CC BY
47
УДК 69.002.5
ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫЕ МАШИНЫ КАК ТЕХНИКА ДЛЯ ОХРАНЫ ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
В.В. Ничке, профессор, д.т.н., С.Е. Селиванов, профессор, д.т.н.,
ХНАДУ
Аннотация. Рассмотрены возможности использования землеройно-транспортных машин, на примере скрепера с интенсификатором, для очистки территории от загрязнения, снятия пласта радиоактивного грунта, создания разъединительных полос, обваловывания площадей, а также проведен анализ процесса наполнения ковша скрепера, представлены рациональные параметры ковша в зависимости от параметров интенсификатора.
Ключевые слова: охрана труда, скрепер, ковш, метатель, экология.
Введение
Для борьбы с последствиями природных техногенных катастроф приходится использовать как специальную, так и различную строительную технику, в частности землеройно-транспортные машины, такие как скреперы. Их применяют для снятия загрязненного химическими веществами или радиационно-загрязненного пласта грунта, создания разъединительных полос,
обваловывания площадей, строительства дамб, плотин и других защитных сооружений, охраны людей, предприятий, жилых помещений.
В настоящее время применение скреперов в дорожном и других областях строительства уменьшилось. Вызвано это несколько ограниченными возможностями применения, высокой ценой машин. Однако сейчас разработаны различные дополнительные устройства, значительно расширяющие сферы применения скреперов. Кроме того, повышаются экологические свойства скреперов.
Цель и постановка задачи
Скреперы традиционной конструкции, широко применяемые в дорожном, водохозяйственном, промышленном
строительстве, не всегда удовлетворяют современным экологическим требованиям. В процессе наполнения ковша меняется глубина резания, поэтому, если необходимо снимать
слой грунта определенной толщины (снятие зараженного слоя грунта, плодородного слоя при подготовке строительной площадки) применение скреперов традиционной конструкции приводит к дополнительным проходам, затратам топлива и не может дать высокого качества полученной поверхности грунта. Со временем появились новые устройства, интенсифицирующие процесс заполнения ковша. Анализ существующих конструкций скреперов, устройств
интенсификации рабочего процесса, снижения сопротивлений наполнению ковша позволил установить, что в настоящее время наиболее приемлемым среди пассивных устройств являются грунтонаправляющие аппараты (ГНА). Такие устройства позволяют практически на протяжении всего пути наполнения вырезать стружку постоянной толщины, снизить энергоемкость разработки грунта на 15©20%, повысить производительность на 25 ©30%.
Среди активных интенсификаторов ведущим является фрезерное оборудование при установке фрезы за скрепером. Разрушенный и загруженный в ковш грунт отличается отсутствием крупных агрегатов, более равномерным по крупности составом грунта, стружкой постоянной толщины, недостаток -при вырезании стружки зараженного грунта неизбежно пыление.
Скреперы, оснащенные транспортирующими
устройствами (транспортерами, метателями), могут применяться для тушения лесных пожаров на опушках леса, создания барьерных полос ограждения. В дорожном строительстве они могут выполнять функции грейдер-элеваторов.
Метод решения
грунта на стенки грунтовода определяется усилиями бокового распора (бокового давления), то есть процесс наполнения протекает аналогично варианту с направляющими, идущими от днища ковша.
В таком случае сопротивление наполнению определится в виде 1
Грунтонаправляющие аппараты могут быть различных исполнений, однако наиболее рациональным является применение ГНА с щелью в задней пластине [1]. В этом случае ГНА представляет две пластины, установленные так, что задняя пластина образует с днищем ковша щель высотой
кш = кИ
(1)
где h - глубина резания, k - коэффициент.
Передняя пластина сдвинута вперед так, чтобы зев ГНА составлял величину не менее
Ь - И Ч-
tga + tgy
tga tgy
(2)
где ^ и - углы резания и сдвига грунта.
Передняя пластина отклонена вперед на угол = 10-12Ф, задняя - отклонена назад на угол
1
2
= 20-25^
Таким образом, пластины образуют устройство для направления потока грунта с расходящимися стенками и возможностью на первых этапах заполнения пропускать грунт через щель, то есть как в традиционной конструкции машины. Это позволяет существенно снизить энергоемкость
заполнения ковша по сравнению с ГНА, где задняя пластина начинается от ножа.
После достижения сопротивлением наполнению ковша через щель величины, равной сопротивлению наполнению ковша через ГНА, дальнейшее наполнение происходит через ГНА. При этом сопротивление трения грунта о поверхность стенок ГНА не увеличивается по сравнению с ГНА, у которого задняя стенка начинается от днища ковша.
Движение грунта далее происходит через ГНА; нижняя часть грунтовода высотой Ищ имеет угол
трения а выше - угол трения ®. Давление
Wн - ВЬ{[Н - Нна +
+ (Н - Нна)2 ¡¡ш р cos р +
В + Нна (tgp 1_tgP ,)
КК
ЧеК*Н
—!
(3)
где Н - высота наполнения ковша, Н - высота
на
направляющего аппарата, В - ширина ковша, С -коэффициент бокового давления, f - коэффициент внешнего трения,
Ка - В( Ае + А
+
2)/Кр
е2 [ / сов Ь . - ь. ] ..-1 сов ь+ / ь'
Определив работу заполнения ковша, находим такую высоту ГНА, при которой работа минимальна. Эта высота для ГНА со щелью составляет (0,6 - 0,65)Н' - высота ковша.
Указанные значения являются максимальными, расчеты на ПК показали, что интервал высот ГНА
составляет (0,4-0,65)Н в зависимости от типа
к
грунта.
При затупленном ноже глубина резания
И =
кИ - г|
- Из1 ,, ч и кИ ш
(4)
Таким образом глубина резания изношенным ножом уменьшается при той же силе Р на величину / к.
При резании стружкой постоянной толщины путь наполнения рабочего органа - ковша скрепера -вместимости Q составляет
при остром ноже
а -
6кп ВИкр
при затупленном ноже
+
к
L2 =
Qkn
и
и k ш
(6)
где Q - вместимость ковша; kn - коэффициент потер грунта; kр - коэффициент разрыхления.
Производительность машины циклического действия, например, скрепера можно определить следующим выражением:
П = QK Ч3600
(7)
10
15
£, мм
где П - производительность скрепера; t - время с ц
цикла.
Время цикла состоит из времени копания грунта (наполнения ковша), транспортировки, разгрузки, холостого хода и двух поворотов. В связи с износом ножей изменяется только время копания
t , остальные составляющие остаются
коп
неизменными.
Тогда производительность в случае острого ножа можно найти в виде
Рис. 1. Зависимость продолжительности цикла скрепера ДЗ-77 от ширины площадки затупления
Анализ зависимости (9) показывает, что если удельное сопротивление от затупления № станет
равным по модулю удельному сопротивлению копанию к п производительность равна 0, т.е.
работа машины становится невозможной. Как
показано в [1,2] значения коэффициентов k и
коп
№ составляют
П = QkLЧ_ 3600
кр АЮпбЙС+П^
Qkп
Ч-
3600
kp t ,+
Сотк4 М h и
В случае затупленного ножа
Qkп 3600
Пс =
к
р t „ +
Qkп
(8)
м h и ?1 - ц
и ккоп ш
(9)
Здесь ^^ - время выполнения всех операций цикла за исключением времени копания; t
■ -и
время копания грунта; и грунта.
коп
- скорость копания
Л з =
С^2 й
соб а , Чбш 8 щ .
— к tg(а з + 8 ) + --г-ъ sin а з
2 л соБ(а з +8) ы
кСп = [ tg(¥ + P) + <*0у] г sin(a + 8 )СОБ(у + р)
; (10)
Бш(а + 8 + у + р)
(11)
где С и С- коэффициенты деформации и
сцепления грунта;
з
- углы резания и
затупления; ■, ^ - углы внешнего,
внутреннего трения и сдвига грунта; S - ширина площадки затупления.
Полученные зависимости позволяют определять сроки службы ножей, производительность при различной степени затупления и нормировать эти показатели в зависимости от грунтовых условий.
Выводы
к
t
0
5
з
и
Аналитические и экспериментальные
исследования подтвердили существенное
повышение эффективности скреперов,
оборудованных ГНА со щелью. Так,
производительность повысилась на 25©30%, энергоемкость уменьшилась на 18%, материалоемкость снизилась на 10%. Уменьшилось число проходов при планировке местности, снятии слоя грунта заданной толщины. Все это свидетельствует о перспективности применения ГНА со щелью в скреперостроении.
Расчеты показали, что при малых глубинах резания, например при применении фрезерного рыхления и заполнения ковша, с оснащением скрепера метателями, агрегат может применяться для тушения пожаров. Дальность метания грунта составляет до 40 м (при специализированном использовании около 50 м).
Литература
1. Шчке В.В., Антонов М.А., Ермакова О.А.
Робоч процеси землерийно-транспортних машин i !х штенсифша^. - Харшв: 1СДО. -1995. - 184 с.
2. Ничке В.В., Ермакова Е.А., Рыбалко И.В.,
Тулузов О.Г., Моржан Хани Юсеф. Влияние затупления режущих органов машин для земляных работ на нагруженность конструкции / Сб. научных трудов ПГАСА. -Днепропетровск. - 2002. - Вып. 15. -С.146-150.
3. Ветров Ю.А. Резание грунта землеройными
машинами. - М.: Машиностроение, 1971. -360 с.
4. Ничке В.В. Влияние затупления ножа на
процесс резания / Горные, строительные и дорожные машины. - К.: Техшка. - Вып. 3. - 1966. - С. 109-118.
5. Алипов Г.И. Износ зубьев ковшей вскрышных
роторных экскаваторов и способ его расчета / Горные, строительные и дорожные машины. - К.: Техшка. - Вып.3. - 1966. - С. 77-85.
Рецензент: Л.В. Назаров, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 10 марта 2006 г.
