К вопросу о разработке рабочих органов землеройных и землеройно-транспортных машин
- DOI: http://dx.doi.org/10.30686/1609-9192-2019-2-144-81-82
- УДК: 621.002
М.А. Перепелкин, канд. техн. наук, доцент кафедры «Автомобильного транспорта» ФГБОУ ВО «Северо-Восточный государственный университет»
Н.И. Мокрицкая, канд. пед. наук, зав. кафедрой «Автомобильного транспорта» ФГБОУ ВО «Северо-Восточный государственный университет»
Земляные работы являются самым распространенным видом строительных работ, они определяют общий срок готовности строительного объекта и зачастую длятся несколько месяцев. Землеройные и землеройно-транспортные машины занимают около 65–70% своей суммарной энергоемкости всей техники в строительстве. Как и все другие строительные машины, они являются главным средством механизации строительства, в том числе ее высшей формы – комплексной механизации.
Анализируя процесс развития рабочих органов землеройных и землеройно-транспортных машин, можно сказать, что эти механические системы производят разрушение грунта резанием, сколом и ударом. Следовательно, определение и обоснование путей совершенствования конструкций рабочих органов землеройных и землеройно-транспортных машин должно производиться на основе изучения закономерностей процессов копания и резания грунтов [1, 2].
Правильный выбор конструкции рабочих органов, их геометрических параметров, а также режимов работы может быть осуществлен только на основе анализа всего рабочего процесса машины и в первую очередь физической сущности и механики процессов, происходящих при разрушении грунта рабочим органом. У большинства машин рабочий орган кроме разрушения и захвата грунта выполняет и другие функции – загрузку, транспортирование грунта к месту разгрузки, разгрузку, подготовку пути для перемещения машины. Кроме того, надо учитывать требования износостойкости, технологии изготовления и ремонта и т.п. Поэтому конструирование рабочего органа следует производить с учетом всех этих требований и нельзя подчинять его только одной, хотя и главной задаче – разрушению грунта [2, 3].
Различают три основных способа разработки грунтов:
- механический – отделение грунта от основного массива ножевым, ковшовым или отвальным рабочим органом машины;
- гидравлический – отделение грунта струей воды, размывающей подошву забоя и вызывающей обрушение грунта;
- взрывной, разрушающий грунты давлением газов, выделяемых при взрыве взрывчатыми веществами.
Механический способ наиболее распространен, он применим почти для всех грунтов, кроме скальных пород. Гидравлический способ применяется в соответствующих условиях обычно для разработки легких и средних грунтов, реже при разработке тяжелых грунтов. Более эффективным является использование этого способа для транспортирования грунта.
Взрывной способ используется для разработки мерзлых грунтов и скальных пород [1, 2, 3].
Механический способ разрушения грунтов наиболее распространен, с его помощью осуществляется не менее 85–90% всего объема земляных работ. Это объясняется его универсальностью: он применим почти для всех грунтов, кроме скальных – средней крепости и крепких. При этом энергоемкость этого способа в зависимости от размеров и конструкции рабочего органа не превышает 0,05 кВт ∙ на 1 м3 мягких грунтов и о,6 кВт ∙ на 1 м3 крепких грунтов [2, 4].
Форма рабочего органа во всех случаях оказывает значительное влияние на энергоемкость процесса. Однако реализовать оптимальную форму рабочего органа обычно затруднительно, так как она должна изменяться с характеристикой и состоянием рабочей среды, а, кроме того, форма рабочего органа, как правило, должна удовлетворять различным операциям, выполняемым им, и изменяющемуся воздействию на него рабочей среды. Так, уменьшение толщины режущего органа снижает необходимое усилие резания, но уменьшает его прочность и снижает срок службы. Оптимальная для резания грунта форма ковша экскаватора может оказаться непригодной для зачистки и планирования забоя.
Снижение энергоемкости при разрушении грунта крупными глыбами может резко ухудшить условия их перемещения на конвейере и проход через перегрузочные устройства. Поэтому работы по оптимизации процессов и рабочих органов требуют комплексного рассмотрения, изучения всего процесса в целом и не должны подчиняться одной, даже главной операции без тщательного изучения целесообразности постановки такой задачи [1, 2, 4].
Разработка высокоэффективных рабочих органов землеройных и землеройно-транспортных машин определяется расчетом сопротивлений, зависящих от различных факторов (толщина стружки, скорость резания, угол резания), которые возникают на рабочих органах при разработке грунта. Поэтому возникает необходимость в теоретических и экспериментальных исследованиях взаимодействия рабочих органов землеройных и землеройно-транспортных машин с различными грунтами.
На первоначальном этапе исследований немаловажным является изучение физико-механических свойств грунта, как среды для земляных работ. К основным физико-механическим свойствам грунтов относят: коэффициент пористости, удельный вес грунта, пластичность, липкость, разрыхляемость, сопротивление грунта сдвигу, угол естественного откоса и коэффициент трения грунта о сталь.
Основное направление научно-технического прогресса должно быть направлено на развитие и совершенствование орудий труда и обеспечения их эффективного использования в эксплуатации, а также создание и внедрение новой прогрессивной техники. Работа специалистов должна быть направлена на повышение качества изготовления деталей машин, надежности, производительности и экономичности, уменьшения шума и вибрации машин, снижения их материалоемкости и энергопотребления. Для достижения поставленной цели необходимо в первую очередь проводить исследовательские работы, направленные на совершенствование рабочих органов землеройных и землеройно-транспортных машин, разрабатывать конструкторские и технологические мероприятия, направленные на создание принципиально новых высокопроизводительных машин и оборудования, способных составить конкуренцию на мировом рынке производства машин для земляных работ.
