Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние вопроса. цель и задачи исследования
1.1 Анализ скребков и резцов экскаваторов непрерывного действия, обзор выпускаемых моделей траншейных цепных экскаваторов 9
1.1.1 Обзор российских патентов 21
1.1.2 Обзор зарубежных патентов 23
1.2 Обзор исследований взаимодействия рабочих органов
траншейных цепных экскаваторов с грунтом 28
1.3 Выводы. Цели и задачи исследования 37
ГЛАВА 2 Теоретические исследования процесса копания грунта скребком траншейного цепного экскаватора
2.1 Обоснование конструкции скребка 39
2.2 Выбор методики теоретического исследования процесса копания грунта скребком со ступенчатой режущей кромкой 41
2.3 Определение силы сопротивления копанию грунта скребком со ступенчатой режущей кромкой 51
2.4 Влияние ширины выступающей средней части скребка на силу сопротивления копанию грунта 69
2.5 Определение рационального значения ширины и вылета выступающей части скребка 73
Выводы 76
ГЛАВА 3 Экспериментальные исследования
3.1 Цели и задачи исследования 79
3.2 Методика проведения экспериментальных исследований 79
3.3 Описание лабораторной установки 88
3.4 Определение числа повторных опытов 89
3.5 Обработка экспериментальных данных 90
3.6 Результаты экспериментальных исследований
3.6.1 Влияние формы режущей кромки скребка на силу сопротивления копанию 93
3.6.2 Влияние толщины стружки на силу сопротивления
копанию грунта 95
3.6.3 Влияние угла резания на силу сопротивления копанию грунта 98
3.6.4 Влияние на силу сопротивления копанию грунта
схемы резания 103
3.7 Проверка точности математической модели 106
Выводы 108
ГЛАВА 4 Методика определения конструктивных параметров скребков траншейного цепного экскаватора
4.1 Определение конструктивных параметров скребков 111
4.2 Определение удельной энергоемкости процесса копания грунта 117
4.3 Определение производительности траншейного цепного экскаватора со скребковым рабочим органом 124
Выводы 125
Основные результаты исследования и выводы 126
Список литературы
- Обзор российских патентов
- Влияние ширины выступающей средней части скребка на силу сопротивления копанию грунта
- Описание лабораторной установки
- Определение удельной энергоемкости процесса копания грунта
Введение к работе
Актуальность работы. Возрастающий объем земляных работ, связанный с планами развития как отдельных субъектов Российской Федерации, так и страны в целом, требует применения новых, более эффективных и производительных, машин. Большой объем работ приходится на строительство трубопроводов для водоснабжения и газификации инфраструктуры. В связи с этим встает вопрос о создании новых и модернизации имеющихся образцов землеройной техники, особенно траншейных цепных экскаваторов (ЭТЦ).
Данный вид техники имеет ряд преимуществ: позволяет механизировать наиболее трудоемкие процессы при землеройных работах, обеспечивает возможность разрабатывать траншеи различной глубины и ширины с ровными стенками, снижает вероятность обрушения грунта в траншею, а сменные рабочие органы позволяют работать с грунтами разных категорий.
Кроме того, по сравнению с одноковшовым экскаватором, траншейный экскаватор разрабатывает меньшее количество грунта при одинаковых параметрах траншеи. Таким образом, применение ЭТЦ позволяет значительно сократить объем работ.
Приоритетными областями применения траншейных цепных экскаваторов являются:
строительство разводящих газопроводов, водопроводов и других трубопроводных коммуникаций в населенных пунктах и между ними;
вскрытие ранее уложенных трубопроводов с целью их замены или ремонта;
разработка траншей для укладки кабеля.
Возрастающие темпы строительства в нашей стране и улучшение коммунального и бытового обслуживания населения требуют серьезного внимания к механизации траншейных работ. В настоящее время механизированная разработка траншей для инженерных коммуникаций выполняется, в основном, одноковшовыми экскаваторами, так как траншейных скребковых экскаваторов на строительных объектах недостаточно, и их номенклатура не соответствует разнообразным требованиям современного строительства.
Увеличение объемов работ и сокращение сроков строительства определяют необходимость повышения производительности ЭТЦ. Основным фактором, ограничивающим рост производительности, является низкая транспортирующая способность скребкового рабочего органа для разработки грунтов І-Ш категорий.
В связи с этим особую актуальность приобретают вопросы повышения производительности за счет применения новых конструкций скребков, что является эффективным средством снижения энергоемкости, себестоимости разработки грунта и сроков строительства подземных коммуникаций.
Для создания эффективной формы скребка необходимо провести поиск новых конструктивных решений, провести теоретические и экспериментальные исследования процесса взаимодействия скребков с грунтом.
В настоящее время на российском рынке не представлено широкого модельного ряда скребков, которые могут быть использованы на рабочем органе ЭТЦ. Это положение дел в конструировании экскаваторов непрерывного действия связано с отсутствием нормативных документов и рекомендаций по выбору наилучшей геометрической формы режущего инструмента для разработки грунтов I-III категорий и оснащения им рабочего оборудования машин этого класса.
Цель работы: повышение эффективности копания грунта траншейным цепным экскаватором путем теоретического и экспериментального обоснования конструктивных параметров скребков.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
Провести теоретические исследования взаимодействия скребка траншейного цепного экскаватора с грунтом с учетом влияния конструктивных параметров (ширина скребка, угол резания, форма режущей кромки) на силу сопротивления копанию грунта;
Разработать и изготовить экспериментальную установку и режущие элементы для проведения лабораторного эксперимента;
Экспериментально исследовать влияние формы режущей кромки на значение силы сопротивления копанию и влияние угла резания на транспортирующую способность скребка;
Разработать методику определения конструктивных параметров (ширина, высота, угол резания) скребков в зависимости от физико-механических свойств грунта, параметров траншеи и мощности двигателя базовой машины;
Проверить сходимость результатов теоретических расчетов с экспериментальными данными.
Объектом исследования является процесс взаимодействия скребков ЭТЦ с грунтом.
Предмет исследования - установление закономерности влияния конструктивных параметров скребков на удельную энергоемкость копания грунта.
Методы исследования. Обзор, анализ и обобщение результатов выполненных исследований; теоретические исследования, основанные на положениях теории предельного равновесия грунта; экспериментальные исследования основаны на использовании современной контрольно-измерительной аппаратуры, теории планирования и обработки экспериментальных данных.
Научная новизна работы:
Получена зависимость для определения силы сопротивления копанию грунта скребками ЭТЦ, которая учитывает образование напряженных зон грунта перед скребком, угол резания, форму режущей кромки, массу срезанного грунта на скребке в процессе движения по забою;
Обоснованы рациональные значения угла резания, параметры (ширина и вылет) средней части скребка;
Получены уравнения регрессии изменения силы сопротивления копанию грунта скребком от изменения угла резания, толщины срезаемой стружки и схемы резания грунта;
Выявлен характер влияния различных конструкций скребков на удельную энергоемкость процесса копания грунта;
Разработана методика определения конструктивных параметров (ширина, высота, угол резания) скребков в зависимости от физико-механических свойств грунта, параметров траншеи и мощности двигателя базовой машины. Практическая ценность работы:
1. Разработаны конструкции режущих элементов, подтвержденные патентами; на основе патента на полезную модель № 86202 изготовлены образцы скребков;
2. Использование разработок и результатов исследований в учебном процессе по специальностям и направлениям подготовки кадров высшей квалификации. На защиту выносятся:
теоретические исследования взаимодействия скребка ЭТЦ с грунтом;
экспериментальные исследования процесса копания грунта предлагаемыми скребками;
уравнения регрессии процесса копания грунта;
методика определения конструктивных параметров скребков ЭТЦ.
Достоверность научных положений, изложенных в работе, подтверждается
экспериментальными исследованиями в лабораторных условиях.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на заседаниях кафедры «Техника для строительства и сервиса нефтегазовых комплексов и инфраструктур» СибАДИ 25.04.2011, 07.07.2011 и 16.09.2011, на заседании экспертного совета факультета «Нефтегазовая и строительная техника» 28.09.2011, на 63-й научно-технической конференции ГОУ «СибАДИ» (Омск, 2009 г.), на X научно-технической конференции молодежи ОАО «Транссибнефть» (Омск, 2009 г.), на V Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования» (Омск, 2010 г.), на III Всероссийской молодежной научно-технической конференции «РОССИЯ МОЛОДАЯ: передовые технологии в промышленность» (Омск, 2010 г.), на VI Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования» ГОУ СибАДИ (Омск, 2011 г.).
Реализация результатов работы. Результаты исследований приняты к внедрению в отраслевом институте «ОМСКГАЗТЕХНОЛОГИЯ» ОАО «Газпром» и используются в учебном процессе на кафедре «Техника для строительства и сервиса нефтегазовых комплексов и инфраструктур, при проведении лабораторных работ по курсу «Машины для земляных работ».
Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 6 статьях, из них 2 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК Минобрнауки РФ, получено три патента на полезную модель.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы, включающего 128 наименований и трех приложений. Работа изложена на 160 страницах и включает 19 таблиц и 53 рисунка.
Обзор российских патентов
В СССР скребковый рабочий орган был применен на траншейном экскаваторе ЭТН-122 и последующих его модификациях [39, 62]. Эти машины комплектовались двумя сменнымицепями для разработкилраншей ширинЬй«0,2 и; 0,4 м. На цепях устанавливались,скребки различных размеров (рис. Г. 1 а): Каждый скребок разрабатывал определенную по ширине часть траншеи: В скребках этой конструкции; не исключена возможность, заклинивания грунта между двумя: параллельными поверхностями.:Процесс резанияізаменяется процессом?сжатия.и сколом грунта, который значительно увеличивает лобовое сопротивление, сопровождающееся возрастанием энергоемкости резания грунта.
Скребки экскаватора- ЭТН1124 .имели; удовлетворительную выносную способность только при ширине траншеи, 0,2 м и глубине 0;6 - 0;8 м. Пересыпание грунта: через- скребки приводило к снижению транспортирующей способности, а увеличение толщины срезаемой; стружки вело к заклиниванию грунта, следовательно, увеличивалась удельная энергоемкость процесса копания грунта.
На рабочем органе, траншейного экскаватора Дг510Е, представляющего навесное оборудование к малогабаритному тягачу D-456, установлены скребки двух размеров шириной 150 и-250 мм (рис:, 1.1; б)- разрабатывающие грунт по четырем линиям- резания; Режущие элементы соединялись двумя планками, с помощью которых крепились к втулочно-роликовой цепи. Скребок меньшего размера не только резал грунт, но и скалывал его в зоне между двумя режущими гранями. Следующий за ним режущий элемент разрабатывал грунт по двум линиям резания, что позволяло- работать ему по- полублокированной; схеме резания.
Процесс разработки грунта этими скребками менее энергоемок, чем рабочим органом ЭТН-124. Транспортирующая способность скребков и производительность траншеекопателя Д-510Е сравнительно низкая. а) б) в) Из зарубежных машин можно отметить голландскую фирму AMS [105], выпускавшую траншейный экскаватор для строительства горизонтального дренажа. Режущие элементы, которыми оснащалась машина, были расставлены на цепи в шахматном порядке. Форму режущего элемента можно сравнить с плугом. Передние резцы срезали грунт и отбрасывали их в зону следующего за ним транспортирующего скребка, который выносил грунт на поверхность. Такая форма скребка исключала заклинивание грунта между режущими элементами.
Аналогичный режущий инструмент был установлен на ряд машин данной фирмы. Также на зарубежных машинах непрерывного действия устанавливали Г — образные режущие элементы (рис. 1.1 г). Скребки имели удлиненную монтажную часть и устанавливались несимметрично вдоль оси рабочей цепи. За серией режущих скребков устанавливали транспортирующие лопатки с плоской передней стенкой. Количество лопаток зависит от свойств грунта. При работе в сухих песчаных и супесчаных, когда режущие элементы почти не выносят грунт, их количество максимальное, а при работе на влажных и липких грунтах транспортирующие лопатки отсутствуют. Скребки Г — образной формы эффективно разрабатывают связные грунты без каменистых включений и обладают наиболее низкой энергоемкостью разработки грунта по сравнению- со скребками других форм.
Для работы на тяжелых грунтах с высокой влажностью без каменистых включений хорошо проявили себя рабочие органы ЭТЦ марки «Мара-55» (Финляндия) (рис. 1.1 е). Режущая-кромка скребка выполнена по окружности. Форма скребка представляет собой усеченный конус, меньшее основание которого смещено так, что верхняя образующая линия перпендикулярна большому основанию. Для эффективной работа траншейного экскаватора в его конструкции предусмотрено очистное устройство - нож, закрепленный на раме рабочего органа. Скребки очищались при переходе через ведущую звездочку.
Главной проблемой ЭТЦ, выпускаемых в СССР, были простои машины по причине отсутствия или неподготовленности фронта работ и в период сезонного промерзания грунтов из-за отсутствия сменного оборудования. Одним из.решений было применить на экскаваторах ЭТЦ-161 и ЭТЦ-165 скребково-баровые цепи, предназначенные для крепких и мерзлых грунтов [30, 95, 96, 97, 98]. Режуще-транспортирующие элементы на цепи экскаватора расположены поблочно; в пяти блоках по пять скребков. Режущими элементами выступали резцы И90МБ.
Выпускаемые машины предназначались для рытья траншей глубиной 1,25; 1,6; 2; 2,5; 4; 6 м и шириной 0,25; 0,4; 0,5; 0,7; 1; 1,2; 1,6 м [45, 68, 83, 84].
Скребки, предлагаемые российскими производителями для летнего варианта режущих цепей, которые используются на всех ЭТЦ, выпускаемых в РФ не имеет широкого модельного ряда и для каждой модели одинаковы. Самый распространенный тип резцов это эллиптические или С-образные скребки. Анализ конструкций по технической литературе и проведенный патентный.поиск показал, И что эллиптические резцы имеют ряд недостатков, и применение их ограничено. Основными недостатками являются отсутствие четкой границы перехода от вертикального к горизонтальному резанию, что не позволяет создавать дополнительной концентрации напряжений в грунте и снижать энергоемкость его резания. Другой недостаток - это залипание грунта в скребке. Эта масса грунта, перемещаемая на резцах, создает дополнительные нагрузки на цепь и соответственно на привод рабочего органа, снижая производительность машины (рис. 1.1). На (рис. 1.2) показаны летние режущие цепи с С - образными и Г -образными скребками.
Влияние ширины выступающей средней части скребка на силу сопротивления копанию грунта
Теория, основанная на понятии о предельном равновесии грунта, позволяет определить силу сопротивления резанию и копанию при условии, что известны параметры рабочего органа, режим работы и параметры грунта: плотность, углы внутреннего и внешнего трения и удельное сцепление; также позволяет анализировать процесс резания и копания грунта землеройными машинами, как в качественном, так и в количественном отношении, и освобождает от трудоемких и длительных экспериментальных работ по определению сил сопротивления грунтов резанию и копанию.
Некоторые рассмотренные теории резания грунтов базируются преимущественно на экспериментальных данных. Сила сопротивления резанию обуславливается влиянием большого количества факторов: свойствами и состоянием грунта, формой и размерами режущего инструмента, состоянием рабочих поверхностей и т.д. Охватить все сочетания свойств грунта и параметры рабочих органов экспериментальным путем работа очень трудоемкая.
Разнообразие методов определения силы сопротивления резанию, имеющих принципиальные различия дают разные результаты для одних и тех же условий.
Использование для этой цели известных зависимостей для элементарных профилей и обычных прямолинейных ножей, не представляется возможным, так как процесс отделения грунта от массива скребком со ступенчатой режущей кромкой имеет свои отличия.
На кафедре «Дорожные машины» СибАДИ было выполнено большое количество работ, в которых методы расчета были основаны на теории резания и копания грунта, предложенные д.т.н., проф. К.А. Артемьевым [14, 15, 16].
Экспериментальная проверка этих методов показала хорошую сходимость теоретических и экспериментальных данных.
Для дальнейшего исследования в данной работе будет применяться метод д.т.н. проф. К.А. Артемьева как наиболее точный и имеющий более глубокое теоретическое обоснование. Аналитическое решение для определения силы сопротивления копанию грунта проводится на основе теории предельного равновесия грунта с использованием основных положений и методов расчета сил резания грунта для прямолинейного ножа с острой режущей кромкой, предложенных д-ром техн. наук, проф. К.А. Артемьевым. [15].
Уподобляя силу сопротивления грунта сжатию, пассивному отпору, определяем значение пассивной силы сопротивления грунта, действующей на грани ножа.
Анализ схемы расстановки скребков на цепи показывает, что для них характерно блокированное и полублокированное резание.
Рассмотрим блокированное копание предлагаемым скребком со ступенчатой режущей кромкой. Процесс копания грунта рассматривается как периодически повторяющиеся сколы вырезаемой стружки, вызываемые давлением выступающей средней и боковыми частями режущей кромки с ломанной передней гранью (рис. 2.2).
Зная параметры грунта и ножа, определяем направления площадок скольжения в грунте. Направления площадок скольжения в грунте и силы, действующие на грани скребка, определяются раздельно для каждой грани. У
Разрабатывая траншею, скребки совершают сложное движение — относительное вместе с цепью и переносное, обусловленное движением базовой машины. В данном исследовании рассматривается процесс копания грунта на прямолинейном участке, так как траншейный цепной экскаватор - это машина, для которой характерны определенные режимы работы, которые зависят от физико-механических свойств грунта и параметров траншеи, поэтому постоянные параметры (скорость цепи и передвижения базовой машины), приводят к разработке забоя постоянной толщиной стружки, которую можно определить по выражению [49]
Для получения поверхностей скольжения строятся характеристические круги С.С. Голушкевича. Этот метод является простым и его можно применять для любых значений угла наклона подпорной стенки. Данное построение позволяет найти направление площадок скольжения, через края данной площадки (рис. 2.2).
Сила сопротивления копанию грунта скребком с выступающей средней частью может быть определена на основании следующей зависимости Е = Е1+Е2.+ Е3+Е4, (2.13) где Et = Еи + Еи = Е + Е 1 + Е"1 + Е + E F - сила сопротивления копанию грунта выступающей частью скребка (рис.2.2), Н; Е2 = 2[(Е ас + Е ) - {Е с + Е с) + ECR + E2DeNCR + Е ] - сила сопротивления копанию грунта боковыми гранями скребка (рис 2.2), Н; Е3 - сила сопротивления копанию грунта вертикальным ножом, Н; Е4 - сила сопротивления от массы срезанного грунта на скребке, Н. Определим силу сопротивления копанию грунта на выступающей части скребкаа. Для этого находим поверхности скольжения для грани АС, а затем находим поверхности скольжения для грани АВ, принимая за поверхность грунта горизонтальную плоскость, проведенную через точку перелома граней скребка. Как следует из расчетной схемы (рис. 2.2) в призме выпирания, создаваемой гранью АС имеется только одна поверхность скольжения AM параллельная оЪ (рис. 2.5), поэтому силу, возникающую на грани АС можно определить как для ножа с острой режущей кромкой. В процессе копания грунта на элементарную площадку ds грани АС действует нормальная dNx и касательная dTx составляющие результирующей силы сопротивления dEx (рис.2.2)
Описание лабораторной установки
Аналогично вышесказанному, определяем оптимальное значение ширин -, выступающей средней части. Изменение кр и V от отношения Ьсрч/ЬСК показац на рис. 2.15. Минимальное значение удельного сопротивления копани —-,. приходится на промежуток от 2,5 до 4 см. Изменения объема срезанного грунт при изменении ширины средней части происходит нелинейно, noaTo yjp максимальное значение V получим при b = Ьс . Но такое условие приведе- увеличению удельного сопротивления копанию. Рекомендуемые значеї: отношения Ьср„1Ьск находятся в промежутке от 0,25 до 0,4. Значе Ьсрм,ьск =0 4 предпочтительнее из-за объема срезаемого грунта.
Во второй главе были проведены теоретические исследова г взаимодействия с грунтом скребка со ступенчатой режущей кромке— базирующиеся на теории предельного равновесия грунта. Изложенный м . аналитического определения составляющих силы сопротивления КОПЕ Ц позволяет отметить следующее:
1. Получена зависимость для определения силы сопротивления Konat грунта скребком ЭТЦ, которая учитывает образование напряженных фунта перед скребком, угол резания, форму режущей кромки и срезанного грунта на скребке в процессе движения по забою;
2. Увеличение угла резания ведет к изменению угла наклона подпои стенки. В результате изменяется размер срезаемого элемента стру размеры напряженных зон перед гранями скребка и сила сцеплен площадке скольжения, а также меняется масса грунта на скребке влияет на силу сопротивления копанию и учтено в вышеописанных выражениях.
3. Разработанный метод расчета полной силы сопротивления копанию грунта на основе теории предельного равновесия грунта отражает конструктивные особенности скребка и позволяет проанализировать влияние угла резания на процесс копания грунта.
4. По выражению, полученному в результате теоретического исследования, была рассчитана сила сопротивления копанию грунта для разной ширины средней выступающей части скребка и угла установки грани DNCR.
5. Построенные графики при разных физико-механичесих свойств грунта показывают, что рациональное значение ширины средней части скребка лежит в пределах 0,02-0,04 м.
6. На основании полученных аналитических зависимостей были определены рациональные параметры вылета средней части скребка. Рекомендуемые значения вылета / лежат в пределах 0,02-0,03 м. ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Современные методы планирования эксперимента и обработки его результатов, разработанные на основе теории вероятностей и математической статистики, позволяют существенно сократить число опытов необходимых для проведения эксперимента. Использование этих методов делает работу более целенаправленной и организованной, что существенно повышает надежность получаемых результатов.
С целью проверки и сравнения теоретических результатов с данными, полученными в ходе эксперимента, были проведены исследования скребка со ступенчатой режущей кромкой в лабораторных условиях. В задачи экспериментального исследования входило: получить численные значения силы сопротивления копанию грунта скребками с разной формой режущей кромки; установить влияние факторов (угол резания, толщина срезаемой, схема взаимодействия) на значение силы сопротивления копанию грунта; получить значения транспортирующей способности исследуемого режущего элемента; проверить сходимость результатов теоретических расчетов с экспериментальными данными.
Экспериментальные исследования проводились в лаборатории «Грунтовый канал» СибАДИ на спроектированной и изготовленной экспериментальной установке (рис. 3.6).
Грунтовый канал с установленными по бокам железнодорожными рельсами имеет длину 20 м, ширину 2,5 м и глубину 2м.
Для проведения экспериментальных исследований использовалась тензометрическая тележка, перемещаемая по рельсам с помощью главной лебедки, установленной в конце грунтового канала (рис. 3.5). На переднюю часть тензометрическои тележки навешивается экспериментальная установка, которая состоит из направляющей балки и тележки со скребками (рис. 3.11).
Измерительная аппаратура состоит из тензозвена, усилителя и элемента бесперебойного питания. Питание усилителя и элемента бесперебойного питания производилось от сети 220 В.
Подготовка грунта проводилась следующим образом:
1. Рыхление грунта при помощи»рыхлителя на глубину 0,2 м.
2. Полив грунта по проходам рыхлителя с тем, чтобы равномерно перемешать грунт и добиться одинаковой влажности по длине выбранного для эксперимента участка.
Уплотнение грунта производилось при1 помощи вальца массой 3,3 т, который прицеплялся к тензометрическои тележке и двигался в месте с ней,(рис. 3.9,а). Число проходов выбиралось исходя из необходимой плотности грунта, определяемой динамическим плотномером ДорНИИ.
Для проведения эксперимента откапывался приямок, размером 100x100x80 см и торцевая.стенка приямка срезалась под углом необходимым для проведения исследования.
В период-подготовки и проведения эксперимента проверялась влажность грунта на приборе «Влагомер - 20».
Перед началом эксперимента проводились контрольные замеры влажности грунта весовым способом по ГОСТу 5180 — 84. Плотность грунта замерялась методом режущих колец по ГОСТу 5180 - 84, сцепление и угол внутреннего трения определялись по ГОСТу 12248 - 96 с помощью1 полевой грунтовой лаборатории П-10.
При получении необходимых свойств грунта, тензометрическая тележка с экспериментальной установкой устанавливались таким образом, чтобы при резании грунта стружка срезалась заданной толщины под установленным углом резания скребка и углом наклона направляющей балки. Величина срезаемой стружки контролировалась линейкой и рулеткой, а угол резания и угол наклона направляющей балки измерялись угломером (рис. 3.7).
В ходе эксперимента определялась сила сопротивления холостого хода тележки на разных углах наклона направляющей балки.
Силу сопротивления холостому ходу и силу сопротивления копанию грунта измеряли с помощью тензометрическои тяги, которую устанавливали перед тележкой со скребками (рис. 3.10). На тензометрическую тягу наклеены проволочные датчики сопротивления на бумажной основе с базой 20 мм и сопротивлением 199,2 ±0,1 Ом, соединенные в полумостовую схему.
Тарирование тензозвена проводилось на специальном стенде (рис. 3.8, б) с помощью динамометра ДПУ-5-2 ГОСТ 9409-60. Показания тензометрических датчиков поступали на компьютер (рис. 3.8, в) и обрабатывались программой «TENZO». После обработки строился тарировочный график.
Определение удельной энергоемкости процесса копания грунта
Еще одним важным фактором, который необходимо учитывать это схема расстановки режущих элементов на цепи [114, 115]. Предлагаемые схемы расстановки скребков показаны в таблице 4.1. В расстановке применены L-образные режущие элементы в сочетании с эллиптическими резцами. Схема "б" предназначена для разработки траншеи шириной 640 мм.
В предлагаемых схемах расстановки скребков для ширины траншея 2O0V лпп мм скребки, установленные в таком порядке работают по схеме блокиро полублокированного резания, что создает меньшие нагрузки і на привод rj — органа. Режущие элементы на цепи расположены-по определенному rrorjsr после прохода одного блока скребков, разрабатывающих траццтет определенную ширину, схема расстановки повторяется. Такое расц0л позволяет равномерно распределить нагрузку на цепь экскаватора.
В патент № 4924609 схема расстановки режущих элементов (табл л. т а,б) позволяет разрабатывать, более широкую траншею по сравтт т-т вышеописанной расстановкой: В схеме используются шесть L — образных г е два эллиптических. Схема начинается с резца 76 установленного справой стороны цепи 75 и на внутренней стороне крепежной пластины цепи, а режущая часть резца направлена в сторону от осевой линии цепи. Следующий за ним через интервал резец 78 установлен с внешне стороны крепежной пластины цепи, но между крепежной частью резца и крепежной частью пластины расположены три металлические вставки 92 и режущая часть направлена к осевой линии цепт Таким образом; режущая і часть резца 76 закрывает режущую часть резцаі78 и защищает ее от сильного износа. На; левой- стороне цепи аналогично установлены режунще элементы 80 и 8 Г. Затем справой стороны цепи с использование Трех металлических пластин установлен резец 84 с режущей частью, направленной в строну от осевой линии, цепи и через; интервал на левой стороне цепи аналогично установлен-резец 86. Резцы 84 и 86 расширяют траншею и защищают режущие кромки эллиптических резцов 88 и 90 от износа. Заканчивают схему эллиптические резцы 88 и 90. Они следуют за резцами 84 и 86,. расположены с шагом по отношению друг к другу справой и с левой стороны, цепи формируют ее стенки. Изогнутая внешняя сторона резцов 88 и 90 направлена от оси цепи, а между крепежной частью резцов и пластины цепи расположены три металлические вставки. 92.
Другая схема расстановки позволяет разрабатывать траншею шириной 0,64 м. В схеме задействованы шестнадцать L - образных резцов и два эллиптических. Схема начинается с резца 100 установленного справой стороны цепи 75 и на внутренней стороне крепежной пластины цепиГа режущая часть резца направлена в сторону от осевой линии цепи. Через интервал на держателе 101, закрепленного поперек цепи с его противоположных сторон расположены резцы 102 и 104, режущие части которых направлены в сторону осевой линии цепи. Через интервал с правой стороны цепи установлен резец 106, режущая часть которого направлена в сторону осевой линии цепи, а между крепежной частью резца 106 и крепежной частью пластины расположены, три металлические вставки 107. Режущая часть резца 100 перекрывает режущую . часть резца 106, тем самым режущая часть резца 106-не испытывает действие большого сопротивления резанию и не подвергается сильному износу. Далее-через интервал расположен держатель 101 с резцами 108 и 110, но их режущие части направлены в сторону от осевой? линии цепи. За держателем через интервал с левой стороны цепи следует резец 116; закрепленный- с внутренней стороны цепи, а его режущая часть направлена в сторону от осевой линии цепи. За ним через интервал на держателе 111, закрепленного поперек цепи, с его противоположных сторон расположены резцы 112 и 114, режущие части которых направлены в сторону осевой. линии цепи. Держатель 111, имеет большую длину чем держатель 101. За держателем 111 через интервал с левой стороны цепи на внутренней части пластины установлен резец 118 с режущей-частью направленной в сторону оси цепи.
Между крепежной частью резца 118 и крепежной частью пластины расположены три металлические вставки 120. Далее через интервал расположен держатель 111с резцами 122 и 124, а их режущие части направлены-в сторону от осевой линии цепи. За держателем 111 через интервал с правой стороны цепи следует резец 126, закрепленный с внешней стороны цепи, а его режущая часть направлена в сторону от осевой линии цепи. Между крепежной частьюрезца 126 и крепежной частью пластины расположены три металлические вставки 1281 Через интервал на держателе 111, закрепленного поперек цепи, с его противоположных сторон расположены резцы 130 и 132, режущие части которых направлены в сторону от осевой линии цепи. Между крепежной частью резца 130 и 132 и крепежной частью держателя 111 расположены три металлические вставки 134. Держатель 111 имеет большую длину, чем держатель, на котором расположены резцы 122 и 124. Далее через интервал за держателем 111 с левой стороны цепи следует резец 136, закрепленный с внешней стороны цепи, а его режущая часть направлена в сторону от осевой линии цепи. Между крепежной частью резца 126 и крепежной частью пластины расположены три металлические вставки 128. Заканчивают схему эллиптические резцы 140 и 142, установленные на держателе 111, закрепленного поперек цепи. Они следуют за резцами 130 и 132. Изогнутая внешняя сторона резцов 140 и 142 направлена от оси цепи, а между крепежной частью резцов и крепежной частью держателя расположены три металлические вставки. 144.
Плюсом схем расстановки является более продолжительный срок службы режущих элементов, потому что во всех схемах предусмотрено, что режущий элемент идущий впереди защищает от сильного износа наиболее нагруженную часть следующего за ним резца, а в схеме (табл. 5.1; рис. б) часть скребков работают по свободной схеме резания.
Выше описанное показывает важность схемы расстановки скребков. В гл. 3 данной работы экспериментально установлено, что работа скребков предлагаемой конструкции по свободной схеме резания грунта снижает сопротивление копанию в три раза по сравнению с блокированным и на 40 % по сравнению с полублокированным.
