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

§ 4. ВИБРАЦИОННОЕ РЕЗАНИЕ ГРУНТА И ЭЛЕМЕНТЫ РАСЧЕТА ПРИВОДА

ВИБРАЦИОННЫХ НОЖЕЙ

Исследования вибрационных ножевых рабочих органов прово­ дились А. Н. Зелениным, Н. С. Шкуренко, В. Л. Баладинским, В. А. Чугиным, А. А. Дубровским и др. В настоящее время опре­ делены: а) физическая картина процесса вибрационного резания; б) энергетические затраты, необходимые для осуществления вибра­ ционного резания, и эффект, получаемый при этом в частных усло­ виях экспериментов; в) оптимальная для различных условий форма вибрационных ножей и параметры их приводов, применяемых в се­ рийных зарубежных кабелеукладчиках; г) исходные предпосылки методики расчета приводов вибрационных ножей на основе резуль­ татов частных экспериментов.

Для оценки совершенства процесса вибрационного резания грунта применяется показатель б, называемый эффектом вибрации по усилию резания

s Р — Рвкб

° - р '

где Р и Р в и б — усилия резания рабочего органа соответственно при статическом и при вибрационном процессах резания.

В зависимости от вида разрабатываемого грунта, формы рабо­ чего органа, параметров его колебаний (частоты и амплитуды), скорости поступательного движения и глубины резания эффект вибрации может достигать величины 0,3—0,9.

Эксперименты показали, что с увеличением глубины резания до 1,2 м мощность, расходуемая на привод вибратора, резко возрас­ тает, что повышает общую энергоемкость процесса вибрационного, резания,

т

Для кабелеукладчиков вибрационного типа, имеющих скорость поступательного движения vp = 270 м/ч при частоте колебаний рабочего органа со = 33 Гц, длина волны вибрации

^ ^ = I J O V - 0 - 0 0 2 3 M =2 '3ММ-

Поведение грунта при вибрационном резании изучено недоста­ точно полно. Известно лишь, что под воздействием вибраций в раз­ рушаемой среде частицы отделяются от массива и начинают коле­ баться, перемещаясь относительно рабочего органа; из грунта выделяются вода и воздух, захватывающие с собой более мелкие частицы. По мере удаления от вибрирующего рабочего органа дви­ жение частиц и освобождение воды и воздуха (паров воды) прекра­ щаются и колебания на некотором расстоянии от ножа полностью затухают; в этой зоне происходит только упругая деформация среды.

Во время вибрации грунта происходит снижение кажущегося коэффициента трения /', соответствующего началу перемещения грунта при вибрации:

рости и амплитудного значения скорости колебаний. Могут иметь

рость поступательного движения v меньше амплитудного значения скорости колебаний Л со. В выполненных конструкциях кабелеук­ ладчиков при v = 270 м/ч, Л = 30 мм и со = 33 Гц

-резании постоянна лишь для щатунно-кривошипных или кулачко-

S1

ковои подвески ножа и элементов кулачкового и кривошипношатунного механизмов.

Рассмотрим движение кабелепрокладочного ножа, совершаю­ щего колебания в вертикальном направлении. С ножом жестко соединены вибратор, П-образная рама, охватывающая базовый трактор, и опорные пневмоколеса (рис. 38). Шарнир, соединяющий охватывающую раму с трактором, далеко удален от ножа, поэтому

Дифференциальное уравнение движения системы с центробеж­

b — коэффициент сопротивления; с—радиальная жесткость пневмошин;

г — расстояние от центра тяжести дебаланса до оси враще­ ния;

со — угловая частота вынуждающей силы; t — время;

х— координата точки колеблющейся системы, лежащей на вертикальной оси.

Коэффициент сопротивления

X

где х — скорость колебаний. Радиальная жесткость пневмошин

S(m, + т ) g

с— или с = v 1 —^а-2-,

63

Исследование выражения (7) на экстремум позволяет найти максимум амплитуды:

_ '"ог м о

2(,П1 + ,п0) Л у"ш§ - Л2

при резонансной частоте

Зависимость амплитуды колебаний от угловой частоты (ампли­ тудно-частотная кривая) изображена на рис. 39.

64

Если со = 0, то хио = О, а при со : СхЭ

Щ + т0

Практический интерес представляет определение мощности, необходимой для поддержания вынужденных колебаний системы. Расчет требует знания диссипативных сопротивлений. Примени­ тельно к рассматриваемому случаю можно отметить, что сопротив­ ление движению В зависит от усилия прижима лобовой части ножа

трение, то, как известно из теории вибрационной техники, макси­ мум безразмерной средней мощности вибратора

max Хер =

«(Y2-I) tg

при условии, что

здесь

0)

m a x Хсро т ог 2 ( °3

max JVcp =

Если базовый трактор вибрационного кабелеукладчика имеет трансмиссию, не обеспечивающую регулирование заданной каса-

тельной силы тяги (например, снабжен обычной механической трансмиссией), то решение задачи о максимуме средней мощности вибратора сводится к определению: 1) величины коэффициента со­ противления, при которой вибратор будет развивать максимальную мощность при условии неизменности остальных параметров си­ стемы (массы, жесткости, амплитуды и частоты вынуждающей силы); 2) значения максимума средней мощности.

В теории вибрационной техники определено, что средняя мощ­ ность вибратора для линейной системы с одной степенью свободы

66

режущей частью. Угол резания лезвия режущей части состав­ ляет 75—90°, угол заострения режущей части 90—120°. На некоторых кабелеукладчиках применяется нож с выступающим вперед носком (долотом) плоской формы. Ширина долота у такого ножа равна толщине тела ножа.

Ножи, имеющие маятниковую подвеску, по геометрии подобны ножам, жестко соединенным с механизмом навески. Угол резания лезвия режущей части у некоторых из таких ножей около 120°.

§5. ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ РАБОЧИХ ОРГАНОВ

НОЖЕВЫХ КАБЕЛЕУКЛАДЧИКОВ

Специальные исследования износостойкости рабочих органов кабелеукладчиков как пассивного, так и активного типов не про­ водились. Имеются лишь практические данные о стойкости неко­

образование продольной желобчатой выработки по продольной оси долота. Примыкающая к долоту режущая часть (лезвие) изнашивается по передним боковым граням. Изнашиваются также боковые части ножа и кассеты.

Наиболее сильно на процесс резания влияет затупление носка ножа, на котором образуется площадка износа, имеющая тупой угол резания.

Кабелепрокладочный нож становится непригодным к эксплуа­ тации при затуплении носка долота, которое приводит к умень­ шению вертикальной составляющей усилия резания. При сильном затуплении носка эта составляющая получает направление вверх, особенно при работе на плотном грунте, что вызывает нарушение устойчивости хода кабелепрокладочного ножа на заданной глу­ бине.

Наиболее интенсивно изнашивание ножа происходит в плотных грунтах и в грунтах с каменистыми включениями.

Стойкость изготовленных из стали Ст. 3 и имеющих твердо­ сплавную наплавку ножей кабелеукладчиков для прокладки

ножей на кабелеукладчиках фирмы АТЕСО изготовляют из хромомарганцевомолибденовых и марганцевых сталей с твердостью после термообработки HRC 50—55. Отечественные кабелепрокла­ дочные ножи наплавляют износостойкими электродами ВСН-6 с фтористокальциевьш покрытием.

Глава III

УСТОЙЧИВОСТЬ КАБЕЛЕУКЛАДЧИКОВ

§ 1. СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА КАБЕЛЕУКЛАДЧИКИ

В процессе работы кабелеукладчик находится под воздей­ ствием системы сил.

На рис. 40 изображена схема сил, действующих на прицепной кабелеукладчик, который движется на подъем на участке с углом наклона а п к горизонту. Расположив начало координат в точке

Рис. 40. Схема сил, действующих на прицепной кабелеукладчик

грунта, по которой движется кабелеукладчик, найдем уравнения проекций сил на оси координат и уравнение моментов сил относи­ тельно точки О:

68

ние воздуха ввиду их малых значений. Разные знаки перед вто­ рым и первым слагаемыми в уравнениях соответствуют случаям движения кабелеукладчика на подъем и на спуск по наклонному участку. Верхний знак соответствует движению кабелеукладчика по направлению стрелки Л, а нижний — по Б, т. е. под уклон (при условии, что центр тяжести кабелеукладчика расположен относительно поверхности грунта выше, чем точка О, как это показано на рисунке).

Тяговое усилие, необходимое для буксировки кабелеукладчика,

загрузке кабелеукладчика барабанами с наиболее тяжелым кабе­ лем; б) критическом угле подъема, определяемом из условия про­