Способы разработки грунтов.

Одной из основных операций при земляных работах является раз­рушение грунта. Грунты и породы разрушаются:

1. механическим способом, когда рабочие органы непосредственно отделяют грунт от массива. Энергоемкость его составляет 0,05÷0,3 кВт-ч/м³;

2. гид­ромеханическим способом; при этом способе грунт разрушается, т. е. отделяется от массива механическим рабочим органом (фрезой), а затем транспортируется при помощи воды или грунт сразу раз­рушается струей воды высокого давления. В первом случае энерго­емкость составляет 0,2 2 кВт-ч/м³, во втором — в 1,5 раза меньше;

3. взрывным способом, когда в породе предварительно пробури­вают шпуры, в которые помещают взрывчатые вещества. Газы, выде­ляющиеся при воспламенении взрывчатых веществ, разрушают породу. Энергоемкость такого бурения составляет 0,8÷1,1 кВт-ч/м³.

Применяются также комбинированные способы, когда предвари­тельно разрушение (рыхление) грунта производится рыхлителем, а транспортировка другими машинами. Помимо механических и гид­равлических способов разрушения ведутся исследования по термиче­скому и химическим способам.

РЕЗАНИЕ И КОПАНИЕ ГРУНТОВ.

Отделение грунта от массива осуществляется режущей частью рабочего органа, имеющего форму клина. Рабочему органу сообщается два движения: одно для внедрения рабочего органа в грунт,

характеризуемое скоростью подачи v_н, и второе, при ко­тором отделяется грунт от массива, характеризуемое скоростью резания v_н. Вели­чина v_p на современных ма­шинах для земляных работ колеблется от 0,8 до 2 м/с, а величина v_н ~ 0,1v_р.

Рабочие органы отделяют грунт от массива и переме­щают его. Процесс только отделения грунта от массива (разрушение грунта) назы­вается процессом резания. Весь процесс отделения грунта от массива и заполнения им рабочего органа (ковша экскаватора, скрепера) или перемещения его рабочим органом (отвалом бульдозера, грей­дера) называется процессом копания.

Для проектирования и рациональной эксплуатации машин необ­ходимо знать, какие силы сопротивления возникают при резании и копании. Эти силы зависят от ширины b и толщины с срезаемой стружки, т. е. от срезаемой площади F = bс, от физико-механи­ческих свойств грунта и от геометрии режущей части рабочего органа.

При резании, т. е. только при отделении грунта от массива, воз­никает сила Р, нормальная к передней грани режущего органа. Опре­делить точку приложения этой силы, а также ее величину очень трудно. Для простоты принято считать, что эта сила приложена к режущей кромке. Ее раскладывают на две силы: касательную силу сопротивления резанию Р_р и нормальную силу резания (силу по­дачи) Р_п. В результате действия Р_П возникает сила трения рабочего органа о грунт Р_тр1.

При копании помимо этих сил возникают дополнительные силы сопротивления перемещению грунта при заполнении рабочего органа (ковша) или перемещению грунта впереди рабочего органа (отвал бульдозера). Определение каждой из этих сил весьма

сложно, поэтому принято, что при копании возникает сила сопротивления Р₀, которая раскладывается на две силы: касатель­ную силу копания Р_оъ направленную по каса­тельной к траектории движения, и нормальную силу копания Р₀₂, направленную по нормам к траектории движения.

Откол грунта заключается в том, что в грунт на некотором рас­стоянии от бровки забоя внедряется (забивается) клин. Процесс откола зависит от угла клина, ширины клина, расстоя­ния между бровкой забоя и местом забивки клина, работы еди­ничного удара. Чтобы внедрить клин в грунт, работа единичного удара должна быть не меньше определенной величины, которая зависит от физико-механических свойств грунта, степени промерза­ния, угла клина, расстояния от бровки забоя. Экспериментально установлено, что при угле клина α=30° и забивке в мерзлый грунт IV категории на каждый сантиметр ширины клина требуется работа не меньше 200 кгс·м (2-10³ Нм). При этом клин за каждый удар внедряется в среднем на глубину h = 120—150 м. Очевидно, что чем больше работа удара, тем больше h.