(Вид зверху)

Вібромолот є вібратором направленої ударної дії, основаної на використанні сил інерції, що виникають при обертанні ексцентричних мас.

Вібромолот п'ятибальної конструкції (чотири вали ексцентриків і один ведучий) з горизонтальним розташуванням валів має привід від електродвигуна через ланцюгову передачу і кордонний вал. В залежності від положення ексцентриків (рис. 9.17) вібромолот створює сили інерції, змінні по величині і напрямку.

Рисунок 9.17 – Положення ексцентриків при роботі віброустановки

Для визначення потужності установки ударного вібробуріння потрібно вираховувати потужність електродвигуна для приводу вібратора та потужність вібромолота.

Потужність електродвигуна вібратора визначається за виразом:

кВт., (9.14)

де – коефіцієнт відновлення швидкості удару ( ); А – амплітуда коливань, см; – вага всіх частин, що коливаються в кг; – кутова швидкість в рад/с.; ­– коефіцієнт ( ).

Потужність електродвигуна вібромолота визначається за формулою

кВт., (9.15)

де – вага вібромолота в кг; – амплітуда коливань вібромолота у см ( ); – коефіцієнт поглинання енергії.

, (9.16)

, (9.17)

де – кратність ударів, що дорівнює відношенню оборотів вала вібромолота у хвилинах до кількості ударів молота у хвилину , тобто:

; (9.18)

Ф – функція швидкості удару; при ; при .

9.6 Розрахунок на міцність захисного футляра (кожуха)

На захисний кожух (патрон) діють зовнішні навантаження – тиск ґрунту і тиск від ваги рухомого транспортера та пружного відпору ґрунта.

Для визначення вертикального і бокового тиску ґрунта на патрон розглянемо умови граничної рівноваги половини природного склепіння, на яке крім вертикального навантаження, діють сили T, N i V (рис.9.18), де Т – є реакцією відкинутої половини склепінням або розпором, а сили N i V – складові опорної реакції склепіння.

Рисунок 9.18 – Сили, що діють на половину склепіння

Сила N, як сила тертя, зв’язана з силою V наступною залежністю:

, (9.19)

де – коефіцієнт внутрішнього тертя ґрунта.

Рівняння рівноваги для половини природного склепіння будуть:

; ; (9.20)

; ; (9.21)

; . (9.22)

З рівнянь рівноваги визначимо висоту природного склепіння

. (9.23)

Оскільки система знаходиться у стані стійкої рівноваги, то розпір Т природного склепіння повинен бути меншим за силу тертя N на деяку величину S, тобто:

. (9.24)

Якщо прийняти, що висота розвантажувального шару, яка визначає навантаження на патрон, є максимально можливою, то і сила S також повинна бути максимально можливою.

Підставивши замість N і Т їх вирази, отримаємо:

. (9.25)

Прирівнявши похідну , знаходимо висоту природного склепіння (рис. 9.19).

1– розвантажувальне склепіння ґрунта над патроном;

2 – навантаження від вертикального і бокового тиску на патрон при закритому проході

Рисунок 9.19 – Схема розподілу тиску від ґрунту і патрону

. (9.26)

З врахуванням коефіцієнта міцності ґрунта , висота природного склепіння буде рівна:

. (9.27)

Ширину прогону природного склепіння В (рис. 9.19) визначають за формулою:

,

де – кут внутрішнього терті ґрунта; – зовнішній діаметр патрона.

У табл. 9.3 наведено значення коефіцієнту міцності ґрунтів.

Таблиця 9.3 – Коефіцієнт міцності деяких видів ґрунтів по

М.М. Протодьяконову

Ґрунт	Коефіцієнт міцності
Пісок, мілкий гравій, насипний ґрунт	0,5
Легкий суглинок, гравій	0,8
Глина (щільна), глинистий ґрунт	1,0
Щебенистий ґрунт, розрушений сланець, галька і щебінь	1,5
М'який сланець, намул, мерзлий і кам’янистий ґрунт	2

Повний боковий тиск на вертикальну проекцію поперечного перерізу патрона, що приймається рівномірно розподіленим, буде:

, (9.28)

де п – коефіцієнт перевантаження ; – об’ємна вага грунту.

Напруження від тиску, що викликаний вагою рухомого залізничного транспорту, наближено можна визначити за формулою:

, (9.29)

де Р – зосереджена сила; Н – глибина точки, що розглядається від поверхні; – віддаль між точкою прикладання сили і точкою, в якій визначається напруження; – горизонтальна проекція віддалі (рис. 9.19).

Максимальне вертикальне напруження безпосередньо під силою:

. (9.30)

1 – насип; 2 – ґрунт; 3 – патрон

Рисунок 9.19 – Розміщення патрону в ґрунті за відкритої проходки

Тиск від ваги рухомого складу широкої колії визначається за графіком (рис.9.20), який складений за формулою (9.29) та принципом складання дії сил. Коефіцієнт К означає клас навантаження.

Рисунок 9.20 – Графік тиску, що змінюється від ваги рухомого залізничного складу ( в кГ/см²) на горизонтальну проекцію труби в залежності від відстані головки рельса до верхньої частини патрона Н.

Поперечний переріз патрона є статично невизначеним замкнутим контуром (кільцем), що знаходиться у рівновазі під дією зовнішніх навантажень і реактивних сил.

Розв'язуючи цю статично невизначену задачу, можна отримати вираз для згинального моменту М і поперечної сили у найбільш напруженому перерізі патрона з врахуванням пластичних властивостей матеріалу:

.(9.31)

, (9.32)

, (9.33)

де – коефіцієнт опору ґрунта в радіальному напрямку; – середній радіус поперечного перерізу патрона; – модуль пружності матеріалу труби; – товщина стінки труби; – коефіцієнт, що визначається для тонкостінних патронів у ґрунті за формулою

, (9.34)

де – коефіцієнт опору ґрунта в радіальному та тангенціальному напрямку; – висота засипки, ; –еквівалентна висота грунта над патроном

де – висота грунта над патроном; – об’ємна вага насипу; ­– об’ємна вага мінерального грунту; – висота насипу дороги;

де – коефіцієнт, що враховує пружний відпір ґрунту; – коефіцієнт навантаження від власної ваги і тиску ґрунта, що приймається рівним 1,2; – навантаження від рухомого складу; – коефіцієнт перевантаження для рухомого складу, рівний 1,2.

Оскільки патрон знаходиться в умовах позацентрового стиснення, то основна формула міцності буде мати вид

, (9.35)

де і – розрахункові значення згинального моменту і нормальної сили; – товщина стінки патрона; ­– нормальний опір матеріалу патрона; – коефіцієнт однорідності матеріалу; –коефіцієнт умов роботи.

Розв'язуючи дане рівняння відносно , отримаємо основну формулу для визначення товщини стінки патрона при розрахунку на міцність:

. (9.36)

Перевірка товщини стінки патрона на стійкість форми поперечного перерізу від тиску ґрунта і дії тимчасового навантаження на поверхні, які при великому пружному відпорі є практично рівномірно розподіленими, виконується за формулою Е.Л. Ніколаї:

,(9.37)

де – ціле число

. (9.38)