Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Исследования наземных транспортно-технологических машин при учете реологических свойств опорного основания. Часть 2. Лабораторный практикум
.pdf
41
)1(2
Е
G
пользование этих закономерностей, предполагая, что может быть реализован
любой характер такого взаимодействия.
Существуют различные мнения по поводу применения штампов для исследования закономерностей деформирования грунтов. По мнению одних ученых,
получаемые закономерности характеризуют не только свойства опорного основания, но и систему «материал – штамп», а также режимы их взаимодействия, и
по этой причине не могут привести к получению достоверных данных при
оценке процессов взаимодействия грунтов с реальными уплотнителями или
движителями машин.
По мнению другой группы ученых, штамповые испытания по оценке деформационных характеристик уплотняемых слоев дают вполне удовлетворительные результаты, причем как в качественном, так и в количественном отношениях.
Следует заметить, что при исследовании реологических характеристик
грунтов должны рассматриваться отдельные простейшие стороны их взаимодействия с уплотнителями (уплотняющими элементами машин), физическая
суть этого взаимодействия должна основываться на общих законах физики и
лежать в основе больших групп сложных задач, решаемых современной прикладной механикой. Именно при моделировании процесса нагружения уплотняемого слоя посредством плоского штампа появляется реальная возможность
перехода к описанию процесса деформирования при взаимодействии его с различными ходовыми системами и другими уплотнителями транспортнотехнологических машин.
В теории упругости взаимосвязь между модулями Е и G, а также коэффициентом Пуассона описывается известным выражением
Однако для оценки взаимосвязи реологических характеристик уплотняемо-
го слоя оно теряет конкретный физический смысл. Здесь необходимы более
.
42
Е
0 0 0
t
t
t
(t)
Е
t
Е
Рис. 11. Кривые изменения во времени
деформации и модуля деформации
уплотняемого слоя
точные соотношения, определяемые, в первую очередь, временным фактором
(или фактором времени).
В зависимости от времени действия нагрузки будем различать мгновен-
ные (Е, G и ), текущие (Еt, Gt и
) и длительные (Е, G и
t
) модули де-
формации и коэффициент поперечной деформации.
На примере развития вертикальной деформации уплотняемого слоя под
действием вертикальной нагрузки рассмотрим особенности изменения модуля вертикальной деформации, а также методику его определения. Остальные
модули деформации уплотняемого слоя определяются аналогично.
На рис. 11 представлены типичные кривые изменения во времени верти-
кальной относительной деформации уплотняемого слоя и модуля вертикальной
деформации при постоянно приложенной к слою через штамп вертикальной нагрузке (согласно закону Хевисайда).
Устройство для исследования физико-механических характеристик слоя
почвогрунта (рис. 12), включающее механизмы вертикального нагружения и
вращательного смещения штампа, размещенные на перемещаемом каркасе с
датчиками вертикального и углового перемещения штампа, и измерительнорегистрирующую систему, дополнительно снабжено механизмом синхрониза-
43
ции приложения вертикальной и сдвиговой нагрузки. Механизм вращательного
смещения штампа состоит из подвеса с грузом, соединенным с барабаном посредством троса, перекинутого через обводной блок. Барабан соединен с осью
штампа посредством подвижного шлицевого соединения, механизм вертикального нагружения состоит из перемещающегося по направляющим ползуна с
опорной плитой, соединенной со штампом через удлинитель и опорный подшипник. Датчики вертикального и углового перемещения штампа состоят из
двух натяжных нитей, одна из которых соединена с барабаном, а другая – с
опорной плитой, системы роликов, изменяющих направление смещения нитей
и оптико-волоконных элементов, с двумя роликами, через которые перекинуты
нити в виде обжимающей петли. Штамп является круглым, а не кольцевым, с
размещенными под ним равномерно по окружности в радиальном направлении
ближе к краю штампа грунтозацепами, длиной не более половины его радиуса.
На рис. 12 представлена схема предлагаемого устройства, на рис. 13 пред-
ставлен общий вид устройства.
Каркас устройства состоит из стальной плиты 1 и стоек 2, соединенных с
плитой четырьмя кронштейнами 3 (см. рис. 12). Снизу к плите прикреплены две
направляющие 4, по которым перемещается ползун с опорной плитой 5, воспринимающий вертикальную нагрузку P1-P1 и соединенный со штампом 6 через полый удлинитель 7 и упорный подшипник 8. Удлинитель 7 упирается в наружное
кольцо упорного подшипника 8 над штампом 6, таким образом, достигается возможность углового перемещения последнего. Ось 9 штампа 6, проходя через полый удлинитель 7, в верхней ее части имеет подвижное шлицевое соединение с
барабаном 10, имеющим возможность осевого вращения относительно стальной
плиты 1 посредством упорного подшипника 11.
Подвес с грузом 12 весом Р2 соединен тросом 13, перекинутым через обводной блок 14, с барабаном 10. Передаточное отношение механизма вращательного смещения штампа определяется диаметром барабана и средним радиусом установки грунтозацепов R на штампе и позволяет создавать необходимую
44
D
D/4
1
2
3
5
4
6
7
8
Р
1
Р
1
9
10
15
13
14
11
Р
2
12
16
R
17
18
19
20
21
22
23
24
25
15
26
26
27
28
Рис. 12. Принципиальная схема устройства
45
величину касательного напряжения под штампом при повороте. Фиксатор 15
удерживает барабан 10 и ось 9 со штампом 6 от вращения под воздействием нагрузки P2 перед началом проведения эксперимента. Для устранения осадки устройства в почвогрунт стойки 2 имеют в нижней части башмаки 16.
Датчики вертикального и углового перемещения штампа 6 состоят из двух
натяжных нитей 17, одна из которых соединена с барабаном 10, а другая – с
опорной плитой 5, системы изменяющих направление смещения нитей роликов
18 и оптико-волоконных элементов с двумя роликами 19 (например, входящих
в устройство типа "мышь" к компьютеру), через которые перекинуты нити 17 в
виде обжимающей подвижной петли.
Рис. 13. Общий вид устройства
С одной стороны концы нитей 17 соединены с опорной плитой 5 для изме-
рения вертикальной деформации почвогрунта и с барабаном 10 для измерения
сдвиговой деформации. Другие концы нитей 17 снабжены натяжными грузиками 20. Сигналы с датчиков передаются на ЭВМ и фиксируются в виде вертикального и углового перемещений штампа с помощью специально разработан-
46
ной программы "Регистрация линейных перемещений" в виде системы таблиц и
графиков. Механизм синхронизации приложения вертикальной и сдвиговой нагрузки 21 сконструирован по принципу работы обыкновенной мышеловки, при
этом ударная скоба 22 несет на конце боек 23 и имеет возможность разгона при
развороте за счет закрученной пружины 24 с момента смещения стопора 25 посредством нити 26, перекинутой через ролик 27 и соединенной с опорной плитой 5.
Как показали полевые испытания по проверке работоспособности предлагаемого устройства (рис. 13), грунтозацепы 28 должны быть размещены под
круглым штампом 6 равномерно по окружности в радиальном направлении
ближе к краю штампа длиной не более половины его радиуса, иначе происходит разрушение структуры почвогрунта как при установке штампа центральной его частью на слой почвогрунта перед началом испытаний, так и в процессе
испытаний, когда штамп поворачивается вокруг своей оси 9 под действием
прикладываемого крутящего момента от барабана 10. Такое разрушение структуры почвогрунта объясняется близким расположением грунтозацепов по отношению друг к другу в центральной части штампа. Кроме того, наличие в центральной части штампа 6 плоской поверхности, что делает его форму в виде
плоского диска, сохраняет сформировавшееся напряженно-деформированное
состояние грунта под штампом в соответствии с приложенными к нему нагрузками, не позволяя грунту выпирать вверх наружу, как это происходит в случае
применения кольцевого штампа.
Порядок выполнения работы
Устройство устанавливают на подготовленный для проведения эксперимента почвогрунт. Фиксатором 15 блокируют возможность вращения барабана 10
относительно стальной плиты 1 и навешивают груз 12 весом Р2 на подвес,
обеспечивающий в процессе эксперимента с учетом передаточного отношения
механизма вращательного смещения штампа необходимую величину касатель-
47
t
t
Е
t
t
G
ного напряжения под штампом 6 с грунтозацепами 28. Соединяют датчики вертикального и углового смещения штампа 6 с ЭВМ. Фиксируют свободные концы нити и вывешивают натяжные грузики 20. Усилие P1-P1 формируется весом
тела участника эксперимента, наступив на опорную плиту ползуна 5 практически мгновенно и плавно, без толчков и рывков, обеими ногами. Одновременно,
в момент начала смещения ползуна 5 и штампа 6 вниз, при смещении нити 26
стопор 25 освобождает ударную скобу 22 с размещенным на ней бойком 23, которая под действием скрученной пружины 24 начинает свое угловое перемещение, накапливая кинетическую энергию во время разгона. В конце свободного
хода ударной скобы боек 23 ударяет по наконечнику фиксатора 15, который
выходит из зацепления с плитой 1. При этом барабан 10 получает свободу вращательного движения под действием веса Р2 груза 12 и начинает поворачивать
штамп 6, обеспечивая при этом постоянные значения касательных напряжений
в грунте под штампом, посредством его оси 9, находясь в подвижном с ней зацеплении через шлицевое зацепление. Таким образом, механизм синхронизации 21 обеспечивает практически мгновенно совместное приложение вертикальной и сдвиговой нагрузок к штампу 6.
В процессе деформирования штампом 6 слоя почвогрунта производится регистрация показаний датчиков вертикального и углового перемещения штампа
на ЭВМ.
По зарегистрированным на ЭВМ показаниям датчиков по изменению вертикальной и сдвиговой деформаций слоя почвогрунта во времени построить
кривые изменения во времени деформаций и модулей деформации уплотняемого слоя, аналогичные рис. 46. При этом значения модулей деформации в соответствующий момент времени определяются по выражениям
;
где и - нормальные и касательные напряжения под штампом, Па; t и t –
вертикальные и сдвиговые относительные деформации.
Напряжения под штампом определяют по выражению
,
48
SFii/
rMF
i
/
rLS
i
2
hk
Гit
/
где Fi – соответствующая нагрузка, приложенная к штампу, Н; S – площадь
штампа, м2.
При этом в случае определения касательных напряжений под штампом на-
грузка и площадь штампа определяются из выражений
где М – приложенный к штампу момент, Нм; r – радиус расположения середины грунтозацепов, м; L – длина грунтозацепов, м,
а относительная сдвиговая деформация слоя в каждый момент времени определяется из выражения
где - угол поворота штампа (или его оси), рад; h – толщина слоя почвогрунта,
м; k – соотношение радиуса расположения середины грунтозацепов и радиуса
,
,
,
,
барабана 10 (см. рис. 12).
Содержание отчета:
1) цель работы;
2) оборудование и принадлежности;
3) таблица экспериментальных данных в произвольной форме;
4) необходимые расчеты;
5) кривые изменения во времени деформаций и модулей деформации уп-
лотняемого слоя.
49
Библиографический список
1. Носов, С.В. Мобильные энергетические средства: выбор параметров и ре-
жимов работы через реологические свойства опорного основания: монография
/С.В.Носов. - Липецк: ЛГТУ, 2006.- 228 с.
2. Пат. 2365916 Российская Федерация, МПК G 01 N. Устройство для исследо-
вания физико-механических характеристик слоя почвогрунта [Текст] /Носов
С.В., Перегудов Н.Е., Киндюхин Ю.Ю.; заявитель и патентообладатель Липецкий гос. техн. ун-т. - № 2008112526/28 ; заявл. 31.03.08 ; опубл. 27.08.09, Бюл.
№ 24.- 13 с.
3. Пат. № 2366944 Российская Федерация, МПК G 01 N. Способ определения
физико-механических характеристик слоя почвогрунта [Текст] /Носов С.В.,
Перегудов Н.Е., Киндюхин Ю.Ю.; заявитель и патентообладатель Липецкий
гос. техн. ун-т. - № 2008109671/03 ; заявл. 11.03.08 ; опубл. 10.09.09. Бюл.
№ 25.- 17 с.
4. Носов, С.В. Исследования наземных транспортно-технологических машин
при учете реологических свойств опорного основания: лабораторный практикум. Ч. 1 /С.В. Носов. - Липецк: Изд-во Липецкого государственного технического университета, 2015.- 65 с.
5. Носов, С.В. Оценка уплотняющей способности и тяговой динамики трак-
тора ЛТЗ-60АБ при работе на почве / С.В. Носов, П.А. Бондаренко. Национальный информационный фонд неопубликованных документов.- Инв. номер
ВНТИЦ №ГР 50200601686.- Инв. номер ОФАП №6927 от 22.09.2006.- 6 с.
6. Носов, С.В. Оценка уплотняющей способности и тяговой динамики трак-
тора ЛТЗ-55А при работе на почве / С.В. Носов, П.А. Бондаренко. Национальный информационный фонд неопубликованных документов.- Инв. номер
ВНТИЦ №ГР 50200601687.- Инв. номер ОФАП №6928 от 22.09.2006.- 6 с.
7. Носов, С.В. Оценка уплотняющей способности и тяговой динамики трак-
тора ЛТЗ-155 при работе на почве / С.В. Носов, П.А. Бондаренко. Националь-
50
ный информационный фонд неопубликованных документов.- Инв. номер
ВНТИЦ №ГР 50200601688.- Инв. номер ОФАП №6929 от 22.09.2006.- 6 с.
8. Носов, С.В. Оценка уплотняющей способности и тяговой динамики трак-
тора ЛТЗ-155 на сдвоенных колесах при работе на почве / С.В. Носов, П.А.
Бондаренко. Национальный информационный фонд неопубликованных документов.- Инв. номер ВНТИЦ №ГР 50200601689.- Инв. номер ОФАП №6930 от
22.09.2006.- 6 с.
9. Носов, С.В. Оценка уплотняющей способности и тяговой динамики трак-
тора ЛТЗ-95 при работе на почве / С.В. Носов, П.А. Бондаренко. Национальный
информационный фонд неопубликованных документов.- Инв. номер ВНТИЦ
№ГР 50200601690.- Инв. номер ОФАП №6931 от 22.09.2006.- 6 с.
10. Носов, С.В. Оценка уплотняющей способности и тяговой динамики трак-
тора ЛТЗ-95 на сдвоенных колесах при работе на почве / С.В. Носов, П.А. Бондаренко. Национальный информационный фонд неопубликованных документов.- Инв. номер ВНТИЦ №ГР 50200601691.- Инв. номер ОФАП №6932 от
22.09.2006.- 6 с.
11. Носов, С.В. Определение деформации слоя почвогрунта после прохода
пневмоколеса трактора / С.В. Носов. Национальный информационный фонд
неопубликованных документов.- Инв. номер ВНТИЦ №ГР 50200700409.- Инв.
номер ОФАП № 7762 от 15.02.2007.- 7 с.
12. Носов, С.В. Регистрация линейных перемещений / С.В. Носов, П.А. Бон-
даренко. Национальный информационный фонд неопубликованных документов.- Инв. номер ВНТИЦ №ГР 50200700319.- Инв. номер ОФАП № 7672 от
12.02.2007.- 5 с.
13. Носов, С.В. Упрощенная оценка уплотняющей способности гусеничных
тракторов (ГУСТРАКТ) / С.В. Носов. Национальный информационный фонд
неопубликованных документов.- Инв. номер ВНТИЦ №ГР 50200700324.- Инв.
номер ОФАП № 7677 от 12.02.2007.- 12 с.
14. Носов, С.В. Оценка уплотняющей способности гусеничного трактора /
С.В. Носов, Н.Е. Перегудов. Национальный информационный фонд неопубли-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]