The increase in productivity and reliability of bar ground-cutting machines has been considered. The mathematical model of frozen ground inter-crack mass splitting-off with the use of a high-pressure pneumatic tank has been presented


Область наук:
  • Будівництво та архітектура
  • Рік видавництва: 2007
    Журнал: Вісник Харківського національного автомобільно-дорожнього університету
    Наукова стаття на тему 'Математична модель руйнування міжщилинний ціликів мерзлого грунту пневматичним робочим органом'

    Текст наукової роботи на тему «Математична модель руйнування міжщилинний ціликів мерзлого грунту пневматичним робочим органом»

    ?УДК 621.878

    МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ РУЙНУВАННЯ міжщилинний ціликів мерзлий грунт ПНЕВМАТИЧНИМ РОБОЧИХ ОРГАНОМ

    В.А. Пенчук, професор, д.т.н., Р.А. Кривошея, інженер, Донбаська національна академія будівництва і архітектури

    Анотація. Розглянуто питання підвищення продуктивності і надійності барових грунто машин. Наводиться математична модель процесу відколу міжщилинний ціликів мерзлого грунту з використанням пневмобаллона.

    Ключові слова: грунт, цілик, щілину, відкол, пневмобаллонамі.

    Вступ

    Територія України розташована в помірно-континентальній смузі, і протягом 2-2,5 місяців може статися промерзання верхнього шару грунту до 1-1,3 м.

    У цих умовах важко застосування землерийних машин загального призначення, тому використовуються спеціальні машини для ослаблення міцності верхньої замерзлої кірки грунту [1].

    аналіз публікацій

    Поки що найбільшого поширення для цих цілей отримали технології з використанням барових машин. За цими технологіями в мерзлому ґрунті нарізаються поздовжні і поперечні різи на відстані 0,50,8 м один від одного. Потім землерийними машинами проводиться розробка грунту. Головним недоліком барових машин є швидкий знос зубів робочого органу, найбільша довжина нарізування щілини до їх заміни становить 1000 м [1].

    Дослідженнями з удосконалення способів розробки мерзлих ґрунтів і спеціального обладнання для їх реалізації займаються багато організацій [1].

    Ефективним способом розробки мерзлих ґрунтів є їх руйнування на блоки з подальшою екскавацією їх із забою [2].

    В роботі [3] була запропонована технологія руйнування мерзлих грунтів відривом міжщилинний ціликів за допомогою пневмобаллона.

    Відрив здійснюється під впливом розподіленого навантаження від пневмобаллона, який закладається в нарізані щілини.

    Мета і постановка задачі

    У даній роботі була поставлена ​​мета створення математичної моделі процесу відколу міжщилинний цілини мерзлого грунту з використанням розподіленого навантаження від пневмобаллона, яка враховувала б вплив на зусилля відколу таких параметрів, як температура грунту, розміри пневмобаллона, розміри поперечного перерізу цілика грунту, глибину закладення пневмобаллона, а також тип грунту, що розробляється.

    Математична модель процесу відколу міжщилинний цілини мерзлого грунту

    Процес відриву міжщилинний цілика грунту пневмобаллонамі можна представити таким чином.

    При відриві міжщилинний цілини мерзлого грунту, який жорстко затиснений по обидва боки, діє розподілене навантаження від пневматичного балона «Р», спрямована перпендикулярно бічній грані цілини.

    Мал. 1. Інтерпретація процесу відколу цілини від масиву

    Основний опір отколу буде надавати вертикальна грань защемленного цілини.

    Сили, які діють на контакті мерзлого грунту з талим - незначні, і ними можна знехтувати [4].

    Мал. 2. Розрахункова схема

    З розрахункової схеми (рис. 2) видно, що блок мерзлого грунту під дією розподіленого навантаження відчуває поперечний вигин щодо наполегливого клина і крутіння навколо осі <Х ».

    Використовуючи теорію міцності Мора і рівняння лінійної регресії для обліку температури грунту, була складена математична модель процесу відриву цілини мерзлого грунту при впливі на нього статичної розподіленим навантаженням, створюваної пневмобаллонамі.

    Зусилля відриву міжщилинний цілини має вигляд (1).

    Р = |

    Bg (-kt + b)

    (1)

    1,310 "

    112,4 / _21:

    1Г4

    2Т2 т | 2

    я

    р2 В4

    де В - ширина цілика мерзлого грунту, метрах; Н - висота цілини мерзлого грунту, м; I - довжина плями торкання розподіленого навантаження від пневмобаллона, м; Ь - відстань від центру пневматичного балона до наполегливої ​​клина, м; ^ - температура грунту при його відколи, ° С; до, ^ - коефіцієнти, отримані внаслідок проведення кореляційного аналізу для грунтів типів супеси, суглинку і глин; т - довжина плями торкання розподіленого навантаження від пневмобаллона по глибині бічної грані цілика грунту, м; до-відстань від верхньої або нижньої межі цілика грунту до центру пневмобаллона, м; в коефіцієнт, який залежить від співвідношення сторін поперечного перерізу цілини.

    Проведений чисельний аналіз залежності (1) грунту типу суглинку від температури, плеча прикладання навантаження (відстані між пневмобаллонамі і наполегливою клином), ширини поперечного перерізу цілини і розмірів пневмобаллона представлений на рис. 3-6.

    Мал. 3. Залежність зусилля відриву від температури

    На рис. 4-6 залежно визначалися з урахуванням різної температури грунту. Крива 1 відповідає температурі - 20 ° С, 2 - мінус 15 ° С, 3 - мінус 10 ° С і 4 - мінус 5 ° С.

    2

    2

    Мал. 4. Залежність зусилля відриву від плеча прикладання навантаження

    Мал. 5. Залежність зусилля відриву від ширини цілика

    Мал. 6. Залежність зусилля відриву від довжини пневмобаллона

    Аналізуючи отримані залежності, можна зробити наступні висновки. Зусилля відколу в значній мірі залежить від температури грунту.

    Плече програми навантаження (відстань від центру пневматичного балона до наполегливої ​​клина) має бути не менше 1 м. Що стосується ширини цілика мерзлого грунту, то чим вона менша, тим менше зусилля, необхідне для відколу.

    Найбільш ефективні параметри довжини пневмобаллона знаходяться в діапазоні від 0,8 до 1,2 м. Відстань між щілинами значно впливає на зусилля відриву і його необхідно визначати, виходячи з подальшої технології розробки ослабленого грунту.

    висновок

    Зіставлення результатів теоретичного дослідження з даними стендових випробувань дозволяє стверджувати, що запропонована математична модель адекватна реальним процесам.

    література

    1. Запускалов В. А., Фролов А. В. Земляні

    роботи взимку в водогосподарському і сільському будівництві. - Саратов: Приволж. кн. вид-во, 1993. - 200 с.

    2. СНиП 11-18-76. норми проектування.

    Підстави і фундаменти на вечномерз-лих грунтах. Норми проектування. -М .: Стройиздат, 1977. - 46 с.

    3. Пенчук В. А., Водолажченко А. Г. розрив-

    шення мерзлих грунтів і асфальтобетонних покриттів відривом міжщилинний ціликів за допомогою пневмобаллона // Вісник ДонНАБА / Зб. науч. тр. - Макіївка: Изд-во ДонНАБА. - 2004. -Вип. 2004-5 (47).

    4. Зеленін А. Н. Основи руйнування грунтів

    механічними способами. - М .: Машинобудування, 1975. - 424 с.

    Рецензент: В.В. Ничке, професор, д.т.н., ХНАДУ.

    Стаття надійшла до редакції 6 травня 2007 р.


    Ключові слова: грунт / цілик / щілину / відкол / пневмобаллонамі

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити