книги / Траншейные экскаваторы

деформации. Разжиженный грунт, состоящий из мелких частиц и лишенный практически способности к сопротивлению дефор­ мациям, называют плывуном.

Пластичность. Способность грунта принимать под действием внешних сил без разрушения связи между частицами любую форму называют пластичностью. При увеличении влажности си­ ла связи между частицами пластичного грунта уменьшается и при значительной влажности он переходит в текущее состояние. Большинство влажных пластичных грунтов (глины, суглинки и др.) при малом содержании в них песка имеет повышенную липкость, затрудняющую выполнение операций, связанных с их разгрузкой.

Липкость. Свойство грунта прилипать к различным материа­ лам называется липкостью. Усилие, затрачиваемое на сдвиг или

грунта по грунту — определяют по тангенсу угла ф естественно­ го откоса грунта (табл. 4), образующегося при его отсыпке. По коэффициенту внутреннего трения определяют возможный объ­ ем ковша при заполнении его с шапкой, форму отвала, отсы­ панного конвейером (рис. 49), безопасное расположение маши­ ны от края траншеи.

Коэффициент внешнего трения (табл. 5) — коэффициент тре­ ния между грунтом и материалом рабочего или транспортирую-

71

Рис. 49. Зависимость формы отвала грунта и безопасного расположения машины от угла естественного откоса

щего‘органа—дает возможность определить угол наклона теч­ ки или стенки бункера, по которой должен ссыпаться грунт, уг­ лы наклона ковшей в начале отсыпки.

Прочность. Грунты в естественном состоянии при положи­ тельных температурах обычно имеют незначительную прочность. Она существенно увеличивается при отрицательных темпера­ турах. При этом прочность мерзлых грунтов и пород на растя­ жение в 20—30 раз меньше, чем прочность на одноосное сжа­ тие. В этих условиях более эффективно работают рабочие орга­ ны, отделяющие грунт от массива отрывом. При положитель­ ных температурах в процессе вдавливания в грунт рабочего ор­ гана или опорной поверхности ходовой части экскаватора под ними происходят деформации, обусловленные всесторонним сжатием. Чем ближе к поверхности грунта расположен эле­ мент, тем меньше влияние всестороннего сжатия.

При этом усилие, необходимое для вдавливания, во много раз меньше, чем при вдавливании на значительную глубину. Нагрузку на 1 см2, необходимую для вдавливания на 1 см, на­

Сопротивление грунта резанию характеризуется удельным сопротивлением чистого резания (k\ в кгс/см2), т. е. усилием,

отнесенным к единице площади поперечного сечения вырезаемого пласта грунта.

Величина k\ изменяется в больших пределах, так как зави­

сит от режима работы, параметров рабочего органа и парамет­ ров грунта: объемной массы, углов внутреннего и внешнего трения. Перечисленные параметры грунта в основном опреде­

72

2.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА С ГРУНТОМ

ИКЛАССИФИКАЦИЯ ГРУНТОВ ПО ТРУДНОСТИ РАЗРАБОТКИ

Сопротивление грунта разработке рабочими органами тран­ шейных экскаваторов зависит от конструкции рабочего органа, а также характера рабочего процесса и является сопротивле­ нием резанию грунта или сопротивлением копанию. Резание грунта — процесс отделения стружки грунта от забоя траншеи; копание грунта — сложный процесс, состоящий из резания грун­ та, его перемещения по рабочему органу, а также наполнения ковшей в ковшовых рабочих органах.

Процесс отделения стружки от массива для обычных грун­ тов протекает следующим образом. Режущая кромка, врезаясь в грунт, деформирует его. У передней грани образуется уплот­ ненное ядро. В результате действия режущей кромки на грунт силы давления в зоне передней кромки и ядра уравновешива­ ют силы сопротивления сдвигу, в плоскости скольжения возни­ кает сдвиг или отрыв части грунта и начинается отделение стружки. Затем вновь грунт уплотняется и процесс повторяется.

Размеры ядра в процессе резания изменяются, а само ядро периодически обновляется. Размеры ядра и зоны сдвига зави­ сят от геометрии режущей кромки, размеров стружки и физико­ механических свойств грунта. Для каждого вида и состояния грунта могут быть определены параметры режущей кромки и

режимы процесса резания, при которых энергоемкость отделе­ ния стружки будет наименьшей. Оптимальные усилия и режи­ мы выбирают на основании экспериментальных данных.

Срезанный режущей кромкой грунт (рис. 51) сдвигается вперед, одновременно перемещаясь по поверхности рабочего ор­ гана. При ковшовом рабочем органе часть грунта поступает в ковш, а часть образует перед режущей кромкой призму волоче­ ния. Размеры и объем этой призмы зависят от вида грунта,, конструкции и траектории движения рабочего органа.

Условия резания стружки бывают различными: блокирован­ ными, полусвободными и свободными. При блокированном ре­ зании (рис. 52, а) режущая часть рабочего. органа срезает стружку передней и двумя боковыми кромками, при полусво­ бодном (рис. 52,6) — передней и одной боковой кромками, при свободном (рис. 52, в) — только передней кромкой. Наиболее часто применяют полусвободное резание, в начале разработки забоя — обычно блокированное резание, а в конце процесса — свободное.

Основными параметрами, определяющими геометрические размеры режущей части рабочих органов и их положение в про­ цессе работы (см. рис. 51), являются длина режущей кромки, угол р заострения, задний угол у, передний угол о, угол а ре­ зания. Угол а резания — угол, образованный передней граньюножа или зуба и касательной к разрабатываемой поверхности. Угол р заострения режущей кромки — угол, образованный пе­ редней и задней гранями ножа или зуба. Задний угол у реза­ ния— угол, образованный задней гранью ножа или зуба и касательной к разрабатываемой поверхности.

Для эффективного процесса резания необходимо обеспечи­ вать правильную геометрию инструмента и рациональные углы а резания. При большом угле резания угол наклона плоско­ сти сдвига уменьшается, а площадь сдвига увеличивается, что отрицательно сказывается на рабочем процессе и вызывает увеличение усилия копания. При малых углах резания путь подъема грунта режущим органом увеличивается и повыша­ ются потери на трение. Кроме того, при малых углах реза­ ния режущая кромка пблучается очень острой и трудно до­ биться её прочности. Оптимальные углы резания 25—45°.

74*

Для правильного ведения процесса резания необходимо в конструкции режущего инструмента обеспечить задний угол у. Грунт представляет собой упругую среду, поэтому после про­ хождения режущей кромки и снятия напряжения Смятия, воз­ никающего во время резания, с нижней стороны режущего ор­ гана возникает площадка трения. При заглублении режущего органа необходимо сжать грунт по длине этой площадки, вследствие чего возникают высокие давления и силы трения, увеличивающие усилия копания и энергоемкость процесса. Чем 'больше задний угол у, тем меньше площадка трения задней грани режущего инструмента и тем меньше вредные сопро­ тивления вдавливания и трения. Минимальный задний угол, который должен быть обеспечен на рабочем органе, составляв ст 8—12°.

Наклон линии скольжения или перемещения частиц грунта (угол скалывания о) к плоскости резания определяется видом состояния грунта.

Для технических расчетов можно принять, что площадь ■скалывания излома стружки f=bc, где b — ширина стружки,

с— ее толщина.

Н.Г. Домбровский предложил определять сопротивление на

.рабочих органах по совокупности всех процессов, включают щих резание грунта, перемещение его по рабочему органу и впереди него, а также наполнения ковшей в ковшовых рабо­ чих органах. В соответствии с этим касательная составляю­ щая Poi сопротивления копанию определяется как сумма сопротивлений: сопротивления Ртртрению от перемещения рабо­ чего органа по грунту, сопротивления Рр резанию и сопротив­ ления Рп перемещению призмы волочения. и наполнению ковша

Раскрывая значения отдельных составляющих, получим:

циент сопротивления наполнению ковша и перемещению.приз­ мы волочения; kn‘— Коэффициент наполнения, ковша, (отноше­ ние o6ieMa разрыхленного грунта в ковше к его геометриче­ скому объему); V геометрический объем -ковша;: Упр'—объ­ ём призмы вручения.

Отнеся все сопротивления;-^ ’сечешир ‘снижаемой. ..стружки^и введя коэффициент ^.у^ельнрго сдпративле^ця, копанию,. полу­

чим упрощенную формулу, предложенную Н. Г.‘ Домбровским для практических расчетов ебпр'6¥1шЛеНиякбпанию‘ •

РQ1 — kybc.

75

В эксплуатационных условиях состав грунта может изме­ няться на расстоянии нескольких метров как по глубине, так и вдоль разработки. Состояние его может также быстро ме­ няться под влиянием атмосферных условий — температуры, влажности и др., поэтому при расчетах рекомендуется прини­ мать наибольшие возможные значения коэффициента k x удель­ ного сопротивления копанию для категории грунтов, в преде­

рабочего органа, получим

P01L = kxbcL.

76

Глава 3

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ТРАНШЕЙНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

1. ЦЕПНОЙ ТРАНШЕЙНЫЙ ЭКСКАВАТОР ЭТЦ-252

Приведенные примеры расчета траншейных экскаваторов основаны на методике, принятой Ленинградским научно-произ­ водственным объединением «ВНИИземмаш». Полученные в ре­ зультате расчетов данные в основном соответствуют результа­ там тензометрических измерений параметров цепных и ротор­ ных траншейных экскаваторов: в частности, по экскаватору ЭТЦ-252 — результатам, полученным при замерах, выполнен­ ных под руководством И. Л. Ципурского в 1976—1977 гг. в Московском инженерно-строительном институте им. В. В. Куй­ бышева.

Исходные данные

Экскаватор ЭТЦ-252 предназначен для рытья траншей прямоугольного и трапецеидального сечения в грунтах I—III категорий, а также при нали­ чии специального оборудования — в мерзлых грунтах (промерзание до 1,2 м)

на глубину 2,5 м и при сменном оборудовании до 3,5 м. Ширина отрываемых траншей по дну 0,8 и 1,2 м.

Основное рабочее оборудование — ковшовая цепь. Для образования отко­ сов рабочее оборудование оснащают цепными откосниками активного дейст­

использованы насосы 210.12 и 207.20 и гидромотор 210.16. Их характери­

стики приведены ниже.

Срок службы машины до капитального ремонта Т =5000 ч.

Кинематическая схема экскаватора показана на рис. 15.

78

Расчет приводов

Скорости рабочего органа. Частота вращения турасного вала

л15 — пд/“р.0 — 29>5 об/мин;

'Z2ZdZa2lQZ12Zl4

рziz6 W u zi3

ZyZsZ8Z10Z12Z14 = 34,8,

Скорость транспортера; Частота вращения приводного барабана

Ящах “ лгм. тах/ыб = 317 об/мин,

где лгм. шах — частота вращения вала гидромотора; и о — передаточное число привода барабана транспортера, U6=Z3j/z 3o = 5.

7»