Диссертация (1173099), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Эти рыхлительные машины сударной энергией (200…550 кДж) обладают большой массой ударного рабочегооргана. При этом характеризуются значительными затратами. Так, клин– молот20(9…16 м3/ч) имеет малое значение КПД, так как часть его энергии затрачивается нена направленные удары по массиву разрушаемого грунта, а на возбуждение в немколебаний (рисунок 1.5, а). Менее энергоемкими являются рыхлительные машиныударного действия, воздействующие на массив грунта направленными ударамирабочего органа, двигающегося по направляющим (рисунок 1.5, б). Внедрениеклина в грунт и энергозатраты варьируются, в зависимости от угла заострения, атакже формы клина.
Наиболее эффективны клинья с малым углом заострения [21,32, 98]. Однако они обладают малой прочностью, создают при взаимодействии сгрунтом незначительное количество трещин, обладают эффектом заклинивания, иих извлечение из массива грунта вызывает большие трудности, приводящие кдополнительным энергозатратам. При этом, каждый раз приходится преодолеватьупругие деформации грунта, что связано с дополнительными затратами энергии[71, 75].Рисунок 1.5 – Рабочие органы машин динамического действия1 – крановая стрела; 2 – канат; 3 – рабочий органНаибольшим КПД обладает метод разработки грунта с забиванием клина набазе пневмо- и вибромолотов.
Однако забивание клина в массив грунта связано с21образованием в месте удара слоя, отличающегося большой плотностью (рисунок1.5, в) [27].В результате при ударе клина о грунт 75 … 85% энергии затрачивается на егопластические деформации с образованием слоя повышенной плотности и лишь 15… 25% – на скалывание материала.При ряде следующих друг за другом ударов клина о грунт последнийприходит за счет накопления энергии ударов в напряженное состояние, уменьшаяв этом случае энергетические затраты, связанные с упругими деформациямигрунта.Разработан ряд отечественных конструкций рыхлителей ударного и ударно–вибрационного действия. Так, у рыхлительной машины (рисунок 1.6) процессразработки прочных грунтов осуществляется за счет тяговой мощности тягача сциклическими воздействиями массы ударника по рабочему органу рыхлительноймашины.
На раме машины находится стойка с рыхлящим зубом, который опираетсяна лыжу, а на конце рамы–ударник. Для синхронизации режимов перемещениярыхлящего зуба используется автоматическая система. Энергия на один ударсоставляет 30 кДж, производительность – 42м3/ч. Режим работы ударногомеханизма входит в диссонанс с режимом линейного перемещения тягача, чтоприводит к существенной «тряске» в процессе эксплуатации [67, 85, 96].Рисунок 1.6 - Рыхлитель прочных и мерзлых грунтов22Длясоблюденияравномерностиперемещенияидляувеличенияпроизводительности рыхлителя увеличивают частоту ударов [96].Пневмомолот МК-4 установлен на пневмоударном рыхлителе (рис.
1.7).Ударный блок на параллелограммной навески способен менять свое положение спомощью гидроцилиндра. Производительность рыхления мерзлых суглинков наглубину 30 см составляет 60-80 м3/ч (при скорости 0,5-1,5 км/ч) [12, 37].Рисунок 1.7 - Навесная пневмоударная установкаШланг повышает риск выхода из строя всего агрегата и увеличить временныезатраты на ремонт и повторный ввод в эксплуатацию. Разработанный рыхлитель сгидропневмоударным устройством изображен ниже (рисунок 1.8).
Гидромолотуправляется гидрораспределителем, находящимся в кабине тягача. Частота работы- 360 - 370 уд./мин, максимальное заглубление – 50 см.Увеличение интенсивности преобразования энергии ударного механизма вусилие рыхления грунта реализуется пригрузом с массой, зависящей от массыбазовой машины или ее тягового усилия, поддерживая тем самым в грунтепостоянное напряженное состояние.Тот же эффект можно получить, уменьшая периодичность нанесения ударовс тем, чтобы в промежутке между ними не успели восстановиться релаксационные23свойства грунта.
а напряжения в нем возрастали с каждым последующим ударом,как это реализуется в вибрационных машинах [30, 37].Рисунок 1.8 - Гидропневмоударная установкаВ таких рыхлителях с увеличением частоты силового воздействия на грунтдинамический эффект его разрушения возрастает [58, 67].Поэтому для рыхления прочных грунтов активно применяют рабочие органыс возбудителями вибраций, которые при движении рыхлительной машины делаютпроцесс разрушения грунта более эффективным. Такая активизация рабочихорганов вибрационным воздействием производится вибраторами механического,гидравлического и гидропневматического действия [52, 72]. Разработан рядопытных образцов таких машин, к которым относятся навесные виброрыхлители,ковши экскаваторов с вибрирующими зубьями и т.п.Однакорядисследованийпоказалинедостаточнуюэффективностьвибрационных методов рыхления прочных грунтов, вызванных несовершенствоммеханизмовактивизации:малаяинтенсивностьколебаний;большиеэнергетические потери, затрачиваемые на упругие деформации грунта; малыйКПД; значительные габариты вибраторов [14, 37, 53, 77].
Колебательныевоздействия вибратора передаются на тяговую машину и рабочее оборудование,24выводя их из строя. К тому же вибрация отрицательно сказывается натрудоспособности машиниста.Рисунок 1.9 иллюстрирует значения КПД ряда методов вибровозбуждениярабочих органов.Рисунок 1.9 - КПД методов вибровозбуждения рабочих органов виброрыхлителейДанные, приведенные на рисунке 1.9 по результатам применения способоввибровозбуждения колебаний рыхлящих органов, свидетельствуют о том, чтонаиболее эффективными механизмами разупрочнения массивов плотных грунтовслужат стержневые колебательные системы [8, 19, 44, 59, 80, 90].Таким образом, наибольшим потенциалом увеличения эффективностипроцессов рыхления мерзлых грунтов обладают рыхлительные машины смагнитострикционными вибровозбудителями рабочих органов [66, 93].
Дляисследования процесса разработки прочных и мерзлых грунтов в реальныхусловиях с наложением на рабочий орган высокочастотных колебаний звуковойчастоты была создана экспериментальная установка на базе трактора Т – 100(рисунок 1.10). Рыхлитель был изготовлен в ССКТБ Минсвязи СССР. Вэкспериментальной установке применен магнитострикционный вибровозбудитель25с резонансной частотой 750 Гц. В ходе ряда полевых испытаний на полигонеМАДИ установлено, что при приложении на рабочий орган виброколебанийзвуковой частоты уменьшается величина сопротивления резанию [94].Рисунок 1.10 – Внешний вид установки с магнитострикционнымвиброрыхлителем:1 – бульдозер; 2 – гидрофицированное основание; 3 – несущая балка; 4 –магнитострикционный рабочий органМагнитострикционныевибровозбудителирыхлителейнадежны,нереагируют на пыль, влагу, низкие температуры, динамические нагрузки. Все этоделает высокочастотный метод разработки прочных грунтов с использованиеммагнитострикционных вибровозбудителей, в отличие от других методов, наиболееэффективным.
Рисунок 1.11 демонстрирует процесс разработки мерзлого грунтаактивным рабочим органом. Эффект от наложения виброколебаний на рыхлящийзуб уменьшает сопротивление резанию по сравнению со статическим режимом в 2– 2,5 раза [94].26Рисунок 1.11 – Процесс разработки прочного грунта магнитострикционнымрабочим органомНаучными сотрудниками МАДИ был предложен ряд методов крепленияактивного рабочего органа на существующие бульдозеры статического действия.Основная задача заключалась в том, чтобы минимизировать рассеяние энергиивибровозбудителя в металлоконструкции для повышения КПД. Ввиду того чтовибровозбудитель 5 жестко прикреплен к флюгеру 7 хомутом 8 и стяжками в узлеколебаний, а опора 11 установлена с зазором, решается данная задача (рисунок1.12) [13].Типы активизации рыхлительных агрегатов (таблица 1.1) различаются помассе подвижных элементов и значениями амплитуд смещения.
Очевидно, чтоувеличение колебаний вибраторов при постоянной мощности, затрачиваемой напроцесс рыхления, уменьшает массу присоединенного к рабочему органуматериала,подлежащеговибрированию,сконцентрировавэнергиюразупрочнения грунта в зоне его непосредственного контакта с рыхлящим зубом,уменьшая тем самым ее рассеивание и увеличивая эффективность процессарыхления [23, 54, 55, 74, 81].27Рисунок 1.12 – Рыхлитель с изогнутым виброзубомДанная конструкция рыхлителя обеспечивает минимизацию потерь энергиии повышение прочности крепления активного рабочего органа к раме базовоймашины.Еще одним направлением повышения эффективности рыхления являетсяразработкановыхтехнологиймагнитострикционных вибраторов.наосновегрупповогоиспользования28291.2.
МагнитострикторРабочийорганрыхлительноймашинысприложениемкнемувысокочастотных колебаний является эффективным средством интенсификациидорожно-строительных работ [44, 73].Поэтому для рыхления прочных грунтов применение магнитострикционныхвибровозбудителей, выполненных из ферромагнитных материалов, наиболееоправдано.В магнитострикционных вибровозбудителях, использующих принциплинейной магнитострикции со сравнительно слабыми переменными магнитнымиполями, возникают упругие колебания, передающиеся рабочему органу, врезультате чего осуществляется преобразование электрических колебаний вмеханические.На рисунке 1.13 изображен общий вид магнитострикционного вибратора.Активизация пластин осуществляется обмотками возбуждения и подмагничивания[51, 103, 104].Магнитостриктор–этостержневаяколебательнаясистемасраспределенными параметрами. Каждый элемент обладает неразделимымифизические свойствами (массы, упругости и активного сопротивления).
Такиесистемы отличает сплошность упругой среды [2, 20, 105].Магнитострикторы с распределенными параметрами выгодно отличаются отмагнитострикторов с сосредоточенными параметрами - высокой скоростьюколебаний (до 15 м/с) и удельной мощностью. При частоте колебаний 5 кГц иамплитуде 3·10-4 м магнитостриктор потребляет 4 кВт·ч энергии, порождающейвынуждающую силу 80 кН [107, 108].30Рисунок 1.13 - Общий вид магнитострикционного рабочего органаДля обеспечения плоской стоячей волны в магнитострикторе поперечноесечение должно быть меньше длины волны продольных колебаний [84]:L=гдеnλ;2d << λ ,λ - длина продольной волны; d - поперечный размер; n = 1, 2, 3.Тогда в колебательной системе возникнут две узловые точки стоячей волны,в которых проходят сечения с нулевой амплитудой смещения, и фиксируется31магнитостриктор (рисунок 1.14), что частично разрешает задачу виброизоляцииоборудования рыхлителя, локализуя вибрации рабочего органа [2, 82, 108].Очевидные достоинства вибровозбудителей рыхлительных машин не моглибыть полностью использованы без наличия источников питания большоймощности и вибростойкости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
