Современные методы уплотнения грунтов. Выбор и расчет оборудования
.pdf
Расчет эксплуатационной производительности катка
Эксплуатационная производительность катка, м3/ч,
Пэ = L(B − A)H pkв ,
Lv +t n
где L – длина укатываемого участка, м; B – ширина укатываемой полосы, м;
H p – толщина слоя грунта в плотном теле, м;
А – величина перекрытия, A = 0,2 м; v – рабочая скорость катка, м/ч;
t – время, затрачиваемое на разворот катка в конце уча-
стка, t = 0,02 ч;
n – необходимое число проходов катка;
kв – коэффициент использования рабочего времени, kв = = 0,81...0,85.
3.4. Расчет вибрационных плит
Вибрационные плиты применяют для уплотнения грунтов, гравийно-щебеночных и других дорожно-строительных материалов в различных областях строительства.
Выбор основных показателей вибрационных плит [1]
К основным показателям виброплит относят размеры рабочей площади, вес, частоту колебаний, величину вынуждающей силы, скорость передвижения и мощность двигателя. Их выбирают на основании данных, найденных экспериментальным путем.
Минимальный размер площади основания виброплиты должен быть больше толщины уплотняемого слоя, т.е.
71
B ≥ h.
При выборе размера основания плиты в направлении движения можно пользоваться формулой
B = vt |
, |
n |
|
где v – скорость движения виброплиты, м/с; |
|
t – время, необходимое для |
полного уплотнения мате- |
риала; |
|
n – необходимое число проходов по одному месту.
По опытным данным длину основания плиты целесообразно принимать в размере 1–1,15 ее ширины.
Необходимое время вибрирования можно определить по формуле
t = Cn ,
где С – число повторностей приложения нагрузки, необходимое для доведения грунта до требуемой плотности;
n – число колебаний вибратора в минуту.
На основании опытных данных испытаний установлено, что для несвязных грунтов
C = 1,5 103...5 103.
Вес виброплиты выбирают по удельному статическому давлению, кгс/м2,
p = QF ,
где Q – вес виброплиты, кгс;
F – опорная площадь плиты, м2.
Опытами установлено, что для достижения предельной глубины уплотнения удельные статические давления целесообразно принимать (кгс/м2): 300…400 – переувлажненные пес-
72
ки при возможности стока избыточной воды; 600…1000 – пески оптимальной влажности; 1000…2000 – супесчаный грунт при влажности, близкой к оптимальной.
Для выбора частоты колебаний можно рекомендовать следующие значения, установленные на основании результатов испытаний вибромашин:
Удельное статическое давление, |
500…1000 |
1000…2000 |
кгс/м2 |
|
|
Частота колебаний в минуту |
2000…1200 |
1200…900 |
Средняя скорость передвижения плиты ориентировочно может быть определена по формуле
v |
= |
πνtgα |
, |
|
|||
ср |
|
π2ν2 +1 |
|
|
|
||
где ν – частота вращения дебалансов, за которое происходит один удар плиты;
α – угол наклона суммарной вынуждающей силы.
При проектировании виброплит максимальную скорость их передвижения следует принимать не более 20 м/мин.
Методика тягового расчета вибрационных плит
Мощность двигателя
Nдв = Nпер + Nв.д + Nтр,
где Nпер – мощность, затрачиваемая на передвижение виброп-
литы;
Nв.д – мощность, необходимая для поддержания колеба-
ний виброплиты;
Nтр – мощность, необходимая для преодоления трения в опорах вала вибратора;
73
|
Nпер = |
∑WRvср |
, |
|
75η |
||
|
|
|
|
где η |
– общий КПД передач от двигателя к вибратору; |
||
∑WR – суммарное сопротивление передвижению машины
∑WR =W1 +W2 +W3 +W4.
Сопротивление передвижению виброплиты по поверхности грунта
W1 =µ1Q,
где µ1 – коэффициент сопротивления перемещению виброп-
литы;
Q – вес виброплиты.
При стальных и чугунных плитах без учета сопротивления от перемещения призмы грунта
µ1 = 0,6...0,7.
Сопротивление на преодоление подъема уплотняемой поверхности
W2 =Qα,
где α – подъем, %.
Сопротивление призмы волочения уплотняемого материала перед площадкой виброплиты
W3 =µ2µ3Q1,
где µ2 – коэффициент внутреннего трения уплотняемого материала, для несвязных грунтов µ2 = 0,6…0,8;
µ3 – коэффициент сопротивления перемещению призмы волочения по грунту;
Q1 – вес призмы волочения.
74
Сопротивление от преодоления сил инерции
W4 = Qvgt ,
где v – скорость перемещения, м/с; t – время разгона.
Длина призмы уплотняемого материала примерно равна ширине площадки плиты, а высота – 0,6…0,8 высоты площадки. Угол естественного откоса примерно равен 45°.
3.5. Машины ударного действия. Расчет трамбовочных машин
Трамбовочные машины предназначены для послойного уплотнения тяжелых связных и несвязных грунтов слоями толщиной до 1,0…1,5 м и более, а также грунтов в естественном залегании.
Основными показателями рабочего органа трамбовочной машины со свободно падающими плитами являются: вес трамбующей плиты Q; высота падения Н; площадь основания плиты F (площадь контакта с грунтом).
Для измерения величины удара при трамбовании принято использовать удельный импульс удара i и весь эффект уплотнения рассматривать как функцию удельного импульса
i = |
I |
= |
Q |
2gH |
, |
F |
|
gF |
|||
|
|
|
|
где i – удельный импульс трамбующей плиты; I – общий импульс трамбующей плиты.
Рекомендуемые величины удельных импульсов, выбираемые исходя из их предельных значений, при которых наступает
разрушение грунта, следующие (кгс с/см2 ):
75
Малосвязные грунты (легкие и средние супеси) |
0,040…0,060 |
Грунты средней связности (тяжелые супеси |
0,06…0,100 |
и легкие суглинки) |
|
Грунты высокой степени связности (средние |
0,1…0,175 |
и тяжелые суглинки) |
|
Весьма связные грунты (тяжелые суглинки |
0,175…0,225 |
и глины) |
|
Обычно рекомендуемая величина удельного импульса составляет 0,8…0,9 величины предельного значения.
Оптимальную толщину уплотняемого слоя грунта определяют из соотношения
B ≥ (0,8....1,0)ho ,
где В – наименьший поперечный размер трамбующей плиты в плане;
hо – оптимальная толщина слоя грунта при трамбовании. ho = 0,7hпр,
где hпр – предельная толщина слоя грунта.
Работа одного удара трамбующей плиты при свободном ее падении определяется по формуле
A = QH.
Исходя из требований эффективного уплотнения грунта и конструктивных соображений обычно принимают Q = = 1000…3000 кгс; Н = 1…2 м.
Расчет параметров трамбовочной машины с кривошипно-полиспастным приводом плит
Исходными данными являются вес плиты Q, высота подъема плиты Н и удельный импульс удара i. Этими величинами следует задаваться исходя из требований уплотнения грунта.
76
Значение удельного импульса определяется из выражения i = 0,8...0,9iпр,
где iпр – предельный импульс.
Геометрические размеры трамбующей плиты определяют исходя из оптимальной толщины уплотняемого слоя грунта hо
и величины удельного импульса удара плиты i. Минимальный размер стороны прямоугольной (или диа-
метр круглой) трамбующей плиты в плане
В ≥ (0,8...1,0)ho ,
где ho – предельная толщина слоя грунта, определяемая экспериментальным путем для конкретных грунтовых условий, ho = 0,7hпр.
Радиус кривошипа, м,
R = 2Hn ,
где Н – высота подъема плиты, м;
n – кратность полиспаста или число его рабочих ветвей. Из конструктивных соображений и обеспечения наи-
меньшего расхода каната принимают n = 2; 4; 6, но не более. Расстояние центров блоков неподвижного звена полиспа-
ста до оси вала привода
A1 > R + Dбл;
для последующих ветвей
Аi ≥ (2i −1)R,
где R – радиус кривошипа, м;
Аi – расстояние центра i-го блока неподвижного звена до оси вала привода, м, i = 2; 3; 4; 5; …;
n – порядковый номер ветви полиспаста (кроме первой), начиная от заделки каната на раме машины.
77
Расстояние между центрами блока вне полиспаста должно удовлетворять условию
An ≥ 2Rn,
где An – расстояние между центрами блоков вне полиспаста.
Предельно допустимую угловую скорость вращения вала привода (с–1), при которой отсутствует выбег плиты, определяют по формуле
|
ω ≤ |
|
2g |
|
|
n |
|
|
, |
|
|
|
|
n |
|
|
|
||
|
пр |
|
H |
|
Ai |
|
|
||
|
|
|
|
∑ |
|
|
|||
|
|
|
|
A + |
R |
||||
|
|
|
|
|
i=1 |
i |
|
|
|
где |
g – ускорение свободного падения, м/с2; |
||||||||
|
Н – высота подъема плиты, м; |
|
|
|
|
||||
|
n – число ветвей полиспаста; |
|
|
|
|
||||
|
Аi – расстояние центра i-го блока неподвижного звена по- |
||||||||
лиспаста до оси вращения вала привода; |
|||||||||
|
R – радиус кривошипа, м. |
|
|
|
|
|
|
||
|
Предельно допустимая частота ударов трамбующей плиты |
||||||||
в минуту |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z |
|
= |
30 ω . |
|
|
|||
|
|
пр |
|
π |
пр |
|
|
|
|
|
Фактическая максимальная высота подъема плиты, м, |
||||||||
|
|
|
|
|
|
Q |
|||
|
Hф = Н − ∆к + |
|
, |
||||||
|
|
|
|
|
|
C |
|||
где |
Н – расчетная высота подъема плиты, м; |
||||||||
|
∆к – величина напуска (слабина) каната, м; |
||||||||
|
Q – вес плиты, кгс; |
|
|
|
|
|
|
|
|
С – приведенная жесткость подвески плиты, кгс/м. Практически, исходя из возможной осадки грунта, ∆к оп-
ределяют соотношением
78
0≤ ∆к ≤ (0,1...0,25)H ,
априведенную жесткость С подсчитывают по формуле
1 |
= |
1 |
+ |
1 |
+ |
1 |
, |
||
C |
C |
С |
С |
тр |
|||||
|
|
|
|
||||||
|
|
пруж |
|
кан |
|
|
|
||
где Cпруж – жесткость пружинного амортизатора подвески пли-
ты, кгс/м; Скан – жесткость каната, кгс/м;
Стр – приведенная жесткость трансмиссии, кгс/м.
Скорость подъема точки подвеса (захватного устройства) плиты, м/c,
v = H2ωsin ωt,
где Н – высота подъема, м; ω – угловая скорость вращения вала привода, с–1;
t – время подъема, с, причем
0 ≤t ≤ ωπ.
Мощность двигателя для подъема плиты на трамбующей машине определяется в следующей последовательности:
– работа, затрачиваемая на подъем одной плиты, кгс/м,
A = QH;
– время подъема плиты, с,
T= ωπ;
–мощность двигателя, л.с.,
N |
дв |
= |
QHω |
, |
|
π0,75η |
|||||
|
|
|
|||
|
|
|
общ |
|
79
где Q – вес плиты, кгс;
Н– высота подъема плиты, м;
ω– угловая скорость вращения вала привода, с–1;
ηобщ – общий КПД привода, ηобщ = ηтрηп ; ηтр – КПД трансмиссии, определяемый в зависимости от типа и конструкции трансмиссии; ηп – КПД полиспаста.
Производительность трамбованной машины с кривошип- но-полиспастным приводом плит определяется следующим образом.
Скорость передвижения, м/с,
vтр.м = Вπω ,
2 bп
где В – минимальный (по ходу машины) размер плиты
вплане, м;
ω– угловая скорость вращения вала привода, с–1;
bп – необходимое перекрытие в ударах плиты по одному следу, bп = 6 (8;12);
2 ωπ – промежуток времени между двумя ударами одной
плиты, с.
Ширина полосы, уплотняемой за один проход машины, м,
Ш = ξ(L +a),
где ξ – число плит, расположенных по фронту работ в один ряд;
L – ширина одной плиты, м;
a – расстояние между плитами в одном ряду, м. Максимальное значение нагрузки на канат (кгс), возни-
кающей при подъеме трамбующей плиты, определяем по выражению
80