, под стесненными условиями понимают условия, приводящие к снижению производительности машин и механизмов, вследствие ограниченности фронта работ и размеров строительной площадки, наличия препятствий, труднодоступности объекта работ и т.п. В транспортном строительстве - это прежде всего уширение выемок при строительстве вторых путей железных дорог, подходы к мостам и другим искусственным сооружениям, работы вблизи подземных коммуникаций, линий электропередач и связи. К таким работам можно отнести рытье траншей и котлованов небольших размеров вблизи стен зданий, сооружение подземных переходов и пр. Работа в таких условиях не только вызывает снижение производительности машин и механизмов, но и значительно ограничивает возможность их применения [б] . Кроме того, часто приходится производить работы на небольших по объему, рассредоточенных объектах (котлованы под фундамент, разрушение дорожных покрытий и случайных включений). Для выполнения такого рода работ нецелесообразно использовать дорогостоящие высокопроизводительные строительные машины, так как частая их переброска приводит к существенным дополнительным затратам.
В связи с этим работы в стесенных условиях и на небольших по объему, рассредоточенных объектах во многих случаях выполняются вручную. Еще более трудоемкими и дорогостоящими становятся эти работы при выполнении их в мерзлых и прочных грунтах, требующих предварительного рыхления.
Несмотря на то, что уровень механизации земляных работ в транспортном строительстве еще в 1979 г, достиг 99,7$ [7] , разработка мерзлых и прочных грунтов в стесненных условиях часто по-прежнему выполняется вручную с использованием отбойных молотков при себестоимости разработки I м3 грунта - 4-5 руб. [8],что в 10-20 раз выше себестоимости разработки их машинами и механизмами.
Перед транспортным строительством в II пятилетке поставлена задача повысить производительность труда на 18$ и обеспечить весь запланированный прирост объемов строительно-монтажных работ без увеличения численности работников в основном за счет повышения уровня механизации и сокращения затрат ручного труда [l,9] . Аналогичные задачи следует решить и другим строительным министерствам. В связи с этим механизация разработки мерзлых и прочных грунтов в стесненных условиях и на небольших по объему, рассредоточенных объектах является проблемой народнохозяйственного значения.
Исследование процесса и нагрузочных диаграмм внедрения в мерзлый грунт плоского штампа
При рассмотрении процесса разрушения мерзлых грунтов ударной нагрузкой важнейшей задачей является установление основных закономерностей взаимодействия ударного инструмента с грунтом. Эти закономерности ранее были выявлены исследователями в основном экспериментальным путем, в частности, с элементарными рабочими органами (инденторами) типа плоских штампов, клиньев и конусов.
Исследованию процессов статического и динамического погружения как плоских, так и клиновидных инденторов в мерзлые и прочные грунты посвящены работы С.С.Музгина, А.Н.Зеленина, Л.А.Шрей-нера, Б.А.Николаева, Д.И.Федорова, И.А.Недорезова, А.И.Федулова, М.А.Гурина и др. В результате исследований установлено, что в процессе погружения индентора (как плоского, так и клиновидного) в мерзлый или прочный (с упруго-пластичными свойствами) грунт, происходит накопление деформаций смятия, приводящих к образованию под инструментом некоторой зоны, находящейся в объемном напряженном состоянии - уплотненного ядра. Причем при внедрении плоского штампа развитие уплотненного ядра ограничивается в конечном итоге величиной лобовой поверхности штампа.
Исследованиями А.Я.Сагомоняна [65,66] установлено, что при проникании в грунт тел, имеющих передний плоский срез, движение частиц грунта, вызванное движением проникающего тела, происходит по прямолинейным траекториям, параллельным продольной оси симметрии тела. Основываясь на этой гипотезе и учитывая, что края проникающего тела сглажены, можно принять, что при внедрении в мерзлый грунт плоского штампа давление под ним распределено равномерно и равно где Р - сопротивление мерзлого грунта внедрению плоского штампа; Е - площадь поперечного сечения (подошвы) штампа. В дальнейшем будем называть Q удельным сопротивлением мерзлого грунта внедрению, т.е. сопротивлением, приходящимся на единицу площади штампа.
Задачи экспериментальных исследований
В соответствии с задачами исследований и выводами по теоретической части работы экспериментальные исследования были разбиты на 3 этапа:
I этап - экспериментальная проверка и уточнение математической модели процесса скола;
П этап - определение рациональных параметров и зависимостей процесса частоударного разрушения мерзлых грунтов с учетом статической пригрузки;
Ш этап - разработка конструкции, проверка работоспособности и проведение испытаний рыхлителя с навеской на ковш экскаватора в условиях эксплуатации.
Экспериментальная проверка математической модели процесса скола, включающей в себя шесть независимых переменных ( /, бсж , ст у ЭФ гранулометрический состав грунта) и несколь ко зависимых переменных ( и } Р, ґ )» потребовала бы, при условии варьирования каждого независимого фактора на 3-х уровнях и однократного повторения опытов в каждом сочетании, проведения как минимум 3 = 729 опытов. Используя известные данные о числе опытов для получения одной надежной точки /77 = 5 7, получаем, что действительное число опытов при требуемой достоверности результатов могло бы составить более 4000. В связи с этим для экспериментальной проверки и уточнения математической модели процесса скола были использованы методы планирования многофакторного эксперимента.
В задачи первого этапа входило:
- определение энергоемкости разрушения мерзлых грунтов при различных сочетаниях факторов, входящих в математическую модель процесса скола, взятых в соответствии с выбранной матрицей планирования;
- определение коэффициента забоя / j для различных прочности и гранулометрического состава разрабатываемого грунта.
Экспериментальные исследования на втором этапе проводились для определения некоторых параметров и экспериментальных зависимостей, которые позволили бы дать конкретные рекомендации по определению энергоемкости разрушения и выбору параметров частоудар-ных рабочих органов для экскаваторов различных типоразмеров с учетом статической пригрузки. Кроме того, необходимо было выяснить, как влияет использование частоударных рабочих органов на режимы нагружения металлоконструкции рабочего оборудования базовых экскаваторов, и сравнить их с режимами нагружения при обычной работе экскаваторов.
Многофакторное экспериментальное исследование процесса скола мерзлого грунта
Многофакторное экспериментальное исследование процесса скола мерзлого грунта проводилось в соответствии с планом второго порядка Хартли. Матрица планирования и результаты ее реализации приведены в таблице 4.1. В матрицу, наряду с основными пятью независимыми переменными факторами, были включены углы уэ , у , сочетание и значения которых были получены в результате экспериментов в зависимости от физико-механических свойств грунта. Решение матричного уравнения 3.2 по специальной программе на ЭВМ EC-I022 позволило определить неизвестные коэффициенты и получить регрессионную модель процесса скола, определяющую количественный и качественный характер изменения энергоемкости разрушения (функции отклика) от исследуемых параметров:
Методика расчета основных параметров навесных экскаваторных рыхлителей
В первой главе работы было показано, что для выполнения земляных работ в стесненных условиях (рытье котлованов под фундаменты, траншей и т.п.) в мерзлых и прочных грунтах наиболее перспективной еледует считать конструкцию рыхлителя с навеской оборудования частоударного действия на ковш экскаватора. Конструкция такого навесного оборудования должна включать в себя ударный рабочий орган и устройство для его закрепления на ковше (зажимное устройство). При этом должна быть обеспечена возможность использования гидросистемы экскаватора для создания дополнительной вертикальной статической пригрузки на рабочем органе, что позволит производить разрушение грунта комбинированным способом (статико-динамическое разрушение), при котором значительно снижается энергоемкость и повышается производительность рыхления.
Допустимую массу навесного оборудования следует определять, исходя из условия устойчивости экскаватора при работе на максимальном вылете стрелы. А так как при проектировании устойчивость экскаваторов с оборудованием обратная лопата определяется при условии разгрузки липкого грунта на максимальном вылете стрелы, то масса рыхлителя Qp не должна превышать массу грунта в ковше Q с учетом того, что центр тяжести навесного рыхлителя находится от оси опрокидывания несколько дальше, чем центр тяжести грунта в ковше.
