книги из ГПНТБ / Хайзерук Е.М. Кабелеукладчики. Вопросы теории и расчета

В этой"формуле учитывается трение боковых стенок ножа б грунт (длина ножа / = 200 мм). Формула позволяет определять усилие резания ножа в зависимости от показателя плотности грунта — числа С, легко устанавливаемого экспресс-методом.

Выводы А. Н. Зеленина, построенные .на результатах экспери­ ментального динамометрирования работы вертикальных ножей с небольшой глубиной хода (до 30 см-), явились основой для разви­ тия исследований работы вертикальных ножей с большей глубиной хода.

Д. А. Сточкус исследовал работу ножа кротового дренажного орудия с переменными геометрическими параметрами, имевшего глубину хода в грунте 30—80 см. Была получена эмпирическая формула для определения усилия резания вертикальным ножом грунта с переменной плотностью по глубине [10]:

_=i

Р = 9,90|лЛ ' 2 С , ( 2 * - 1 ) 0 , 7 4 X

п— число горизонтов толщиной 10 см, составляющих пол­ ную глубину резания;

а— толщина (в см) нижнего слоя грунта, значение которой меньше 10 см;

s„+ 1 — толщина участка ножа, движущегося в нижнем слое грунта, в см.

На рис. 20 показана схема расположения горизонтальных слоев грунта при общей глубине резания (60 + а) см, где а < 10 см.

приложения усилия резания равна 0.667Я и зависит от плотности грунта по глубине залегания и глубины резания. Толщина ножа не оказывает существенного влияния на h0.

Определение угла у наклона равнодействующей усилия резания к горизонту показало, что опытные точки, изображающие зависи-

40

мость у от угла резания а, имеют большое рассеяние вследствие неравномерности плотности грунта в различных слоях по глубине.

кальным ножам с прямолинейной режущей частью. Такие ножи, как показала практика, при углах резания, близких к 90°, не поз­ воляют обеспечить стабильную глубину прокладки кабеля в плот-

1,5

W

0,5\

ных грунтах вследствие малого угла у. Увеличение у может быть достигнуто уменьшением угла резания всей передней режущей кромки ножа или ее нижней части. Последнее решение, получив­ шее наибольшее распространение, позволяет повысить у при по­ мощи выступающего вперед в нижней части ножа носка (долота), не увеличивая существенно габаритную длину ножа в направле­ нии резания.

41

В 1956 г. в ЦНИИС Министерства связи СССР А. А. Вайнсон провел исследование работы одного из вариантов кабелепрокладоч-

Проекция Ws на горизонтальную ось представляет собой гори­ зонтальную составляющую равнодействующей тягового сопротив­ ления ножа. Wn мало и может не учитываться.

Основное сопротивление, возникающее при образовании тран­ шеи, — сопротивление грунта разрушению Wp. Исходя из рас­ смотрения пространственной задачи предельного равновесия сыпу­ чего тела, обладающего трением и сцеплением, можно написать

квертикали и приложено в центре тяжести плоскости сдвига. Сопротивление грунта уплотнению Wy зависит от компрессион-

42

ной способности грунта. Wy является функцией котангенса угла наклона касательной к компрессионной кривой относительно оси давления:

№y = 0,25A2 /i2 [ln/z — ln(m tg6)](l + е р ) J i l ^ i l M L . t g T t g ( 4 5 ° - ^ j '

рекомендован в результате исследований, проведенных ЦНИИС.

основных физико-механичес­ ких характеристик грунта. Однако вычисления по ней требуют многих характерис­ тик грунта, которые могут быть определены лишь тру­ доемкими лабораторно-поле- выми исследованиями. Конт­

рольные динамометрирования, проведенные автором, показали, что для глубины резания 50 см расчетное значение тягового

сопротивления отличается от измеренного на 42—107%. Формула ЦНИИСа не получила широкого практического при­

менения при расчетах кабелеукладчиков в связи с тем, что в их конструкциях применяются ножи с плоским долотом и ножи с сер­ повидной режущей частью.

В 1956—1960 гг. автором были проведены исследования работы ножа для прокладки кабеля на глубину 0,2—0,5 м [121. При ис­ следованиях определялось влияние геометрических параметров

43

ножа на его основные силовые характеристики. Конструкция экс­ периментального ножа (рис. 24, а) позволяла изменять его геоме­ трические параметры заменой лезвия 1 и долота 2. Нижняя часть 3 ножа, на которой крепится долото, была выполнена отдельной деталью, для возможности изменения длины долота. Конструкции можно было придавать также форму прямого ножа, не имеющего долота (рис. 24, б). Задний угол а„ был не менее 5°.

Динамометрирование экспериментального ножа проводилось с помощью двухкомпонентного тягового динамометра \ измеряв­

Рис. 24. Экспериментальные ножи:

а — с долотом; б — прямой (без долота)

шего горизонтальную и вертикальную составляющие тягового сопротивления, и динамометрических устройств, измерявших кру­ тящий момент на кривошипах опорных колес кабелеукладчнка.

Изучение зависимости тягового сопротивления ножа с долотом от глубины резания для глубины 20—50 см потребовало рассмо­ треть вопрос влияния плотности грунта на тяговое сопротивление. Эксперименты имели целью проверить зависимость тягового со­ противления ножа с долотом от глубины резания для супесчаных и суглинистых грунтов в естественном залегании с неодинаковой плотностью по глубине.

Нож, для которого определялась указанная зависимость, имел следующие геометрические параметры лезвия: s = 30 мм, а = 75°, Р == 40° и долота sx = 25 мм, а,х = 26°, р х = 180°, L = 275 мм. Нож с такими параметрами будем называть далее ножом-эталоном.

Данные динамометрирования ножа-эталона приводились к плот­ ности условного грунта, принятой за единицу, двумя способами_

1 Хайзерук Е. М. Авторское свидетельство № 115255. «Бюллетень изобрете­ ний», 1958, № 10.

44

1. Тяговое сопротивление ножа Rx делилось на среднее значе­ ние плотности грунта С с р для данной глубины резания. Так, на­ пример) Rx для глубины резания 40 см делилось на С с р показаний

плотномера, полученных в слоях грунта с глубиной залегания О—10, 10—20 и 30—40 см. Тяговое сопротивление, приведенное к плотности условного грунта по этому способу, обозначено R'x.

* Rx — горизонтальная составляющая равнодействующей тягового со­ противления (усилия резания).

45

2. Определялся прирост тягового сопротивления на каждые 10 см глубины, и полученное значение делилось на показание плот­ номера, соответствующее этому горизонту грунта. Затем эти част­ ные складывались для получения тягового сопротивления, соот­ ветствующего данной глубине резания.

Приведенное по второму способу тяговое сопротивление обозна­ чено через Rx.

На графике, изображенном на рис. 25, а и б, показана получен­ ная зависимость приведенных тяговых сопротивлений Rx и Rx от глубины резания Я для ножа-эталона. Кривые проведены через точки, соответствующие средним значениям Rx и Rx для каждого значения Я . На каждый график нанесены 30 точек, представляю­ щих собой средние значения результатов динамометрирования одного ножа на восьми различных участках.

В результате аппроксимации опытных данных степенной функ­

Для решения вопроса о способе приведения тягового сопротив­ ления к плотности условного грунта при выводе формулы для определения тягового сопротивления ножа,'снабженного долотом, а также с целью оценки правильности выбора кривой для отобра­ жения полученных экспериментальных данных была исследована теснота (сила) корреляционной связи между приведенным тяговым сопротивлением, полученным по первому и второму способам, и глубиной резания.

Известно, что общей характеристикой тесноты корреляционной связи двух величин служит корреляционное отношение. Примени­

Rx

В результате обработки полученных экспериментальных дан­ ных были определены следующие значения корреляционных отно­ шений:

% > = 0,935; % > =0,935,

46

которые характеризуют тесную зависимость между приведенными тяговыми сопротивлениями и глубиной резания.

Равенство корреляционных отношений Ця' j H и т]^»^ означает,

что первый и второй способы получения приведенного тягового сопротивления для обработанных данных динамометрирования кабелепрокладочного ножа обеспечивают установление корреля­ ционной связи одинаковой силы между приведенными тяговыми

мулу для определения корреляционной связи, целесообразно при­ водить тяговое сопротивление ножа кабелеукладчика к плотности условного грунта по первому способу для полной глубины резания.

Исследование влияния долота на тяговое сопротивление ножа кабелеукладчика имело целью выяснить необходимость оснащения ножа долотом, установить оптимальную форму долота, обеспечи­ вающую ножу наименьшее тяговое сопротивление и наиболее бла­ гоприятные другие силовые характеристики (угол наклона к гори­ зонту и координаты точки приложения равнодействующей тягового сопротивления). В задачу исследования входило также изучение характера деформаций грунта при резании его ножом с долотом.

Для этого производилось сравнительное динамометрирование ножей без долота и с долотом, ножей с различной формой долота, а также наблюдение и измерение форм тел скольжения перед ножом и трещин в грунте после прохождения в нем ножа.

Сравнительное динамометрирование экспериментального пря­ мого ножа без долота (см. рис. 24, б) толщиной, равной толщине прямого ножа-эталона с плоским долотом, показало, что нож-эта­ лон имеет большее тяговое сопротивление, чем указанный прямой

47

нож. Заглубление прямого ножа происходит хуже, чем ножа с пло­ ским долотом.

Для определения влияния ширины плоского долота на тяговое сопротивление ножа было проведено динамометрирование экспе­ риментального ножа со сменными долотами (см. рис. 24, а) шири­ ной 25, 45, 60, 80 и 100 мм на четырех различных участках при глубине резания 20—50 см. На рис. 26 изображен график зависи­ мости тягового сопротивления ножа с плоским долотом от ширины долота для глубины резания 20, 30, 40 и 50 см для одного участка.

с

Для других участков графики имеют подобную форму. Как видим,

резании его ножом с плоским долотом: выступающее вперед до­ лото при движении ножа приподнимает грунт, нарушая его струк­ туру и уменьшая плотность по сравнению с плотностью в естествен­ ном залегании. Лезвие ножа раздвигает грунт с нарушенной струк­ турой в стороны и частично перемещает вверх. При sx >» (1,5-ь ч-1,8) s долото разрушает более широкую грунтовую призму, чем это требуется для прорезания щели лезвием ножа с минимальным сопротивлением его перемещению.

На рис. 27 схематично изображена зона деформированного грунта, образующаяся при резании его ножом с плоским долотом, ширина которого больше, чем толщина s лезвия ножа. Характер

48

деформации грунта в указанной зоне соответствует деформациям, наблюдаемым при выполнении поперечных и продольных разрезов кабельной щели после прохода ножа.

Поперечные размеры приподнимаемой долотом призмы грунта зависят от ширины долота и физико-механических свойств грунта.

Измерения ширины с зоны деформаций, наблюдаемой на поверх­ ности грунта, показали, что угол наклона 9 боковых граней грун­ товой призмы, поднимаемой долотом, к вертикали для глубины резания от 20 до 50 см при изменении ширины долота от 25 до 60 мм

Для рассматриваемой зависимости получена эмпирическая формула

b0 = 0,0485e°-°9 5 W .

Прирост тягового сопротивления при изменении угла резания долота

ARx (a,) == *o(ax — 26°).