На процесс взаимодействия рабочего органа землеройной маши­ны с грунтом существенное влияние оказывают физико-механиче­ские свойства грунта, конструкция, геометрические параметры и ре­жимы работы рабочего органа.

Рабочие органы землеройных машин, отделяющие грунт от мас­сива механическим способом, могут быть выполнены в виде: зуба на стойке (рис. 4.1, а) для рыхления разрабатываемой среды, ковша оп­ределенной вместимости со сплошной режущей кромкой (рис. 4.1, д, ж, з) или оснащенной зубьями(рис, 4.1, б, , в, г е) отвала (рис. 4.1, и), снабженного в нижней части режущими ножами. Рабо­чие органы в виде ковшей называют ковшовыми, в виде отвала с ножами

 

отвальными или ножевыми: Рабочий процесс землеройных машин с ковшовыми и ножевыми рабочими органами состоит из последовательно выполняемых операций отделения грунта от массива, его перемещения (транспортирования) и отсыпки. Рабочие ор­ганы отделяют грунт от массива резанием и копанием. Реза­ние — процесс отделения грунта от массива режущей частью рабо­чего органа. Копание — это совокупность процессов, включаю­щих резание грунта перемещение срезанного грунта по рабочему органу и впереди его в виде призмы волочения, а^: у некоторых машин перемещение грунта внутри рабочего органа. Сопротивление грунта копанию в 1,5...2,8 раза больше, чем сопротивление грунта резанию.

Физико-механические свойства грунтов характеризуются:

Гранулометрическим составом — процентным содержанием по .Маасе частиц различной крупности;

плотностью — отношением массы к единице объема (для боль­шинства грунтов— 1,5..,2 т/м³)

пористостью — отношением объема пор к общему объему грунта (в %);

влажностью — количеством воды, содержащейся в порах грунта (в %)

связностью — способностью грунта сопротивляться разделению на отдельные частицы под действием внешних нагрузок;

разрыхляемостью — свойством разрабатываемого грунта увели­чиваться в объеме при постоянстве собственной массы, которая вы­ражается коэффициентом разрыхления К_р равным отношению объ­емов грунта в разрыхленное и естественном состояниях (К_Р = 1,1...1,4);

углом  естественного откоса — углом у основания конуса, кото­рый образуется при отсыпании разрыхленного грунта с некоторой высоты;

пластичностью — способностью грунта деформироваться под действием внешних сил и сохранять полученную форму после снятия нагрузки;

сжимаемостью — свойством грунтов уменьшаться в объеме под действием внутренней нагрузки;

прочность — способностью грунта сопротивляться разрушению под действием внешних нагрузок;

сопротивленцам сдвигу — сцеплением частиц грунта между со­бой;

коэффициентами трения грунта о сталь (0,55...0,65) и грунта по грунту (0,3.,,0,5);

абразивностью — способностью грунта (породы) интенсивно изнашивать (истирать) взаимодействующие с ним рабочие органы ма­шин.

липкостью — способностью грунта прилипать к поверхности ра­бочих органов.

Различают грунты нескальные (песок, супесь, суглинок, глина и т. п.), разборно-скальные (сцементированные глины — аргаллиты, гипс, мел, известняки и др.) и скальные (плотные известняки, доло­мит, мрамор, песчаник и др.). Грунты, имеющие положительную температуру, называют немерзлыми (талыми), отрицательную — мерзлыми, если они содержат лед, и морозными (охлажденными), ес­ли лед в их составе отсутствует. Наличие льда в мерзлых грунтах су­щественно повышает их прочность и затрудняет работу землерой­ных машин. Нескальные немерзлые грунты разрабатывают обычными землеройными средствами, скально-разборные и мерз­лые грунты с небольшой глубиной промерзания перед разработкой предварительно разрыхляют механическим способом. Скальные и мерзлые грунты с большой глубиной промерзания предварительно разрыхляют взрывным способом.

В некоторых случаях мерзлые грунты разрабатывают специаль­но предназначенными для этих целей землеройными машинами. Для оценки трудности разработки нескальных мерзлых и немерз­лых грунтов обычно пользуются предложенной А.Н. Зелениным классификацией грунтов, разбитых на восемь категорий по числу ударов (числу С) динамического плотномера (ударника) ДорНИИ. Категория грунта определяется числом ударов, которые необходи­мы для погружения в грунт на глубину 10 см цилиндрического стержня плотномера площадью 1 см² под действием груза весом 25 Н, падающего с высоты 0,4 м и производящего за каждый удар работу в 10 Дж. Классификация грунтов по числу С приведена ниже:

Категория немерзлого грунта	I	II	III	IV
Число ударов С	1...4(3)	5...8(6)	9...16(12)	17...35(25)
Категория мерзлого грунта	V	VI	VII	VIII
Число ударов С	35...70(50)	70... 140(100)	140...280(200)	280...560(400)

Примечание. В скобках приведены средние значения С для каждой катего­рии грунта.

 

При отделении грунта от массива механическим способом рабо­чему органу землеройной машины сообщаются обычно два движе­ния — вдоль (главное движение) и поперек (движение подачи) сре­заемой стружки грунта (рис. 4.2), которые могут выполняться раздельно или одновременно.

Режущая часть (кромка) рабочего органа, имеющая обычно форму клина, характеризуется следующими геометрическими параметрами (рис. 4.2, а); дли­ной режущей кромки b, уг­лом заострения β, задним углом α, передним углом у, углом резания δ = β + α и толщиной стружки h. Эф­фективность процесса реза­ния обеспечивается при оп­тимальных углах резания и рациональной геометрии режущего инструмента. Оп­тимальные  значения  угла резания 5 составляют 30...32° для легких грунтов и 40...43° для тяже­лых; угла заострения р = 25...27° для легких и 32...35° для тяжелых грунтов. Задний угол принимают равным не менее 6...8°. Ножевые рабочие органы землеройных машин характеризуются также дли­ной В, высотой Н и радиусом кривизны г отвала, ковшовые — вме­стимостью q, шириной 5, высотой Н и длиной L ковша.

На взаимодействующий с грунтом рабочий орган (рис. 4.2, б) действует сила сопротивления его движению в грунте Fo, расклады­ваемая на две составляющие — касательную Foi и нормальную Foi к траектории движения рабочего органа. Силу Foi (кН) можно пред­ставить в виде

F₀₁ = F_p + F_t + F_П.В, (4.1)

_где F_p _ сопротивление грунта резанию, кН; F_T — сопротивление тре­ния рабочего органа о грунт, кН; F_П.В — сопротивление перемещению призмы волочения и грунта в рабочем органе, кН.

Сопротивление грунта резанию представляет собой сопротивле­ние внедрению передней грани рабочего органа в грунт в направле­нии главного движения.

Величина F_p зависит от поперечного сечения срезаемой стружки, физико-механических свойств грунта и геометрии режущей части рабочего органа:

F_P = k_pbh(4.2)

где к_р — удельное сопротивление грунта резанию, кПа; Ъ и h — шири­на и толщина стружки, м.

Отношение величины Foi к поперечному сечению стружки представляет собой удельное сопротивление грунта копанию к_К = Fo\l(bh). Значения fc_p, k_K выбирают по табл. 4.1 и 4.2, в кото­рые сведены данные, полученные экспериментальным путем для различных категорий грунтов, и видов рабочих органов. Значения удельных сопротивлений резанию и копанию растут с увеличением прочности грунта. Нормальная составляющая сопротивления ко­панию F02, представляющая собой сопротивление внедрению режу­щей части рабочего органа в грунт в направлении, перпендикуляр­ном касательной составляющей F01, определяется из соотношения F02 = ΨF₀₁, где Ψ = 0,2...0,6 — коэффициент, зависящий от физи­ко-механических свойств грунта и затупления режущей кромки. Более высокие значения Ψ соответствуют большему затуплению режущей части. Равнодействующая усилий F₀₁ и F₀₂, направленная под определенным углом к траектории движения режущего орга­на: Fo =√F²₀₁+F²₀₂.