автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Повышение эффективности грейферных траншеекопателей путем улучшения процесса копания грунтов под гидростатическим давлением

У»;

клз^сш^ мкдвмия транспорта и коммуникаций

На правах рукописи

кабашев максат рахимжанович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГРЕЙФЕРНЫХ ТРАНШЕЕКОПАТЕЛЕЙ ПУТЕМ УЛУЧШЕНИЯ ПРОЦЕССА КОПАНИЯ ГРУНТОВ ПОД ГИДРОСТАТИЧЕСКИМ ДАВЛЕНИЕМ

Специальность 05.05.04 - Дорожные и строительные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

алматы - 1998

Работа выполнена на кафедре строительных и дорожных маши Кыргызского Государственного университета строительства, транспорта : архитектуры (КГУСТА)

Научный руководитель

■ доктор технических наук, профессор ЭОС. ТУРГУМБАЕВ

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, профессор

A.С. КАДЫРОВ

- кандидат технических наук, доцент

B.В. БУРЦЕВ

Ведущее предприятие - А.О. «Союзспецфундаментстрон»,

г. Караганда

Защита состоится " 30 " апреля 1998 года в 11 часов на заседанш диссертационного совета Д 14. 11. 01 при КазАТК адресу: 480012, I Алматы, ул. Шевченко, 97, ауд. 243 (зал Ученого совета Академии).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КазАТК.

Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатьк учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета.

Автореферат разослан " 30 "марта 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

м.с. кульгильдино!

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы в регионе Средней Азии и в Казахстане широкое распространение получает при строительстве подземных сооружений прогрессивный способ "стена в грунте", сущность которого заключается в разработке глубоких траншей под слоем глинистого раствора. Практическая глубина разработки грунтов в настоящее время составляет 20-50 м, наблюдается тенденция к увеличению глубины разрабатываемых траншей. За рубежом достигают до глубины 80...100 м и более. Сложным элементом в технологической цепи является копание глубоких траншей под гидростатическим давлением глинистого раствора.

В связи с этим актуальными становятся вопросы определения рациональных конструкций, параметров и режимов работы рабочих органов землеройных машин при наличии гидростатического давления глинистого раствора. Эти вопросы особенно актуальны в связи с созданием средств механизации для подводных земляных работ на дне Каспийского и Аральского морей по прокладке нефте-газонроводов и гидротехнического строительства.

Наиболее широко применяются для разработки глубоких траншей рабочие органы грейферного типа. Существенным преимуществом грейферных рабочих органов является отсутствие необходимости наличия специального оборудования для транспортировки пульпы из траншеи и регенерации глинистого раствора. Вместе с тем, процесс взаимодействия грейферных рабочих органов с грунтом при наличии водной среды изучен недостаточно. Л гидростатическое давление жидкой среды увеличивает энергоемкость копания фунтов и с ростом глубины разработки траншей вредное влияние гидростатического давления па процесс копания возрастает. В связи с этим создание

эффективных грейферных рабочих органов землеройных машин, работающих под слоем жидкой среды является актуальной задачей.

Цель работы, Повышение эффективности грейферных рабочих^

I

органов землеройных машин при производстве работ способом "стена в грунте" путем улучшения процесса подводного копания грунтов.

Научная повита. Разработаны математические модели вдавливания в грунты жестких штампов-клиньев н копания грунтов челюстями грейферов под гидростатическим давлением.

Получены уравнения регрессии вдавливания штампов в грунт с учетом влияния гидростатического давления.

Разработана методика определения минимальной толщины грунта в контейнере на стендовом оборудовании.

Разработаны принципы снижения энергоемкости процесса подводного копания грунтов грейферным рабочим органом за счет уменьшения вредного влияния гидростатического давления.

Практическая ценность. Разработан стенд, позволяющий моделировать процесс копания грунтов грейферным рабочим органом дня различных значений глубины погружения.

Разработаны методика расчета основных параметров . и рекомендации по проектированию грейферных рабочих органов траншеекопателей, используемых при строительстве способом "стена в грунте".

Методы исследования. Использованы основные положения математического и физического моделирования, математической статистики, механики грунтов и сплошных сред, теории резания гру1гтов, методов планирования экспериментов.

Реализация работы. Результаты работы использованы в Кыргызском Государственном университете строительства, транспорта н арх1ггектуры (КГУСТЛ) при выполнении НИР по бюджетной теме.

Стенд для исследования процесса копания фунтов под гидростатическим давлением, а также рекомендации по проектированию и методика расчета основных параметров грейферных органов для производства работ способом "стена в грунте" используются в учебном процессе.

Апробация работы. Основные положения диссертации рассмотрены й одобрены: международной научно-технической конференцией "Развитие строительных машин, механизации и автоматизации строительства и открытых горных работ" (Москва, 1996); международной научно-технической конференцией "Механизация строительства и совершенствование горных дорог" (Бишкек, 1996); научно-исследовательской конференцией КАСИ (Бишкек, 1995-97); научно-исследовательской конференцией ААДИ (Алматы, 1995-96); научным семинаром КазАТК (Алматы, 1997); Казахстанско-Российской научно-практической конференцией «Математическое моделирование научно-технологических и экологических проблем в нефтегазодобывающей промышленности» (Алматы, 1997); кафедрой "Строительные н дорожные машины" КазАТК (Алматы, 1997); кафедрой "Строительные и дорожные машины" и НТС КГУСТА (Бишкек, 1996-98).

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 8 печатных работ.

Объем работы. Диссертационная работа включает 169' страниц машинописного текста, 8 таблиц, 54 рисунка, список использованной литературы из 133 наименований и приложения на 9 страницах.

На защиту выносятся: результаты теоретического анализа процессов взаимодействия грейферных рабочих органов с грунтом под гидростатическим давлением; сравнительная оценка рабочих органов, используемых при разработке траншей способом "стена в грунте"; схемы взаимодействия грейферных рабочих органов с грунтом при наличии водной среды; принципы конструкции грейферных рабочих органов, позволяющих снизить вредное влияние гидростатического

давлешш; методика и результаты экспериментальных исследований процессов копания грунтов грейферным оборудованием под гидростатическим давлением; рекомендации по проекшрованию и методика расчета параметров грейферных рабочих органов, используемых при строительстве способом "стена в груше".

содержание работы

В первой главе показана актуальность работы, описаны цель и задачи исследования.

Во второй главе диссертации дан обзор и анализ конструкций и исследовании рабочих органов землеройных машин, работающих в подводных условиях.

При строительстве подземных сооружении способом «стена в грунте» наиболее сложным элементом в технологической цепи является разработка узких и глубоких траншеи под слоем тинистого раствора. Используются траншеекопатели с различными конструкциями и принципами действия. Наиболее широкое применение находят траишеепроходчсскне машины с рабочими органами вращательного действия, и ковшовые рабочие органы. Анализ результатов исследований, посвященных изучению взаимодействия рабочих органов с грунтом в жидкой среде показал малонэученность этого процесса, а также различные мнения авторов о влиянии водной среды (гидростатического давления) на разрушение 1рунта.

Известными учеными В.П.Горячкиным, А.Н.Зсленннын, КААр-темьевым, ИЛАйзснштоком, ЮА.Встровым, Д.П.Волковым, АД. Далиным, Н.ГДомбровскнм, ИА.Недорезовым, ВЛСРудневым, Д.И.Федоровым, ЛА.Хмарой, РА.Кабашсвым, Е.Ю.Малнновскнм и др. установлены основные закономерности разрушения грунтов

землеройными машинами, которые позволили создать эффективные рабочие органы машин для земляных работ.

Теоретическими и экспериментальными исследованиями к области взаимодействия рабочих органов землеройных машин с rpyirroM в подводных условиях занимались такие ученые, как Недорезои ПЛ., Царевскнй A.M., Огородников С.П., Ветров ЮЛ., Николаев АД., Кузнецов A.M., Тургумбаев Ж .Ж., Кадыров A.C., Карошкнн АЛ., Моисеспко В.Г., Проценко В.В., Шсннблюм В.М. и др.

Обзор н анализ исследований показал, что теоретические и 'экспериментальные исследования в области разрушения ipyirroB в подводных условиях проведены сравнш-ельно в малом объеме. Не достаточно изученным является, в теоретическом и экспериментальном плане, процесс внедрения в грунт рабочих органов землеройных машин, как начало процесса копания грунтов под водой. Известно, что процесс внедрения в грунт грейферных рабочих органов землеройных машин определяет производительность и эффективность копания в целом. Не достаточно изученным также является процесс копания грунтов челюстями грейферных рабочих органов землеройных машин под гидростатическим давлением. Между тем, наблюдения в производственных условиях за работой грейферных траншеекопателей позволили установить, что гидростатическое давление увеличивает энергоемкость копания.

Наметилась тенденция роста количества изобретений грейферных механизмов на жестких напорных штангах, позволяющих разрабатывать тяжелые грунты на большие глубины. Увеличивается количество изобретений по активизации грейферных рабочих органов, позволяющих повысить их производительность.

Специфика процессов копания грунтов под гидростатическим давлением затрудняет проведение экспериментальных исследовании в

натурных условиях, обусловливая целесообразность исследований с физическими моделями на стендах, имитирующих погружение рабочих орпЛюв и грунта в жидкую среду.

В соответствии с поставленной целью данного исследования необходимо решение следующих задач:

разработать расчетные схемы и выявить механизм взаимодействия грейферных рабочих органов с грунтом под гидростатическим давлением;

- составить математическую модель процесса вдавливания в грунт режущих элементов грейферных рабочих органов землеройных машин подводой;

составить математическую модель копания грунтов грейферными рабочими органами под гидростатическим давлением;

- составить программу и методику экспериментальных исследований процессов взаимодействия грейферных рабочих органов землеройных машин с фунтом под гидростатическим давлением;

- создать экспериментальные стенды и физические модели рабочих органов землеройных машин, способных моделировать глубину погружения рабочих органов в водную среду и работать в условиях воздействия гидростатического давления;

- провести экспериментальные исследования процесса копания грунтов ковшами грейферных рабочих органов под гидростатическим давлением и сопоставить результаты анализа с теоретическими данными;

- разработать методику расчета сопротивления копанию грунтов, производ1ггсльности грейферного траншеекопателя и рекомендации по проектированию грейферных рабочих органов землеройных машин для разработки траншеи при строительстве способом «стена в грунте».

В третьей главе приведен анализ процесса копания грунтов грейферным оборудованием в подводных условиях.

Рассмотрен случай взаимодействия рабочего органа с грунтов под гидростатическим давлением, когда режущий элемент - клин имеет угол заострения. В этом случае .трение раздвигаемого грунта происходит по металлу. Как показали предыдущие исследования при углах заострения клина меньше 503 отсутствует явление образования ядра уплотнения.

Процесс внедрения режущего элемента - клина в грунт под

*

гидростатическим давлением сопровождается дополнительным воздействием гидростатического давления, которое молено рассматривать как равномерно распределенную нагрузку, действующую на поверхность массива грунта. Происходит нарастание напряжения в грунтовом массиве за счет «катил грунта, вследствие чего увеличивается боковое давление на наклонные и вертикальные грани клина. Наклонные грани клина, раздвигающие грунты в сторону испытывают пригрузку, создаваемую действием на грунт от гидростатического давления.

При вдавливании в грунт в подводных условиях, когда гидростатическое давление р я о , как показали зкспериме1гтальныс исследования наблюдалось снижение сопротивления вдавливанию, что можно объяснить частичным проникновением воды в зону контакта клина с грунтом н ее смачивающим эффектом. Для учета этого явления в математическую модель необходимо включить коэффициент, учитывающий жидкостную смазку. При гидростатических давлениях, имеющих реальные значения ( р > 0,07 МПа ) будут оказывать дополнительное воздействие на заднюю поверхность режущего элемента усилием р-Ь-1 , поэтому для определения усилия вдавливания рабочего органа, полностью погруженного в воду и

взаимодействующего с грунтом, необходимо учесть пригрузку р-Ь-1 .

ще - площадь боковой поверхности режущего элемента, находящаяся в контакте с грунтом; £, - коэффициент бокового давления; кс -коэффициент, учитывающий неравномерность трения грунта о боковую

Предварительные экспериментальные исследования на стендовых устройствах н наблюдения за работой грейферных траншеекопателей в производственных условиях при строительстве подземных сооружений способом "стена в грунте" служили основой создания расчетных схем взаимодействия грейферных органов с грунтом при наличии водной среды н математических моделей процессов копания. 13 экспериментальных исследованиях установлены существенное влияние гидростатического давления на сопротивление копанию грунтов, особенно при больших значениях глубины разработки траншеи.

Режущие элементы, зубья ковша грейфера, внедряемые в грунт, представляют собой, по сути дела, клинья, которые характеризуются толщиной, углом резания и заострения и другими параметрами. В связи . с этим сопротивление вдавливанию челюстей грейферных ковшей ыомшо представить как сопротивление внедрению комбинации клиньев.

Рабочий процесс грейферного органа - копания состоит из двух этапов. На первом этане происходит внедрение челюстей грейфера при

Таким образом, сопротивление вдавливанию а связный грунт Судет равно:

поверхность рабочего органа за счет жидкостной смазки.

полностью раскрытом состоянии (рис. 1). Затем, на втором этапе, *■ процесс наполнения ковша грейфера.

Суммарное сопротивление копаншо грунта равно:

Р^-Рс+Р/ ,

где Ре - сопротивление резанию; Рсопротивление заполнению. Сопротивление резанию можно определить но зависимости:

Рс^С0ВПВ, ,

где Сд - коэффициент удельного сцепления грунта; В • ширина резания; Л - глубина резания; В1 - коэффициент, зависящий от характеристик грунта и параметров резания

Сопротивление заполнению ковша Рр , в соответствии с расчетной схемой, приведенной на рис. 2, обусловлены трением грунтовой стружки о поверхность челюсти ковша, и слагается- из сопротивлений перемещению грунтового пласта по рабочей грани чегаосгсй Р}, перемещению грунтового пласта по боковой поверхности челюстей Р}. Поскольку задняя поверхность чешости не соприкасается с забоем гру1гта из условия того, что расстояние от режущей кромки до оси поворота челюсти больше чем расстояние от конца ковша до оси поворота, т.е. ЛО>ВО , то трением между забоем и наружной поверхностью ковша пренебрегаем. Пренебрегаем также влияния силы тяжести грунтовой стружки, в виду их малости. Тогда

рГ = Р/ + ¡'л

Рис. I. Схема внедрения рабочего органа в грунт под гидростатическим давлением

Рис. 2. Расчетная,схема копания грунтов грейферным

рабочим органом поц гидростатическим давлением

Сопротивление перемещению грунтового пласта по передней поверхности челюсти, определяемое трением грунтовой стружки о поверхность рабочего органа, которое возникает в результате" прижатия к передней поверхности челюсти за счет действия гидростатического давления р .

Нормальное усилие N , действующее на переднюю поверхность контакта мгаслу грунтовой струлской и режущим элементом (рис. 2), без учета силы тяжести ipyi повои стружки, равно

N-b-p-R-wif) ,

где R - радиус поворота челюсти; р - угол захвата грунтовой струя сю ( ковшом грейфера.

Сопротивление перемещению грунтового пласта, которое направлено касательно к повороту челюсти будет

I

где fi - коэффициент трения грунта по ковшу; к, - коэффициент смачивания поверхности контакта.

Нормальное усилие, действующее на боковую поверхность челюсти, образованного боковым давлением грунта в результате воздействия гидростатического давления р можно определить как

= Л-R-emp-p-g ,

nie Ii - глубина резания; - коэффициент бокового давления грунта..

Сопротивление перемещению 1рунтоиого пласта ошоапелыю боковых поверхностей равно

/>,, = 2-Л ■ Л-вЬр./..

Момент силы, необходимый для копании енюноге грунта коншом грейфера под гидростатическим давлением (для описи чей 'сп<) мо^ст определен, как

М-

В четвертой главе описана методика экспернментньных исследований.

Проведение экспериментальных исследований по разрушению 1РУ1ГГОВ под гидростатическим давлением на натурных образцах сложно и трудоемко. При разработке глубоких траншей под защиюй глинистого раствора данная задача еще более усложняется из-за отсутствия видимости. С участием автора созданы моделирующие^ стенды оригинальной конструкции и ряд физических моделей грейферных рабочих органов, защищенных авторскими свидетельствами.

Процесс разрушения грунтов с вертикально перемещаемыми ревущими органами - грейферными механизмами исследуется на стенде, представленном на рис. 3. Стенд, позволяющий моделировать глубины погружения рабочего органа в водную среду путем изменения гидростатического давления в рабочей камере состоит из двух блоков: рабочей камеры и поворотной колонны с механизмами приводов. Рабочая камера состоит из герметичного корпуса, внутри которого находится исследуемый рабочий орган - грейфер, закрепленный на вертикальной штанге посредством тензозвена. В рабочей камере

Ь'Р'Я 'вахр-+ 2-А-И-дыр-р-^

<.-41

Pile. 3.

Схема стенда для исследования копания грунтов грейферным рабочим органом под гидростатическим давлением

установлен контейнер с грунтом. Главной особенностью стенда яшхяется обеспечение стабильного давления в рабочей камере ' и процессе внедрения в нее грейферного ковша. После установки в рабочую камеру контейнера с подготовленным грунтом закрывают шок с помощью болтов. Затем через трубопровод и вентиль производят загашку жидкости в рабочую н дополнительную камеру, вытесняя при этом воздух из них. Затем, открыв вентиль, через трубопровод создается определенное гидростатическое давление в рабочей! и дополшпельнон камерах.

Параметры рабочей камеры и грунтового контейнера приняты из условии исключения влияния боковых стенок на протскасмый процесс. Минимальная толщина грунта в грунтовом контейнере определялась в следующем порядке. Толщина слоя грунта Л , которая складывается из. глубины вдавливания штампа Н0 и толщины нижнего слоя ¡¡„ вначале выбирают по максимальной величине. Производят серию, экспериментов по вдавливанию штампа при определенном гидростатическом давлении с фиксированной глубиной вдавливания, т.е. /г=со/«/ и, неизмсняя других параметров, проводят с уменьшенным значением нижнего слоя Лх еще на определенное значение. Продолжают до тех пор, пока усилие внедрения не начнет расти. При этом изменяется и коэффициент вариации. Глубина нижнего слоя Л„ соответствующая нзмеиеиню усилия вдавливания и коэффициента вариации является предельной, дальнейшее уменьшение которой связано с проявлением действия масштабного фактора.

Методика исследований базировалась на методах многофакторного анализа с изменением прочности п^унта, скорости вдавливания и гидростатическохо давления.

Пятая глава, посвящена экспериментальным исследованиям грейферных рабочих органов.

Гидростатическое давление существенно влияет на сопротивление груша вдавливанию, которое, воздействуя на поверхность грунта в зоне разрушения препятствует выпучиванию грунта вокруг штампа. Грунт под действием гидростатического давления зажимает внедренный штамп, увеличивая силу трения в боковой поверхности штампа, что подтеерждается также увеличением усилия отрыва штампа от грушевого массива.

При гидростатическом давлении 1,0 МПа, соответствующем

глубине погружения примерно на 100 м, сопротивление вдавливанию

•!

штампа возросло в 5 раз по сравнению с "сухим" вдавливанием при прочих одинаковых условиях. При небольшой глубине погружения, т.е.-при значении гидростатического давления примерно равным нулю, сопротивление вдавливанию несколько меньше, чем при "сухом" вдавливании. Это объясняется отсутствием пригрузкн в зоне разрушения, прониканием воды по образующимся трещинами вокруг штампа и, частично, в верхней части слоя грунта, эффектом "смазки" поверхности штампа. Дальнейшее увеличение глубины погружения (роста гидростатического давления), которое как отмечалось выше, существенно меняет условие протекания процесса взаимодействия рабочего органа с грунтом, увеличивает сопротивление вдавливанию.

В экспериментах принимались следующие факторы: Х1 прочность грунта, оцениваемая числом ударов ударником ДорНИИ, А; - скорость вдавливания рабочего органа, Х} - гидростатическое давление водной среды. Уровни варьирования факторов составляли: прочность грунта - 1...5 ударов; скорость вдавливания - 0,1...2 см/с; гидростатическое давление 0...1 МПа. Площадь штампа оставалась постоянной, равной Г- 100 мм2.

В результате обработки экспериментальных данных получию уравнение регрессии дня сопротивления грунтов вдавливанию штампами в Н:

Y-340 + I40X¡ + 60Х2 +180Х, + 26X¡X: +30Х2Х} +25X¡} +Ш32 .

В графической интерпретации (рис. 4) этой зависимости увидим,» что усилие внедрения штампа в грунт от гидростатического давления носит параболический характер с вогнутостью вниз. Зависимость сопротивления вдавливанию грунта от прочности груша при различных значениях гидростатического давления носит линейный характер. Как видно га графика, влияние гидростатического давления на усилие вдавшшання штампа с повышением прочности тру той увеличивается. Так, при числе ударов, равном 2 усилие вдавливания соответствовало 120 II для гидростатического давления 0,2 МПа и было 260 Н для давления 1,0 МПа. При числе ударов 4 усилия вдавшшання соответственно возросли до 250 и 830 Н. Эти данные соответствуют сечению штампа 10 х 10 мм и скорости вдавливания I см/с.

Сопротивление вдавливанию возрастает с увеличением площади штампа. Оно составляло 330 И для штампа с квадратным сечением с площадью 100 мм2 при гидростатическом давлении 0,5 МПа, а для штампа с квадратным сечением площадью 900 мм2 при этих же условиях сопротивление внедрению увеличивалось до 1400 II. Удельное давление усилия вдавливания в грунт при этом снижается (рис. 5).

Проведены экспериментальные исследования но вдавливанию клиновидных штампов. При этом площадь сечения штампа оставалась постоянной и равной 900 мм2 .Эксперименты проводились на суглинке,

16 а

0.8

ОА

о

*7

/

У

/

//

г/

/

У

у

о

О,г

У-

0,5

0,8 1,0 />,МПа'

Рис. 4. Зависимость сопротивления резанию грунта от прочности грунта и гидростатического давления

Р.

уд

МПа

3 2 I

и 1,2

0.8 ОМ О

\ р

РуЭ

О 1

в б.

Рис. 5. Зависимости сопротивления резанию Р я удельного сопротивления Руд от площади сечения штампа

число ударов ударником ДорШШ поддерживалось на постоянном уровне С = 3. Экспериментальные исследования проводились при значениях гидростатического давлении от 0 до 1,0 МПа. Вдавливались

клинья с углом заострения от 30° до 60° . В результате проведенных »

экспериментальных исследований было установлено, чго наименьшее влияние гидростатического давления и наименьшее сопротивление вдавливанию соответствует углу заострения р = 40...45'3. Эхо объясняется тем, что при меньших углах заострения увеличивается площадь гранен клипа, чго приводит к увеличению сил трения за счет увеличения пригрузкн, создаваемой гидростатическим давлением. При больших углах заострения увеличивается лобовое, сопротивление вдавливанию клина, а начиная с угла заострения 50° впереди клина начинает формироваться ядро уплотнения.

В ходе экспериментов варьировались следующие факторы: Л; -ширина штампов, Ь = 30 ... 90 мм; Х2 - гидростатическое давление, р -0 ... 1,0 МПа. Скоростьвнедрения оставалось постоянной и равной V = 0,2 см/с. Толщина элементов была постоянной 1 = 6 мм. Высота клиньев также оставалось постоянной Л = 50 мм. Угол заострения ножен 45°.

Обработка результате® экспериментов позволила получить регрессионную зависимость коэффициента влияния гидростатического давления от варьируемых факторов:

Л^ = 1,58-0,ИХ) + 0,1 ЗХ2 - 0,075X, Х2 - 0,036X,2 - 0.098Х/ .

Анализ полученной регрессионной зависимости показывает, что увеличение гидростатического давления и ширины штампа приводит к возрастанию усилия вдавливания, что связано с увеличением пригрузкн, создаваемой гидростатическим давлением, и площади зоны напряженного состояния грунта. При этом для элементов с шириной от

30 до 42 мм рост усилия вдавливания наблюдался во всем диапазоне изменения давления от 0 до 1,0 МПа, в то время как для элементов с большой шириной клина рост усилия вдавливания наблюдался до определенного критического давления, после которого происходит снижение усилия вдавливания. Так, например, для Ь - 90 мм рост усилия вдавливания наблюдался до р^ = 0,6 МПа, при этом К& - • составил 1,3. Удельное усилие вдавливания клиньев возросло в 2...3 раза по сравнению с удельным "сухим" вдавливанием. При внедрении

в грунт режущей кромки заостренного штампа в водной среде при

1

гидростатическом давлении близком к нулю происходит снижение усилия внедрения в среднем на 8 % по сравнению с "сухим" вдавливанием за счет эффекта жидкостной смазки.

В результате проведенных на стенде экспериментов по копашпо грунтов под гидростатическим давлением грейферными рабочими органами с перфорированной поверхностью установлено существенное снижение сопротивления копанию но сравнению с копанием в тех лее условиях обычными грейферами. Такое снижение происходит за счет поступления жидкости на рабочую поверхность ковша грейфера и передачи гидростатического давления непосредственно на нижнюю поверхность грунтовой стружки, а также образования жидкой прослойки между передней гранью ковша и грунтовой струзккой.

Сопоставление экспериментальных и теоретических зависимостей сопротивлений внедрению плоских штампов, клиньев и копания грунтов ковшом грейфера показали, что расхождение не превышает 15—20%.

В шестой главе представлены предложения по проектированию, расчету основных параметров грейферных рабочих, органов.

Разработаны рекомендации по проектированию грейферных рабочих органов, работающих в подводных условиях, позволяющие повысить их эффективность путем использования скидкой среды для выравнивания гидростатического давления.

Разработана методика расчета производительности, позволяющая прогнозировать производительность грейферных траншеекопателей, используемых при строительстве способом «стена в грунте», с учетом влияния гидростатического давления.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана расчетная схема взаимодействия грейферных рабочих органов с грунтом при воздействии гидростатического давления жидкости. Обоснованы принятые допущения при составлении математических моделей процессов этого взаимодействия. Установлено, что процесс вдавливания штампа в грунт является первичной схемой взаимодействия с грунтом различных рабочих органов землеройных машин, в том числе грейферных.

2. Разработаны математические модели процесса вдавливания штампов-клиньев в грунт н копания грейферным рабочим органом под гидростатическим давлением. Установлена зависимость момс>гга сил, необходимого для копания связного грунта ковшом грейфера при наличии водной Среды.

3. В результате теоретического и экспериментального исследования найдены пути улучшения процесса копания грунта грейферным рабочим органом под гидростатическим давлением. Установлено существенное снижение сопротивления копанию связных грунтов ковшом грейфера за счет обеспечения возможности перетсчсння жидкости в зоне режущей кромки ковша в

• •лгпктнрующую поверхность между грунтовым пластом и рабочей г пвеохностыо челюстей.

4. Разработана методика экспериментальных исследований на генде физического моделирования, установлена минимальная толщина

1рунга в стенде, исключающая влияние поверхностей стенок трутового контейнера. Разработанный стищ позволяет провести экспериментальные исследования подводного взаимодействия с грунтом грейферных рабочих органов для глубин погружения до 100 м прч стабильных гидростатических давлениях.

5. В результате экспериментальных исследований получены* регрессионные уравнения, описывающие процессы копания грунтов грейферными рабочими органами с учетом воздействия гидростатического давления. Найдены значения коэффициентов, учитывающих влияния гидростатического давления на сопротивление копашио грунтов.

Установлено, что при уте заострения 40...45 ° клиньев нзбшодалнсь минимальные сопротивления вдавливанию грунтов под гидростатическим давлением. Сопоставление экспериментальных и теоретическим зависимостей сопротивлений копанию грушгов" показали, -.то расхождение не превышает 15... 18%.

6. Разработаны рекомендации по проектированию грейферных рабочих органов, работающих в подводных условиях, позволяющие повысить их эффективность путем выравнивания гидростатического давления.

Разработана методика расчета основных параметров грейферных траншеекопателей, используемых при строительстве подземных сооружений способом «стена в грунте», с учетом влияния гидростатического давления.

Ожидаемый экономический эффект от применения данной рекомендации может составить примерно 330 тыс. тенге в год на одну машину.

Основные результаты исследований отражены в следующих публикациях:

1. Кабашев М.Р. Обзор н анализ грейферных рабочих органов для подводной разработан грунтов II Сб. научи, тр. КЛСИ. - Бишкек: КАСИ, 1996.-С. 19-21.

2. Тургумбаев ЖЖ., Кабашев М.Р., Юлдашев АЛ. Моделирующие установки и методика экспериментальных исследований процесса разрушения грунтов под водой // Сб. научи, тр. КАСН. -Бишкек: КАСИ, 1996. - С. 10-13.

3. Тургумбаев ЖЖ., Кабашев М.Р. Структурирование системы. «Рабочий орган - грунт - водная среда» // Сб. научн. тр. КАСИ. -Бишкек: КАСИ, 1996. - С. 34-38.

4. Тургумбаев ЖЖ., Кабашев М.Р. Моделирование процесса разрушения грунтов в особых условиях // Сб. научн. тр. МГСУ. - М.: МГСУ, 1996.-С. 59-61.

5. Кабашев М.Р. Теоретический анализ взаимодействия грейферных рабочих органов с грунтом под гидростатическим давлением // Сб. научн. тр. КАСИ. - Бишкек: КАСИ, 1997. - С. 19-22.

6. Кабашев М.Р. Результаты экспериментальных исследований процессов копания грунтов грейферным оборудованием иод водой II Сб. научн. тр. КАСИ. - Бишкек: КАСИ, 1997. - С. 22-26.

7. Нурманбетов Н.Р., Кабашев М.Р. Взаимодействие грунтов с рабочими органами землеройных машин в подводных условиях II Сб. научн. тр. КАСИ. - Бишкек: КАСИ, 1997. - С. 68-71.

Р. Тургумбаев ЖЖ., Юлдашев АЛ., Кабашев М.Р. Эффективные рабочие органы землеройных машин для подводных работ II Сб. научи, тр. КАСИ. - Бишкек: КЛСИ, 1997. - С. 3-8.