7.3. Порядок проведения работы

7.3.1. Используя методические указания, плакаты и кинофильм, изучить общее устройство и назначение машин и оборудования для уплотнения грунтов.

7.3.2. Определить основные параметры и производительность машин и оборудования для уплотнения грунтов по исходным данным (табл. П.6), используя выражение (7.1).

Техническая производительность катка для уплотнения грунтов:

, м³/ч, (7.1)

где h₀ – толщина уплотняемого слоя грунта, h₀ = 0,2 м; В – ширина рабочего органа, м; b – величина перекрытия, b = 0,1…0,3 м; V_Д – средняя действительная скорость, км/ч; k_П – коэффициент, учитывающий потери, связанные с поворотом машин для уплотнения грунта, k_П = 0,8…0,95; n – количество проходов для достижения необходимой плотности, n = 4…6.

7.4. ФОРМА ОТЧЁТА

7.4.1. Цель работы.

7.4.2. Описание назначения, устройства и классификации машин и оборудования для уплотнения грунтов.

7.4.3. Определение основных параметров и производительности по формуле (7.1).

7.4.4. Формулирование кратких выводов по лабораторной работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1. Назовите, какие машины и механизмы применяют для уплотнения грунтов.

2. Поясните назначение и принцип работы прицепного виброкатка.

3. Перечислите машины динамического действия на грунт.

4. Поясните принцип действия виброплит и виброударных плит, их отличие.

5. Приведите уравнение производительности уплотняющего катка.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8

ИЗУЧЕНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА И КОНСТРУКЦИИ

МАШИН ДЛЯ РАЗРАБОТКИ МЁРЗЛЫХ ГРУНТОВ

8.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Цель работы заключается в изучении студентами рабочего процесса, конструкции и определении производительности машин для разработки мёрзлых грунтов.

8.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Для подготовки мёрзлых грунтов к экскавации чаще других применяют механический способ их разрушения. Основными группами машин, работающих по этому способу, являются навесные рыхлители, машины для нарезания щелей и разработки траншей, оборудование ударного и вибрационного действия.

Машины для рытья траншей и нарезания щелей разрабатывают мерзлый грунт резанием – снимая рабочими органами стружки не­большой толщины. Вследствие этого энергоемкость рабочего про­цесса получается большая, а про­изводительность машин невы­сокая. Щели в мерзлом грунте наре­зают для укладки кабеля, трубо­проводов малого диаметра, а так­же для послойной разработки грунтов. В первом случае ширина щели определяется технологичес­кими требованиями, во втором – она должна быть минимальной, так как нарезанные щели только разделяют массив на блоки, вследствие чего грунт мож­но удалять одноковшовым экска­ватором. Размер блоков должен соответствовать размерам ковша экскаватора, а глубина прорези в сезонномёрзлом грунте составля­ет не менее 0,7…0,8 от глубины промерзания. Ниже этого уровня прочность замерзшего грунта значительно уменьшается и обычно его можно разрабатывать экскаватором. При небольшой ширине щели средняя энергоемкость процесса в 3…5 раз меньшая, чем при разработке сплошного массива мерзлого грунта резанием.

Основными рабочими органами для нарезания щелей служат баровые устройства, дисковые и кольцевые фрезы. Общий вид и схема баровой машины показана на рис. 8.1, 8.2. В нее входят базовая машина 4, гидроцилиндр подъема 3, трансмиссия 2 и баровый ра­бочий орган 1.

В качестве базовых машин используют тракторы с ходоуменьшителем (минимальная скорость – 30 м/ч) или цепные траншей­ные экскаваторы. С помощью гидропривода можно регулировать усилие прижатия резцов к за­бою. При наличии нескольких рабочих органов целесообразно устанавливать гидроцилиндры на каждый из них, что позволя­ет нарезать одну или несколько щелей одновременно.

Рис. 8.1. Общий вид баровой машины на базе трактора Т-130

Рис. 8.2. Принципиальная схема баровой землеройной машины

Баровый рабочий орган со­стоит из рамы и бесконечной цепи со сменными резцами. Цепь опирается на часто уста­новленные направляющие ро­лики, не дающие ей свободно провисать и позволяющие получить достаточное напорное усилие. Одним комплектом резцов можно нарезать щели длиной 800…1000 м. Быстрый выход из строя резцов и баровой цепи – один из важнейших эксплуатационных недостатков баровых машин.

Принцип работы баровой машины подобен принципу работы цепного траншейного экскаватора. При движении цепи рабочий ор­ган опускается на грунт и постепенно врезается до необходимой глубины. Разрушенный грунт выносится на поверхность цепью. В результате сочетания перемещения машины и движения цепи зубья срезают стружку и прорезают щель.

К основным конструктивным параметрам баровых машин отно­сят длину рабочего органа, ширину щели, скорости движения баро­вой цепи и перемещения машины, число одновременно прорезаемых щелей, максимальное тяговое усилие, усилие подъема (перевода в транспортное положение) и опускания (прижатия к забою) рабо­чего органа.

Фрезерные машины (рис. 8.3) создают на ба­зе гусеничных тракторов или роторных траншейных экскаваторов. Их конструктивная схема, как и прин­цип работы, аналогичны роторным экскаваторам.

Рис. 8.3. Схема фрезерной ма­шины:

1 – гусеничный тягач; 2 – крон­штейн; 3 – гидроцилиндр подъема;

4 – фрезерный рабочий орган

Основ­ным отличием является небольшая ширина отрываемой щели и небольшая по сравнению с диаметром фрезы глубина щели, которая ограничена условиями выноса разрушенного грунта на по­верхность.

На эффективность баровых и фрезерных рабочих органов влияют скорости резания и подачи, геометрия зубьев и их рациональная расстановка. Резцы нужно устанавливать так, чтобы предыдущие обеспечивали последующим работу в условиях полублокированного или свободного резания.

Мерзлый грунт легко разрушается рас­тягивающими усилиями. Поэтому наиболее выгодным с энергети­ческой точки зрения представляется разрушение мерзлых грунтов отрывом. Машины с винтовым рабочим органом, основанные на таком принципе разрушения, прикладывают к грунту нагрузку, направленную в сторону откры­той поверхности. Исследо­вания и производственные испытания показали, что способ разрушения мерз­лого грунта растяжением достаточно эффективен.

Рабочие органы, раз­рушающие мерзлый грунт растягивающими усилия­ми, работают по двум схе­мам: с завинчивающимся анкером и с внедрением клина на границе замерзания. В первом случае (рис. 8.4, а) в грунт за­винчивают до определен­ной глубины анкерное устройство. Затем усилием, направленным вдоль анкера, от поверхности отрывают конусообразные глыбы грунта, которые одновременно разрыхляются. Усилие может быть как статическим, так и динамическим. При наличии открытого за­боя анкер (рис. 8.4, б) заглубляет клин, вдавливаемый тяговым усилием, развиваемым винтовым наконечником, до скола грунта в сторону открытой поверхности.

Рис. 8.4. Винтовой рабочий орган:

1 – штанга; 2 – упорный подшипник; 3 – клин; 4 – винтовой наконечник

Для внедрения клина в грунт на границе замерзания необходи­мо предварительно подготовить забой в виде уступа, из которого начинает работать машина. Обычно такой рабочий орган (рис. 8.5) устанавливают на трактор вместо отвала бульдозера. В этом слу­чае клин заглубляется тяговым усилием трактора, а скол грунта происходит при подъеме клина гидроцилиндром. Усилие Р_под на подъем клина несложно рассчитать исходя из прочности грунта на разрыв σ_р, глубины промерзания Н_ц и угла скола грунта ψ. При этом прочность грунта σ_р нужно принимать равной прочности промерзшего слоя при средней температуре Т_ср.

Рис. 8.5. Разрушение грунта клином, внед­ряемым на границе замерзания:

h – глубина промерзания; 1 – тягач; 2 – рама; 3 – гидроцилиндр; 4 – клин

Пер­спективность применения та­ких машин очевидна, т.к. они воздействуют на мерзлый грунт, начиная от границы промерзания, где он наименее прочен по срав­нению с более прочным по­верхностным слоем.

Мерзлый грунт может разрушаться при соударении рабочего органа машины с грунтом (рис. 8.6), если кинетическая энергия его в значи­тельной степени преобразуется в энергию деформации грунта. От места соударения в грунте распространяется волна, вызывающая в конечном счете разрушение грунта. Основная причина разруше­ния – появление наряду со сжатием под рабочим органом растя­жения контактной поверхности в прилегающем районе. В резуль­тате в мерзлом грунте появляются трещины, опережающие начало скалывания. При забивании в грунт клина появляется, кроме того, расклинивающее усилие. При наличии свободной поверхности, в направлении которой происходит скол, это вызывает разрушение грунта, в основном, растяжением.

Способы вибрационного и виброударного разрушения мерзлых грунтов отличаются от способа ударного разрушения сравнительно большой частотой силовых импульсов при меньшей их энергии. Обычно механизмы, вызывающие колебания рабочего органа, обес­печивают частоту 8…120 Гц при энергии одного импульса от 0,1 до 30 кДж. Рабочие органы землеройных машин, у которых инстру­мент движется не только вместе с рабочим органом, но и относи­тельно него, называют активными. Активизация рабочих органов позволяет подводить к забою дополнительную энергию, увеличива­ющую производительность и эффективность рабочего процесса.

Рис. 8.6. Конструктивные схемы клиновых рыхлителей:

а – с падающим рабочим органом; б – с забиваемым рабочим органом;

в – для послой­ного рыхления грунта

В зависимости от схемы крепления вибратора на рабочем орга­не различают три типа таких машин (рис. 8.7): вибрационные, виброударные и частоударные.

Вибрационный рабочий орган (рис. 8.7, а) состоит из вибратора, который жестко закреплен на ра­бочем инструменте. Под действием синусоидальной вынуждаю­щей силы рабочий орган совершает колебания, передающиеся ин­струментом грунту. Более эффективны вибраторы направленного действия, которые обычно применяют для активизации рабочих ор­ганов землеройных машин.

Виброударный рабочий орган (вибромолот) производит как вибрационное, так и ударное воздействие на грунт. Он состоит из вибратора (см. рис. 8.7, б) и рабочего инструмента, соединенных пружинами. При движении вибратора под действием вынуждаю­щей силы пружины вначале запасают энергию, а затем отдают ее инструменту, увеличивая силу соударения бойка и наковальни. Ре­жим работы вибромолота зависит от регулировки механизма. Чис­ло ударов может быть равным частоте колебаний вибратора или быть меньше ее. Это число в значительной степени зависит от за­зора х между бойком и наковальней, который может быть положи­тельным, нулевым или отрицательным (боек прижимается к нако­вальне с определенной силой).

Рис. 8.7. Схемы рабочих органов вибромашин:

а – вибрационного действия; б – виброударного действия; в – частоударного действия; 1 – вибратор; 2 – боёк; 3 – наковальня; 4 – рабочий инструмент;

5, 6 – пружины

Когда вибратор и рабочий инструмент (см. рис. 8.7, в) не соеди­нены, на грунт передаются частоударные нагрузки. По данным ис­следований, такие рабочие органы несколько менее эффективны, чем виброударные.