Вплив гідростатичного тиску на критичну глибину при комбінованому поярусному різанні ґрунту

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне

Вплив гідростатичного тиску на критичну глибину при комбінованому поярусному різанні ґрунту

Кравець С.В., д.т.н., професор

Романовський О.Л., к.т.н., доцент

Кирикович В.Д., асистент

Музичук І.М., магістр

В Національному університеті водного господарства та природокористування створений землерийний робочий орган для добування корисних копалин, який розробляє ґрунт з відділенням від масиву і подачею його у суспензне середовище, при змішуванні з яким бурштин звільнюється і спливає на поверхню [11].

На сьогодні відомо, що найменша енергомісткість забезпечується при розробці ґрунту ґрунторозроблювальним органом на критичну глибину різання. При цьому досліджений вплив степені блокованості різання ґрунту на величину останньої, [13] разом з тим відсутні відомості про вплив гідростатичного тиску.

Для досліджень критичної глибини різання ґрунту при наявності гідростатичного тиску і частковій деблокації ґрунторозробними органами, які йдуть попереду, скористаємося рис. 1. При цьому в якості вихідних передумов покладено:

ґрунт - однорідне ізотропне середовище, яке характеризується зчепленням, внутрішнім і зовнішнім тертям, щільністю і вологістю;

елемент стружки розглядаємо як тверде тіло у вигляді двох трикутних призм з двома симетричними конічними секторами по боках (рис. 1 в);

критична глибина різання постійна незалежно від того працює ніж у режимі заглиблення чи в сталому режимі;

впливом швидкості різання і силою тяжіння ґрунту на опір його руйнування знехтувано[4], [5], [6];

закон розподілу нормального тиску на лобову площину ножа в зоні сколювання ґрунту прйнятий лінійним по глибині [7], [8];

суспензія (пульпа) - однорідне середовище з певною густиною [12].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Мінімальний тиск , що діє на денній поверхні визначається по формулі Алексєєвої Т.В. [9] На критичній глибині він досягає максимального значення і визначається по формулі Паукера [10].

На елементарний об'єм елемента стружки висотою в момент попередній сколюванню діють наступні сили, які приведені у вертикальну площину OAD (рис. 1, а); активна сила , яка направлена під кутом зовнішнього тертя ґрунту до нормалі лобової площини ножа; нормальна реакція і дотичні сили і в площині зсуву ґрунту; привантажуючі вертикальна та бокові сили і від тиску суспензного середовища. Тоді система рівнянь рівноваги всіх сил на нормальну () і дотичну () осі до лобової площини сколювання матиме вигляд:

(1)

Закон розподілу нормального тиску ґрунту на ніж по глибині запишеться:

(2)

де - відношення глибини зони гарантованого сколювання ґрунту до критичної глибини різання ; - поточне значення глибини.

Елементарні дотичні сили, які діють у лобовій і боковій площинах сколювання, визначаються по закону Кулона для ґрунтів:

(3)

(4)

де , - елементарні площі відповідно лобової і бокової площинсколювання; - коефіцієнт бокового тиску; с - коефіцієнт зчеплення ґрунту; - кут внутрішнього тертя; - кути, які утворюються боковою площиною сколювання з вертикальною площиною (рис. 1, в).

У випадку, що розглядається ґрунт руйнується переважно за рахунок деформації відриву, а тому на бокових площинах тіла сколу відсутні бічний тиск і сила тертя, тобто , тоді

(5)

Максимальна ширина тіла сколу рівна (рис.1, б)

 (6)

де - глибина розробки ґрунту в верхньому ярусі; - кут розвалу зон розпушування; - ширина ножа.

Ширина тіла сколу поверху (рис.1, б)

(7)

Тоді елементарні площі лобової і бокової площин сколювання будуть визначатись залежностями:

(8)

(9)

Елементарні сили від тиску суспензного середовища і :

(10)

(11)

де - густина суспензного середовища; - глибина занурення ножа фрези; - прискорення вільного тяжіння.

Тоді елементарна площа визначиться:

(12)

де - кут сколювання ґрунту; - кут різання ґрунту; - елементарна глибина різання; - поточне значення радіуса сколювання ґрунту.

Критична глибина різання ґрунту при частковій деблокації попередньою розробкою :

(13)

Визначивши з першого рівняння системи (1) і підставивши вирази (3), (4), (10) і (11) в друге рівняння системи (1) з врахуванням рівностей (2), (5), (6), (7), (8), (9), (12) при умові, що , а ширина тіла сколу поверху рівна ширині ножа , отримаємо рівняння:

(14)

Проінтегрувавши даний вираз отримаємо лінійне рівняння

 (15)

З цього рівняння знайдемо критичну глибину ярусу:

, (151)

(16)

Графічні залежності критичної глибини різання ґрунту представлені на рис. 2, рис. 3.

З аналізу графічних залежностей випливає, що зі збільшенням ширини різання (bc=0.05м) лінійно збільшується критична глибина різання відповідно глибині розміщення ножа і залежить від типу ґрунту (напівтвердий суглинок). На глибині =5 м критична глибина різання дорівнює ширині різання, а за межами =10 м змінюється процес руйнування ґрунту.

Література

гідростатичний тиск ґрунт фреза

1. Ветров Ю.А. Резания ґрунтов землеройными машинами. - М.: Машиностроение, 1972. - 359 с.

2. Ґрунтозахистні та енергозберігаючі машини для прокладки підземних комунікацій/ С.В. Кравець - Рівне: Видавництво РДТУ, 1999. - 277 с.

3. Кравець Л.Б. Влияние угла заострения ножа на критическую глубину резания ґрунта. - В кн.: Роль мелиорации в програме «Интенсификации - 90»: Сб. Науч. тр. - Л.: СевНИИГиМ, 1986.

4. Баладинский В.Л., Пузырев Ю.В., Смирнов В.Н., Кисленко А.А. Производительность и долговечность землеройных мелиоративных машин. - К.: Урожай, 1988. 152 с.

5. Станевский В.П. Совершенствование робочего процесса землеройных машин. - К.: Вища школа. Изд-во при КГУ, 1984. - 128 с.

6. Баладинскмий В.Л., Баранников В.Ф., Ошапкаев Т.А. Механика рабочих процесов строительных машин. - Алма-Ата: ЛАФЦЧИПКС, 1982.

7. Томин Е.Д. Бестраншейное строительство закрытого дренажа. - М.: Колос, 1981. - 240 с.

8. Зеленин А.Н., Баловнев В.И., Керов И.П. Машины для земляных работ. - М.: Машиностроение, 1975. - 424 с.

9. Дорожные машины. ч. I. Машины для земляных работ/ Т.В. Алексеева, К.А. Артемьев, А.А. Бромберг и др. -М .: Машиностроение, 1972. - 504 с.

10. Маслов Н.Н. Основы инженерной геологии и механики ґрунтов. - М.: Высшая школа, 1976. - 511 с.

11. Кравець С.В., Романовський О.Л., Нікітін В.Г., Кирикович В.Д. Робочий орган землерийної машини для добування корисних копалин. Деклараційний патент № 62709 А. Офіційний бюлетень по справах винаходів і відкриттів, 2003 р., № 12.

12. Романовський О.Л., к.т.н., доцент, Кирикович В.Д., аспірант. Дослідження флотаційних властивостей бурштину. “Вісник” Український державний університет водного господарства та природокористування. Зб.наук. пр., випуск 2 (26). Рівне 2004, с. 323-328.

13. Кравець С.В., д.т.н., професор, Романовський О.Л., к.т.н., доцент, Нікітін В.Г., к.т.н., доцент, Романовський О.В., аспірант. Визначення критичної глибини різання при комбінованому поярусному руйнуванні ґрунту. “Вісник” Національний університет водного господарства та природокористування. Зб. наук. пр., випуск 2 (34). Рівне 2006, с. 77-83.

Размещено на Allbest.ru