Лекция 6. Общие сведения о машинах для земельных работ

Общие сведения о машинах для земельных работ. Классификация машин для земельных работ. Рабочие органы и их взаимодействие с грунтом. Физико-механические свойства грунтов. Классификация грунтов резанию и копанию. Работы отечественных и зарубежных ученых в области разработки копания грунтов. Определение силовых, кинематических параметров землеройных и землеройно-транспортных машин.

Земляные сооружения - это устройство в грунте, полученные в результате его удаления за пределы сооружений, или из грунта, внесенного в сооружения из вне. Это: 1-выемки; 2-насыпи. Различают выемки: котлованы, траншеи, канавы, кюветы, ямы, скважины и шпуры, каналы.

Грунт из выемок укладывают рядом в КАВАЛЬЕРЫ для обратных засыпок. Для насыпей грунт доставляют из боковых РЕЗЕРВОВ. Различают временные и длительного пользования земляные сооружения. 1-траншеи; 2-дорожные насыпи, дамбы, плотины.

О способах разработки грунтов. Наиболее энергоёмкая операция - отделение грунта от массива (разрушение грунта).

Способы разделяют в зависимости от способа разрушения. Наибольшее применение - это механическое разрушение грунтов (резание). Различают статистическое (2-2,5 м/с) и динамическое (ударное и вибро) разрушение грунтов (зависит от скорости и характера воздействия режущего инструмента (рабочего органа).

Энергоёмкость механического разрушения грунта равна 0,05-0,5 кВтч/м3. Им выполняют 85% всего объёма земляных работ в строительстве.

Есть комбинированные способы: 1-газомеханический; 2-гидравлический (гидромониторы, землесосные товары); 3- гидромеханические, Э= 4квтч/м3 (50-60 метров виды на 1 м. 3 гр.); 4- взрывной (термомеханический и термопневматический, электрогидравлический).

Реже применяют физические способы разрушения грунтов (прожигания, оттаивания, токи высокой частоты, ультразвук, электромагнитной и инфракрасной энергии). Выбор способа зависит от прочности грунта, мерзлоты (сезонного промерзания).

Немного о свойствах грунта. Это выветрившийся горные породы, образующие кору земли. Различают скальные (граниты, песчаники, известняки и т.п.), полускальные (мергели, гипсоносные конгломераты, окаменевшие глины), крупнообломочные, песчаные, глинистые.

По грансоставу: глинистые, пылеватые, песчаные, гравийные, галечные и щебеночные, валуны, камни, глины, суглинки, супеси, пески чаще всего в строительстве.

Классификация грунтов на 8 категорий по профессору А. Н. Зеленину:

Рис.1. Конструкция плотномера (ДорНИИ): 1-металлический стержень; 2-шайба-упор (нижняя); 3-груз, массой 2,5т; 4-шайба-упор (верхняя).

Груз совершает работу в 1 Дж.

Плотность грунта оценивают числом ударов, соответствующим внедрению в грунт стержня до упора в нижнюю шайбу.

Вот характеристики грунтов, влияющие на процесс их взаимодействия с землеройными и грунтоуплотняющими рабочими органами.

1 - Влажность (оптимальная - пески - 8 - 14%, глина 20-30%);

2 – Коэффициент разрыхления - пески - 1, 0,8-1,15- мерзлый грунт 1,45 - 1,6;

3 - Коэффициент остаточного разрыхления -пески - 1,02- 1,05; скальные 1,2 - 1,3 и суглинки;

4 - Уплотняемость - коэффициент уплотнения 0,9- 0,1;

5 - Прочность и деформируемость;

6 - Силы внутреннего и внешнего трения - коэффициенты: внутреннее трение-0,18-0,7 внешнее трение 0,15-0,55;

7 - Изнашивание (абразивность);

8 – Липкость.

По трудности разработки грунты делят на 8 категорий:

I - категория - песок, супесь, мягкий суглинок средний крепости влажный и разрыхленный без включений;

II - суглинок, без включений, мелкий и средний гравий, мягкой влажности или разрыхления глины;

III - крепкий суглинок, глина средний крепости влажности или разрыхления, аргиллиты и алевролиты;

IV - крепкий суглинок, крепкая влажность, глина, сланцы, конгломераты;

V - сланцы, конгломераты отвердевшие глина и лесс, очень крепкий мел, гипс, песчаники, мягкие известняки, скальные и мерзлые породы;

VI - ракушечники, конгломераты, крупные сланцы, известняки, песчаники средней крепости, мел, гипс, очень крепкий. Опоки и Мергель;

VII - известняки, мерзлый грунт средней крепости;

VIII - скальные и мерзлые грунты (породы), очень хорошо взорванные (куски не более 1/3 ширины ковша).

Рабочие органы, с помощью которых грунт отделяют от массива (ковши, отвалы, зубья) называют землеройными. Землеройные рабочие органы называют ковшовыми, отвальными, зубья рыхлители.

Отвалы оснащают в нижней части ножами - ножевые овалы.

Режущая часть земляных работ органа имеет форму заостренного клина, ограниченного передней 1 и задней, 2 гранями, линию пересечения которых называют режущей кромкой. Угол б, образуемый с направлением движения клина его передней гранью, называется углом резанья. Угол Q, образующий с тем же направлением задней гранью - задним углом. Усилие Р, с которым клин воздействует на грунт называют усилием капания, а равные ему по модулю, но противоположно направленные усилия Ро- сопротивления грунта копанию.

Рис.2. Параметры режущего клина: 1-передняя грань; 2-задняя грань; б – угол резания; θ – задний угол; 3-линия пересечения граней или режущая кромка; 4-заостренный клин; v – угол заострения.

Запишем другие составляющие сопротивления грунта копанию:

1- Сила трения между рабочим органам и грунтом;

2- Сопротивления перемещению призмы грунта перед рабочими органам (призма волочения);

3- Сопротивления перемещения грунта в ковш (при ковшевом рабочем органе);

4– Сопротивления перемещения грунта по отвалу (при овальном раб органе).

По методу Н.Г.Долебровского - В.П. Горячкина сопротивления грунта резанию равно -

,(кН)

К1 - удельное сопротивления грунта резанью, кПа (см. табл);

b - ширина стружки (размер поперечного сечения грунтового среза);

c - толщина стружки.

Общая классификация машины и оборудованию для разборки грунтов.

Их классифицируют по назначению:

1 - землеройные

2 - землеройно-транспортные

3 - бурильные

4 - оборудование гидромеханизации

По режиму работы: цикличного и непрерывного действия.

По степени подвижности: к передвижным самоходным, прицепным стационарным и полустационарным.

Землеройные машины для отрывки и перемещения грунта в пределах зоны досягаемости рабочего органа в отвал либо в транспорт (одно-, многоковшовые и роторные экскаваторы).

Землеройно-транспортные- для послойной разработки грунта и перемещения его на большее расстояния (бульдозеры, скреперы, грейдеры, грейдеры - элеваторы)

Бурильные машины - для бурения скважин, шпуров. Они позиционного действия.

Средства гидромеханизации - для разрезки гр. с использованием скоростного напора струи, воды или водяного потока.

Машины и оборудованиядля уплотнения грунтов, для разработки мёрзлых грунтов.