3256

где PO - начальное давление уплотнения материала в матрице, Па; kp, k - максимальный и текущий коэффициенты уплотнения; ψ - модуль уплотнения.

При пластическом уплотнении, т.е. при переходе частиц сыпучего материала из «рыхлой» в более «плотную» модуль уплотняемости ψ отражает напряжения, возникающие в контакте частиц.

Для исследования процесса уплотнения водонасыщенных сыпучих материалов была принята, на основании значений критерия Рейнольдса, внутренняя задача - течение жидкости по капиллярам без учета сил инерции. Особенностью исследуемого процесса явилась фильтрация жидкости через полидисперсный слой зернистого материала при уменьшении его пористости. Решение уравнения Козена-Кармана для данных условий определило давление фильтрации, как функцию пористости(коэффициентауплотнения).

Полное давление фильтрации при уплотнении водонасыщенных сыпучихматериалов

РФ = (36ηνф (1 - εо /К)2 ехр [bф (1 - 1/ K) +аф ] /dэ2(εо / К)3, Н/м2 (3) При уплотнении водонасыщенных сыпучих материалов

коэффициент бокового давления приближается к 1, а коэффициент внешнего трения падает на 50...60%.

9

Определение сил сопротивления резанию грунта режушими

поясами челюстей грейфера иод водой на глубине до 300 м.

Процесс зачерпывания материала под водой начинается при внедрении челюстей грейфера в грунт и заканчивается смыканием челюстей. Во время движения челюстей происходит приращение массы зачерпываемого материала, и увеличение ее плотности в грейфере от

линии смыкания режущих шин вверх по радиусу закругления. При надвигании режущих поясов челюстей на массив грунта пласт грунта отрывается от массива и поднимается но ножу.

В качестве обобщённых координат приняты цилиндрические

R, φ и х, (рис. 1), где R - радиус вектор (высота танки грунта); φ -

угол поворота радиус-вектора; х - ширина массы грунта (ширина челюсти).

Выражение для касательной составляющей усилия резания груша

челюсти грейфера а, принимая во внимание, что плечо действия силы будет hocosa

MIII = (BLcosθPHexp(Kp - 1)/ψ + ηg у B ( H + H1)sinβ/ BLcosO

Сила сопротивления резанию боковыми стенками челюстей грейфера

Fτ= {[36ζυφ)/d32][I/εo|exp[bφ(1 - (1/Kp)) + аф| + Pn exp(Kp - l)/ψ}br, H (5)

Момент от сил сопротивления резанию боковыми станками челюсти определяется следующим образом

10

Рис. I. Схема действия сил на переднюю грань ножа челюсти.

Определение усилия «присоса», действующего под водой при подъёме грейфера с грунта.

При выдёргивании грейфера из грунта в κoнце процесса зачерпывания возникает дополнительное усилие, в дальнейшем именуемое «присосом», увеличивающее нагрузку на механизм подъема до 30%.

Рассмотрим челюсть грейфера, по окончании процесса зачерпывания (рис.2). Глубина его погружения, зависит от его веса с

грузом, геометрии челюсти и плотности зачерпываемого материала. При выдёргивании грейфера из грунта под ним образуется щель, толщиной dR (рис.2), в κoторую устремляется поток жидкости, ввиду

гидростатического давления и образующего вакуума под грейфером. 11

Грейфер, поднимаясь, увлекает за собой часть грунта, который прилипает к днищу челюсти не равномерно по всей её поверхности, а отдельными площадками разрыва. При этом пористость грунта в

образовавшейся щели, увеличивается от зоны смыкания челюстей до высоты заглубления их в грунт. Таким образом, поток жидкости, устремляясь а сторону пониженного давления, т. е. в зону образования вакуума, испытывает сопротивление при фильтрации, что особенно

проявляется у илистых материалов.

При этом вакуумметрическос давление уравновешивает давление от фильтрации жидкости, что и обусловливает образование усилия

«присоса». Когда поток жидкости с обоих сторон челюсти грейфера соединяется, усилие

«присоса» прекращает действовать.

Рассмотрим схему, представленную на рис.2. Обозначим произвольно границу равновесия приращения давления от фильтрации жидкости и

Полное усилие «присоса» определится

(

Рис.2. Схема челюсти грейфера при подъеме грейфера с грунта

Коэффициент гидростатичности будет приближаться к единице при зачерпывании илистого и глинистого материала и к нулю при зачерпывании гравия. При зачерпывании песка с примесью железомарганцевых конкреций, значение Кгд будет зависеть от скорости зачерпывания. При высокой скорости зачерпывания (>0.5м/с), в результате которой создастся зона пониженного давления, гидростатическое давление будет действовать именно на объем этой

зоны,

Момент от сил трения по днищу челюсти грейфера относительно точки а' (шарнира но нижней траверсе грейфера) определится

13

Согласно операции 3 блок-схемы и определим поле давления

Рис. 3 Схема для определения сил трения по днищу грейфера. Определение сил трения по боковым стенкам челюстей

грейфера.

Рассечем челюсть плоскостью I-I (рис.4). При повороте плоскости на угол dφ выделим элементарную площадку со с площадью RdRdφ.

Полный момент от сил трения по внутренним стенкам двух челюстей грейфера определится:

Рис.4 Схема для определения сил трения по боковым стенкам челюсти грейфера.

Сила трения по элементу ω от приращения давления сыпучего материала при увеличении его плотности (см. рис.4)

Определим момент относительно точки a' (точки поворота

челюсти грейфера) от сил трения материала по элементу ω.

15

Где μ - коэффициент трения материала о сталь;

ξ - коэффициент бокового давления;

hо и RO - параметры грейфера, м (см.рис.4);

а - задний угол (12... 14°).

Определение сил сопротивления, обусловленных приращением плотности материала и грейфере.

Суммарный момент от сил, обусловленных приращением давления в сыпучем материале, при его уплотнении в грейфере

определится

Mп= 2Bh0(P0 +Ргид)(1 -kp)/ψRo + 36ηυ[l - εo]2/d02[εo ]3exp[bφ(l -

Влияние приграничных слоев жидкости на силы трения, возникающие в процессе зачерпывания грейфером грунта под водой.

В процессе зачерпывания грейфером грунта под водой между днищем и боковыми стенками грейфера с одной стороны и материалом с другой находится жидкость в особом фазовом состоянии. Слой жидкости неоднородный по составу имеет минимальную толщину до несколько десятков микрометров. При прохождении материала

происходит скачкообразное выдавливание жидкости.

Значение коэффициента трения, зачерпываемого грунта по днищу челюсти С учетом присутствия жидкости в пограничном слое,

уменьшается но сравнению коэффициентом трения при зачерпывании сухого материала.

Жидкость, находящаяся в порах материала внутри грейфера, также меняет свою структуру и становится более пластичной Однако это происходит в обьеме материала, наиболее уплотненного в грейфере Вязкость жидкости зависит oт диаметра капилляров, уменьшаясь по экспоненциальному закону в сторону уменьшения плотности материала в грейфере

Cоотношение сил сопротивления зачерпыванию.

Поскольку суммарный реактивный момент oт сил сопротивления

сопротивлениязачерпывания Полученные функции давлений сыпучего материала на внутренние стенки грейфера при ею уплотнении и давления, обусловленные силачи веса материала в грейфере, позволяют построить эпюры давлений на челюсти гррейфера Анализ эпюр давлений действующих на челюсть грейфера. позволяет выделить наиболее напряженные зоны металлоконструкции челюсти, объясняющие типичные paзрушения челюстей

Полученные аналитические зависимости давлений материала на внутренние стенки челюстей позволяют определить действующие напряжения в металлоконструкции еще на стадии проектирования. Применения метода конечных элементов при известных функциях распределенных давлений позволяет провести на ЭВМ полный анализ

Определениеусилия в замыкающем канале грейфера,

необходимого для зачерпывания материала.

Экспериментальные исследования.

Для экспериментальных исследований уплотнения сыпучего водонасыщенного материала была спроектирована экспериментальная установка ЭП-01, размер и объемы камер уплотнения которых были назначены из условий репрезентативного объема и влияния краевых

условий В проведенных по разработанной методике экспериментах были

решены следующие задачи: 1 Исследование явления . при

1.1.Подтверждение теоретической зависимости, описывающей

явление <присоса>>.

1.2.Определение коэффициента фильтрации к грунте под

деформатором в начальный момент eгo подъема.

I .3. Определение эффективности конструкции днища челюсти, в котором выполнены специальные каналы с отверстиями. позволяющие сообщать полость под грейфером с полостью повышенного давления над грейфером.

1.4Проверка гипотезы о влиянии, на усилие подъема грейфера, капиллярной плёнки образуемой под грейфером в момент подъема

грейфера с грунта

18