6. Основные схемы резания грунтов.

В технологическом отношении под резанием грунтов подразумевается процесс отделения от грунтового массива кусков или слоёв (стружки) инструментом клинообразной формы. В физическом отношении – это один из способов механического разрушения грунтов.

При разработке грунтов машинами для земляных работ наиболее распространён способ резания грунтов с отделением стружки, когда грани режущего клина образуют с направлением резания в профиле углы больше П/2, но меньше П, а в плане режущая кромка состовляет обычно прямой угол с направлением резания. По общим технологическим требованиям к машинам для земляных работ их режущиекромки могут образовывать также острый угол с направлением резания(рис.20,б,д,е,ж).

Угол «сигма» между передней гранью ножа и поверхностью среза называется углом резания, а угол между задней гранью ножа и поверхностью резания – задним углом.

В зависемости от положения режущего инструмента в грунтовом массиве различают такие разновидности резания: блокированное(рис.20.л),с одной (рис20,м),и двумя(рис.20,н),поверхностями бокового среза, полусвободное(рис.20,о),свободное(рис.20,н).

Несмотря на зафиксированное положение режущего инструмента по отношению к массиву, в процессе резания грунтов вследствие сложной природы связей между частицами и разнообразия свойств и состояния грунтов стружка может отделятся разных видов: сливная, ступенчатая, элементная и отрыва (рис 21,а,б,в,г). Например,на влажных пластичных глинистых грунтах чаще всего образуется сливная стружка, на грунтах со значительным сцеплением упрочнения- элементная.

Сопротивление грунтов резанию зависит от их крепости и геометрических условий процесса (ширины и толщины среза,угла резания,величины затупления и степени износа режущего инструмента).

Одна из наиболее существенных особенностей процесса резания грунтов заключается в пространственности взаимодействия с ними режущего инструмента,которая проявляется в образовании прорези характерного трапециевидного сечения во время блокированного резания, возникновении разных по величине и природе сопротивлений грунта разрушению в разных частях зоны разрушения грунтового массива перед ножом и в неодинаковых зависимостях силы резания от ширины и толщины среза.

7. Основные теории для расчета сил резания и копания грунтов.

По предложению Домбровского , сумму рабочих сопротивлений землеройной или землеройно-транспортной машин называют сопротивлением копанию , а силы для их преодоления – силами копания.

Силу , прикладываемою к рабочему органу по касательной к его траектории , называют силой копания , а по нормали к траектории – нормальной силой копания , их результирующая составляет полную силу копания. Сила копания имеет 3 составляющие :

Р_коп =Р + Р_пр + Р_зап

Где , Р – сила резания , Р_пр и Р_зап – силы для преодоления сопротивление призмы волочению и заполнению ковша или продвижению стружки сквозь призму волочения .

Нормальная сила копания : N_коп = N +N_пр + N_зап

Где N, N_пр , N_зап – соответственно нормальная сила резания , нормальные силы для преодоления сопротивления призмы волочения и заполнению ковша или продвижению стружки сквозь призму волочения .

Домбровский предложил определять силу копания по расчетной площади поперечного сечения среза грунта F_ср и средней удельной силе копания р_коп машиной данного типа:

Р_коп = р_коп F_ср

Существует несколько способов расчета сил резания грунтов , самые новые из которых разработаны А.Н.Зеленины , Ю.А.Ветров, В.П.Горячкин и.др.

Акад. В.П. Горячкиным была предложена формула для определе­ния усилия резания фунта [1]

Р_р= К·а·b + ,

где К - удельное сопротивление резанию, которое зависит от прочности грунта; а и b - глубина и ширина резания; - коэффициент пропорцио­нальности; V - скорость резания. Первый член формулы характеризует процесс разрушения массива грунта, второй член - инерционные силы переворачивания и отбрасывания пласта грунта.

По теории, разработанной проф. Ю.А. Ветровым , усилие ре­зания грунта плоским ножом складывается из трех составляющих:

Р_р =Р_св + Р_бок + Р_бок.ср.

соответственно разрушению грунта в трех основных зонах (рис. 2). Си­пы для преодоления лобовых сопротивлений ножу Р_св пропорциональ­ны площади лобовой поверхности ножа и ширине резания b и зависят от угла резания и прочности фунта. Силы разрушения грунта в боковых расширениях Р_бок пропорциональны площади этих боковых расширений и зависят от прочности фунта. Силы бокового среза фунта Р_бок.ср. про­порциональны глубине резания и прочности грунта. Данная теория по­казывает наиболее близкие к практическим значениям результаты вы­числений для случая разрушения плоскими ножами прочных и мерзлых фунтов при относительно небольшой ширине резания b и значительной глубине h разрушения грунта. При расчетах необходимо отдельно учи­тывать сопротивление от износа режущей кромки, усилие перемещения призмы волочения и т.п.