Сердобов В.Б. - ст. преподаватель, Растегаев И.К. - д.т.н., профессор
Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ).
При работе статических рыхлителей процесс рыхления имеет чётко выраженную цикличность. Цикл рыхления грунта состоит из последовательно выполняемых и повторяемых в процессе движения рыхлителя операций заглубления, установившегося рыхления и выглубления. Именно в этой последовательности рассмотрим механику процесса рыхления сезонно-мёрзлого грунта.
Заглубление рыхлителя.
В процессе заглубления на наконечник рыхлителя действуют активные силы Рi, вызывающие появление равных и противоположно направленных реакций Ri со стороны сезонно-мёрзлого грунта (рис. 1). Активную силу рыхления обычно раскладывают на две составляющие: P01 - касательную и P02 - нормальную: Р = - R, P01 = - R01, Р02 = - R02. При заглублении угол рыхления составляет рз, величина которого по условию облегчения операции заглубления должна быть меньше угла установившегося рыхления грунта αрз< αр. Глубина рыхления в этот момент еще не достигла наибольшей соответствующей процессу установившегося рыхления h >h3. При этом угол отклонения результирующих сил рыхления и сопротивлений имеет отрицательные значения - φ3, так как отклонен от горизонтали вниз (см. рис. 1-а).
"Плавающее" состояние - часть процесса заглубления.
В некоторый момент времени, соответствующий глубине рыхления h0 (hi < h0 < h), наконечник рыхлителя оказывается в "плавающем" положении (при этом R02 = 0, a R = R01) (см. рис. 1-в). От-метим, что это положение не соответствует наибольшей глубине рыхления и, следовательно, максимальной производительности рыхления.
Установившееся рыхление
При дальнейшем заглублении рыхлителя реакций R02 меняет знак и направлена вниз. Это говорит о том, что наконечник заглубляется в грунт сам без приложений усилий. Во избежание стопорения машины (из-за резкого возрастания усилий рыхления в связи с увеличивающейся глубиной рыхления) оператор рыхлителя вынужден, управляя гидросистемой, прикладывать к наконечнику усилие Р02, направленное вверх к поверхности грунта. Этот момент, когда глубина рыхления достигает наиболее возможной (h >hmax), соответствует максимуму производительности и является расчетным для установления основных закономерностей механики процесса рыхления грунта (см. рис. 1-в). В данный момент угол рыхления занимает промежуточное положение между αрз и αрв, соответствующих заглублению и подъему стойки рыхлителя из грунта: αрз < αр < αрв.
Выглубление рыхлителя
По окончании операции рыхления стойку рыхлителя поднимают вверх. При этом на наконечник рыхлителя со стороны грунта действуют реакции R02 и R01. Глубина рыхления при выглублении меньше наиболее возможной hв < h, а угол рыхления для облегчения выглубления наконечника наибольший: αрв >αр.
Таким образом, эффект "плавающего" положения наконечника рыхлителя наблюдается со времени начала применения статических рыхлителей при разработке прочных и мёрзлых грунтов. Однако в литературе [1, 2] нет формул для определения глубины h0. Сам эффект описан в работах И.К. Растегаева [3, 4], но и в них отсутствует математическое решение определения глубины "плавания". Однако приведенные в этих работах формулы позволяют после соответствующих преобразований получить зависимость для определения глубины h0. Мы показали что, вычислив реакцию R01 и зная прочностные характеристики разрабатываемого грунта можно вычислить интересующую нас глубину "плавания" по разработанной методике.
а)
б)
в)
г)
Рис. 1 Изменение активных сил рыхления грунта и реакций грунта на них в процессе заглубления (а), рыхления (в) и выглубления (г). Плавающее положение показано на схеме (б).
Литература
1. Зеленин А.Н. Основы разрушения грунтов механическими способами. - М.: Машиностроение, 1968. - 376 с.
2. Растегаев И.К. Механика и теплофизика статического рыхления вечномерзлых грунтов. - Красноярск: Изд-во Краснояр. ун-та, 1988. - 224 с.
3. Растегаев И.К. Разработка мерзлых грунтов в северном строительстве / И.К. Растегаев - Новосибирск: ВО "Наука". Сибирская издательская фирма, 1992. - 351 с.
4. Сердобов В.Б., Растегаев И.К. Исследование рыхления грунтов криолитозоны // Применение природосберегающих технологий в условиях холодных регионов: Материалы IX Международного симпозиума по развитию холодных регионов 1-5 июня 2010 г. - Якутск, 2010. - С. 159.
|
