| Уменьшение энергоемкости процесса копания возможно совершенствованием рабочих органов землеройных машин и их режимов работы. Это достигается путем исследований процесса взаимодействия рабочего органа с грунтом. С начала 20-го века по наши дни проведено много исследований в области изучения процесса резания грунта, которые позволили разработать основные зависимости к определению сопротивлений движению землеройных машин и разработать рекомендации для совершенствования их рабочих органов. Основоположниками исследований процессов взаимо-действия рабочих органов землеройных машин являются В.П. Горячкин, Н.Г. Домбровский, А.Н. Зеленин, экспериментальные работы которых позволили рекомендовать эмпирические формулы к расчету сопротивлений резанию и копанию грунтов. Однако эмпирические исследования имеют существенный недостаток: для новых рабочих органов, нужно заново проводить экспериментальные исследования и определять эмпирические коэффициенты. В формулах, предложенных Н.Г. Домбровским для определения сопротивления резанию и копанию грунтов, использован коэффициент удельного сопротивления резанию, умноженный на площадь поперечного сечения стружки, и физическая сущность процесса не раскрывалась. А.Н. Зеленин предложил эмпирическую формулу, позволяющую учитывать в расчетах такие параметры, как ширина ножа, глубина резания, угол резания, толщина ножа, угол заострения, а основной характеристикой прочности грунта в этой формуле является число ударов динамического плотномера ДОРНИИ. Эта формула отличается высокой степенью достоверности, однако имеет тот же недостаток, что и все эмпирические формулы.
Позднее учеными Ю.А. Ветровым, В.И. Баловневым, А.Н. Зелениным, К.А. Артемьевым были произведены попытки создания теории резания на основе теории предельного состояния, разработанной специалистами механики грунтов для строительных нужд. Здесь рассматривается взаимодействие стенки строительных объектов с массивом грунта ненарушенной структуры, и расчет давления грунта на подпорные стенки производится для состояния, предшествующего образованию пластических деформаций в массиве грунта. В случае же резания грунта постоянно происходят пластические деформации, а нож взаимодействует с грунтом, структура которого разрушена, кроме того, пластическая деформация вызывается силой, действующей в нижней части ножа, а не распределенной по всей его площади. Ряд работ, посвященных процессу резания и опубликованных в последнее время, (Берестов, Тарасов, Коваленко), основан на положениях, описанных выше. Эти работы содержат некоторые усовершенствования, однако принципиально нового не предлагают. Профессор Г.Н. Карасев предложил формулы для определения сопротивления резанию, в которых отсутствуют вышеприведенные недостатки. Пробные расчеты по этим формулам показали удовлетворительную сходимость результатов с экспериментальными данными для определения сопротивления резанию различных грунтов относительно широкими ножами. Для узких ножей становится ощутимым влияние на силу резания боковых раковин скола, что не учтено в формулах Г.Н. Карасева, и поэтому сопоставительные расчеты сопротивления резанию в этих случаях не дали положительных результатов.
Целью данной работы является изучение процесса образования боковых раковин скола при резании грунтов и совершенствование формулы Г.Н. Карасева. Эти исследования позволят разработать аргументированные рекомендации по совершенствованию конструкции рабочих органов землеройных машин с целью снижения энергозатрат при разработке грунтов. Экспериментами и практическими наблюдениями установлено, что перед ножом малой ширины и по бокам его, например зубом экскаватора, образуются раковины скола. Сила, затрачиваемая на образование этих боковых раковин, будет иметь существенное значение. При уменьшении ширины ножа грунт только раздвигается в стороны, образуя прорезь в виде щели с уплотненными боковыми поверхностями. Таким образом можно отметить, что в зависимости от ширины ножа грунт или скалывается вверх, или вытесняется в стороны. При очень узком ноже грунту легче вытесняться в стороны, однако, какая-то часть грунта, возле поверхности, вытеснится вверх. Глубина, с которой грунт будет скалываться вверх, обусловлена тем, что сила, необходимая для скола, растет с увеличением глубины, и когда она достигает величины, равной силе вытеснения грунта вбок, то скол будет происходить с этого уровня так как скол с большей глубины энергетически не выгоден.
Для получения экспериментальной информации к обоснованию предложенной выше схемы процесса резания грунта узким ножом был проведен эксперимент. Грунт резался вдоль прозрачной стенки ножами разной толщины. В результате в плоскости прозрачной стенки площадь призмы была тем меньше, чем меньше ширина ножа, это косвенно доказывает, что чем уже нож, тем больше грунта выдавливается в сторону и меньше скалывается вверх.
| |
