Автор: Данатаров Агахан

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №8 (19) август 2010 г.

Библиографическое описание:

Данатаров А. Методика лабораторных исследований разрушения грунта в процессе рыхления-кротования // Молодой ученый. — 2010. — №8. Т. 1. — С. 65-68.

Для проведения исследований процесса резания грунта был использован грунтовый канал (ГК) рис.1, состоящий из железобетонной емкости 1 прямоугольного сечения, заполненный грунтом 7. Вдоль ГК на консольных  опорах установлена рельсовая колея 2. ГК оснащен оборудованием системы верхнего и нижнего увлажнения в условиях, близких к полевым. На рельсовый колее установлена передвижная тележка 3, на который крепится кротователь-рыхлитель. Тележка перемещается с многоскоростной лебедкой тросом 6. Лебедка 5 состоит из трехскоростного двигателя 9, коробки скоростей 10 автомобиля ЗИЛ-130, редуктора 11, барабана 12. Лебедка может обеспечивать реверсивное передвижение тележки (18 положений).

010019

Рис. 1. Конструктивная схема ГК и кротовательной установки

1-железобетонная емкость; 2-рельсовая колея; 3-передвижная тележка; 4-кротователь-рыхлитель; 5-тяговая лебедка; 6-трос; 7-глинистый почвогрунт; 8-динамометр; 9-двигатель тяговой лебедки; 10-коробка скоростей; 11-редуктор; 12-барабан.

                                  Техническая характеристика ГК                     Таблица

Название параметров

Ед. изм.

Параметры

Длина

м

42

Ширина (в свету)

м

2,4

Глубина

м

1,2

Ширина колеи рельсового пути

м

2,0

Длина хода рабочей тележки

м

37

Скорость рабочей тележки

м/мин

6-24

Максимальное тяговое усилие тележки

Н

37500

Максимальное усилие лебедки

Н

37500

Скорость каната

м/мин

24-30

Мощность двигателя

кВт

15

Масса передвижной тележки

кг

2500

При подготовке ГК грунт доводят до однородного состояния, производя разравнивание грунта, увлажнение и уплотнение. До однородного состояния грунт доводится при помощи его предварительного разрыхления на всю ширину ГК одновременно. Для этого зубья рыхлителя опускают на максимальную глубину, а в последующем осуществляют последовательные проходы тележки с опущенным рыхлителем до получения однородной массы грунта без комков. В процессе разрыхления проводят необходимое увлажнения грунта, подовая воду через систему увлажнения при движении тележки с постоянной скоростью.

По шаблону в трех точках по ширине ГК и через 3 м по его длине отбираются пробы для уточнения влажности. Следовательно, при последовательных проходах тележки грунт необходимо разравнивать отвалом. Далее грунт уплотняют механическим способом и измеряют плотность с помощью стандартного ударника ДорНИИ. После подготовки грунта на тележке закрепляют лабораторную установку с рыхлителями дренерами и соответствующую измерительную аппаратуру.

Для проведения исследования процесса разрушения почвогрунта в ГК рабочими органами рыхлителя-кротователя были использованы различные конструктивные решения, которые предполагаются наиболее технологическими и эффективными. Основным технологическим процессом, связанным с прокладкой аэрационного дренажа (АД), является резание рабочими органами кротователя, т.е. нож-стойкой и дренером. Нож разрезает почвогрунт на определенно установленную глубину и одновременно протаскивает за собой дренер, который при своем движении формирует полость АД. Следовательно, процесс разрушения почвогрунта зависит от конструкции нож-стойки кротователя и его параметров.

Как известно, движение кротователя сопровождается скалыванием грунта в сторону наименьшего сопротивления. На величину скалывания значительное влияние оказывает параметры клинообразного кротователя: угол заточки; длина цилиндрической части; диаметр и задний угол. Усилие резания грунта состоит из вертикальной и горизонтальной составляющих, действующих на дренер. Дренер динамометрировался в ГК по всей длине экспериментальной дрены, при котором значение действующих сил определялось как среднее арифметическое.

Подготовка и проведение опытов по исследованию процесса разрушения почвогрунтов на экспериментальном стенде выполнялись в следующей последовательности. Тележка стенда устанавливалась в крайние левое положение ГК, следовательно, через каждые 2 метра прохода тележки по оси канала отрывалась траншея шириной b1 =0,65 м; b2 =0,75 м;  b3 = 0,85 м и длиной  L = 0,9 м. Модель устройства АД было выполнена в масштабе 1 : 1. Глубина прокладки дрен регулируется в пределах от 44 до 68 см и составляет 80, 160, 240 мм. Следовательно, в процессе исследований сила резания вычислялась как разность между общим тяговым усилием - Робщ , регистрируемым в ходе опыта динамометром, и усилием - РТ, необходимым для перекатывания тележки, определенным предварительно:   Ррез = Робщ - РТ                                                                                    /1/

В качестве основного критерия оценки прочностных свойств почвогрунта принят - Суд – число ударов динамического плотномера ДорНИИ. В процессе исследования разрушения почвогрунта прочность грунта менялась в пределах от 5 до 6 ударов плотномера.

010020

Рис.2. Кинематическая схема динамометрического стенда

Динамометрическая тележка /1/ включает вертикальные направляющие, в которых перемещается суппорт /3/. На суппорте закреплены горизонтальная /4/ и вертикальная /5/ тензометрические балки, к которым посредством серьги /6/ и хомутов /7/ подвешен узел крепления ножей /8/, на котором установлен нож /9/. Силы резания определяются по деформациям двух тензометрических балок. На каждую тензометрическую балку было наклеено по четыре датчика, выполняющих функции рабочих и компенсационных датчиков /рис. 3/. Это позволило  регистрировать только разность напряжений на базовом участке балочки - l1, заключенном между датчиками.

Исходя вышеизложенного или принимая оптимальных параметров, определение сопротивления движению дренера определяем на основе динамометрирования. Однако, для аридной зоны в качестве рабочих органов были применены усеченные дренеры на шарнирной тяге с ножом со ступенчато установленными ножами. Дренеры имели заточки = 300, длину цилиндрической части 200 мм и диаметр 30, 40, 50, 60 мм. Опыты с дренерами были проведены на трех глубинах: 50;  60; 70 мм.

Из анализа осциллограмм и данных исследований  В.В. Власова [2] установлено, что хотя лучшим приближением закона распределения максимумов силы резания является Г – распределение Пирсона III – ряда, однако, возможно использовать и нормальное распределение. Целесообразность  использования нормального закона распределения максимумов силы резания подтверждается и в других работах [4]. Для оценки параметров такого распределения при заданном количестве опытов – п целесообразно использовать их выборочное среднее  -Р и выборочную – S2 [3]. 

P =                                              /2/

S2 =                                          /3/

где: Рi– выборочное значение экстремумов силы резания.

010021

            Рис. 3. Схема наклейки и соединения тензометрических датчиков в измерительные мосты

При значении n > 40 величину S2 – можно принять равной дисперсии генеральной совокупности /n /. Для оценки точности полученных результатов использовали зависимость, полученную на основе распределения Стьюдента для выборочной дисперсии.

Р -    + Р -                                   /4/

где: Р – выборочное среднемаксимальное значение силы резания; Рг – генеральное среднее (среднемаксимальное) значение силы резания; S – выборочная дисперсия случайной величины; n- количество значений случайной величины; 1-р – доверительная вероятность (в процессе работы принималось значение р = 0,95);  - квантиль  распределения Стьюдента. Величину средней силы резания определяли по формуле:

                                                      Рср= 0,5 (Рmax + P min )                                               /5/

 =                                        /6/

где:  соответственно дисперсии средней, среднемаксимальной и среднеминимальной силы резания.

При проведении повторных поперечных проходов резания среднюю суммарную силу двух проходов определяли по зависимости:

Рсум= 0,5 (Р1ср+ P 2 ср)            /7/             S2сум= 0,5 (S213 + S223 )                  /8/

где: S2сум, S213,S223 – соответственно дисперсии суммарной средней силы резания и средних сил начального и повторного проходов.

Оценку прочности грунта в процессе  экспериментальных исследований проводили протативным прибором, основные конструктивные данные которого изложены в работе Ю.А. Ветрова [1]. Протативный прибор позволяет проводить экспериментальные исследования в полевых условиях, что обеспечивает качественно более высокий уровень оценки параметра развития пластических деформаций грунта в процессе резания. Протативный пробор включает раму, на которой перемещается тележка. При помощи ручной лебедки и троса тележка двигается вперед, а тросом возвращается в исходное положение.

Тележка состоит из рамы, ходовых колес. К ходовым осям посредством двух серьги подвешена лента, на которой жестко закреплен ножодержатель. Нож может перемещаться по направляющим ножодержателя, фиксируется на определенной глубине. Упругий элемент крепится к держателю, выполненному за одно целое с рамой тележки. Прогибомер закреплен неподвижно в держателе относительно упругого элемента. В процессе работы нормальная составляющая силы резания воспринимается серьгами, а касательная посредством рычага передается на упругий элемент и фиксируется вибрографом. Для проведения испытаний были изготовлены рабочие органы, представляющие собой вертикальную стойку со ступенчато расположенными ножами. Скорость перемещения рабочего органа колебалась в пределах 0,25 м/с.

Для исследования были выбраны массивы грунта с высокой степенью однородности: прочность С=18±1 ударов ударника ДорНИИ; влажность по массе Ѡ = 21,1% (аргилллит); прочность С = 4±1; влажность Ѡ = 25,9% (лессовидная глина).

Данные исследования позволили выявить физику процесса резания грунта рабочими органами. Количественные результаты исследований легли в основу выбора параметров нож-стойки кротователя, дренеров, а также формы и конструктивного исполнения оборудования.

 

Литература:

1.      Ветров Ю., Уткин А.И., Рыкуло В.И. Оценка прочности грунтов протативным прибором //Горные, строитель. и дор. машины. -1970. –вып. №10 – с. 12-16.

2.      Власов В.В. О законе распределения мгновенных значений силы резания грунтов и пород//Горные, строитель. и дорожные машины. -1970. –Вып.10. –с.16-21.

3.      Деденко Л.Г., Керженцев В.В. Математическая обработка и оформление результатов эксперимента. –М.: Издательство МГУ. 1977. –с.11.

4.      Неплотник Г.Я. Анализ процесса экскавации роторным рабочим органом с учетом статических характеристик сопротивления копания. //Гор,стр.дор.маш.1967. –5.с.16.

 

Основные термины: силы резания, резания грунта, процесса резания грунта, максимумов силы резания, средней силы резания, значение силы резания, Усилие резания грунта, резания грунта рабочими, разрушения почвогрунта, исследований процесса резания, силы резания грунтов, исследований разрушения грунта, рабочими органами, составляющая силы резания, распределения максимумов силы, исследований сила резания, процессе резания, Силы резания, необходимое увлажнения грунта, почвогрунта прочность грунта

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle