13.4. Рабочие органы землеройных машин и их взаимодействие с грунтом

Рабочие органы, с помощью которых грунт отделяют от мас­сива (экскаваторные ковши, бульдозерные отвалы, зубья рыхли­телей)называют землеройными. Вконструкциях землеройных и зем- леройно-транспортных машин, рабочий процесс которых состо­ит из последовательно выполняемых операций отделения грунта от массива, его перемещения и отсыпки, землеройные рабочие органы совмещают с транспортирующими — ковшами (экскава­торы, скреперы) или отвалами (бульдозеры, автогрейдеры). Пер­вые называют ковшовыми,а вторые — отвальными.Зубья рыхлите­лей (рис. 13.2, а)отделяют грунт от массива без совмещения с другими операциями.

; Ковшовый рабочий орган представляет собой емкость с режу- г .щей кромкой, оснащенной зубьями (рис. 13.2, 6— г, е)или без них ;(рис. 13.2, д, ж, з).Ковши с режущими кромками без зубьев чаще применяют для разработки малосвязных песков и супесей, в ков-

• ши с зубьями — в основном для разработки суглинков, глин и ■^прочных грунтов. При разработке грунта ковш перемещается от-

• носительно грунтового массива так, что его режущая кромка или 1,'зубья внедряются в грунт, отделяя его от массива. Разрыхленный

а

б

г

з

Рис. 13.2. Рабочие органы машин для разработки фунтов

вследствие этой операции грунт посту­пает в ковш для последующего пере­мещения в нем к месту разгрузки.

Отвальные рабочие органы (рис. 13.2, г, и)оснащают в нижней части ножа­ми. В этом случае их еще называют но­жевыми.Для разрушения более проч­ных фунтов на ножи дополнительно устанавливают зубья. Рабочий процесс отвального рабочего органа отличает­ся от описанного выше способом пе­ремещения фунта к месту укладки — волоком по ненарушенному фунту перед отвалом.

Режущая часть землеройного рабочего органа имеет форму зао­стренного клина (рис. 13.3), офаниченного передней 1и задней 2 фанями, линию пересечения которых называют режущей кром­кой.Угол 5, образованный направлением движения режущего клина его передней гранью, называют углом резания,а угол 0, образо­ванный с тем же направлением задней фанью, — задним углом. Разрушающая способность режущего клина тем больше, чем боль­ше реализуемого рабочим органом активного усилия приходится на единицу длины режущей кромки. При одном и том же усилии узкий режущий клин эффективнее широкого. Поскольку суммар­ная длина режущих кромок всех зубьев, установленных на ковше или отвале, всегда меньше длины кромки того же рабочего органа без зубьев, то рабочий орган с зубьями обладает большей разруша­ющей способностью по сравнению с рабочим органом без зубьев.

Направление движения

Рис. 13.3. Параметры режущего клина

В процессе взаимодействия с фунтом, обладающим абразивны­ми свойствами, режущий клин затупляется, его режущая кромка становится все менее выраженной, а энергоемкость разработки им фунта возрастает. Для повышения износостойкости режущих инст­рументов землеройных рабочих органов переднюю фань упрочняют твердым сплавом в виде наплавокизносостойкими электродами илинапаекиз металлокерамических твердосплавных пластин (рис. 13.4). Последние более эффективны по сравнению с наплавками. Они обладают высокой твердостью (немного выше оксидов кремния, содержащегося в песчаных фунтах), но подвержены хрупкому раз­рушению при встрече с валунами. Упрочненный по передней фани режущий инструмент обладает эффектом самозатачивания,кото­рый проявляется в том, что державка 1, имеющая более низкую твердость по сравнению с упрочняющим слоем (пластинкой) 2,изна­шивается быстрее последнего (формы износа показаны на рис. 13.4 тонкими линиями), так что режущий инструмент во время работы остается практически острым с затуплением лишь по толщине уп­рочняющего слоя. Такой режущий инструмент обеспечивает менее энергоемкую разработку грунта, чем неупрочненный.

Реализуемые режущим клином усилия на отделение грунта от массива (усилия резания)почти стабильны при разработке плас­тичных глинистых грунтов. Во всех других случаях имеет место колебание усилия резания от минимальных значений до макси­мальных с определенным периодом (см. рис. 3.6, б). Амплитуда Этих колебаний возрастает по мере увеличения прочности и хруп­кости грунтов. Процессу резания сопутствует перемещение грунта перед рабочим органом, внутри его (при ковшовом рабочем орга­не) или по нему (при отвальном органе). Совокупность этих пере­мещений вместе с резанием называют копанием.

Усилие Р, с которым режущий клин воздействует на грунт (рис. 13.5) называют усилием копания, а равное ему по модулю, но противоположно направленное усилие Р₀ — сопротивлением грунта копанию.Каждое из этих усилий может быть разложено По трем взаимно перпендикулярным направлениям — вдоль (ка­сательно) траектории движения режущей кромки (соответственно Л и Р₀₁), нормально к этой траектории в плоскости движения (Д и Р₀₂)и нормально из этой плоскости (Р₃и Р₀₃). Усилия пер­вой пары называют касательными составляющими силы копания {сопротивление грунта копанию), вторые — нормальными состав­ляющимитех же сил (сопротивлений), третьи — боковыми со­ставляющими.Последние имеют место обычно в случае косоус- Тановленной режущей кромки, например, у экскаваторов не­прерывного действия поперечного копания, при косо установ­ленном (в плане) бульдозерном отвале при выполнении им пла­нировочных работ.

, Режущий клин

Направление движения

Рис. 13.4. Схема самозатачивания Рис. 13.5. Схема силового взаимодей- йемлеройного режущего инстру- ствия землеройного режущего инстру­мента, упрочненного по пере- мента с фунтом дней грани

Одним из наиболее распространенных методов расчета сил со­противления грунта копанию является метод Домбровского — Горячкина, согласно которому касательная составляющая этого сопротивления измеряемая в килоньютонах, принимается про­порциональной площади поперечного сечения грунтового среза(стружки):

P_0i = k_xbc,

где — коэффициент пропорциональности, называемый удель­ным сопротивлением грунтакопанию, кПа (см.табл. 13.1);Лис- ширина и толщина стружки, м.

Согласно этому методу нормальную составляющую сопротив­ления грунта копанию определяют в долях от P₀i/^02 = V Ли- Ко­эффициент пропорциональности у зависит от прочности и одно­родности разрабатываемого грунта, заднего угла 6, степени за­тупления режущего инструмента, размеров и формы его износа. При заднем угле не менее 5...8° для однородных фунтовIII—IV ка­тегории при режущих кромках средней затупленности ц/ = 0,15...0,3. Для более прочных неоднородных полускальных и мерзлых грун­товv= 0,3 ...0,6.

Большую долю в составе сопротивления грунта копанию со­ставляет сопротивление грунта резанию,которое, в соответствии с изложенной выше методикой, определяется как

f_p = к\Ь с,

где к\— удельное сопротивление грунта резанию, кПа (см. табл. 13.1).

Заметим, что сопротивление грунта резанию зависит только от вида грунта и параметров режущего инструмента, в то время как сопротивление копанию, кроме того, зависит от способа разра­ботки (типа землеройной машины) (см. табл. 13.1).