1 Огляд існуючих конструкцій машини

1.1 Ґрунти як робоче середовище землерийно-транспортних машин

Робочий процес землерийно-транспортних машин характеризується особливостями взаємодії їх робочих органів із ґрунтом. Ґрунти є складними дисперсними системами, що складаються із трьох або двох фаз: твердої, рідкої й газоподібної або твердої й рідкої.

Основним об'єктом розробки в землерийних роботах, виконуваних у будівництві, е: піщані, супіщані й суглинні ґрунти, глини.

По своїх фізико-механічних властивостях ґрунти розрізняються за ознаками петрографії та умов залягання, фізичного стану, що утримують воду та механічних властивостей.

Характеристиками механічних властивостей ґрунтів є зчеплення, опір стиску, розтягуванню, зрушенню, різанню, копанню, зовнішнє й внутрішнє тертя, а також абразивність і несуча здатність.

Характеристики ґрунтів, що відбивають їхні властивості, зв'язані між собою та визначають робочий процес машин для землерийних робіт. До числа основних показників фізико-механічних властивостей ґрунтів, які необхідно враховувати в розрахунках взаємодії робочого органу землерийно-транспортної машини із ґрунтом, відносяться: об'ємна маса, вологість, зчеплення, внутрішнє й зовнішнє тертя, коефіцієнт деформації, коефіцієнт бічного тиску (коефіцієнт Пуассона) і розпушуваність ґрунту. Об'ємна маса впливає на витрату енергії при розробці, транспортуванні ґрунту та повідомленні йому швидкості. Вологість досить істотно впливає на механічні властивості більшості ґрунтів. Разом з тим розробка ґрунтів землерійно-транспортною машиною здійснюється в порівняно вузьких межах вологості природного залягання, коли не проявляється липкість і має місце достатнє зчеплення.

Внутрішнє тертя ґрунтів характеризується коефіцієнтом внутрішнього тертя - тангенсом кута тертя tg ρ . Величина його мало залежить від щільності ґрунту.

Кут зовнішнього тертя ґрунтів δ змінюється в досить широких межах. Величина його залежить як від виду й стану ґрунту, так і від виду й стану поверхні робочого органу землерийної машини, взаємодіючого з ним, а також величини тиску між ними.

Зчеплення та кути внутрішнього й зовнішнього тертя даного ґрунту в основному залежать від його вологості.

Між коефіцієнтом внутрішнього тертя tg ρ і коефіцієнтом зовнішнього тертя ґрунту по сталі tg δ є зразкова залежність tgδ = 0,75tgρ . Ю. А. Вєтров рекомендує приймати δ=ρ.

Зі збільшенням тиску по поверхні контакту коефіцієнт тертя трохи зростає. Результати дослідів показали, що зі збільшенням швидкості різання відбувається незначне зменшення коефіцієнта зовнішнього тертя. Так при зміні швидкості різання від 0,5 до 3,75 м/с коефіцієнт тертя зменшується на величину, що відповідає зміні кута Б на 1-3°. Звідси можна зробити висновок про те, що зміна коефіцієнта зовнішнього тертя залежно від тиску по поверхні контакту й швидкості різання можна не враховувати в розрахунках через його порівняно малу величину для режиму копання, який застосовується в цей час.

Як узагальнена характеристика деформації ґрунту прийнятий модуль деформації. При короткочасних додатках навантаження деформації ґрунту характеризується динамічним модулем деформації Е_д. Залежність між напругою та величиною повної деформації характеризується коефіцієнтом повної деформації З₁, а для короткочасних, динамічних впливів - динамічним коефіцієнтом повної деформації С_д, що залежить від швидкості прикладення навантаження. Коефіцієнти З₁ і С₁ характеризують статичну й динамічну твердість ґрунту.

Розпушуваність характеризується коефіцієнтом розпушення k_р.

Середні значення коефіцієнта розпушення k_р, коливаються в межах 1,08-1,32, а коефіцієнт залишкового розпушення - у межах 1,01-1,09.

Наведені характеристики є показниками основних фізико-механічних властивостей, що впливають на процес різання з боку ґрунтового середовища. Як видно з розгляду характеристик, особливий вплив на міцність ґрунту робить зчеплення, внутрішнє й зовнішнє тертя. Ці механічні характеристики, у свою чергу, залежать від гранулометричного складу, агрегатної структури, щільності, виду внутрішніх зв'язків, вологості ґрунту. Основним показником деформації ґрунту е модуль (коефіцієнт) деформації при короткочасних впливах, що залежить від швидкості прикладення навантажень.

У процесах деформування й руйнування ґрунту більшу роль грають Пуассонові сили, величини яких залежать як від діючих напруг, так і від коефіцієнта Пуассона. Величина коефіцієнта Пуассона при навантаженнях, близьких до руйнуючої, наближається до 0,5.

Перераховані вище характеристики покладені в основу аналізу процесу деформування та руйнування ґрунту, визначення зусиль різання.