Скрепер на базе тягача МоАЗ – 6014

К_н - коэффициент наполнения ковша грунтом; 

К_р- коэффициент разрыхления грунта; 

К_п - коэффициент потерь грунта при наборе( равен 1,2); 

К_h - коэффициент неравномерности толщины стружки (0,7). 
 

Толщина слоя укладки грунта зависит от конструктивных особенностей скрепера и требований, предъявляемых технологией последующей  обработки грунта (разравнивание, увлажнение, уплотнение).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Влияние свойств  грунта на производительность  машины.

 

По физико-механическим свойствам грунты влияющие на производительность машины различают в зависимости  от признаков петрографии и условий залегания, физического состояния, содержащейся в них воды и механических свойств.

К признакам петрографии  относятся минеральный состав, структура  и текстура грунтов. Признаки физического  состояния включают гранулометрический состав, пористость, влажность, температуру, теплопроводность, а также разрыхляемость при разработке и уплотняемость грунтов при укладке после разработки. К признакам, зависящим от количества и состояния содержащейся в грунте воды, относятся пластичность, размокаемость, набухаемость, водопроницаемость, липкость. Признаками механических свойств грунтов являются сцепление, сопротивление сжатию, растяжению, сдвигу, резанию, копанию, внешнему и внутреннему трению, абразивность, несущая способность.

Рассмотрим признаки грунтов, наиболее необходимые для оценки условий применения машин для земляных работ.

По мере уменьшения грунтовых  частиц их удельная поверхность увеличивается. В связи с этим возрастают молекулярные силы поверхностного взаимодействия частиц и начинают сказываться ионные и коллоидные свойства минералов, образующих грунты. Молекулярные силы становятся соизмеримыми с силой тяжести частиц или даже превосходят ее. Одновременно увеличиваются силы контактного взаимодействия частиц с деталями и узлами рабочих органов машин, проявляясь в липкости и внешнем трении грунтов.

Разрыхляемость - способность грунта увеличивать сбой объем при разработке.   Характеризуется коэффициентом разрыхления

        Величина первичного коэффициента  разрыхления составляет: для песчаных  грунтов - 1,08-l,17, для глинистых - l,24-l,32 и для лёссовых - 1,50-1,60.

        Существует две разновидности  разрыхления: первичное и остаточное. Остаточное характеризуется отношением  объема уплотненного грунта к  его объему в «плотном теле»,  т. е. в естественном залегании. Величина остаточного разрыхления для песчаных грунтов - 1,01-1,05, для глинистых - 1,04-l,09. Коэффициент первичного разрыхления оказывает существенное влияние на производительность машин для разработки грунтов.

Водопроницаемость - способность грунтов фильтровать воду под воздействием внешнего давления. Количественной характеристикой водопроницаемости является коэффициент фильтрации.

Липкость - способность грунта прилипать к твердым поверхностям.

Абразивность - способность грунта оказывать истирающее действие на рабочие органы машин

Тиксотропность - способность грунта переходить из пластичного в текучее состояние под воздействием ударно-вибрационной нагрузки. Данное свойство зависит от химико-минералогического и гранулометрического составов грунта, а также от его влажности и соотношения связанной (пленочной) и свободной воды.

Свойство сжимаемости (уплотняемость)  грунтов, заключающееся  в способности изменять свое строение под влиянием механический воздействий  бульдозера, на более компактное за счет уменьшения пористости.

В соответствии с характером зависимости деформации грунтов  от нагрузки модуль сжатия грунтов  — величина не постоянная; она возрастает с увеличением деформации. Однако в инженерных расчетах,, принимая во внимание большое разнообразие свойств грунтов и степень их изученности, допускается в ряде случаев рассматривать деформацию грунтов как линейную функцию давления. Это позволяет характеризовать сопротивление грунтов вдавливанию коэффициентом сопротивления смятию, под которым подразумевается нагрузка на 1 см² поверхности грунтового массива, под действием которой опорная поверхность погружается на 1 см. Для обычных песчано-глинистых грунтов этот показатель равен 0,02—0,1 МПа. Допускаемой нагрузкой считается такая, при которой опорная поверхность машины погружается не более, чем на 12 см.

В глинистых грунтах, которые вследствие связности мало уплотняются при динамических нагрузках, а также отличаются малой водопроницаемостью, существенные напоры в воде не возникают  и разжижения не происходит.

Инженерные расчеты  машин для земляных работ выполняют  по значениям мгновенного модуля деформации, соответствующего условиям быстрого приложения нагрузки.

Плотность грунтов зависит  от плотности минералов, из которых  состоят грунтовые частицы, а  также их пористости и влажности. Плотность наиболее распространенных минералов, образующих грунты, составляет (2...4) • 103 кг/м3. Плотность грунтов благодаря их пористости меньше плотности слагающих их минералов, хотя вода в порах частично сглаживает этот разрыв. Плотность грунтового скелета обычно равна (2...2,5) • 103 кг/м3, а плотность грунтов — (1,3...2,3) • 103 кг/м3. Плотность рыхлого песка 1,3 • 103 кг/м3 при плотности скелета 1,8 X X 103 кг/м3; лессовидного суглинка соответственно 1,4 • 103и1,9х X 103 кг/м3, пластичной глины—1,6 • 103и2- 103кг/м3.

Увеличению крепости и трудности разработки грунтов  обычно соответствует увеличение их плотности.

Сопротивления сдвигу и  сжатию, сцепление и внутреннее трение грунтов — это свойства, наиболее влияющие на сопротивление грунтов механическому воздействию. На их характеристиках основываются расчетные методы механики грунтов, в которых принимается, что сдвиг в грунте происходит, если сдвигающие силы в нем превосходят силы внутреннего трения и сцепления.

Количественно сопротивление грунтов сдвигу определяется в результате испытаний их стандартных образцов при одновременном измерении нормального и касательного разрушающих усилий. Для разрушения образца по направлению действия сдвигающей силы необходимо преодолеть сопротивления излому частиц, изменению их положения и ориентации, механические и молекулярные связи между ними. Таким образом, результаты в опытах «на сдвиг» являются суммирующими показателями сопротивления грунта разрушению по поверхности, совпадающей с направлением действия сдвигающих сил. Сложность природы разрушения грунтов — одна из причин условности применительно к грунтам имеющихся методов теорий упругости и пластичности, предполагающих некоторое идеальное строение среды.

Для инженерных расчетов в механике грунтов принято, что сопротивление сдвигу — линейная функция нормального напряжения о но поверхности сдвига. Это допущение приблизительно соответствует действительности при значительных нормальных напряжениях. Угол, образуемый этой функцией с осью абсцисс и равный углу сдвига, называется углом внутреннего трения. Тангенс этого угла характеризует коэффициент внутреннего трения грунта.

Предельное сопротивление  сжатию грунта также является распространенной характеристикой его механической прочности и определяется испытанием стандартных образцов грунта (цилиндрических или кубических); характеризует наибольшую удельную сжимающую нагрузку, которую может выдержать образец грунта.

Сопротивление грунта внешнему трению рабочих органов машин  относится к числу наиболее существенных факторов рабочего процесса машин для земляных работ. Коэффициентом и углом внешнего трения грунта по конструкционным материалам машин определяются соотношение между ортогональными составляющими сил резания и копания грунтов, усилия для перемещения машин по грунтовому массиву, условия устойчивости машин.

Исследования показали, что закономерности трения между  грунтом и рабочим органом  машины отличаются от соответствующих  закономерностей трения твердых  тел. Коэффициент трения между грунтом  ненарушенного сложения и сталью зависит от давления и влажности грунта, уменьшаясь при их увеличении. Для большинства глинистых и песчаных грунтов угол трения по стали в условиях взаимодействия с рабочим органом машины составляет от 15 до 30°.

Разрыхленный при разработке грунт после укладки в отвал постепенно уплотняется под действием сил тяжести и атмосферных факторов. Но первоначальной плотности естественным путем он обычно не достигает.

Объемы земляных работ  и производительность машин для  их выполнения вычисляют по объему грунта в состоянии естественного  залегания. При определении, например, вместимости ковшей машин или  размеров отвалов, принимается во внимание увеличение объема и уменьшение плотности грунта вследствие разрыхления. Показатели разрыхления грунтов принимаются по данным ЕНиР на земляные работы. Так, для ломовой глины первоначальное увеличение грунта при разработке равно 28—32%, а остаточное разрыхление — 6—9%; для песка соответственно 10—15 и 2—5%; для скальных грунтов — 45—50 и 20—30%.

Сила прилипания грунтов, например к стали, может достигать 2,5 Н/см2. Это значит, что на горизонтальной поверхности стальной детали может  удерживаться силами прилипания слой грунта толщиной до нескольких десятков сантиметров. В таких условиях затрудняется или даже становится невозможной разгрузка ковшей, а иногда и работа землеройной машины. Таким образом, липкость грунтов в определенных условиях становится фактором, отрицательно влияющим на производительность машин для земляных работ.

Примерзаемость грунтов  к рабочим органам и конструкциям машины при температуре замерзания. Процесс примерзания проходит обычно в два этапа: вначале разрабатываемый  незамерзший грунт прилипает  к детали или конструкции, и затем прилипший грунт замерзает. В результате замерзания грунтовой воды в зоне контакта развиваются силы сцепления более 200 Н/см2, что весьма затрудняет производство земляных работ.

В зависимости от сопротивления  резанию грунты делятся на категории. Крепость грунтов в данном случае характеризуется среднемаксимальным удельным сопротивлением свободному срезу острым ножом, отделяющим стружку при угле резания 45°. Этот измеритель характеризует сопротивление грунта, приходящееся на единицу площади поперечного сечения среза при отделении стружки от грунтового массива.

Особенностью свойств  замерзших грунтов по сравнению  с незамерзшими (талыми), является то, что первые значительно крепче. Например, сопротивление резанию острым ножом  замерзшей глины с температурой —15° С по данным опытов достигает 2,5—3,0 МПа, что в 50—60 раз превосходит сопротивление этого же грунта в талом состоянии. Временное сопротивление сжатию при температуре —10° С составляет у суглинков 3,5—5,0 МПа, супесей 5— 8 МПа, песков 9—12 МПа, что намного превышает сопротивление этих грунтов в талом состоянии.

Основной причиной повышения  сопротивления разработке грунтов  при отрицательной температуре  является замерзание воды, содержащейся в грунте. Лед становится цементирующим  материалом в замерзшем грунте, связывающим минеральные частицы в прочный монолит.

Замерзшие глинистые  грунты, кроме значительного увеличения прочности, отличаются развитием пластических деформаций под действием нагрузки и пучинностью.

 

 

 

 

6. Пути повышения производительности.

 

К мероприятиям для повышения производительности скреперов от-. носятся увеличение единичной их мощности, соответственно и увеличение вместимости ковшей; изменение формы и соотношения размеров ковшей за счет увеличения их ширины и уменьшения высоты; применение ножей с выступающей средней их частью; обеспечение правильной установки и заточки ножей и др. Основным условием, влияющим на производительность скрепера как прицепных, так и самоходных, является сокращение времени на производственные операции и увеличение скорости перемещения скреперов в груженом и в порожнем состоянии, так как из общего цикла работы этих машин эти две операции занимают наибольшее время.

Увеличение единичной мощности скреперов соответственно и вместимости ковшей дает возможность изменить их производительность, увеличив ее в несколько раз. Так, например, применение самоходных скреперов с тягачами мощностью в среднем в 2 раза большей, чем мощность тягачей прицепных скреперов при дальности транспортирования грунта более 300 м, дает возможность увеличить производительность в 2,0—2,5 раза, а при дальности возки до 2000 м — не менее чем в 3 раза.

Изменение формы ковшей в сторону  увеличения ширины за счет уменьшения высоты (при соотношении в среднем 3,0:1,4) снижает удельное сопротивление резанию грунта, улучшает наполнение ковша и увеличивает производительность скреперов. Применение ножей с выступающей средней их частью заметно снижает сопротивление резанию грунта и улучшает (ускоряет) процесс наполнения ковша, что также влияет на увеличение производительности скреперов.

Обязательным условием высокой  производительности скрепера является обеспечение перед его ковшом (в процессе зарезания и наполнения ковша) призмы волочения, что способствует более интенсивному наполнению ковша, так как наличие призмы волочения создает напор грунта при поступлении его в ковш.

Средние значения призмы волочения  в процентах от геометрической вместимости  ковша, а также группы и состояния  грунта представлены в таблице 4.6

 

Производительность скреперов  зависит также от правильно выбранных углов заточки ножей и степени их заострения. Исследованиями установлено, что минимальное сопротивление резанию грунтов достигается при угле резания ножей в 32°, что позволяет иметь и лучшее наполнение ковша. Известно, что работа плохо заостренными ножами в 2—3 раза увеличивает сопротивление резанию грунтов. Поэтому ножи скреперов следует менять в среднем через каждые 300-400 ч их работы во время технических обслуживании.