CC BY
97
УДК 681.533: 621.226 + 625.75
АЛГОРИТМ И НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ОРГАНА ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ ГРУНТА
В.Н. Галдин
Аннотация. Алгоритм и программное обеспечение являются основой проектирования активных рабочих органов дорожно-строительных машин, предназначенных для разрушения прочных и мерзлых грунтов. Приведены некоторые результаты расчета основных параметров (энергии единичного удара, массы бойка) рабочего органа для разрушения грунта.
Ключевые слова: активный рабочий орган, основные параметры, разрушение грунта.
Введение
Активизация рабочих органов путем приложения различного рода импульсных нагрузок обеспечивает создание высоких динамических усилий, достаточных для эффективной разработки среды (мерзлого грунта, разрушения негабаритов, асфальтобетонных покрытий) [4].
Для разрушения мерзлых, прочных, скальных грунтов, бетонных оснований и дорожных покрытий, в том числе в стесненных местах, в условиях городской застройки, а также при реконструкции различных производственных объектов рекомендуется применять навесные гидравлические и гидропневматические молоты к экскаваторам
11..^ размерных групп.
Расчет активного рабочего органа
Прочность грунтов характеризуется способностью сопротивляться внешним силовым воздействиям. Прочностные показатели грунтов могут быть определены с помощью временного сопротивления одноосному сжатию <70 и разрыву гр, удельного сцепления С0 и с помощью числа С ударов плотномера ДорНИИ .
Косвенной характеристикой прочности грунта является число ударов плотномера ДорНИИ С - работа, затрачиваемая для погружения в грунт на глубину 10см наконечника с площадью основания, равной 1 см2. Число ударов уточняет классификацию грунтов по трудности разработки.
Профессором И.А.Недорезовым установлена достаточно тесная линейная связь между показаниями плотномера ДорНИИ
(числом С), который дает интегральную оценку прочности грунта, и временным сопротивлением грунта одноосному сжатию г0 (МПа) [3]:
(Го *С/30. (1)
Показано также, что грунты плохо сопротивляются разрыву и имеет место связь
Гр *0,2 Го. (2)
Между числом ударов плотномера Дор-НИИ С и удельным сцеплением С0 имеется корреляционная связь, также полученная И.А.Недорезовым [3]:
С0 = 0,008 С. (3)
Условия разрушения мерзлых и прочных грунтов можно записать следующим образом:
г > Г0 > С0 > Гр , (4)
где г - напряжение, возникающее на
поверхности грунта; г0 - временное сопротивление одноосному сжатию; С0 - удельное сцепление; гр - временное сопротивление разрыву.
Уравнение (4) означает, что для эффективного разрушения грунтов необходимо
применять такие способы, при которых преобладают напряжения разрыва.
Классификация немерзлых и мерзлых грунтов (по ГОСТ 30067-93), в зависимости от числа ударов динамического плотномера ДорНИИ, приведена в таблице.
Таблица 1 - Классификация грунтов
Категория грунта Число ударов С Примечание
I 1...4 Немерзлые грунты
II 5...8
III 9...16
IV 5 .3 1^
V 36...70 Мерзлые грунты
VI 71...140
VII 141 ...280
VIII 281 ...560
При определении энергии, необходимой для разрушения грунта, принимаются следующие допущения:
- вся кинетическая энергия бойка гидромолота передается инструменту;
- энергия, отраженная от грунта в инструмент, не учитывается;
- тепловые потери в грунте не учитываются;
- потенциальная энергия упругого деформирования переходит в энергию трещинооб-разования скалываемого тела.
При таких допущениях энергия, затрачиваемая на разрушение грунта, определяется по формуле [1]:
А.
ь
V е^е, (5)
и, =
Е(1 -л)
р(1 + М)(1 - 2М)
(6)
где Е - модуль нормальной упругости грунта; Л- коэффициент поперечной упругости грунта; р - плотность грунта.
Для определения основных параметров рабочего органа ударного действия (требуемой для разрушения грунта энергии удара АР глубины внедрения инструмента 5вн , времени соударения инструмента с грунтом - времени удара , силы сопротивления грунта
разрушению формулы [2]:
NС ) применяются следующие
энергия удара
л =■
2У,КЕ
глубина внедрения 5 =
2А/,КЕ
SU1kSC2
время удара
2АткаЕ
8и1к£2
(7)
(8)
(9)
где АР - энергия разрушения грунта; УР -объем разрушенной зоны, VР = S■L, L=(U1-V1)tyд, здесь S - площадь контакта инструмента с разрушаемым грунтом; L - длина сжатой зоны; и1 - скорость распространения продольной волны; У1 - скорость удара инструмента о грунт; - время удара; о(е) - напряжение на поверхности грунта; £ - деформация грунта.
Скорость распространения продольных упругих волн равна [5]:
где S - площадь контакта инструмента с грунтом; и1 - скорость распространения продольной волны; Е - динамический мо дуль упругости грунта; ка - безразмерный коэффициент, учитывающий угол заострения инструмента,
ка > 1,0; V - скорость удара инструмента
2 2
(бойка) о грунт; кБ - коэффициент, кБ = к0 кс кл , здесь к0 - безразмерный коэффициент, к0 =
1,36... 1,60; кС - коэффициент, предложенный проф. И.А.Недорезовым, кС = 106/30; кл - безразмерный коэффициент, кл = 1-2<и/(1-м),
здесь /л - коэффициент поперечной упругости грунта (Пуассона); С - число ударов плотномера ДорНИИ.
Алгоритм расчета активного рабочего органа для разрушения грунта представлен на рис. 1.
0
Рис. 1. Алгоритм расчета активного рабочего органа
По формуле (7) находится требуемая энергия единичного удара гидромолота Т, необходимая для внедрения инструмента на глубину h при заданной скорости удара V-! , т.е.
^и ^з_С2
m=
2T V
(11)
2V1KE
(10)
Определив энергию единичного удара Т по формуле (10), находят массу бойка т из выражения
Программное обеспечение расчета активного рабочего органа для разрушения грунта разработано на языке программирования VBA для персональных компьютеров.
Фрагменты результатов расчетов параметров активного рабочего органа показаны на рис. 2, 3.
Рис. 2. Фрагмент расчета параметров активного рабочего органа
Рис. 3. Рабочее окно определения параметров активного рабочего органа (мерзлый грунт, С=250)
Выводы
Разработан алгоритм и составлена программа, позволяющая определять основные параметры активного рабочего органа при разрушении грунтов: требуемую энергию единичного удара, массу бойка, глубину внедрения инструмента в грунт при разрушении мерзлого и прочного грунта.
Библиографический список
1. Ветров Ю.А., Баладинский В.Л. Машины для специальных земляных работ / Ю.А.Ветров, В.Л.Баладинский. - Киев: Вища школа, 1981. - 192 с.
2. Галдин Н.С. Многоцелевые гидроударные рабочие органы дорожно-строительных машин: Монография / Н. С. Галдин. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2005. -223 с.
3. Недорезов И.А. Интенсификация рабочих органов землеройных машин / И.А.Недорезов. - М.: МАДи, 1979.- 51 с.
4. Теоретические основы создания гидроимпульсных систем ударных органов машин /А.С.Сагинов, И.А.Янцен, Д.Н. Ешуткин, Г.Г.Пивень. Алма-Ата: Наука, 1985. - 256 с.
5. Цытович Н.А. Механика грунтов / Н.А.Цытович. -М.: Высш. школа, 1979. - 272 с..
Algorithm and some results of calculation of key parameters of working body for destruction of a ground
V.N.Galdin
The algorithm and the software are a basis of designing of active working bodies of the road-building machines intended for destruction strong and frozen grounds. Some results of calculation of key parameters (energy of individual impact, weights it is brisk) working body for destruction of a ground are resulted.
Галдин Владимир Николаевич - инженер, соискатель Сибирской государственной автомобильнодорожной академии. Основное направление научных исследований - автоматизированное проектирование систем. Имеет 25 опубликованных работ.
УДК 004.021 : 621.9.02
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СПОСОБ ОЦЕНКИ ВЗАИМНОГОПОЛОЖЕНИЯ ФРАГМЕНТОВ ИЗОБРАЖЕНИЙ НА ЧЕРТЕЖАХ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
Ф. Н. Притыкин, Е. Е. Шмуленкова
Аннотация. В статье рассматривается автоматизированный способ определения взаимного расположения объектов на чертеже металлорежущего инструмента. При этом чертеж создан на основе параметрической 3-D модели. Для анализа геометрических объектов применяется теория множеств.
Ключевые слова: чертеж металлорежущего инструмента, теория множеств, автоматизированный способ оценки графических объектов.
В настоящее время для создания различных графических баз данных, например, чертежей режущих инструментов, используются параметрические 3^ модели созданные в Т-Аех. Это связано с тем, что в данной системе, возможно, осуществлять расчеты, создавать внутренние базы данных и что самое важное проектировать
сложные параметрические модели и на основе их создавать изображения видов, разрезов и др. Пример такой модели приведен на рисунке 1. Если чертеж создан на основе параметрической 3^ модели, то при изменении исходных данных модели происходит автоматическое преобразование изображений на чертеже.
