автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Совершенствование рабочего процесса ножевых дреноукладчиков применением сжатого воздуха

ВВЕДЕНИЕ

1.СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ . 9 1.1.Особенности рабочего процесса ножевых дреноукладчиков и тенденции их развития

1.2.Анализ исследований глубокого резания грунтов ножевыми рабочими органами

1.3.Методы интенсификации рабочих процессов глубокого резания грунтов . 4Ь

1.4.Выводы. Цель и задачи исследования

2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА НОЖЕВОГО ДРЕНОУКЛАДЧИКА ПРИМЕНЕНИЕМ.

СЖАТОГО ВОЗДУХА.

2.1 .Физико^механические особенности резания грунта ножевым дреноукладчикомприменениематого воздуха. ег

2.2.Теоретические предпосылки снижения усилия, глубокого резания грунтов применением сжатого воздуха

2.3.Определение параметров источника воздуха для интенсификации рабочего процесса ножевого дреноукладчика.

2. Ч. Выводы

3.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ.РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА НОЖЕВОГО ДРЕНОУКЛАДЧИКА . . . Ш

3.1.Цель.и задачи экспериментального исследования.

3.2.Лабораторные эксперименты

3.3.Полевые эксперименты

3.4.Сравнительные испытания дреноукладчика МД

3.5.Сопоставление и анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований

3.6.Выводы

Принятой на майском (1982г.) Пленуме ЦК КПСС Продовольственной программой СССР поставлена задача довести площадь орошаемых земель в 1985 году до 20,8 млн.гектаров и 1990 году до 23-25 млн. гектаров и осушенных земель соответственно до 15,5 млн. гектаров и 18-19 млн. гектаров /I/.

Увеличение производства сельскохозяйственных продуктов в Иордании осуществляется, главным образом, за счет роста и более эффективного использования орошаемых площадей. Второй пятилет кой (1981-1985), принятой Министерством, земледелия Иордании предусматривается увеличение фонда орошаемых земель на 22,8 тыс. гектаров, строительство закрытых дренажных систем на орошаемых землях .для предотвращения их засоления и поддержания устойчивого урожая /2/.

Большие объемы земляных работ в мелиоративном строительстве требуют практического решения проблемы их технического обеспечения, в том числе создания высокопроизводительной мелиоративной техники. Таким образом, актуальной становится задача совершенствования рабочих процессов мелиоративных машин.

Широкое применение в мелиоративном строительстве получили ножевые дреноукладчики. Эти машины наряду с общеизвестными преимуществами требуют значительных тяговых усилий, что при разработке тяжелых грунтов обуславливает необходимость применения дополнительных тягачей. Данное обстоятельство приводит к значительному увеличению приведенных удельных затрат на строительство дренажных линий, ухудшению условий работы, нарушению поверхностной структуры грунта и повышению металлоемкости и суммарной мощности машины.

Ранее проведенными исследованиями в области глубокого резания грунтов определены методы интенсификации рабочего процесса ножевых дреноукладчиков. Одним из этих методов является применение энергии сжатого воздуха .для снижения сил внешнего и внутреннего трения грунта и для опережающего разрушения грунта перед рабочим органом. Однако, до настоящего времени ряд вопросов, касающихся физической сущности процесса взаимодействия непрерывного потока сжатого воздуха с грунтом и выбора рациональных параметров источника воз,духа остались нерешенными. Неизучены также закономерности процесса резания грунта ножевым дреноукладчиком с подачей сжатого воздуха.

В связи с этим целью настоящего исследования явилось изучение возможности снижения усилия резания грунта ножом дрено-укладчика путем применения энергии сжатого воздуха.

Используя экспериментально-теоретический метод исследования, поставленная в работе цель была достигнута решением следующих задач:

-изучить закономерности резания грунтов ножевым органом дреноукладчика с подачей сжатого воздуха;

-разработать аналитическую модель процесса резания грунтов ножевым дреноукладчиком с подачей сжатого воз,духа ;

-выполнить экспериментальное исследование на физических моделях и на натурной машине в полевых условиях;

-разработать инженерную методику расчета параметров сжатого воздуха, дать практические рекомендации и определить, технико-экономическую эффективность внедрения результатов исследования.

В первой главе работы представлен обзор научно-технической и патентной информации по глубокому резанию грунтов. В обзоре рассмотрены основные особенности рабочего процесса ножевых дреноукладчиков, проведен анализ исследований глубокого резания грунтов ножевыми рабочими органами. Анализ применяемых методов интенсификации рабочих процессов глубокого резания грунтов позволил сделать вывод о целесообразности и эффективности применения энергии сжатого воздуха для совершенствования рабочего процесса ножевых дреноукладчиков. На основе результатов проведенного обзора сфориулированы указанные выше цель и задачи исследования.

Во второй главе приведены результаты экспериментального исследования процесса глубокого резания грунта моделью ножа дреноукладчика с подачей сжатого воздуха, позволившего установить рациональную схему подвода воздуха и выявить основные физико-механические особенности процесса разрушения грунта. Построена аналитическая модель для определения усилия резания в зависимости от параметров рабочего органа, режима резания и общеизвестных физико-механических свойств грунта. Создан метод аналитического определения параметров источника воздуха.

Результаты экспериментальных исследований рабочего процесса ножевых дреноукладчиков, проведенных в лабораторных и полевых условиях и имеющих целью изучить на моделях закономерности изменения усилия резания грунта при подаче воздуха и определить рациональные параметры источника воз,духа, а также методика проведения экспериментов изложены в третьей главе. В этой же главе представлены методика проведения и результаты сравнительных испытаний ножевого дреноукладчика МД-4 с применением энергии сжатого воздуха. Проведено сопоставление и анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований.

В четвертой главе содержатся практические рекомендации по созданию ножевых дреноукладчиков с применением сжатого воздуха, определена технико-экономическая эффективность результатов исследования .

Научная новизна работы заключается в следующем. Установлена рациональная схема подвода воз,духа и выявлены физико-механические особенности процесса разрушения грунта при подаче воздуха в зону глубокого резания. Получены аналитические зависимости, позволяющие определить усилие глубокого резания грунтов в зависимости от геометрических параметров рабочего органа и общеизвестных физико-механических свойств грунта, оценить эффективность применения энергии сжатого воздуха и установить необходимые параметры источника воздуха. Установлены основные закономерности изменения усилия резания грунта при подаче воздуха .

Практическая ценность работы определена предложенным инженерным методом тягового расчета ножевых дреноукладчиков с применением сжатого воз,духа и рекомендациями по выбору параметров источника воздуха и системы его подвода.

На защиту выносятся еле,дующие положения: -экспериментально установленные физико-механические особенности резания грунта ножевым дреноукладчиком с применением сжатого воздуха ;

-аналитическая модель для определения усилия резания ножом дреноукладчика с применением сжатого воз,духа;

-метод аналитического определения параметров источника воз,духа .для интенсификации рабочего процесса дреноукладчика ; -закономерности изменения усилия глубокого резания грунта при подаче воздуха, установленные в результате проведения лабораторных и полевых экспериментов;

-результаты сравнительных испытаний ножевого дреноукладчика МД-4.

Внедрение результатов исследования осуществлялось следующим образом. Оформленный отчет по результатам проведенного исследования был передан ВНИИземмаш и Мозырскому заводу мелиоративных машин. Совместно с трестом "Харьковводстрой" ПМК-172 было спроектировано и изготовлено дополнительное оборудование .для организации газовой смазки рабочего органа дреноукладчи-ка МД-4. Отдельные положения работы используются для подготовки инженеров-механиков по специальности 0511.

По результатам выполненных исследований опубликовано 2 печатные работы. Материалы диссертационной работы докладывались на 47-й и 48-й научно-технических сессиях ХАДИ (1983 г., 1984 г.), Республиканской научно-технической конференции "Повышение эффективности землеройно-транспортных машин" (г.Харьков, 1984 г), заседании объединенного научного семинара кафедр дорожных машин и эксплуатации дорожных машин и охраны труда ХАДИ (1984 г.).

Автор выражает благодарность кандидату технических наук С.И.Карасю за помощь, оказанную при выполнении данной работы.

I.СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1.Особенности рабочего процесса ножевых дреноукладчиков и тенденции, их развития

Строительство закрытых дренажных трубопроводов может быть осуществлено тремя способами: траншейным, узкотраншейным и бестраншейным способом. Последний в настоящее время получил широкое применение благодаря ряду преимуществ по сравнению с другими способами. Бестраншейный способ строительства закрытого дренажа позволяет увеличить производительность труда в 8-12 раз и снизить стоимость строительства более чем в 1,5-3,5 раза /3/.Кроме того, применение данного способа приводит к резкому сокращению объемов земляных работ и малому выносу минерального грунта на поверхность.

При прокладке дрен бестраншейным способом основной машиной является ножевой дреноукладчик с двумя рабочими органами-земле-ройным и трубоукладочным. Ножевой дреноукладчик осуществляет прорезку в грунте глубокой узкой щели пассивным землеройным, рабочим органом с одновременной укладкой пластмассовой дренажной трубы с синтетическим фильтром или фильтрующей обсыпкой.

Необходимо отметить, что ножевые дреноукладчики наряду с известными преимуществами имеют недостатки. К недостаткам относятся: необходимость применения базовых машин со значительными тяговыми усилиями .для преодоления высокого тягового сопротивления пассивного рабочего органа, грунт в стенках и дне щели уплотняется ножом дреноукладчика, что приводит к пониженной водоприемной способности дрен и вследствие этого необходимо применять фильтрующую обсыпку. Это в свою очередь значительно снижает производительность машины.Таким образом,совершенствование рабочего процесса ножевых дреноукладчиков является необходимым условием их дальнейшего развития и более широкого применения в мелиоративном строительстве.

Рабочий процесс ножевых дреноукладчиков имеет свои особенности по сравнению с рабочим процессом землеройных машин (бульдозеры, скреперы, экскаваторы и др.), действующих по принципу резания грунтов с отделением стружки. Ножевые дреноукладчики как и кабелеукладочные машины и некоторые другие работают по принципу разрезания грунта, отличающемуся большой энергоемкостью. Изучение особенностей данного процесса приобретает особое значение как средство для его объяснения и отыскания способа управления им.

Одной из существенных особенностей рабочего процесса ножевых дреноукладчиков является пространственность взаимодействия ножа с грунтом, проявляющаяся в трапецеидальном поперечном сечении щели, образуемой в результате прохода ножа /4/ . Ширина зоны разрушения грунта на поверхности во много раз превышает ширину ножа, следовательно, работа сил резания расходуется на отделение от массива и разрушение грунта, находящегося за пределами ширины ножа. Учет пространственности взаимодействия ножа с грунтом (фактических размеров зоны разрушения) является важным условием при определении усилия и энергоемкости процесса глубокого резания грунтов.

К числу характерных особенностей рабочего процесса ножевых дреноукладчиков относится также наличие несколько зон по глубине щели. Ножевой рабочий орган осуществляет разрезание грунта на большую глубину значительно (в 5-15 раз) превышающую ширину прорези, в результате в грунте по глубине щели возникают деформации различного характера. Многочисленными исследованиями, проведенными советскими и зарубежными учеными по определению особенностей взаимодействия элементарных ножей с грунтом установлено следующее. При глубоком резании грунта ножом дреноукладчика образуется две зоны: зона рыхления (верхняя) и зона уплотнения (нижняя), зона рыхления увеличивается до некоторой глубины резания, названной критической, а ниже критической происходит уплотнение грунта ножом в боковые стенки и дно щели /3, 4, 5, б, 7, 8/.

В зоне уплотнения грунт под действием режущей кромки ножа подвергается постоянному упругопластическому сжатию и вытесняется в дно и стенки щели, контактное давление на лобовую грань ножа остается практически постоянным по глубине резания и по абсолютной величине пропорционально сопротивляемости грунта разрушению.

В зоне рыхления, непосредственно примыкающей к дневной поверхности, грунт сжатый режущей кромкой ножа стремится в сторону открытой поверхности массива грунта, наблюдается вспучивание грунта вблизи ножевого рабочего органа с образованием конуса рыхления, угол наклона поверхностей сдвига составляет в среднем 35-40° от горизонтали. Контактное давление на лобовую грань ножа снижается с уменьшением глубины.

Наличие двух зон при глубоком резании обусловлено сжимаемостью грунтов под действием нагрузки. Действующая на грунт нагрузка приводит к разрушению структурных связей, взаимосмещению частиц грунта, заполнению пор между ними, а также вытеснению воды и газовой фазы, грунт деформируется до тех пор, пока давление со стороны режущей кромки ножа не становится достаточным для отделения части грунта от массива, что является характерным для зоны рыхления. В зоне уплотнения давление со стороны режущей кромки ножа на грунт недостаточное для отделения части грунта от массива и соответствующие ему деформации способствуют уплотнению грунта /4/ .

Границей раздела двух зон, как уже отмечалось, является критическая глубина, при глубинах меньше критической усилие резания зависит от глубины по параболической зависимости, при глубине больше критической - по прямолинейной зависимости. Величина критической глубины резания зависит от основных параметров ножевого рабочего органа и физико-механических свойств грунтов /б/ .

Следует отметить, что в настоящее время Е.Д.Томиным /9, 10/ вместо двух зон резания выделяются три зоны деформации грунта. Нижняя зона соответствует зоне уплотнения, описанной выше. В средней зоне, названной переходной, грунт подвергается периодическому сжатию. Вначале, под действием давления со стороны режущей кромки ножа осуществляется сжатие определенного объема грунта, после этого происходит потеря устойчивости и отрыв его от массива. Зона называется переходной, так как в ней качественно изменяются условия резания грунта: от сплошной грунтовой среды к грунтовому полупространству. В этой зоне нормальное контактное давление на нож значительно ниже, чем в зоне уплотнения особенно в момент отрыва очередного объема грунта. В верхней зоне режущая кромка ножа взаимодействует с грунтом уже нарушенного сложения и осуществляется дробление, сдвиг и выпирание в сторону открытой поверхности части грунта, оторванной от массива в переходной зоне. Нормальное контактное давление снижается с меньшей интенсивностью, чем в переходной зоне, и становится равным нулю на поверхности (рис.1.1).

Отсутствие четкой границы между описанными зонами вызывает сомнение в правильности выделения трех зон резания. Кроме того, если внимательно раскрыть сущность процесса резания в переходной зоне, то нетрудно заметить, что данный процесс соответствует процессу резания с отделением стружки. Таким образом, выделенная переходная зона резания ничто инное как ранее выделенная зона рыхления, отделяемая от зоны уплотнения критической глубиной, а верхняя зона (третья) представляет собой второй этап рыхления грун

Рис.1.1. Характерные эпюры распределения удельных нормальных контактных давлений на лобовую и боковые поверхности рабочего органа бестраншейного дреноукладчика та, осуществляемый верхней режущей кромкой ножа и заключающийся в дроблении грунта и разбросе его в боковые стороны.

Особенность рабочего процесса ножевых дреноукладчиков, заключающаяся в наличии двух зон по глубине резания нужно учитывать для получения минимального сопротивления глубокому резанию грунтов и правильного определения оптимальных геометрических параметров ножевого рабочего органа для каждой зоны. Энергоемкость процесса резания в зоне уплотнения в 1,5-2,5 раза выше, чем энергоемкость процесса резания в зоне рыхления/9/ » поэтому нужно стремиться максимально уменьшить размеры зоны уплотнения. Необходимо также учитывать размеры зоны рыхления грунта при решении вопроса о расположении рабочего органа относительно базовой машины, гусеницы которой не должны препятствовать выходу грунта на поверхность.

Другой особенностью рабочего процесса ножевых дреноукладчиков является образование уплотненного ядра на лобовой грани ножа в результате уплотнения грунта /4, 5, 9, II, 12 , 13/. Установлено, что уплотненное ядро образуется из грунта, расположенного перед ножом при угле заострения режущей кромки больше угла внутреннего трения грунта. Форма ядра зависит от физико-механических свойств грунтов и поперечное сечение может иметь вид окружности, эллипса или параболы,. На основе рекомендации механики грунтов принимается упрощенная форла ядра в виде треугольника на грани которого действует постоянное по величине равномерно распределенное давление. В результате ранее проведенных исследований установлено, что уплотненное ядро способно сохранять форму, состав и прочную механическую связь с ножом в изменяющихся условиях резания /14/ . В зависимости от давления ядра на лобовую грань ножа и трения между ними, уплотненное ядро может перемещаться вдоль лобовой грани ножа в сторону открытой поверхности, неподвижность ядра приводит к увеличению размеров зоны уплотнения грунта и росту сопротивления резанию грунта /8/. Таким образом, при рассмотрении рабочего процесса ножевых дреноукладчиков следует принять во внимание наличие уплотненного ядра и его влияние на сопротивление глубокому резанию грунтов.

В процессе резания грунт испытывает всевозможные деформации, в результате чего в грунте появляются различные напряжения. Определение распределения напряжений, линий скольжения грунтовых частиц и тел скольжения имеет особое значение для объяснения рабочего процесса,ножевых дреноукладчиков. Исследования, проведенные учеными А.Н.Зелениным /5, 14, 15 / , А.К.Кострициным /12 /, В.И.Уродовым /7 / и др. позволяют установить следующее. Законы распределения напряжений имеют вид экспонециальных кривых и аналогичны для двух зон глубокого резания грунта, кривые напряжений в зоне рыхления спадают более круто по сравнению с характером кривых в зоне уплотнения, изобары расположены симметрично по отношению к осевой линии в направлении движения ножа (рис.1.2), форма изобар аналогично линиям, по которым происходит отделение грунта от массива, при резании острым ножом изобары располагаются по обеим сторонам режущего клина (рис.1.3), величина напряжений и характер их зависимости от глубины резания определяется расстоянием от оси прорези.

Таким образом, различные по своему характеру перемещения частиц грунта в зонах резания порождает в них неодинаковое напряженное состояние. В зоне рыхления частицы грунта перемещаются в сторону открытой поверхности, а в зоне уплотнения частицы грунта впрессовываются в боковые стенки щели и частично отклоняются вниз. Этим и объясняется превышение напряжений в зоне уплотнения по сравнению с напряжениями в зоне рыхления, следовательно и высокая энергоемкость резания грунта в зоне уплотнения.

Рис.1.2. Расположение изобар в алане перед вертикальным профилем толщиной 80 мм (по данным А.Н.Зеленина,)

Рис.1.3. Расположение изобар на глубине 90 см перед рабочим органом пассивного действия с углом заострения 45" и углом резания 90и Спо данным В.И.Уродова)

При резании грунта элементарным ножом от массива отделяются куски грунта большого размера, или так называемые тела скольжения. В результате ранее проведенных исследований /4, 5, б / и экспериментальных исследований автора установлено, что в процессе резания грунта перед ножом выдвигается вверх по плоскости скольжения тело, имеющее форму, подобную форме конуса, верхнее основание которого значительно больше толщины ножа. Глубина образования тела скольжения соответствует критической глубине резания, угол сдвига тела скольжения переменный и во всех случаях меньше \\/А . Здесь следует обратить внимание на вывод из теории предельного равновесия сыпучей среды, устанавливаемый, что угол сдвига Ф — -¿г — ^ , где - угол внутреннего трения грунта. Данный вывод, несмотря на условности методов статики сыпучей среды, хорошо соответствует полученным данным. Образование тела скольжения большого размера характерно при резании глубоких щелей в сухих и малопластичных грунтах. Тело скольжения при резании пластичных грунтов или с повышенной влажностью, практически, необразуется.

Кроме вышеизложенного при изучении рабочего процесса ножевых дреноукладчиков необходимо учитывать такие особенности, как наличие бокового трения вследствии взаимодействия боковых граней ножа с грунтом, наличие трубоукладчика и возникающих на его боковых стенках сил трения, различная плотность грунта при резении на большой глубине. Необходимо, также, учитывать то,что ножевые бестраншейные дреноукладчики работают в самых разнообразных грунтовых условиях.

На основе результатов научных исследований по совершенствованию рабочих процессов бестраншейных дреноукладчиков и анализа существующих конструкций их рабочих органов можно выделить следующие основные тенденции развития. Совершенствование существующих типов рабочих органов путем оптимизации геометрических параметров, формы рабочего органа. В этом направлении выполнены многочисленные исследования в результате которых установлены оптимальные углы резания и заострения режущей кромки ножа для каждой зоны резания, разработаны различные конструкции ножа (ножи-стойки наклоненные вперед, вертикальные и наклоненные назад, ножи с пилообразной кромкой, самоуровновешивающие рабочие органы и др.), учитывающие грунтовые условия и повышающие устойчивость хода дре-ноукладчика, созданы конструкции рабочих органов с управляемой геометрией режущих кромок для повышения точности укладки дрен, разработаны, также, многоступенчатые ножи, обеспечивающие минимальное нарушение естественной структуры грунта и минимальное сопротивление резанию грунтов.

Основной тенденцией - развития ножевых рабочих органов является передача части мощности двигателя непосредственно на рабочий орган, минуя движитель.В настоящее время данное направление имеет важное значение благодаря существующей тенденции увеличения . мощности двигателей применяемых на бестраншейных дреноукладчиках. Подвод части энергии двигателя к рабочему, органу может быть осуществлен следующими способами: применением вибрации, гидродинамическим и газодинамическим воздействием, применением дополнительных механических средств (фрезы и др.), устанавливаемых на ноже и комбинированным способом. Вибрирующие рабочие органы могут совершать вертикальные, продольные, эллиптические и круговые колебания, могут быть созданы ножи с принудительной вибрацией их отдельных частей. При разработке ножевых рабочих органов для разрушения грунта газодинамическим воздействием с подачей на поверхность рабочего органа сжатого воздуха,способствующего снижению трения между поверхностью ножа и грунтом, поток сжатого воздуха может быть пульсирующим или непрерывным.

- 19

К тенденциям развития рабочих органов ножевых дреноукладчи-ков также относятся покрытия поверхностей рабочих органов антифрикционными материалами, снижающими трение в зонах взаимодействия рабочего органа с грунтом, проведение исследований с целью применения новых методов взаимодействия с грунтом таких, как электросмоса при разрушении влажных грунтов, использования энергии лазера, электромагнитной энергии, электрогидравлического эффекта и термического способа / 16 / .

- 201 -ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

Повышение эффективности ножевых дреноукладчиков в мелиоративном строительстве путем совершенствования их рабочего процесса представляет собой важную народнохозяйственную задачу, решению которой посвящены выполненные в данной работе теоретические и экспериментальные исследования.

Проведенными экспериментальными исследованиями установлена рациональная схема подачи воздуха в зону разрушения грунта, выявлены физические особенности процесса взаимодействия ножа дрено-укладчика с грунтом в условиях подачи сжатого воздуха. Анализ полученных результатов позволил разработать математическую модель изучаемого процесса.

На основе более глубоких представлений о механике процесса взаимодействия ножа с грунтом, сформированных в результате экспериментальных исследований, построена аналитическая модель для определения усилия глубокого резания в зависимости от геометрических параметров ножа и общеизвестных физико-механических свойств грунта.

С целью установления закономерностей усилия глубокого резания в условиях подачи воз,духа в зону разрушения грунта и проверки основных теоретических разработок были проведены экспериментальные исследования в лабораторных и полевых условиях.

Расчет основных параметров источника сжатого воздуха можно производить используя разработанный инженерный метод определения требуемых величин расхода воздуха и давления.

Обобщая изложенные в работе результаты проведенного исследования, можно сделать еле,дующие выводы:

I.Рациональной еле,дует считать подачу сжатого воздуха в зону разрушения грунта через щели на лобовой грани и отверстия в боковых гранях ножа. При этом снижение усилия глубокого резания грунта составляет 14-г29$. Эффективность снижения усилия резания с увеличением расхода воздуха повышается, при этом существует оптимальное значение расхода воздуха, зависящее от грунтовых условий и параметров ножа, при котором достигается максимальное снижение усилия резания грунта.

2.Сжатый воз,дух, подаваемый в зону глубокого резания фильтруется к поверхности массива, по ходу движения ножа, в поперечном направлении и вглубь массива, а также воздух частично выходит через трещены, образующиеся на поверхности грунта перед ножом. Воздух, поступающий через боковые отверстия движется по боковым граням ножа в сторону, противоположную его перемещению и фильтруется через уплотненный грунт в стенках дренажной щели. Максимальное давление воздуха зафиксировано в точках, расположенных в непосредственной близости от места подачи. С увеличением расстояния от места подачи воз,духа давление фильтрующегося воздуха изменяется по замедленно убывающей зависимости.

Подвод сжатого воз,духа вызывает подъем расположенного перед ножом разрушенного грунта на высоту от 0,06 до 0,48 мм. Большие значения зафиксированы вблизи ножа.

3.При рациональной схеме подачи воздуха снижение усилия резания достигается как за счет уменьшения внешнего трения грунта по боковым граням ножа, как и вследствие увеличения объема разрушаемого грунта. Размеры зоны разрушения грунта перед ножом увеличиваются на 7*12$. Подача воз,духа не влияет на величину угла наклона граней боковых зон разрушения грунта.

4.Аналитические зависимости для определения усилия глубокого резания грунтов ножом дреноукладчика, полученные на основе решения пространственной задачи предельного равновесия тела сдвига и учитывающие важные особенности изучаемого процесса, к которым относятся пространственность взаимодействия ножа с грунтом, наличие двух зон деформаций различного характера по глубине резания и наличие внешнего трения грунта по боковым граням ножа, могут быть использованы для предварительной оценки эффективности применения энергии сжатого воздуха при глубоком резании грунтов. Расчеты по указанным зависимостям показывают возможность снижения усилия резания путем устранения внешнего трения грунта по лобовой и боковым граням ножа на 24+66$, при этом погрешность аналитических расчетов составляет 11-£0$.

5.Эффективность применения энергии сжатого воздуха увеличивается с уменьшением проницаемости разрабатываемого грунта, увеличением длины смазываемых боковых поверхностей и увеличением нормальных контактных давлений грунта на гранях ножа. Расход воздуха, необходимый для смазки боковых граней ножа составляет 18$ от общего расхода. По приведенным в диссертации аналитическим зависимостям потребный расход воздуха можно оценить с точностью 3,7-$$, давление его - 10,2*12,3$, мощность привода компрессорной установки 1,4+13,2$.

6.Сравнительными испытаниями дреноукладчика МД-4 установлено, что применение энергии сжатого воздуха для интенсификации рабочего процесса дреноукладчика позволяет отказаться от дополнительного тягача. При этом горизонтальная и вертикальная составляющие усилия резания снижаются соответственно до 30+34$ и 38+42$. Среднее снижение давления жидкости в гидроцилиндрах поворота ножа дреноукладчика составляет 29$. Ширина зоны разрушения грунта на поверхности массива при подаче воздуха увеличивается на 8+10$. Суммарная энергоемкость рабочего процесса ножевого дреноукладчика с активным рабочим органом по сравнению с дреноукладчиками традиционного исполнения при равной произ

- 204 водительности снижается на 22%.

7.Разработан метод тягового расчета ножевых дреноукладчиков с применением энергии сжатого воздуха. С достаточной для практики точностью основные параметры источника сжатого воздуха для любого типоразмера ножа и любых грунтовых условий могут быть определены по разработанному, на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований, методу выбора источника воздуха .

8.Анализом экономической эффективности от внедрения ножевых дреноукладчиков с активным рабочим органом установлено,что совершенствование рабочего процесса ножевых дреноукладчиков применением энергии сжатого воздуха обеспечивает при снижении усилия глубокого резания до 30% снижение приведенных удельных затрат на 31,5%. Расчетный годовой экономический эффект составляет 18854 руб. на одну машину. Полученный эффект определяется снижением усилия глубокого резания грунта и отказом от дополнительного тягача.

Дальнейшие исследования рабочего процесса ножевых дреноукладчиков целесообразно направить на оптимизацию параметров ножа дреноукладчика в условиях подачи сжатого воздуха в зону резания, а также на изучение возможности применения комбинированных методов интенсификации. В сочетании с энергией сжатого воз,духа могут быть использованы тепловая энергия С термогазовая смазка), эффект вибрации и др.

1. 0 Продовольственной программе СССР на период до 1990 года и мерах по ее реализации. Материалы майского (1982 г.) Пленума ЦК КПСС "Агитатор", М., "Правда", 1982, №12. 94 с.2. , ^ ^ I ./I . Ll-VKc^.iA r IUV < "CLI^JJI cläUJH'UJl*'

2. Антонов В.И., Казаков B.C. Строительство и эксплуатация бестраншейного дренажа. М., "Колос", 1976. 104 с.

3. Ветров 10.А. Резание грунтов землеройными машинами. М., "Машиностроение", 1971. 357 с.

4. Зеленин А.Н. Физические основы теории резания грунтов. М. Л., АН СССР, 1950. 354 с.

5. Руднев В.К. 0 коэффициентах сопротивления грунта резаниюи мощности, расходуемой при резании грунта вскрышным роторным экскаваторам. Сб. "Горные, строительные и дорожные машины", Киев, "TexHlKa", 1965, №1, с.27-37.

6. Уродов В.И. Физические основы глубокого резания грунтов. Минск, "Наука и техника", 1972. 232 с.

7. Казаков B.C. Бестраншейные дреноукладчики. М. "Россельхоз-издат", 1974. 60 с.

8. Томин Е.Д. Бестраншейное строительство закрытого дренажа. М., "Колос", 1981. 240 с.

9. Томин Е.Д. Определение сопротивлений резанию и тяговых усилий дреноукладчика при бестраншейном строительстве дренажа. "Строительные и дорожные машины", 1980, №2, с.11-14.п. Pathje J. Der Shníttvorqang im Sondo.1. j ^

10. Forschungsarbgiren auf dem Gebigte des Ingenieurwesgs ", Ш11 Ц . 350 .

11. Кострицын А.К. Резание сплошной грунтовой среды ножами иконусами. В кн.: Сб.трудов по земледельческой механике. т.З. М., "Сельхозгиз", 1956, с.247-290.

12. Буравцев В.Н., Кузнецов В.В. Аналитическое определение тяговых сопротивлений бестраншейного .цреноукладчика. В трудах ВАСХНИЛ: Прогрессивные методы строительства закрытого дренажа на орошаемых землях. М., "Колос", 1977, с.56-64.

13. Зеленин А.Н. Основы разрушения грунтов механическими способами. М., "Машиностроение", 1968. 376 с.

14. Зеленин А.Н. Основы физической теории резания грунтов экс-кавационными машинами. В кн.: Резание грунтов. М., АН СССР, 1951, с.104-134.

15. Васильев Б.А., Гантман В.Б. и др. Мелиоративные машины. М., "Колос", 1980. 351 с.

16. Айзеншток И.Я. К построению физической теории резания грунтов. В кн.: Резание грунтов. М., АН СССР, 1951, с.76 103.

17. Айзеншток И.Я. О физической теории резания грунтов. "Горный журнал", 1949, №5, с.5-7.

18. Артемьев К.А. Основы теории копания грунта скреперами. М., "Машгиз", 1963. 128 с.

19. Артемьев К.А. Теория резания грунтов землеройными машинами. Новосибирск, 1978. 103 с.

20. Ветров Ю.А., Баладинекий В.Л. Машины .для специальных земляных работ. Киев, "Вища школа", 1981. 384 с.

21. Баладинекий В.Л. Динамическое разрушение грунтов. Изд.Киевского университета, 1971. 226 с.

22. Баловнев В.И. Моделирование процессов взаимодействия со средой рабочих органов дорожно-строительных машин. М., "Высшая школа", 1981. 335 с.

23. Баловнев В.И. Новые методы расчета сопротивлений резанию грунтов. М., "Росвузиздат", 1963. 95 с.

24. Баловнев В.И. Дорожно-строительные машины с рабочими органами интенсифицирующего действия. М., "Машиностроение", 1981. 223 с.

25. Ветров Ю.А. Расчет сил резания и копания грунтов. Изд.Киевского университета. 1965. 168 с.

26. Волков Д.П. Динамика и прочность одноковшовых экскаваторов. М., "Машиностроение", 1965. 463 с.

27. Волков Д.П., Николаев С.Н. Надежность строительных машин и оборудования. М., "Высшая школа", 1979. 400 с.

28. Горячкин В.П. Собрание сочинений, т. 1-1У. М., "Сельхоз-издат", 1939-1948.

29. Далин А.Д. Исследование по резанию грунтов плужным и фрезерным ножами. В кн. : Резание грунтов.М., АН СССР, 1951,с. 16-41.

30. Домбровский Н.Г. Сопротивление грунта копанию при работе одноковшового экскаватора. В кн.: Резание грунтов.М., АН СССР, 1951, с.42-75.

31. Домбровский Н.Г., Гальперин М.И. Землеройно-транспортные машины. М., "Машиностроение", 1965. 276 с.

32. Зеленин А.Н., Баловнев В.И., Керов И.П. Машины для земляных работ. М., "Машиностроение", 1975. 424 с.

33. Недорезов И.Я., Звягинцев А.И., Чернявский Р.Х. Анализ тенденций развития рабочих органов землеройных машин. В кн.: Машины для земляных работ. Вып.79. М., "Транспорт", 1973, с.88-93.

34. Недорезов И.Я. О рациональном профиле отвала автогрейдера и бульдозера. "Строительные и дорожные машины", 1957, №8, с. 18-20.- 208

35. Руднев B.K. Копание грунтов землеройно-транспортными машинами активного действия. Харьков, "Вища школа", 1974.144с.

36. Федоров Д.И. Рабочие органы землеройных машин. М., "Машиностроение", 1977, 288 с.

37. Федоров Д.И. Исследование рабочих органов землеройных машин. В кн.: Машины .для землеройных работ. Вып. 77. М., "Транспорт1,1 1969. с.28-35.

38. Холодов A.M. Основы динамики землеройно-транспортных машин. М., "Машиностроение", 1968. 156 с.

39. Холодов A.M. Теоретическое выражение сопротивления грунта лобовому резанию широким плоским ножом. Сб. "Горные, строительные и дорожные машины", Киев, "Техн1ка", 1965, №1,с. 3-5.

40. Соколовский В.В. Статика сыпучей среды. М., "Гостехиздат", 1954. 276 с.

41. DingEinger Е. Über dem Grabewiderstünd Tördertechnlck*. Bd. 22,1929.

42. Баладинский В.JI. Сопротивление грунта разрезающему ножу. Сб. "Горные, строительные и дорожные машины", Киев, "Техн1ка", 1973, №16, с.32-35.

43. Баладинский В.Л., Фурто Г.С. Анализ сил сопротивления грунта разрезающему скоростному вертикальному ножу. Сб."Горные, строительные и дорожные машины", Киев, "Техн1ка", 1974, №18, c.II-I6.

44. Баладинский В.Л. Динамическое разрушение грунтов рабочими органами землеройных машин. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Киев, 1979,39с.

45. Вайнсон A.A.Основы теории ножевых траншеекопателей. Сб.трудов МИСИ :Исследование работы экскаваторов и кранов. М., "Гос-гортехиздат", I960, №31, с. 53-88.

46. Ветров Ю.А., Сакович В.Л., Марчевский Я.И., Взаимодействие с грунтом разрезающего ножа кабелеукладчика. Сб."Горные, строительные и дорожные машины", Киев, "Техн1ка", 1974, №18, с. 6-И.

47. Руднев В.К., Назаров Л.В. Резание грунта при низкочастотных колебаниях рабочего органа. Сб."Горные, строительные и дорожные машины". Киев, "Техн1ка", 1969, №8, с.32-37.

48. Руднев В.К. Исследование процесса резания и определение рациональной формы режущей кромки в случае полусвободного резания грунтов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Харьков, 1964. 20 с.

49. Турецкий Р.Л.Механизм процесса резания грунта и структурные формулы усилия резания. Сб.научных трудов: Механизация и электрификация сельского хозяйства. Вып.ХШ, Минск, 1975,с.190-206.

50. Турецкий Р.Л.Исследование зубьев ковшей и их влияние на усилие резания грунта. Сб. научных трудов: Механизация и электрификация сельского хозяйства. Вып.Х1У, Минск, 1977,0.27-38.

51. Бяшимов 0. Исследование глубокого резания грунтов ножом бестраншейного .цреноукладчика с газоструйным аппаратом. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1982. 168 с.

52. Назаров Л.В. Исследование процесса разрушения грунтового массива зубьями. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Харьков, 1970. 28 с.

53. Рынкевич B.C. Исследование характера деформации грунта при глубоком резании ножом в вертикальной плоскости. Сб.научных трудов: Механизация и электрификация сельского хозяйства. Вып.Х1У, Минск, 1977, с.17-26.

54. Хайзерук Е.М. Кабелеукладчики. М., "Машиностроение", 1974. 200 с.

55. Ветров Ю.А. К вопросу об определении сопротивления грунтов резанию. "Строительные и дорожные машины", 1957, №1,с.14-16.

56. Ветров Ю.А. Влияние затупления и износа ножей и зубьев на сопротивление грунтов резанию. "Строительные и дорожные машины", 1957, №7, с.5-9.

57. Ветров Ю.А., Кархов A.A. и др. Машины для земляных работ. Киев, "Вища школа", 1981. 384 с.

58. Двойных М.А. Исследование основных разновидностей процесса резания мерзлых грунтов рабочим органом траншейного типа. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Харьков, 19*54. 18с.

59. Дианов Ф.А. Определение сопротивления грунта резанию вертикальными ножами. Труды Московского автомобильно-дорожного института. Вып.175, М., 1979, с.34-36.

60. Рыбаков А.П. Испытание пассивных ножевых рабочих органов для бестраншейной прокладки кабеля связи. Сб."0бмен опытом строительства сооружений связи", М., "Связь", 1968, №3,с.28-32.

61. Баловнев В.И., Хмара Л.А. Интенсификация земляных работ в дорожном строительстве. М., "Транспорт", 1983. 183 с.

62. Баловнев В.И., Петроченко В.В. Тенденции развития и оценка новых конструктивных решений строительных и дорожных машин. М., ЦНИИТЭстроймаш, 1973. 88 с.

63. Виноградов В.И., Поздняков Ю.В. Исследование распространения жидкостной струи между почвой и лемешноотвальной поверхностью. Труды ЧИМЭСХ. Вып.23. Челябинск, 1965, с.271-282.

64. Schafer R.L.,GiEE W.R.,Reaves C.A. Experiences with Lubricated PFows. "Transactions of

65. Баладинский В.Л. Определение энергоемкости процесса резания грунтов повышенной крепости вибрирующим рабочим органом.

66. Сб."Горные, строительные и дорожные машины", Киев, "Техн1ка',' 1965, №1, с.38-43.

67. Передня В.И. Исследование виброударного рабочего органа при укладке полиэтиленовых труб бестраншейными способами. Сб. научных трудов: Механизация и электрификация сельского хозяйства. Вып.З. Минск, 1968.

68. Дианов Ф.А. Исследование процесса вибрационного разрушения грунтов ножами с циркуляционным движением. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1981. 20 с.

69. Кузнецов А.И. Способ снижения трения и устранения залипания рабочих органов землеройных орудий. Описание изобретения к авторскому свидетельству №116885, кл. £02 А .

70. Руднев В.К. Интенсификация процесса копания грунтов и повышение эффективности ЗТМ применением газовой смазки рабочих органов. Автореферат диссертации на соискание ученой степенидоктора технических наук. Киев, 1977. 39 с.

71. Холодов A.M., Руднев В.К. О возможности снижения сопротивления грунтов копанию. "Строительные и дорожные машины", 1971, №9, с.23-24.

72. Руднев В.К., Гиверц В.Л., Закуренко Н.Е. Бульдозер с газовой смазкой поверхности отвала. "Строительные и дорожные машины", 1975, №9, с. 17-19.

73. Руднев В.К., Лысиков E.H., Гиверц В.Л. Газовая смазка рабочих органов землеройных машин. Сб. "Проблемы трения и изнашивания". Киев, "Техн1ка", 1976, МО, с.89-94.

74. Руднев В.К., Шестеряков И.К. Исследование процесса копания грунта скрепером активного действия. Сб. "Горные, строительные и дорожные машины", Киев, "Техн1ка", 1974, №18, с.29-31.

75. Руднев В.К., Карась С.И. Исследование эффективности газовой смазки ковша экскаватора. Сб."Горные, строительные и дорожные машины", Киев, "Техн1ка", 1981, №31, с.25-29.

76. Гиверц В.Л. Исследование процесса копания грунта бульдозером с газовой смазкой поверхности отвала. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Харьков, 1975. 24 с.

77. Лазаренко В.И. Исследование процесса копания грунта автогрейдером с газовой смазкой отвала. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Харьков, 1975. 24 с.

78. Каолин Н.Д. Интенсификация процесса копания грунта бульдозером путем термогазовой смазки отвала. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Харьков, 1979. 170 с.

79. Кириченко И.Г. Исследование процесса копания грунтов скрепером с ковшом активного действия. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Харьков, 1979. 198 с.

80. ЗЗ.Лысиков E.H. Исследование путей повышения эффективности бульдозеров с газовой смазкой. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Харьков, 1979. 24 с.

81. Карась С.И. Улучшение эксплуатационных качеств одноковшовых экскаваторов применением газовой смазки ковша.Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Харьков, 1981. 173 с.

82. Хачатурян С.Л. Взаимодействие с грунтом и выбор параметров прокалывающего рабочего органа с газовой смазкой. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Харьков, 1983. 200 с.

83. Хмара Л.А. Научные основы формирования многокомпонентных рабочих органов землеройных машин. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. М., 1984. 39 с.

84. Баловнев В.И., Хмара Л.А. и др. Каналокопатель с газовой смазкой отвальных поверхностей. "Строительные и дорожные машины", 1977, №7, 22 с.

85. Ермилов А.Б., Баловнев* В.И., Хмара Л,А. Перспективы применения бульдозеров с газовой смазкой отвала. "Строительные и дорожные машины", 1978, №3, с.25-27.

86. Хмара JI.А. Исследование процесса взаимодействия с грунтом рабочих органов землеройных машин с газовой смазкой методами физического моделирования. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.,1974. 23 с.

87. Ермилов А.Б. Исследование рабочего процесса скрепера с газодинамическим интенсификатором. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.М., 1976. 25 с.

88. Заднепровский Р.П. Результаты исследования методов снижения трения и прилипания влажных грунтов при их разработке землеройными машинами. "Строительные и дорожные машины",1973, №5, с.31-33.

89. Заднепровский Р.П. Применение газовой и жидкостной смазки для снижения адгезии и трения при взаимодействии рабочих органов с почвогрунтами. "Известия вузов". Строительство и архитектура. Вып.З. Новосибирск, 1972, с.140-144.

90. Заднепровский Р.П. Адгезия и трение глинистых пород и их снижение при работе строительных и дорожных машин. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Л., 1981. 36 с.

91. Шаламов А.Н. Определение параметров рабочего органа плужного каналокопателя с газовой смазкой в услояих глубокого резания грунта. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1982. 20 с.

92. Баловнев В.И., Ермилов А.Б., Хмара Л.А. Бульдозеры взрывного действия. "Изобретатель и рационализатор", 1974, №2, с.20-21.

93. Баловнев В.И., Селедцов М.В., Чижик Н.И. Разработка прочных грунтов с каменистыми включениями рабочими органами газодинамического действия. "Строительные и дорожные машины", 1975, МО, с. 7-8.

94. Баловнев В.И., Фролов A.B., Лазовой А.Д. Исследование рыхления мерзлых грунтов однозубым рыхлителем с газодинамическим интенсификатором. "Строительные и дорожные машины", 1978, №5, с.7-9.

95. Волков Д.П., Жуков В.Л., Олексич В.Н. Каналокопатель взрывного действия. "Механизация строительства", 1974, №1,с.20-22.

96. Тарасов В.В., Бяшимов 0. Глубокое резание грунтов ножом .цреноукладчика с газодинамическим интенсификатором. Сб.научных трудов МАДИ, 1980, с.37-40.

97. ЮО.Цытович H.A. Механика грунтов. М., "Высшая школа", 1983. 288 с.

98. Ю1.Маслов H.H. Основы механики грунтов и инженерной геологии. М., "Высшая школа", 1968. 629 с.

99. Ю2.Вайнсон A.A. Исследование статических и динамических нагрузок рабочего органа многоковшового траншеекопателя. Сб. трудов МИСИ: Исследование работы экскаваторов и кранов.М., "Госгортехиздат", I960, №31, с.27-52.

100. ЮЗ.Аравин В.И., Нумеров С.Н. Теория движения жидкостей и газов в недеформируемой пористой среде. М., "Гостехтеориздат", 1953. 616 с.

101. Ю4.Константинеску В.И. Газовая смазка. М., "Машиностроение", 1968. 720 с.

102. Ю5.Лейбензон Л.С. Движение природных жидкостей и газов в пористой среде. М., "Гостехиздат", 1947. 244 с.

103. Юб.Малис А.Я. Пневматический транспорт сыпучих материалов при высоких концентрациях. М., "Машиностроение", 1969. 183 с.

104. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных решений". М., "Наука1,1 1971.282 с.

105. Ю8.Хикс Ч.Р.Основные принципы планирования эксперимента. М., "Мир", 1967. 406 с.

106. Налимов В.В., Чернова М.А. Статистические методы планирования экспериментальных исследований. М., "Наука", 1965. 337с.

107. ГОСТ 15.001-73. Разработка и постановка продукции на производство. Основные положения. Государственный комитет СССР по стандартам. М., 1982, 37с.

108. ГОСТ 22503-77. Рыхлители гусеничные. Правила приемки и методы испытаний. Государственный комитет стандартов при СМ СССР. М., 1977. 7 с.

109. Новиков И.И. Исследование направлений развития центробежного и поршневого компрессоростроения. Обзорная информация. М., "Машиностроение", 1969. 284 с.

110. ПЗ.Хлумский В.Г. Ротационные компрессоры и вакуумные насосы. М., "Машиностроение", 1971. 404 с.

111. Шварц А.И., Верный A.JI. Современное состояние винтового компрессоростроения. М., "Машиностроение", 1972. 363 с.

112. Инструкция по определению экономической эффективности новых строительных, дорожных, мелиоративных машин пожарного оборудования, лифтов, изобретений и рационализаторских предложений. Часть I и 2. М., ЦНИИТЭстройдормаш, 1978 . 252 с.

113. Рекомендации по организации технического обслуживания и ремонта строительных машин. М., "Стройиздат", 1978.92 с.