РОЗДІЛ 2
ВИЗНАЧЕННЯ КІНЕМАТИЧНИХ ТА СИЛОВИХ ПОКАЗНИКІВ ТОРЦЕВОГО РОБОЧОГО ОРГАНУ ТРАНШЕЄКОПАЧА З КЕРОВАНИМИ СИЛОВИМИ ПАРАМЕТРАМИ
2.1. Визначення параметрів процесу імпульсного руйнування грунту торцевим робочим органом
В роботах [27, 30, 36] розглянуті основні принципи створення торцевого робочого органу та відмічено, що значення сили опору грунту руйнуванню, яке визначається за теорією динамічного руйнування Баладінського В.Л., зменшується при збільшенні швидкості впровадження різального елемента в масив. В роботах Власова В.В. визначено межі раціонального збільшення цієї швидкості, які сягають 35 м/с.
Торцевий робочий орган (рис. 2.1) являє собою диск, на лобовій поверхні якого встановлено різальні та метальні елементи. Різальні елементи встановлені за модульною схемою та формують різальні лінії, які, в свою чергу, формують різальні модулі. Метальні елементи розділяють різальні модулі між собою.
В ході дослідження приймались такі основні допущення та обмеження: значення сили різання на робочому органі враховується як середньозважене та прикладене на глибині 2/3 глибини різання до диска; елементи навіски торцевого робочого органу траншеєкопача абсолютно жорсткі; формування імпульсу відбувається за лінійним законом, на диску розміщено 8 різальних модулів, які складаються з 4-х різальних ліній.
В коливальному режимі, під час контакту робочого органу масою з грунтом зі швидкістю , в останньому виникає імпульс зсуву частинок грунту [5].
При швидкості впровадження різального елемента робочого органу , тобто при знятті навантаження, відбувається розрив стиснутої зони. Аналогічне явище виявляється при безперервному швидкісному впровадженні (різанні) міцних грунтів, оскільки , тобто утворення зруйнованої зони випереджає впровадження робочого органу.
Для зменшення енергоємності процесу розробки грунту виникає необхідність у створенні робочого органу, який би мав можливість виконувати додаткові імпульсні рухи при основному русі впровадження руйнуючого елемента (можливість модуляції руху).
Рис. 2.1. Торцевий робочий орган
При розробці грунту торцевим робочим органом хвилі деформації розповсюджуються в робочому середовищі основним чином в напрямку руху машини та в площині роботи ріжучих елементів (рис. 2.2).
Робочий процес торцевого робочого органу визначається коловою швидкістю різального елемента (15...25 м/с) та лінійною швидкістю пересування базової машини (0,1...0,12 м/с). Аналіз схеми визначення швидкості входження різального елемента показує, що утворення направлених коливань за напрямком швидкості більше суттєво впливає на величину , що визначає раціональніше конструктивне рішення.
Швидкість впровадження різального елемента в масив [27]
. (2.1)
Подача різального елемента в площині переміщення базової машини
. (2.2)
Товщина стружки грунту, яка зрізується однією різальною лінією
, (2.3)
де - кут між сусідніми різальними лініями.
Рис. 2.2 Схема визначення швидкості входження різального елемента торцевого робочого органу в масив при утворенні коливань за напрямом руху машини та напрямом основного руху різального елемента: - швидкість базової машини; - колова швидкість різального елемента; - швидкість направлених коливань
Якщо утворювати імпульсні навантаження в напрямках, відповідних розповсюдженню хвиль деформацій, можна суттєво зменшити потрібні сили різання на робочому органі. Це пояснюється тим, що при співпаданні напрямків навантаження та розповсюдження хвиль деформацій, а також при наближенні імпульсної швидкості навантаження до швидкості розповсюдження хвиль деформацій, в грунті виникає резонанс частот, що, в свою чергу, призводить до попереднього руйнування грунту без прикладання додаткових зусиль [89].
Для максимально ефективної розробки грунту, необхідно використовувати швидкісне навантаження з врахуванням варіації максимумів сили різання.
Торцевий робочий орган діаметром 0,6 м при швидкості пересування базової машини при постійній швидкості обертання в межах 80...90 с-1 дозволяє отримати продуктивність до 100 м3/год [30]. Енергоємність руйнування грунту при цьому складає близько 0,7 кВт•год/м3.
При проектуванні силового обладнання необхідно вірно розрахувати основні параметри торцевого робочого органу з керованими силовими параметрами, тобто по визначеній величині заглиблення різального елемента , розрахувати силу та швидкість імпульсу.
Величина імпульсу сили [4]
, (2.4)
де - час імпульсу; - сила імпульсу; - маса рухомих частин робочого органу; та - швидкості до та після імпульсу.
При абсолютно пружному імпульсі з врахуванням реалізації руху через аксіально-поршневий гідромотор (рис.2.3):
Рис. 2.3 Схема приводу торцевого робочого органу через аксіально-поршневий гідромотор
, (2.5)
де - площа поршня гідромотора; - тиск в камері поршня.
Максимальне значення імпульсу сили на диску, при лінійному законі її зміни в процесі імпульсу
(2.6)
або
, (2.7)
де - радіус диску робочого органу; - нормальна сила на плунжері двигуна; - радіус циліндрового блоку; - кут нахилу диску гідромотора; - кут нахилу диску робочого органу; - кутова швидкість коливань.
Максимальне значення напруження грунту при імпульсі, з площею контакту різальних елементів
, (2.8)
де - приріст тиску в нагнітальній камері гідромотора при утворенні імпульсу; - робочий об'єм камер гідромотора; - амплітуда імпульсу.
З формули (2.8) видно, що для визначення необхідно знати час імпульсу . Цей час залежить від щільності, вологості та виду грунту. В табл. 2.1 наведені середні експериментальні значення часу імпульсу [6].
Таблиця 2.1
Середнє значення часу імпульсу, с
ГрунтНезв'язнийЗв'язнийРихлий0,0160,023Щільний0,0080,011 З табличних даних видно, що зі збільшенням щільності грунту час імпульсу та напруження при імпульсі збільшуються.
Величину питомого імпульсу знаходимо за амп