Машины и оборудование для разработки мерзлых грунтов

мощности. По данным зарубежных фирм такой рыхлитель дает возможность (по сравнению с агрегатами, имеющими трехзвенное навесное устройство) повысить глубину рыхления за один проход в среднем в 1,5 раза, увеличить производительность на 30–40 % и снизить себестоимость рыхления 1 м3 пород на 15–25 %.

Впоследние годы разработаны новые конструктивные решения

икинематика навесных устройств. Сконструированы вибрационные рыхлители, которые эффективно рыхлят слабые, пористые породы.

Появились рыхлители с четырехзвенным навесным устройством, в конструкции которых предусмотрена регулировка угла рыхления путем изменения длины одного из четырех звеньев навесного устройства. Такое изменение угла рыхления достигается перестановкой пальца крепления верхних тяг в отверстиях опорных кронштейнов.

Один из наиболее эффективных способов регулировки угла резания основан на замене верхних тяг параллелограммного навесного устройства гидроцилиндрами двойного действия. Данный способ регулировки применен американской фирмой «Caterpillar» при создании навесных рыхлителей моделей 8Д и 9Д на базе тракторов мощно-

стью 235 и 385 л.с. (рис. 12),

фирмой «Komatsu» (Япония) – на тракторах мощностью до

650 л.с, фирмой «Pedrine and Ballotta» (Италия) – на тракторах мощностью до 410 л.с. При сохранении основных достоинств параллелограммного навесного устройства конструкцией рых-

лителей фирмы «Caterpillar» предусмотрена регулировка угла резания с 41 до 69°, т.е. на 28°, на рыхлителях фирмы «Komatsu» угол рыхления меняется с 28 до 60°.

32

водит (по данным фирмы) к снижению передачи пиковых динамических нагрузок на конструкцию рыхлителя и базовый трактор. Такие амортизаторы устанавливаются на навесные устройства на базе трак-

торов фирм «Caterpillar», «International», «Harvester», «Terex».

Впоследние годы за рубежом находят применение рыхлители

сдистанционным управлением по радио. К ним относятся машины, предназначенные для работы в особо тяжелых условиях: разработка горячих шламов в загазованных и радиоактивных зонах, при низких температурах, в условиях значительной запыленности места работ, для подводных работ различного характера.

2.1.2. Расчет параметров рыхлителей

Главным параметром рыхлителя является номинальная сила тяги Тн. Для определения максимальных усилий, действующих при работе машины, исходной величиной является максимальная сила тяги по сцеплению Tφ:

где Gсц – сцепной вес рыхлителя в рабочем состоянии (по эксплуатационному весу рыхлителя);

сц – коэффициент сцепления, для гусеничной базовой машины

φсц = 0,8....0,95.

Сцепной вес рыхлителя Gсц определяют по формулам: при навешивании на базовую машину только рыхлителя

Gсц Gбм Gро (1,18...1,23)Gбм ,

при навешивании на базовую машину спереди бульдозерного и сзади рыхлительного оборудования

где Gбм – эксплуатационный вес базовой машины без навесного оборудования;

Gpo, Gбо – соответственно эксплуатационные веса рыхлительного и бульдозерного оборудования.

34

У специальных рыхлителей Gсц может на 30–40 % превышать вес базовой машины.

Основными параметрами рыхлителя являются: максимальная глубина рыхления; эксплуатационный вес рыхлителя; основные рабочие скорости; среднее статическое давление и смещение центра давления; удельное напорное усилие и удельное вертикальное давление на режущей кромке наконечника зуба, определяющие возможность разработки рыхлителем грунтов и пород с различным сопротивлением рыхлению.

Глубина рыхления рыхлителей общего назначения зависит от номинального тягового усилия и выбирается в соответствии с данными табл. 6.

Наименьшая глубина рыхления за один проход должна на 20–30 % превышать толщину стружки, срезаемую скрепером или бульдозером, с которыми должен работать рыхлитель.

Среднее статическое удельное давление гусениц трактора на грунт (кг/см2)

где Gp – вес рыхлителя;

Lоп – длина опорной поверхности гусеницы; b – ширина гусеницы.

35

Для рыхлителей общего назначения среднее удельное давление может превышать такой же показатель базовой машины в 1,15–1,25 раза.

Координату центра давления рыхлителя определяют по формуле

(рис. 14)

ния;

P2 – вертикальная составляющая результирующей сил сопротивления рыхоению;

d2 – расстояние от точки приложения результирующей сил сопротивления рыхлению до оси ведущей звездочки;

Трт – расчетное толкающее усилие толкача; hт – плечо действия сил Tрт.

Горизонтальная составляющая результирующей сил сопротивления рыхлению

P K T ,

1 т н

где Tн – номинальное тяговое усилие рыхлителя;

Кт – коэффициент использования тягового усилия рыхлителя, Кт = 0,8. Вертикальная составляющая результирующей сил сопротивления

где ν – угол наклона результирующей сил сопротивления рыхлению, для немерзлых грунтов 0°; для мерзлых 20°; для скальных по-

род 30°.

Расчетное толкающее усилие толкача

Tpт КтТнт ,

где Кm – коэффициент использования тягового усилия толкача, Кт = 0,8;

36

Тнт – номинальное тяговое усилие толкача.

Или [11]

где f h1 ;b

b – ширина наконечника рыхлителя, см;

h1 – глубина резания стойкой рыхлителя, см; h2 – полная глубина рыхления, см;

α – угол резания; Суд – число ударов ударника ДорНИИ;

μ– коэффициент, учитывающий влияние открытых стенок на усилие резания; при блокированном резании μ = 1;

β – коэффициент, характеризующий угол заострения рабочего ор-

гана, β = 1;

– коэффициент, учитывающий затупление наконечника; для острого наконечника = 0,85;

δр – сопротивление грунта разрыву, кг/см2.

Смещение центра давления от середины опорной поверхности гусеницы не должно превышать 1/6 длины опорной поверхности гусениц.

К основным конструктивным параметрам рыхлителя относят: количество, шаг и вылет зубьев, высоту и скорость их подъема, угол рыхления, угол заострения наконечников, расстояние от зубьев до ходовой части трактора и др. Количество зубьев выбирают по табл. 6.

Вылет зубьев (в мм) определяют в зависимости от наибольшей глубины рыхления (см. табл. 6) и области применения:

где hmax – наибольшая глубина рыхления.

Высота подъема зубьев обеспечивает задний угол въезда, который должен быть 20–25°. Наибольший подъем на легких рыхлителях составляет 300–500 мм, средних – 600–900 мм, а тяжелых – свыше 900 мм.

Угол рыхления зубьями при максимальном заглублении выбирают в пределах 30–40° для изогнутых зубьев и 40–50° для прямых.

37

При трехточечной подвеске в начале заглубления угол рыхления может составлять 70–80°, а при четырехточечной – 35–50°.

Угол отгиба наконечника для разработки мерзлых грунтов на 15–20° больше угла рыхления.

Угол заострения наконечников зубьев выбирают таким образом, чтобы при любом заглублении задний угол был не меньше 5–7° при рыхлении грунтов и скальных пород и 8–10° при рыхлении мерзлых грунтов.

Толщину зубьев и наконечников выбирают минимальной по условиям прочности.

Расстояние между зубьями и гусеницами или колесами базового трактора (вынос зубьев) у рыхлителей общего назначения должно превышать максимальную глубину рыхления не меньше чем в 1,3–2,0 раза, а у специальных рыхлителей в 1,1–1,5 раза.

Скорость подъема зубьев выбирают в пределах 0,3–0,5 м/с. При этом скорость опускания зубьев с учетом действия собственного веса рыхлительного оборудования будет в пределах 0,4–1,0 м/с, а без учета (при обычном расположении гидроцилиндров штоками вниз) – несколько меньше, чем скорость подъема.

Разрушение мерзлых пород при механическом рыхлении происходит посредством комбинированного воздействия двух видов нагрузок: на первом этапе заглубления зуба – под действием сил сжатия, а при дальнейшем заглублении зуба – под действием сил разрыва (выше наконечника зуба) и сил сдвига (среза) непосредственно у кончика зуба.

После рыхления образуется борозда (рис. 15, а), верхняя часть которой значительно шире наконечника, а нижняя соответствует форме его передней грани. Трапециедальная зона разрушения начинается несколько выше уровня дна прорези и наклонена к горизонту под некоторым углом ( ), который зависит от физико-механических свойств грунта и глубины рыхления (угол развала). Угол развала для твердомерзлых супеси и суглинка равен примерно 26–30° и 30–35° соответственно, а для пластично-мерзлых грунтов до 50–60°.

При оптимальных условиях рыхления соотношение между глубиной рыхления и шириной наконечника должно быть равно 4, т.е.

38

hb = 4. Поэтому параметры рыхлителя следует определять исходя из этих оптимальных условий.

39