Содержание к диссертации
Введение
1.Состояние вопроса, цель и задачи исследования 9
1.1.Особенности рабочего процесса ножевых дрено- укладчиков и тенденции их развития 9
1.2. Анализ исследований глубокого резания грунтов ножевыми рабочими органами 19
1.3.Методы интенсификации рабочих процессов глубокого резания грунтов 45
1.4.Выводы. Цель и задачи исследования 58
2. Теоретические предпосылки интенсификации рабочего процесса ножевого дреноукладчика применением. Сжатого воздуха
2.1.Физиког-механические особенности резания грунта ножевым дреноукладчиком с.применением сжатого воздуха. 62
2.2. Теоретические предпосылки снижения усилия, глубокого резания грунтов применением сжатого воздуха 77
2.3.Определение параметров источника воздуха для интенсификации рабочего процесса ножевого дреноукладчика. 101
2.4.Выводы 118
3. Экспериментальное исследование.рабочего процесса ножевого дреноукладчика 121
3.1.Цель.и задачи экспериментального исследования... 121
3.2.Лабораторные эксперименты 122
3.3.Полевые эксперименты 142
3.4.Сравнительные испытания дреноукладчика МД-4 153
3.5. Сопоставление и анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований 169
3.6.Выводы 179
4. Практические рекомендации и экономическая эффективность результатов исследования 182
4.1.Тяговый расчет ножевого дреноукладчика с применением энергии сжатого воздуха 182
4.2. Выбор параметров источника воздуха и системы его подвода 190
4.3.Экономическая эффективность результатов исследования 199
4.4 .Выводы 200
Общие выводы по работе 201
Литература 205
Приложения 217
- Анализ исследований глубокого резания грунтов ножевыми рабочими органами
- Теоретические предпосылки снижения усилия, глубокого резания грунтов применением сжатого воздуха
- Сопоставление и анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований
- Выбор параметров источника воздуха и системы его подвода
Введение к работе
Принятой на майском (1982г.) Пленуме ЦК КПСС Продовольственной программой СССР поставлена задача довести площадь орошаемых земель в 1985 году до 20,8 млн.гектаров и 1990 году до 23-25 млн. гектаров и осушенных земель соответственно до 15,5 млн. гектаров и 18-19 млн. гектаров /I/.
Увеличение производства сельскохозяйственных продуктов в Иордании осуществляется, главным образом, за счет роста и более эффективного использования орошаемых площадей. Второй пятилет-кой (I98I-I985), принятой Министерством, земледелия Иордании предусматривается увеличение фонда орошаемых земель на 22,8 тыс. гектаров, строительство закрытых дренажных систем на орошаемых землях .для предотвращения их засоления и поддержания устойчивого урожая /2/.
Большие объемы земляных работ в мелиоративном строительстве требуют практического решения проблемы их технического обеспечения, в том числе создания высокопроизводительной мелиоративной техники. Таким образом, актуальной становится задача совершенствования рабочих процессов мелиоративных машин.
Широкое применение в мелиоративном строительстве получили ножевые дреноукладчики. Эти машины наряду с общеизвестными преимуществами требуют значительных тяговых усилий, что при разработке тяжелых грунтов обуславливает необходимость применения дополнительных тягачей. Данное обстоятельство приводит к значительному увеличению приведенных удельных затрат на строительство дренажных линий, ухудшению условий работы, нарушению поверхностной структуры грунта и повышению металлоемкости и суммарной мощности машины.
Ранее проведенными исследованиями в области глубокого ре-
-5.-зания грунтов определены методы интенсификации рабочего процесса ножевых дреноукладчиков. Одним из этих методов является применение энергии сжатого воздуха .для снижения сил внешнего и внутреннего трения грунта и для опережающего разрушения грунта перед рабочим органом. Однако, до настоящего времени ряд вопросов, касающихся физической сущности процесса взаимодействия непрерывного потока сжатого воздуха с грунтом и выбора рациональных параметров источника воздуха остались нерешенными. Неизучены также закономерности процесса резания грунта ножевым дреноукладчиком с подачей сжатого воздуха.
В связи с этим целью настоящего исследования явилось изучение возможности снижения усилия резания грунта ножом дрено-укладчика путем применения энергии сжатого воздуха.
Используя экспериментально-теоретический метод исследования, поставленная в работе цель была достигнута решением следующих задач:
-изучить закономерности резания грунтов ножевым органом дреноукладчика с подачей сжатого воздуха;
-разработать аналитическую модель процесса резания грунтов ножевым дреноукладчиком с подачей сжатого воздуха ;
-выполнить экспериментальное исследование на физических моделях и на натурной машине в полевых условиях;
-разработать инженерную методику расчета параметров сжатого воздуха, дать практические рекомендации и определить, технико-экономическую эффективность внедрения результатов исследования.
В первой главе работы представлен обзор научно-технической и патентной информации по глубокому резанию грунтов. В обзоре рассмотрены основные особенности рабочего процесса ножевых дреноукладчиков, проведен анализ исследований глубокого
резания грунтов ножевыми рабочими органами. Анализ применяемых методов интенсификации рабочих процессов глубокого резания грунтов позволил сделать вывод о целесообразности и эффективности применения энергии сжатого воздуха для совершенствования рабочего процесса ножевых дреноукладчиков. На основе результатов проведенного обзора сфориулированы указанные выше цель и задачи исследования.
Во второй главе приведены результаты экспериментального исследования процесса глубокого резания грунта моделью ножа дреноукладчика с подачей сжатого воздуха, позволившего установить рациональную схему подвода воздуха и выявить основные физико-механические особенности процесса разрушения грунта. Построена аналитическая модель для определения усилия резания в зависимости от параметров рабочего органа, режима резания и общеизвестных физико-механических свойств грунта. Создан метод аналитического определения параметров источника воздуха.
Результаты экспериментальных исследований рабочего процесса ножевых дреноукладчиков, проведенных в лабораторных и полевых условиях и имеющих целью изучить на моделях закономерности изменения усилия резания грунта при подаче воздуха и определить рациональные параметры источника воздуха, а также методика проведения экспериментов изложены в третьей главе. В этой же главе представлены методика проведения и результаты сравнительных испытаний ножевого дреноукладчика МД-4 с применением энергии сжатого воздуха. Проведено сопоставление и анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований.
В четвертой главе содержатся практические рекомендации по созданию ножевых дреноукладчиков с применением сжатого воздуха, определена технико-экономическая эффективность результатов исследования.
Научная новизна работы заключается в следующем. Установлена рациональная схема подвода воздуха и выявлены физико-механические особенности процесса разрушения грунта при подаче воздуха в зону глубокого резания. Получены аналитические зависимости, позволяющие определить усилие глубокого резания грунтов в зависимости от геометрических параметров рабочего органа и общеизвестных физико-механических свойств грунта, оценить эффективность применения энергии сжатого воздуха и установить необходимые параметры источника воздуха. Установлены основные закономерности изменения усилия резания грунта при подаче воздуха .
Практическая ценность работы определена предложенным инженерным методом тягового расчета ножевых дреноукладчиков с применением сжатого воздуха и рекомендациями по выбору параметров источника воздуха и системы его подвода.
На защиту выносятся следующие положения:
-экспериментально установленные физико-механические особенности резания грунта ножевым дреноукладчиком с применением сжатого воздуха ;
-аналитическая модель для определения усилия резания ножом дреноукладчика с применением сжатого воздуха;
-метод аналитического определения параметров источника воздуха .для интенсификации рабочего процесса дреноукладчика;
-закономерности изменения усилия глубокого резания грунта при подаче воздуха, установленные в результате проведения лабораторных и полевых экспериментов;
-результаты сравнительных испытаний ножевого дреноукладчика Щ-Ч.
Внедрение результатов исследования осуществлялось следующим образом. Оформленный отчет по результатам проведенного
исследования был передан ВНИИземмаш и Мозырскому заводу мелиоративных машин. Совместно с трестом "Харьковводстрой" ПМК-І72 было спроектировано и изготовлено дополнительное оборудование
.для организации газовой смазки рабочего органа дреноукладчи-ка МД-4. Отдельные положения работы используются для подготовки инженеров-механиков по специальности 0511.
По результатам выполненных исследований опубликовано 2 печатные работы. Материалы диссертационной работы докладывались на 47-й и 48-й научно-технических сессиях ХАДИ (1983 г., 1984 г.), Республиканской научно-технической конференции "Повышение эффективности землеройно-транспортных машин" (г.Харьков, 1984 г), заседании объединенного научного семинара кафедр дорожных машин и эксплуатации дорожных машин и охраны труда ХАДИ (1984 г.).
Автор выражает благодарность кандидату технических наук
С.И.Карасю за помощь, оказанную при выполнении данной работы.
Анализ исследований глубокого резания грунтов ножевыми рабочими органами
Строительство закрытых дренажных трубопроводов может быть осуществлено тремя способами: траншейным, узкотраншейным и бестраншейным способом. Последний в настоящее время получил широкое применение благодаря ряду преимуществ по сравнению с другими способами. Бестраншейный способ строительства закрытого дренажа позволяет увеличить производительность труда в 8-12 раз и снизить стоимость строительства более чем в 1,5-3,5 раза /3/.Кроме того, применение данного способа приводит к резкому сокращению объемов земляных работ и малому выносу минерального грунта на поверхность.
При прокладке дрен бестраншейным способом основной машиной является ножевой дреноукладчик с двумя рабочими органами-земле-ройным и трубоукладочным. Ножевой дреноукладчик осуществляет прорезку в грунте глубокой узкой щели пассивным землеройным, рабочим органом с одновременной укладкой пластмассовой дренажной трубы с синтетическим фильтром или фильтрующей обсыпкой.
Необходимо отметить, что ножевые дреноукладчики наряду с известными преимуществами имеют недостатки. К недостаткам относятся: необходимость применения базовых машин со значительными тяговыми усилиями .для преодоления высокого тягового сопротивления пассивного рабочего органа, грунт в стенках и дне щели уплотняется ножом дреноукладчика, что приводит к пониженной водоприемной способности дрен и вследствие этого необходимо применять фильтрующую обсыпку. Это в свою очередь значительно снижает производительность машины.Таким образом,совершенствование рабочего
процесса ножевых дреноукладчиков является необходимым условием их дальнейшего развития и более широкого применения в мелиоративном строительстве.
Рабочий процесс ножевых дреноукладчиков имеет свои особенности по сравнению с рабочим процессом землеройных машин (бульдозеры, скреперы, экскаваторы и др.), действующих по принципу резания грунтов с отделением стружки. Ножевые дреноукладчики как и кабелеукладочные машины и некоторые другие работают по принципу разрезания грунта, отличающемуся большой энергоемкостью. Изучение особенностей данного процесса приобретает особое значение как средство для его объяснения и отыскания способа управления им.
Одной из существенных особенностей рабочего процесса ножевых дреноукладчиков является пространственность взаимодействия ножа с грунтом, проявляющаяся в трапецеидальном поперечном сечении щели, образуемой в результате прохода ножа /4/ . Ширина зоны разрушения грунта на поверхности во много раз превышает ширину ножа, следовательно, работа сил резания расходуется на отделение от массива и разрушение грунта, находящегося за пределами ширины ножа. Учет пространственности взаимодействия ножа с грунтом (фактических размеров зоны разрушения) является важным условием при определении усилия и энергоемкости процесса глубокого резания грунтов.
К числу характерных особенностей рабочего процесса ножевых дреноукладчиков относится также наличие несколько зон по глубине щели. Ножевой рабочий орган осуществляет разрезание грунта на большую глубину значительно (в 5-15 раз) превышающую ширину прорези, в результате в грунте по глубине щели возникают деформации различного характера. Многочисленными исследованиями, проведенными советскими и зарубежными учеными по определению особенностей взаимодействия элементарных ножей с грунтом установлено следующее. При глубоком резании грунта ножом дреноукладчика образуется две зоны: зона рыхления (верхняя) и зона уплотнения (нижняя), зона рыхления увеличивается до некоторой глубины резания, названной критической, а ниже критической происходит уплотнение грунта ножом в боковые стенки и дно щели /3, 4, 5, б, 7, 8/.
В зоне уплотнения грунт под действием режущей кромки ножа подвергается постоянному упругопластическому сжатию и вытесняется в дно и стенки щели, контактное давление на лобовую грань ножа остается практически постоянным по глубине резания и по абсолютной величине пропорционально сопротивляемости грунта разрушению.
В зоне рыхления, непосредственно примыкающей к дневной поверхности, грунт сжатый режущей кромкой ножа стремится в сторону открытой поверхности массива грунта, наблюдается вспучивание грунта вблизи ножевого рабочего органа с образованием конуса рыхления, угол наклона поверхностей сдвига составляет в среднем 35-40 от горизонтали.. Контактное давление на лобовую грань ножа снижается с уменьшением глубины.
Наличие двух зон при глубоком резании обусловлено сжимаемостью грунтов под действием нагрузки. Действующая на грунт нагрузка приводит к разрушению структурных связей, взаимосмещению частиц грунта, заполнению пор между ними, а также вытеснению воды и газовой фазы, грунт деформируется до тех пор, пока давление со стороны режущей кромки ножа не становится достаточным для отделения части грунта от массива, что является характерным для зоны рыхления. В зоне уплотнения давление со стороны режущей кромки ножа на грунт недостаточное для отделения части грунта от массива и соответствующие ему деформации способствуют уплотнению грунта А/ .
Границей раздела двух зон, как уже отмечалось, является критическая глубина, при глубинах меньше критической усилие резания зависит от глубины по параболической зависимости, при глубине больше критической - по прямолинейной зависимости. Величина критической глубины резания зависит от основных параметров ножевого рабочего органа и физико-механических свойств грунтов /б/ .
Следует отметить, что в настоящее время Е.Д.Томиным /9, Ю/ вместо двух зон резания выделяются три зоны деформации грунта. Нижняя зона соответствует зоне уплотнения, описанной выше. В средней зоне, названной переходной, грунт подвергается периодическому сжатию. Вначале, под действием давления со стороны режущей кромки ножа осуществляется сжатие определенного объема грунта, после этого происходит потеря устойчивости и отрыв его от массива. Зона называется переходной, так как в ней качественно изменяются условия резания грунта: от сплошной грунтовой среды к грунтовому полупространству. В этой зоне нормальное контактное давление на нож значительно ниже, чем в зоне уплотнения особенно в момент отрыва очередного объема грунта. В верхней зоне режущая кромка ножа взаимодействует с грунтом уже нарушенного сложения и осуществляется дробление, сдвиг и выпирание в сторону открытой поверхности части грунта, оторванной от массива в переходной зоне. Нормальное контактное давление снижается с меньшей интенсивностью, чем в переходной зоне, и становится равным нулю на поверхности (рис.І.і).
Теоретические предпосылки снижения усилия, глубокого резания грунтов применением сжатого воздуха
Как уже отмечалось, рабочий процесс ножевых дреноукладчиков отличается высокой энергоемкостью по сравнению с рабочим процессом землеройно-транспортных машин (ЗТМ). При этом удельные сопротивления глубокому резанию грунтов примерно в 10 раз больше удельных сопротивлений других видов резания и копания грунтов /60/. Данное обстоятельство приводит к необходимости использования дополнительных тракторов-тягачей для реализации больших тяговых усилий, что в свою очередь усложняет и удорожает технологический процесс. В настоящее время усилие исследователей в
СССР и за рубежом направлено на совершенствование рабочих процессов глубокого резания грунтов для достижения минимального тягового сопротивления, следовательно и минимальной энергоемкости процесса резания.
На практике решение этой проблемы осуществляется применением различных методов интенсификации рабочих процессов глубокого резания грунтов. Применяемые.методы интенсификации развивались в двух направлениях (рис.1.6). Первое направление характеризуется совершенствованием традиционных рабочих органов путем оптимизации их геометрических параметров и создания рабочих органов новой формы. Второе направление основано на использовании новых способов взаимодействия.со средой в сочетании с традиционными рабочими органами /25, 36, 62, 63/.
С целью установления оптимальных, углов резания и заострения линейных размеров .и. формы рабочих органов ножевых дреноукладчи-ков для различных грунтовых условий, Р.Л.Турецким, А.К.Кострицы-ным, В.И.Уродовым, Е.Д.Томиным.и др. проводились многочисленные экспериментальные исследования. К основным .выводам, сделанным в результате этих исследований относится следующее. Наименьшая энергоемкость процесса резания грунта наблюдается при его разрушении сдвигом, сколом или отрывом, то есть при минимальных размерах зоны уплотнения /8,9,13/. На этой основе разработаны многоступенчатые ножи, позволяющие максимально уменьшить размеры зоны уплотнения грунта, что.согласуется с основным технологическим требованием к рабочему органу дреноукладчика - обеспечить минимальное нарушение естественной структуры грунта придренной зоны. Наименьшая энергоемкость, также, достигается созданием условий наилучшего уплотнения грунта, при этом частицы грунта перемещаются только по горизонтальным траекториям, и созданием уеловий для последовательного уплотнения грунта в стенки щели. Кабе леукладывающие ножи, созданные на этой основе и исследованные В.Л.Баладинским, позволили снизить величину тягового усилия до 20$ /45/. Однако создание дреноукладывающих ножей по этому принципу не является целесообразным из-за неизбежного нарушения естественной структуры грунта и ухудшение его фильтрационных качеств в придренной зоне, что отрицательно отражается на работу дренажа. Оснащение вертикального ножа носком в нижней ее части позволяет снизить тяговое сопротивление ножа до 27,4$. Оптимальный угол заострения при резании суглинистого и супесчаного грунта равен 45 при резании торфяного грунта равен 55 60 /5,7,9, 46,50/, минимальное тяговое усилие достигается при угле заострения носка ножа, равном 180 /8,9,55/ и при угле везания, равном 30 37 /8,9/.
Анализ выполненных исследований показал, что возможности снижения сопротивления резанию грунта путем оптимизации геометрических параметров рабочих органов и создания ножей новой конфигурации ограничены не позволяют отказаться от дополнительного тягача.
Наиболее перспективным направлением совершенствования рабочих процессов глубокого резания грунтов является использование новых способов воздействия на грунт в сочетании с традиционными рабочими органами. Существующая тенденция увеличения суммарной мощности ножевых дреноукладчиков представляет собой предпосылку для реализации данного направления.
Сопротивление грунтов глубокому резанию включает в себя следующие составляющие: силу тяжести грунта, внешнее и внутреннее трение грунта и сопротивление отделению грунта от массива. Исходя из этого сопротивление грунтов резанию может быть снижено путем воздействия на одну из указанных составляющих или путем комплексного воздействия на ряд из них. Поставленная цель достигается применением газовой или жидкостной смазки рабочих поверхностей, полимерных и антифрикционных покрытий, эффекта вибрации, газодинамического или гидродинамического воздействия, электрофизических способов и их комбинации.
Снижение сопротивления грунтов глубокому резанию при увеличении их влажности было достигнуто следующим образом. По трассе дрены отрывалась щель на глубину 1,7 1,9 м, затем через канал над щелью глубиной 0,ЗІО,5М сифоном в щель подавалась вода, расход воды составлял 0,15-1 м3/пм. Сопротивление грунта резанию рабочим органом дренажной машины БДМ-300 было снижено на 30% при глубине резания, равной 3 м и расходе воды, равном 0,5 0,55 м3/пм В случае отсутствия канала над щелью и при резании монолитного грунта с предварительной замочкой по каналу эффект от замочки был незначительным /8/. Необходимо отметить, что трудоемкость осуществления данного способа, большие расходы воды и ухудшение маневренности машины при движении по замоченной трассе ограничивают его применение.
Способ снижения сил внутреннего и внешнего трения грунтов применением жидкостной смазки может быть осуществлен путем подачи жидкости непосредственно на поверхности рабочего органа. В качестве жидкости применяют воду, эмульсол, либо аммиачную воду /64,65/. К недостаткам этого способа относятся необходимость установки на машине емкости для жидкости, периодическая заправка этой емкости, большие расходы жидкости и интенсивная коррозия незащищенной металлической.поверхности рабочего органа под действием подаваемой жидкости. Вследствие чего данный способ не получил широкого распространения.
Сопоставление и анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований
Совершенствование рабочего процесса ножевых дреноукладчи-ков является важным и необходимым условием их дальнейшего развития, повышения эффективности и более широкого применения.
С этой целью данный процесс был широко исследован многими учеными в СССР и за рубежом. Установлены важные особенности процесса взаимодействия рабочего органа ножевого дреноукладчика с грунтом, раскрыта его физическая сущность, получены различные эмпирические и аналитические зависимости усилия глубокого резания грунта ножом дреноукладчика в зависимости от геометрических параметров ножа и физико-механических свойств разрабатываемых грунтов.
Кроме того, совершенствование исследуемого процесса осуществлялось путем снижения его энергоемкости применением различных методов интенсификации, к числу которых относятся вибрация, газовая и жидкостная смазка, газодинамическое воздействие, антифрикционные покрытия и др.
Ранее проведенные исследования доказали целесообразность и практическую осуществляемость применения энергии сжатого воздуха для интенсификации рабочих процессов ножевых дреноукладчиков. В диссертационной работе О.Бяшимова исследован процесс взаимодействия ножа дреноукладчика с грунтом в условиях подачи сжатого воздуха в зону глубокого резания грунта. Однако, нерешенные до настоящего времени вопросы делают необходимым проведение дополнительных экспериментальных и теоретических исследований.
Вышеизложенное позволяет сделать следующие выводы: I.Рабочий процесс ножевых дреноукладчиков отличается высокой энергоемкостью. Тяговое сопротивление ножа дреноукладчика достигает в отдельных случаях 0,1 МН, что приводит к необходимости использования дополнительных тягачей для реализации больших тяговых усилий. Применение дополнительной техники увеличивает затраты на строительство дренажа и металлоемкость процесса, ухудшает условия работы машины. Совершенствование рабочих процессов ножевых дреноукладчиков позволяет устранить этот недостаток данных машин. 2.Проведенные экспериментальные исследования процесса взаимодействия вертикального ножа с грунтом, позволили установить основные особенности, процесса резания грунта рабочим органом дреноукладчика, к числу которых относятся пространетвенность взаимодействия,ножа с грунтом, наличие, двух зон по.глубинелцели, отделяемых критической глубиной и образование.уплотненного.ядра на-лобовой грани ножа в результате-.уплотнения грунта. Неучет особенностей процесса.глубокого резания привел к значительной погрешности результатов исследований. .3.Анализ исследований процесса глубокого резания грунта показал, что применяемые аналитические зависимости не в полной мере учитывают особенности данного процесса и не позволяют провести анализ действующих сопротивлений, а в ряде случаев использование их затруднено трудоемкостью определения некоторых экспериментальных коэффициентов и характеристик грунтов, входящих в эти зависимости. Малочисленные попытки определить усилие глубокого резания на основе решения пространственной задачи предельного равновесия грунта не давали требуемого результата из-за упрощенности принятых расчетных схем и неправильного учета сил сцепления. 4.Методы интенсификации рабочих процессов глубокого резания развивались в двух направлениях: - совершенствование традиционных рабочих органов путем оптимизации их геометрических параметров и создания рабочих органов новой формы; - использование новых способов взаимодействия со средой в сочетании с традиционными рабочими органами таких как вибрации, газовой и жидкостной смазки и др. 5.Одним из наиболее эффективных и целесообразных методов интенсификации рабочих процессов глубокого резания грунтов следует считать применение энергии сжатого воздуха, для снижения сил внешнего и внутреннего трения грунта и для опережающего разрушения грунта перед рабочим органом. Следует отметить, что этот метод, интенсификации отличается, простотой его реализации и возможностью, комбинации с любым другим методом. .6-Существующие.исследования.по использованию энергии непре-. рывного потока сжатого газа доказали эффективность этого способа. Однако,, до. настоящего времени неполностью.раскрыта физическая сущность.процесса взаимодействия непрерывного потока сжатого воз духа с грунтом, отсутствует аналитический метод расчета парамет ров, сжатого воздуха, отсутствуют практические рекомендации по вы бору, источника сжатого газа применительно к существующим конст рукциям ножевых дреноукладчиков. Целью.настоящего исследования является изучение возможности снижения усилия рззания грунта ножом дреноукладчика путем исполь зования энергии сжатого воздуха. Для достижения.поставленной цели представляется необходимым решение следующих задач: 1.Изучить закономерности резания, грунтов ножевым органом дреноукладчика с подачей сжатого воздуха. 2.Разработать аналитическую модель процесса резания грунтов ножевым дреноукладчиком с подачей сжатого воздуха. 3.Выполнить экспериментальные исследования на физических моделях и на натурной машине в полевых условиях. 4.Разработать инженерную методику расчета параметров сжатого воздуха, дать практические рекомендации и определить технико-экономическую эффективность внедрения результатов исследований.
Выбор параметров источника воздуха и системы его подвода
Максимальный эффект (до 30$) по снижению усилия глубокого резания при минимальной энергоемкости процесса и незначительном усложнении конструкции ножа достигается при подаче сжатого воздуха в зону разрушения грунта через верхние щели на лобовой грани и отверстия в боковых гранях ножа. При этом энергия сжатого воздуха способствует отделению грунта от массива и осуществляется газовая смазка лобовой и боковых граней ножа,а также подача сжатого воздуха способствует частичному устранению внутреннего трения грунта за счет его аэрации. Эффективность снижения усилия глубокого резания грунта зависит от расхода сжатого воздуха, длины щелей, через которые осуществляется подача воздуха и глубины резания грунта.
Далее ставился эксперимент по выяснению физических особенностей процесса глубокого резания грунта с подачей сжатого воздуха по установленной рациональной схеме. При этом предусматривалось установить распределение давления воздуха в зоне разрушения грунта перед ножом и по бокам его, определить перемещения отделившегося от массива грунта под действием сжатого воздуха, установить влияние подачи воздуха на величину угла наклона граней боковых разрушений грунта и произвести визуальные наблюдения за явлениями, протекающими при глубоком резании грунта с подачей сжатого воздуха.
С этой целью резание суглинистого грунта производилось моделью ножа дреноукладчика МД-4 с подачей сжатого воздуха и без таковой, глубина резания составляла 0.28 м, а расход воздуха был равен 2 м3/мин в нормальных условиях. Опыты были проведены по следующей методике.
Для установления распределения давления воздуха в грунте при разрушении его ножом дреноукладчика в поверхности массива перед ножом дреноукладчика в поверхности массива перед ножом в направлении его движения, в поперечном и диагональном направлениях с шагом 100 150 мм засверливались отверстия, в которые затем вставлялись стеклянные трубочки, соединенные резиновыми шлангами с водяными манометрами (рис.2.4). При помощи последних определялось пьезометрическое давление без учета скоростного напора сжатого воздуха. Анализом процесса глубокого резания грунта с подачей сжатого воздуха установлено,что при остановке ножа характер и направление движения воздуха не изменяются. Это позволило произвести все дальнейшие замеры при неподвижном ноже. Глубина погружения манометрических трубочек изменялась от 4 до 100 мм, что дало возможность при подаче воздуха в зону резания проконтролировать изменение давления воздуха, фильтрующегося в грунте, на пяти уровнях. Установленное, таким образом, распределение давлений воздуха в грунте при разрушении его ножом дреноукладчика показано на рисунке 2.5.
Для определения перемещений грунта, расположенного перед ножом, под действием сжатого воздуха на поврехности грунта по направлению перемещения ножа в различных точках распологались пластинки, на которые опирались головки индикаторов часового типа.Вначале производился процесс резания грунта традиционным ножом, в ходе процесса осуществлялась остановка ножа и после этого были установлены индикаторы. Далее подача сжатого воздуха производилась.с.одновременным наблюдением за показаниями индикаторов (рис.2.б.).Этот процесс повторялся несколько раз в каждой точке. В результате проведения этой серии опытов установлено,что подвод воздуха вызывает подъем расположенного перед ножом разрушенного грунта на высоту от 0,06 до 0,48 мм . Большие значения относятся к пластинкам, располо-гавшимся вблизи ножа.
В ходе постановки опытов регистрировались также поперечные размеры зоны разрушения грунта на его поверхности Д , критическая глубина резания Нкр, на основании чего в последствии рассчитывались величины углов наклона граней боковых разрушений, грунта при подаче воздуха и без таковой (рис.2.7). шения грунта имеет место фильтрация воздуха к поверхности массива, по ходу движения ножа, в поперечном направлении и вглубь массива. Максимальное давление зафиксировано в точках, расположенных в непосредственной близости от места подачи. С увеличением расстояния от места подачи воздуха давление фильтрующегося воздуха изменяется по замедленно убывающей зависимости и на поверхности грунта становится равным атмосферному. Замедленное снижение давления воздуха объясняется небольшим значением коэффициента проницаемости грунта в зоне его разрушения. Наблюдалось также движение воздуха по боковым граням ножа в сторону, противоположную его перемещению. Часть воздуха выходит через трещины, образующиеся на поверхности грунта перед ножом.
Вышеизложенные результаты экспериментальных исследований позволили перейти к разработке аналитической модели процесса глубокого резания грунта с подачей сжатого воздуха, и на основе анализа разработанной модели установить возможности снижения усилия глубокого резания при рациональных условиях подачи воздуха. Решение данной задачи рассматривается в следующем разделе.
