Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра транспорта леса

Исследование процессов резания грунтов и работы дорожно-строительных машин и оборудования

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Дорожно-строительные машины»

для студентов специальности 1-46 01 01

Минск 2004

УДК 624.0.625.08

Рассмотрены и рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом университета

Составители:

доцент М.Т. Насковец;

ассистент Г.С. Корин

Рецензент канд. техн. наук, доцент кафедры лесных машин и технологии

лесозаготовок БГТУ А.И. Смеян

По тематическому плану изданий учебно-методической

литературы университета на 2003 год. Поз. 40.

Для студентов спец. 1-46 01 01 «Лесоинженерное дело».

© Учреждение образования

«Белорусский государственный

технологический университет», 2004

© Насковец М.Т., Корин Г.С.,

составление, 2004

Введение

Методические указания предназначены для студентов, изучающих дорожно-строительные машины в рамках одноименной дисциплины, а также их применение при строительстве автомобильных дорог или проведении других видов инженерно-строительных работ.

Целью разработанных указаний по выполнению лабораторных работ является изучение основ теории резания и взаимодействия рабочих органов землеройно-транспортных машин с грунтом, принципов работы уплотняющей техники, конструктивного исполнения оборудования и технологий, применяемых для измельчения и перемешивания материалов.

В основном лабораторные работы носят исследовательский характер и основаны на проведении опытов по изучению изменения действия сил и установлению режимов работы дорожных машин на различных технологических операциях дорожного производства.

В соответствии с указаниями к выполнению лабораторных работ, исследования проводятся на грунтовом канале кафедры транспорта леса с использованием смонтированной на его базе подвижной экспериментальной тележки, предназначенной для навески на нее рабочих органов землеройно-транспортных машин.

Лабораторная работа № 1

РАБОЧИЕ ОРГАНЫ ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫХ

МАШИН И ОСНОВЫ ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ГРУНТОМ

Ц е л ь р а б о т ы: изучить виды рабочих органов землеройно-транспортных машин и основы теории резания грунтов, базирующейся на экспериментальных исследованиях.

О б о р у д о в а н и е и и н с т р у м е н т ы: экспериментальная тележка и грунтовый канал, модели рабочих органов землеройных

машин, измерительный инструмент, калькулятор.

1. Общие сведения о рабочих органах землеройно- транспортных машин и их параметры

Рабочие органы землеройно-транспортных машин предназначены для резания и отделения грунта от основного массива с последующим его перемещением в призме волочения перед отвалом (бульдозер, автогрейдер) или при заполнении ковша (экскаватор, скрепер).

В качестве рабочих органов данного класса машин могут служить плоский нож в сочетании с отвалом или ковшом, зуб рыхлителя

либо ковша, режущий периметр ковша (рис. 1).

Рис. 1. Рабочие органы землеройных машин:

а) зуб; б) отвал с режущим ножом; в) ковш экскаватора

с зубьями и режущей кромкой; г) ковш скрепера

У рабочих органов землеройных машин и их элементов можно выделить следующие характерные параметры: у зуба – угол резания δ, угол заострения β, задний угол α, ширина и длина, расстояние между зубьями; у плоского ножа  угол резания δ, угол заострения β, угол зарезания , задний угол α, длина L_н, ширина В_н; у отвала с ножом – параметры ножа и, кроме того, угол захвата φ, угол опрокидывания ψ, центральный угол ω₀, радиус кривизны r, высота Н_о, длина отвала В_о;

у ковша – емкость q_к, ширина В_к, высота Н_к, длина L_к [1].

2. Взаимодействие рабочих органов с грунтом и определение усилия резания

В соответствии с существующей теорией резания грунта следует различать два понятия: резание и копание грунта. Резание – процесс отделения грунта от массива при помощи рабочего органа, обычно имеющего вид клина. Копание – совокупность процессов, включающих в себя резание грунта, перемещение его по рабочему органу и впереди последнего, а для некоторых машин и перемещение внутри рабочего органа [2]. Процесс резания и копания грунта может осуществляться при помощи прямого (плоского) или косого трехгранного (косого) клина. По первому методу работают рабочие органы рыхлителя, скрепера, неповоротного (простого) бульдозера, ковша экскаватора, а по второму  поворотного (универсального) бульдозера и автогрейдера.

Резание является основной операцией землеройных машин и имеет сложный характер, протекание его зависит от различного рода факторов: свойств и состояния грунта, формы и величины площади стружки, способа разработки, геометрии рабочего органа и других. Так, поверхность сухого и твердого связного грунта после прохода машин становится неровной ввиду того, что грунт в этом случае откалывается кусками небольшой величины. В свою очередь, влажный связной грунт отрывается от массива в виде пласта и, изгибаясь, поступает на поверхность рабочего органа. Несвязной грунт при резании разрушается и скапливается перед лобовой поверхностью рабочего органа, образуя выпуклость. В общем случае экспериментально установлено, что удельное сопротивление резанию и копанию повышается с увеличением содержания в грунте глинистых частиц и с уменьшением его влажности.

Основываясь на многочисленных результатах исследований влияния номенклатуры грунтов и параметров стружек на коэффициент удельного сопротивления копанию при работе землеройных машин с различными рабочими органами, профессор Н.Г. Домбровский предложил следующую упрощенную формулу для определения силы

сопротивления резанию грунта W, Н:

W = k₀bh = k₀F, (1)

где k₀  удельное сопротивление грунта резанию (копанию), Н/м²; b –ширина вырезаемой стружки, м; h – толщина стружки (глубина резания), м; F – площадь вырезаемой стружки, м².

Величина удельного сопротивления k₀ в зависимости от вида машины и зернового состава грунта изменяется от 50 до 250 кН/м².

Развивая дальше теорию резания, основанную на результатах экспериментальных исследований, профессор А.Н. Зеленин установил прямую пропорциональную зависимость между значением удельного сопротивления копанию k₀ и числом ударов C динамического плотно-

мера (рис. 2).

Рис. 2. Динамический плотномер (ударник СоюздорНИИ):

1 – ограничитель; 2 – груз; 3 – стержень; 4 – шайба; 5 – наконечник

Плотномер представляет собой направляющий стержень 3, по которому между ограничительными шайбами 1 и 4 падает груз 2 массой 2,5 кг с высоты 0,4 м [3]. По числу ударов С, необходимому для погружения в грунт наконечника 5 круглым сечением площадью F = =1 см² на глубину 0,1 м, можно определять категорию грунта по трудности его разработки (табл. 1).

Таблица 1