2. Производительность рыхлителей статического действия. Пути ее повышения.

Актуальность работы. Около 60 % территории нашей страны занимают мерзлые грунты В настоящее время на территории России ведется активное строительство и добыча природных ресурсов в зонах с суровыми климатическими условиями

Разработка мерзлого грунта занимает 15-20 % от общего объема земляных работ, при этом на земляные работы приходится до 20 % стоимости сооружений, а стоимость возведений в 2—5 раз выше, чем в европейской части.

Поэтому в связи с большим объемом земляных работ необходимо совершенствование техники и технологий разработки мерзлых грунтов

Основными способами при разработке являются буровзрывные работы и рыхление грунта мощными гусеничными рыхлителями Как показывает практика, наиболее эффективно использовать статические рыхлители, поскольку себестоимость работ у них в несколько раз меньше по сравнению с буровзрывными способами и рыхлителями динамического действия.

Однако рыхлители статического действия имеют слабое место - наконечник, ресурс которого в мерзлых грунтах не превышает 5-14 часов, а форма не приспособлена к условиям мерзлых грунтов и не обеспечивает производительное рыхление.

В настоящее время такие известные производители техники, как КО-MATSU и CATERPILLAR, применяют наконечники рыхлителей различной формы и длины Рыхлители, выпускаемые отечественными производителями, по-прежнему комплектуется зубьями более простой треугольной формы

Объект исследования — процесс взаимодействия наконечника зуба рыхлителя с мерзлым грунтом

Предмет исследования — влияние геометрии наконечника зуба на процесс рыхления при различных свойствах грунта

Цель работы — повышение производительности рыхлителя статического действия

Достижение поставленной цели осуществляется решением следующих задач

— определить прочностные свойства мерзлых грунтов в зависимости от влажности, температуры и типа грунта,

— разработать математическую модель процесса рыхления мерзлых грунтов,

— исследовать влияние типа и категории грунта на сопротивление рыхлению мерзлых грунтов наконечниками различной формы,

— исследовать влияние угла и глубины рыхления мерзлых грунтов наконечниками различной формы,

— обосновать выбор рациональной формы наконечника рыхлителя для производства работ по разработке мерзлых грунтов при температуре воздуха от -5 до -20 °С,

— разработать методику определения рациональной формы наконечника и режимов работы рыхлителя статического действия.

Общая методика исследований предусматривает комплексный экспериментально-теоретический подход, включающий

— экспериментальные исследования в лабораторных условиях,

— разработку аналитического описания процесса рыхления мерзлых грунтов,

— экспериментальные исследования процесса рыхления с целью сопоставления их результатов с результатами теоретических исследований

Научная новизна:

— разработана трехмерная математическая модель рыхления мерзлых грунтов, описывающая изменения напряженно-деформированного состояния среды при взаимодействии с наконечниками различной геометрической формы,

— получены зависимости, связывающие усилие рыхления и напряжения, возникающие в грунтовом массив

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

На основании сформулированных и обоснованных научных положений и рекомендаций по результатам проведенных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы

1 При разработке мерзлых грунтов необходимо учитывать физико-механические свойства материала, так как они существенно влияют на изменение величины сопротивления рыхлению и производительность машины

2 Разработана объемная математическая модель процесса рыхления мерзлого грунта, учитывающая влияние геометрии наконечника зуба, физико-механические свойства грунгов и режимы работы рыхлителей статического действия.

3 Определено влияние типа мерзлого грунта на сопротивление рыхлению По результатам проведенных исследований определено, что на сопротивление рыхлению мерзлых фунтов оказывает влияние влажность и температура разрабатываемого грунта Так, при увеличении влажности на 30 % увеличивается сопротивление рыхлению для песка на 76-81 %, супеси — 43-64 % и суглинка - 50-60 % Изменение температуры оказывает влияние в меньшей степени на песчаный грунт — 18-37 %, на супеси — 4665 % и на суглинки оставляет 43—59 %

4 Анализ режимов работы рыхлителей среднего и тяжелого классов показал, что при изменении угла рыхления с 35° до 45° сопротивление рыхлению возрастает на 5-10 % В то же время изменение глубины рыхления от 200 до 400 мм увеличивает для песка на 37—54 %, супеси и суглинка на 48—55 %, тем самым можно утверждать, что режимы работы оказывают существенное влияние на сопротивление рыхлению.

5 Анализ полученных результатов расчетов энергоемкости, производительности и удельно-приведенных затрат рыхлителей среднего и тяжелого классов на песке и супеси показал целесообразность применения на-

конечника № 3, а на суглинке — наконечников №№ 3 и 2, исходя из физико-механических свойств грунтов

б Адекватность математической модели была подтверждена сходимостью результатов, полученных расчетным путем в ходе проведения лабораторных исследований и производственного эксперимента. Величина расхождения составила до 10 %

7. Разработанная методика расчета на ЭВМ процесса рыхления мерзлых грунтов с учетом объемной геометрии формы наконечника рыхлителя, режимов работы и физико-механических свойств грунтов позволяет подобрать рациональную форму наконечника зуба для конкретных условий работы, обеспечивая эффективную разработку грунтового массива