Материал: 1901
|
Для проведения экспериментов по взаимодействию скребков с грунтом |
||||||||
разработана |
экспериментальная |
установ, |
которая |
монтируется |
на |
||||
тензометрическую тележку и состоит из двух основных частей: направляющей |
|||||||||
балки и тележки с исследуемыми скребками. С одной стороны направляющая |
|
||||||||
балка |
соединяется |
с |
гидроцилиндром |
подъема(опускания) |
балки, а |
на |
|||
противоположной стороне находятся тележки.
Для изменения угла резания на держателях и скребках выполнены отверстия под заранее выбранным углом.
Скорость передвижения тележек может меняться за счет коробки передач на приводе лебедки. Изменение угла установки направляющей балки происходит с помощь гидроцилиндра, соединенного с направляющей балкой. На кронштейне выполнены три отверстия для крепления штока гидроцилиндра. Такое техническое решение позволяет менять угол установки направляющей балки в пределах30˚– 90˚. Для получения значения силы сопротивления копанию грунта по схеме полублокированного и свободного резания скребки устанавливали на держатели разных размеров.
Рис. 9. Схема лабораторной установки:
1 - направляющая балка; 2 – кронштейн гидроцилиндра верхний; 3 – кронштейн гидроцилиндра нижний; 4-тележки; 5- скребки;
6 – тензометрическая тележка; 7 - привод
Таблица 1 – Влияние толщины стружки на силу сопротивления копанию грунта
|
Путь, м |
|
Толщина стружки, м |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
||
|
|
|
|
|
||
Сила сопротивления |
|
|
|
|
|
|
S |
0,01 |
0,02 |
|
0,03 |
0,04 |
|
копанию грунта Е, Н |
0,1 |
64,72 |
198,69 |
|
350,72 |
383,07 |
|
0,3 |
111,24 |
362,5 |
|
706,32 |
876,06 |
|
0,5 |
146,53 |
465,97 |
|
996,07 |
1241,15 |
|
0,75 |
170,62 |
508,01 |
|
1170,17 |
1517,65 |
На рис. 10 по зависимости E=f(S) можно проследить изменение силы сопротивления копанию грунта на разных этапах пути, пройденного скребками по забою. Представление зависимости в таком виде позволяет проанализировать влияние на процесс копания толщины срезаемой стружки.
16
|
1800 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1650 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1350 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
1200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1050 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Е, |
900 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
750 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
600 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
450 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
300 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
150 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
S, м
|
|
|
|
|
Толщина стружки h=0,04 м |
|
|
|
|
|
Толщина стружки h=0,03 м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Толщина стружки h=0,02 м |
|
|
|
|
|
Толщина стружки h=0,01 м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 10. Изменение силы сопротивления копанию грунта E=f(S): (α=20°; Vр=0,156 м/с)
Таблица 2 – Уравнения регрессии
Толщина стружки h, м |
Уравнение регрессии |
R² |
0,01 |
Е = -139,97S² + 288,42S + 37,315 |
0,9155 |
0,02 |
Е = -754,34S² + 1120,8S + 94,156 |
0,8959 |
0,03 |
Е = -823,18S² + 2107,3S + 148,22 |
0,941 |
0,04 |
Е = -1598,8S² + 3104,5S + 88,604 |
0,954 |
Проведенная серия экспериментов с изменением угла резания при h, b, |
|
|
||||
Vр=const подтвердила |
наличие |
рационального |
значения |
угла |
резания |
для |
исследуемого скребка. |
|
|
|
|
|
|
Рис. 11. Изменение силы сопротивления копанию грунта E=f(S ): (h=3 cм; Vр=0,156 м/с;)
а) α=20°; б) α=25°; в) α=30°; г) α=35°
17
Анализ полученных значений силы сопротивления копанию грунта при изменении угла резания указывает на минимальное значение силы сопротивления при угле резания 30°.
Таблица 3 – Уравнения регрессии
Угол резания α, град |
Уравнение регрессии |
R² |
20 |
Е = -1476,3S² + 2257,9S + 225,64 |
0,8755 |
25 |
Е = -978,96S² + 1600,4S + 238,72 |
0,8769 |
30 |
Е = -1277,6S² + 1896,9S + 176,09 |
0,88 |
35 |
Е = -418,99S² + 1444,8S + 150,68 |
0,9328 |
Таблица 4 – Влияние угла резания на силу сопротивления копанию грунта
|
Путь, м |
|
Угол резания, град |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Сила |
|
|
α |
|
||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
S |
20 |
25 |
|
30 |
35 |
|
сопротивления |
|
|||||
0,1 |
436,67 |
388,97 |
|
353 |
290,97 |
|
копанию |
|
|||||
0,3 |
770,14 |
630,73 |
|
630,17 |
546,41 |
|
грунта Е, Н |
|
|||||
0,5 |
985,51 |
794,18 |
|
805,14 |
768,33 |
|
|
|
|||||
|
0,7 |
1082,78 |
879,31 |
|
877,89 |
956,73 |
|
0,8 |
1087,12 |
892,75 |
|
880,11 |
1038,37 |
Если на отрезке пути S=0,1-0,8 м сила сопротивления копанию для углов20,
25, 30 |
снижается |
при переходе от одного угла к другому, то для угла резания |
|||||
α=35° |
эта |
тенденция имеет место на отрезкеS=0,1-0,5 м. На оставшемся пути |
|||||
значение силы сопротивления копанию начинает возрастать и имеет расхождение |
|||||||
8,2% в |
точке S=0,7 м по сравнению с силой сопротивления копанию для α=30°. |
||||||
Разница |
на последнем участке пути дает расхождения15% из-за окончания |
||||||
процесса копания скребками при угле резания α=30°. Скалываемый ими элемент |
|||||||
стружки |
грунта |
был меньше |
по |
размеру, поэтому разрушен |
с |
применением |
|
меньших |
сил |
и выходил |
на |
открытую поверхность |
с |
минимальной сило |
|
сопротивления. |
|
|
|
|
|
|
|
В ходе проведения эксперимента по исследованию влияния угла резания на |
|||||
силу |
сопротивления |
копанию |
грунта |
определялся |
также |
коэффици |
транспортирующей способности скребка Кт. |
|
|
|
|||
|
|
0,6 |
|
|
|
|
Рис. 12. Изменение коэф- |
|
транспортирующей Кт,способности |
0,5 |
|
|
|
|
фициента транспортирую- |
Коэффициент |
|
|
|
|
щей способности скребка от |
||
0,4 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
угла резания |
|
|
|
0,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
|
|
|
|
Угол резания, град |
|
|
|
На рис. 12 показана интенсивность возрастания коэффициентаКт при изменении угла резания. Из графика видно, что транспортирующая способность скребка возрастает в 1,8 раза.
18
Рис. 13. Зависимость силы сопротивления копанию грунта от толщины срезаемой стружки
Е=f(h):
■ – данные экспериментальных исследований;прямая, построенная по резу-
льтатам теоретического расчета)
Рис. 14. Зависимость силы сопротивления копанию грунта от угла резания Е=f(α):
(─ ─ ─ – экспериментальные данные;
теоретический расчет)
|
1600 |
|
|
|
|
|
|
1400 |
|
|
|
|
|
|
1200 |
|
|
|
|
|
Е,Н |
1000 |
|
|
|
|
|
800 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
600 |
|
|
|
|
|
|
400 |
|
|
|
|
|
|
200 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,04 |
0,05 |
h, м
|
1200 |
|
|
|
|
1100 |
|
|
|
Н |
1000 |
|
|
|
Е, |
900 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
800 |
|
|
|
|
700 |
|
|
|
|
20 |
25 |
30 |
35 |
|
|
Угол резания, град |
|
|
Оценка достоверности значений сил сопротивления копанию , грунта полученных аналитическим и экспериментальным путями, представлены в табл. 5 и 6. Расхождение между теоретическими и экспериментальными исследованиями не превышает 15%. Данный факт позволяет заключить, что полученная расчетная формула достаточно точно отражает процессы, происходящие при взаимодействии скребка ЭТЦ с грунтом.
Таблица 5 - Результаты теоретического расчета и экспериментальные данные при изменении угла резания
Угол резания, град |
20 |
25 |
|
30 |
35 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Экспериментальное значение Е, Н |
1087,12 |
892,75 |
|
880,11 |
1038,37 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Теоретическое значение Е, Н |
1029,78 |
903,46 |
|
940,44 |
995,69 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Еi, Н |
57,34 |
-10,71 |
|
-60,33 |
42,68 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
отн , % |
|
|
5,4 |
|
|
|
E |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 6 - Результаты теоретического расчета и экспериментальные данные при изменении толщины срезаемой стружки
Толщина стружки, м |
0,01 |
0,02 |
|
0,03 |
0,04 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Экспериментальное значение y, Н |
170,62 |
508,01 |
|
1170,17 |
1517,65 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Теоретическое значение Е, Н |
112,74 |
430,36 |
|
1081,06 |
1498,75 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Еi, Н |
57,88 |
77,65 |
|
89,11 |
18,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
отн , % |
|
|
14,4 |
|
|
|
E |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
19
В четвертой главе на основании результатов проведенных теоретических и |
|
||||||
экспериментальных |
исследований |
разработана |
методика |
определе |
|||
конструктивных параметров скребков, и предложен вариант расстановки режущих |
|
||||||
элементов, |
уточняется |
расчетная |
зависимость |
|
для |
опред |
|
производительности ЭТЦ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. |
15. Схема |
расстанов |
|
|
|
|
|
скребков: а) – схема расстановки с |
|
|||
|
|
|
новыми |
скребками; |
б) – |
стандартная |
|
|
|
|
схема расстановки скребков |
|
|||
а)
б) |
В схеме расстановки скребков |
|
для |
траншеи |
шириной0,4 м |
режущие элементы расположены так, что каждая последующая пара расширяет траншею до заданной ширины(рис. 15,б). На рис. 15, а за первой парой установлены скребки для ширины 0,3 м, и они разрушают грунт по блокированной схеме резания. Вторая пара скребков установлена на держателях для ширины 0,4 м. После прохода первой пары остаются три неразрушенных целика грунта, крайние из них будет срезать вторая пара скребков по полублокированной схеме резания. После прохода двух пар режущих элементов остается неразрушенный целик грунта
с двумя открытыми поверхностями. Третьей парой идут скребки с шириной резания 0,19 м, срезая последний целик грунта по свободной схеме. На рис. 17 показана энергоемкость процесса копания грунта эллиптическими скребками, расположенными по известной схеме расстановки и предлагаемой схеме с новыми режущими элементами.
|
0,4 |
|
|
|
|
Рис. |
16. |
Изменение |
|
|
|
|
|
|
удельной |
|
энергоемкости |
||
|
0,35 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
процесса копания грунта от |
||||
^3 |
0,3 |
|
|
|
|
толщины |
|
|
срезаемой |
0,25 |
|
|
|
|
стружки Эуд = f(h): |
|
|||
ч/м |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
—— |
– |
по |
схеме |
|
,кВт* |
0,2 |
|
|
|
|
||||
0,15 |
|
|
|
|
расстановки |
|
|
||
Эуд |
|
|
|
|
эллиптическими скребками; |
||||
0,1 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
▬ – предложенная |
схема |
|||
|
0,05 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
расстановки |
с |
новыми |
||
|
0 |
|
|
|
|
||||
|
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,04 |
скребками |
|
|
||
|
0 |
0,05 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
h, м |
|
|
|
|
|
Анализ зависимости Эуд = |
f(h) |
показывает высокую энергоемкость |
разработки грунта эллиптическими скребками при толщине срезаемой стружки |
||
h = 0,01 – 0,03 м. Увеличение h для |
эллиптического скребка ведет к снижению |
|
удельной энергоемкости и приh = |
0,04 |
м составляет 0,052 кВт•ч/м³. Для |
20