2328

В табл. 7.3, 7.4 показаны распечатки программы поиска угла

Для погрузчика ПК-2 в табл. 7.3 использованы следующие исходные данные: LВН =0,9 м; 1 16o ; 1= 2 =0,53; С=5000 Па;

ШТ 50o ; для погрузчика ПК-75 в табл. 7.4: LВН =0,6 м; 1 7o ;

1=0,41; 2 =0,55; С=50000 Па; ШТ 50o .

Рассмотренные явления, сопровождающие процесс внедрения ковша в штабель, и метод расчета сил и параметров являются основой для создания современной теории черпания материала ковшом фронтального погрузчика.

7.6. Оценка характеристик прочности грунтов для типоразмерного ряда фронтальных погрузчиков

При производстве земляных работ одноковшовыми погрузчиками и экскаваторами пользуются классификациями грунтов, разработанными ГОСТ, ГОСстроем, ДорНИИ, а также исследователями, занимающимися проблемами повышения эффективности фронтальных погрузчиков в строительстве. Одна из таких классификаций представлена в работе Л.С. Чебанова [77] (см.

табл.7.1).

Технологические расчеты рабочих процессов фронтальных погрузчиков выполняют с помощью удельного сопротивления грунта копанию K . Значение коэффициента K для слабых и плотных грунтов, обладающих пластическими характеристиками разрушения, определяется как линейная функция числа ударов Суд плотномера

ДорНИИ.

Достоинством табл. 7.1 является использование в качестве основы классификации грунтов число ударов плотномера Суд,

получившее широкое применение. Данные можно использовать для проверки адекватности разработанного аналитического метода расчета. Недостатком табл. 7.1 и классификации грунтов по числу ударов плотномера ДорНИИ является отсутствие в ней физических параметров, характеризующих свойства грунтов как деформируемых тел при воздействии на них дозированными ударными механическими импульсами.

Для устранения отмеченных недостатков применим к ударнику ДорНИИ законы теоретической механики. Плотномер ДорНИИ представляет собой миниатюрное копровое устройство, содержащее падающий груз 1 массой m1=2,5 кг и стержень 2. В процессе удара участвуют два тела, поэтому в технической характеристике плотномера ДорНИИ необходимо указывать массу ударной части m1

и массу стержня m2 =1,12 кг (рис. 7.13). В конструкции прибора необходимо учитывать все размеры, необходимые для определения объема и массы стержня. Это условие в существующих публикациях не соблюдается. После изготовления прибора массы m1 и m2 необходимо взвешивать и тарировать.

Согласно теории удара в рабочем процессе плотномера ДорНИИ можно выделить последовательные этапы. Первый этап – падение груза m1 и приобретение им скорости V1max . Второй этап – абсолютно неупругий удар, совершаемый с коэффициентом восстановления К=0, при котором после соударения два тела, массы которых m1 и m2 , движутся вместе с одной скоростью V2max. Процесс погружения ударника заканчивается при нулевой скорости. Полная работа сил тяжести падающего груза и стержня определяется по разработанному правилу.

Полная работа плотномера ДорНИИ при погружении стержня ударами в грунт равна сумме двух работ: работе падения груза, умноженной на число ударов Суд, и работе погружения стержня с

грузом на глубину Sz (см. рис. 7.13):

пропорциональная зависимость с коэффициентом пропорциональности KП 0,0229 0,017:

K =KП z .

Таблица 7.5

Классификация грунтов по трудоемкости выемки одноковшовыми погрузчиками в функции числа ударов

Процесс копания грунтов погрузчиками и экскаваторами представляет собой процесс разрушения грунта деформациями сдвига и отрыва. Вследствие отсутствия других способов оценки сопротивляемости грунтов копанию способ оценки прочности грунтов при помощи числа ударов Суд плотномера позволил создать

классификацию грунтов по категориям прочности, основанную на эмпирических подходах.

Рассмотрим разработанный аналитический метод оценки характеристик прочности грунтов при разработке грунтового забоя ковшом фронтального погрузчика. Метод основан на аналитическом описании механических процессов, сопровождающих внедрение плоской стенки ковша ОА1 в грунтовый забой поступательным движением вдоль оси Oy (рис. 7.14, 7.15).

При надвигании плоской стенки ковша ОА1 на грунтовый забой в массив штабеля активизируется призма грунта сечением ОАВ, которая может быть вычислена аналитически.

Обобщенными координатами этого процесса являются глубина внедрения ковша LВН , начальный угол установки днища ковша 1 и угол откоса штабеля ШТ . В начальной стадии процесса внедрения ковша угол 1 задают минимальным 1 o , где o – конструктивный угол установки передней стенки ковша при опирании на опорную поверхность.

С помощью разработанной методики представляется возможным точно вычислять массу разрыхляемого грунта при внедрении передней стенки ковша в грунтовый штабель при помощи формулы

VПР 0,5L2BH Bo sin ШТ sin 2 . sin( 2 ШТ )

На рис. 7.16 представлена зависимость объема призмы грунта, разрыхляемой при внедрении ковша погрузчика ПК-2 в грунтовый штабель. Разработанные математические модели позволяют вычислять горизонтальную силу внедрения ковша по формуле (7.14)

W1= f (LВН ).

разработки грунтового массива.

Таким параметром является удельная энергоемкость Aуд (Дж/м3)

процесса внедрения ковша в разрабатываемый забой, определяемая по формуле

где А – энергия, затрачиваемая на внедрение ковша в штабель; VПР – объем разрыхляемой призмы грунта с основанием ОАВ.

На рис. 7.17 представлены зависимости

удельной горизонтальной силы Wуд на 1 м ширины ковша от сцепления грунта С. Три условно огибающие кривые на графике соответствуют разной глубине внедрения ковша:

1 – LВН =0,35 м; 2 – LВН =0,7 м; 3 – LВН =1,0 м.

Представление зависимости Wуд для единичной ширины ковша делает ее универсальной, т.е. пригодной для погрузчиков всего типоразмерного ряда от погрузчика ПК-2 до супертяжелого погрузчика ПК-75.

МДж/м3

Каждый отрезок соответствует определенной величине сцепления грунта С в диапазоне С=5 110 КПа. Представленные зависимости являются универсальными, т.к. пригодны для анализа грунтовых условий всех погрузчиков типоразмерного ряда. Например, для оценки возможности работы погрузчика ПК-75 необходимо определить максимальную силу на 1 м ширины ковша:

qуд P1max ,

Bo

где P1max – максимальная сила, развиваемая погрузчиком из условия сцепления СЦ =0,6; Bo – внутренняя ширина ковша.

Для погрузчика ПК-75 qуд=182540 Н/м; откладывая это значение qуд на рис. 7.19, видим, что такой погрузчик может разрабатывать

довольно прочные грунты, обладающие сцеплением С=100 110 КПа. Одновременно по графику видим, что этот же режим работы погрузчика ПК-75 соответствует удельной энергии процесса внедрения ковша в грунт Aуд =0,1105 МДж/м3.

Таким же образом по рис. 7.19 можно установить область грунтовых условий работы любого погрузчика типоразмерного ряда.

Разработанная математическая модель процесса внедрения ковша погрузчика в грунтовый штабель позволила выполнить исследование

влияния геометрических параметров ковша на выходные силовые и энергетические параметры процесса. По существующим рекомендациям процесс внедрения ковша в грунтовый штабель обычно выполняют при минимальном угле 1, равном углу

установки днища ковша 1min o 7o .

На рис. 7.20, 7.21 для фронтальных погрузчиков ПК-2 и ПК-75 представлены результаты исследований влияния угла 1 установки передней стенки ковша относительно опорной поверхности на горизонтальную силу внедрения ковша W1 и энергию А процесса внедрения ковша в грунтовый штабель.

Исследования выполнены для пяти различных углов установки передней стенки ковша o 7, 9, 11, 13, 15o . Для погрузчиков ПК-2 и ПК-75 приняты легкие грунтовые условия, которые характеризуются следующими параметрами: коэффициенты трения 1=0,31; 2 =0,401; сцепление С=5000 Па. Функции W1 (LВН ) горизонтальной силы внедрения ковша содержат два характерных участка. Первый участок с меньшей интенсивностью возрастания силы сопротивления соответствует свободному скольжению призмы грунта в ковше по передней стенке ковша.

Второй участок кривой процесса внедрения передней стенки ковша в штабель соответствует началу деформации вырезаемой призмы криволинейным днищем ковша. В момент упора вырезаемой призмы в криволинейное днище ковша угол 1 начинает увеличиваться, поэтому усилие W1 (LВН ) на этом этапе внедрения возрастает с большей интенсивностью.

На рис. 7.20,б и рис. 7.21,б приведены зависимости энергии Ауд ,

расходуемой на внедрение ковша, от величины LВН внедрения ковша в грунтовый штабель для погрузчиков ПК-2 и ПК-75.