1229

инерции Fw m 2 R , нормальная реакция поверхности резца T N и сила

трения Tтр f T N .

Сила, сдвигающая элемент грунта с резца вниз, равна составляющей силы веса:

где 0 - угол резания.

Сдвиг грунта с поверхности рабочего органа конического типа

Зная сопротивление перемещению подкапывающей машины, можно определить крутящий момент вращения ротора, мощность приводного вала, оптимальную схему расположения резцов на роторе машины, энергоемкость процесса разработки грунта.

В третьей главе приведено обоснование основных параметров рабочего органа подкапывающей машины. Разработана блок-схема

12

обоснования основных параметров рабочего органа подкапывающей машины (рис. 8).

Рисунок 8 – Блок-схема алгоритма обоснования основных параметров рабочего органа подкапывающей машины

Исходными данными являются: тип разрабатываемого грунта, его физико-механические свойства, глубина укладки и диаметр трубопровода, геометрические параметры подтрубного пространства, геометрические параметры резца ротора.

Определяем величину силы сопротивления подкапывающей машины с ротором цилиндрического типа Wц. Принимаем минимальное количество резцов для цилиндрического ротора n = 12, учитывая, что при этом значении сила сопротивления будет наименьшей.

Задаемся минимальным количеством резцов на поверхности конического ротора n = 16 и минимальным углом наклона образующей конуса α = 760. Производим расчет составляющих суммарной силы сопротивления грунта разработки ротором конического типа W. Затем определяются и сравниваются величины мощности и удельной энергоемкости процесса разработки грунта рабочими органами цилиндрического и конического типа (Эц и Эк).

Если Эк < Эц, то условие выполняется.

Если Эк > Эц, то необходимо пошагово уменьшать значение угла образующей конуса α до 720 до выполнения условия Эк < Эц.

Если при значении угла образующей конуса α = 720 условие Эк < Эц не выполняется, то необходимо пошагово увеличивать количество резцов

13

на поверхности конического ротора n до значения n = 24. Цикл повторяется при изменении значения угла α = (76…72)0 до обеспечения выполнения условия Эк < Эц.

Исходя из условия, что в зоне непосредственной разработки грунта должен находиться хотя бы один резец, принята спиральная схема расстановки резцов (рис. 8). C учетом разработанной схемы расстановки резцов (рис. 3.6) для ротора конической формы (диаметр нижнего основания ротора – 1300 мм, диаметр верхнего основания ротора – 650 мм, высота ротора – 700 мм, угол наклона образующей конуса – 720) была построена схема расположения резцов спирали в зоне разработки грунта.

сопротивления разработки грунта рабочими органами подкапывающей машины (рис. 9).

Рисунок 9 - Графики зависимости величины силы сопротивления на резцах T от количества резцов n на спирали при разработке грунта суглинистого типа II категории, влажностью 19 %: а) n = 16, б) n = 28

Анализ графиков показывает, что качественно картины изменения величины силы сопротивления T в зависимости от увеличения количества резцов – схожи. Также, при увеличении количества резцов на спирали, наблюдается плавность нагружения ротора. Однако, как показывают графики, увеличение количества резцов до значения n = 28 нецелесообразно, вследствие того, что величина силы сопротивления T

14

15

Анализ графиков (рис. 10, 11) показывает, что для рабочего органа подкапывающей машины с предлагаемыми параметрами для всех радиусов установки резцов на поверхности ротора выполняется условие сдвига грунта с поверхности рабочего органа.

Исследования показали, что величина силы, увлекающей грунт во вращение, для цилиндрического ротора – убывает. Ее величина значительно ниже, чем для ротора конической формы. Это приводит к тому, что грунт не удерживается на поверхности ротора цилиндрического типа, и происходит обрушение грунта. Величина сдвигающей грунт силы для ротора цилиндрической формы выше, чем для ротора конической формы. Это указывает на преждевременное обрушение грунта с поверхности цилиндрического ротора. Таким образом, для конического ротора выполняется условие удержания грунта на поверхности рабочего органа и вынос его в боковые приямки.

Анализ графика показывает, что наблюдается цикличность изменения величины силы сопротивления разработки грунта. При внедрении резцов в грунт происходит постепенное возрастание величины силы сопротивления разработки грунта. Своего максимума эта величина достигает при внедрении второго и третьего резцов ряда в массив грунта. После чего происходит снижение величины силы сопротивления. Это объясняется максимальной разрыхленностью массива грунта. Теоретическое максимальное значение величины силы разработки грунта ротором конической формы составляет 4050 Н. Теоретическое минимальное значение - 3050 Н.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований процесса разработки грунта подкапывающей машины новой конструкции.

Для проведения сравнительных экспериментов по исследованию взаимодействия роторов цилиндрической и конической формы (рис. 13 а, б) с грунтом разработана лабораторная установка (рис. 14), которая монтируется на тензометрическую тележку. С одной стороны

16

направляющая балка соединяется с гидроцилиндром подъема (опускания) балки, а на противоположной стороне находятся рабочий орган с резцами.

Рисунок 13 – Рабочие органы подкапывающей машины цилиндрической (а) и конической (б) формы

Рисунок 14 – Лабораторная установка:

1 –тензометрическая тележка; 2 – кронштейн гидроцилиндра верхний; 3 – кронштейн гидроцилиндра нижний; 4 – рабочий ротор; 5 – резцы; 6 – лебедка

В ходе проведения эксперимента разработке подвергался суглинистый грунт II категории, влажностью 19 %., число ударов ударника ДорНИИ – 5.

Был изготовлен экспериментальный образец рабочего органа конической формы со следующими параметрами (рис. 13 б): угол образующей ротора α = 720, высота ротора 700 мм, диаметр верхнего основания – 650 мм, диаметр нижнего основания – 1300 мм, длина резца ротора – 100 мм, ширина резца – 50 мм, количество резцов на поверхности

– 16. Резцы расположены по спиральной схеме расстановки (спираль Архимеда).

Программой эксперимента предусмотрен следующий порядок выполнения работ:

1.проектирование и изготовление рабочего органа (конического ротора с закрепленными на нем резцами) подкапывающей машины;

2.разработка методики проведения лабораторных исследований;

3.подбор необходимого оборудования и приборов;

17

4.подготовка бокового приямка траншеи;

5.сборка и подготовка лабораторной установки;

6.тарировка тензозвена путем его пошагового нагружения;

7.разработка грунта экспериментальным рабочим органом;

8.запуск программы обработки сигналов на ПК, фиксирующих возникающие в процессе резания грунта нагрузок;

9.обработка полученных экспериментальных данных. Экспериментальные исследования по оценке адекватности

теоретически полученных рациональных параметров подкапывающей машины проходили в несколько этапов.

На первом этапе экспериментально было определено значение силы сопротивления, возникающей при разработке грунта ротором цилиндрической формы при традиционном и обратном вращении.

Перед началом первого этапа эксперимента тензозвено устанавливалось на тележку лабораторной установки. После чего рабочий орган цилиндрической формы помещался в траншею для разработки грунта. При разработке грунта данные о величине силы сопротивления фиксировались с датчиков, предварительно установленных на тележке, и передавались для обработки при помощи программ ПК.

При проведении лабораторных исследований были получены осциллограммы изменения величины силы сопротивления разработки грунта во времени. В результате обработки осциллограмм получены графики зависимости изменения величины силы сопротивления разработки грунта ротором цилиндрической формы при прямом и обратном вращении ротора во времени (рис. 15).

18

19

Величина максимальной силы сопротивления для ротора цилиндрической формы составляет 5800 Н, для ротора конической формы

– 4200 Н, минимальное сопротивление 2500 Н и 2800 Н соответственно. Величина силы сопротивления при использовании конического ротора по сравнению с цилиндрическим снижается на 15 - 18 %. При этом наблюдается более равномерная загрузка резцов ротора, что выражается в отсутствии резких экстремумов графика функции. Это обеспечивает более равномерное нагружение рабочего органа. Как видно из графика (рис. 17) имеет место параллельность теоретических и экспериментальных кривых. Погрешность составляет 8 – 11 %.

Следовательно, разработанная математическая модель процесса взаимодействия рабочих органов подкапывающей машины адекватна реальным процессам разработки грунта. Предлагаемая методика обоснования рациональных параметров рабочего органа подкапывающей машины, учитывающая физико-механические свойства разрабатываемого грунта и параметры стружки, позволяет на стадии проектирования и создания машины принципиально новой конструкции определить ее основные параметры.

В пятой главе приводится описание практического использования результатов выполненных исследований.

Рисунок 18 - Методика обоснования основных параметров рабочих органов подкапывающей машины

20