Хайбуллин Р.Р., Бестембек Е.С.

Республика Казахстан, г. Караганда, Карагандинский государственный технический университет

Конструкция и результаты испытаний на стенде резания СР-1

В рамках научных исследований авторов были проведены экспериментальные исследования с целью подтверждения результатов, полученных аналитическим путем. Одна из частей экспериментальных исследований проводилась на стенде резания СР-1, который позволяет определить силы, действующие на резец, разрушающий грунт.

Стенд СР-1 (стенд резания), в соответствии с рисунком 1, состоит из тензометрического резца 1, механизма привода вращения резца 2, планки для крепления резца 3, механизма подачи грунтового контейнера на резец 4, рамы 5, двигателя постоянного тока 6, трансмиссии 7, грунтового контейнера 8, направляющих стоек 9. Предусмотрена возможность регулирования скорости подачи грунта на резец. Конструкция этого механизма предусматривает возможность изменения угловой скорости вращения резца, а также радиуса кривизны его движения.

Рама механизма позволяет крепить его так, что резец вращается в горизонтальной, в соответствии с рисунком 2, или вертикальной, в соответствии с рисунком 3, плоскостях. Стенд может оснащаться резцами с разными углами резания и конфигурацией режущего периметра.

Конструкция крепления резцов позволяла записывать сопротивление срезу по лобовой грани резца, по боковым граням и режущей кромке. Измерительная аппаратура позволяла фиксировать усилие резания, толщину срезаемой стружки, скорость движения резца при постоянном радиусе вращения и грунтовых условиях.

Для создания подобия грунтовых условий соответствующих грунтовому массиву (в связных грунтах) вырезали целик грунта. Скорость вращения резца фиксировалась тахогенератором, толщина срезаемой стружки - реохордным датчиком перемещения, начало и конец одного оборота вращения – герконами.

При взаимодействии тензометрического резца с забоем усилие резания передавалось с него на пружинную пластинку 1 с тензометрическими датчиками 2 и 3, преобразовывалось в изгибающее усилие, которое улавливалось тензоусилителем 4 и регистрировалось светолучевым осциллографом 5, в соответствии с рисунком 4.

Для сравнения полученных измерений стенд дополнялся грунтовым лотком для прямолинейного резания. Механизм движения подачи резца позволял менять его скорость от 0 до 2 м/с.

При проведении экспериментов на стенде СР-1 вырезался целик грунта. Затем лабораторными методами определялись физические и механические свойства грунта: плотность, объёмный вес, влажность, угол внутреннего трения, сцепление, число пластичности, угол трения грунта о сталь, а также число ударов ударником ДорНИИ.

Исследования на стенде СР-1 выполнялись в два этапа. На первом этапе осуществлялось прямолинейное резания грунта, на втором резание при вращении в вертикальной плоскости. При планировании эксперимента использовался классический план.

Радиус вращения изменялся от 0,05м. до 1м.; угол резания резцов от 30 до 90⁰. Фиксированные значения радиуса вращения и скорости резания были следующие: R₁=0,2м, R₂ = 0,4м, R₃ =0,6м, R₄ =0,8м, R₅ =1м, V₁ =0,05м/с, V₂ =0,1м/с, V₃ =1м/с, V₄ =1,5м/с, V₅ =2,5м/с. Скорость резания менялись от 0,05м/с до 2,5м/с. Грунтовые условия соответствовали глинам, суглинкам и пескам (таблица 1).

Рисунок 1 – Схема стенда СР-1

Рисунок 2 – Стенд СР-1

Рисунок 3 – Резец стенда СР-1

Рисунок 4 – Схема тензометрического резца стенда СР-1

При обработке осциллограмм определялось усилие резания лобовой гранью ножа, полная удельная сила среза грунта и удельные сопротивления срезу боковыми гранями. Сопротивление среза боковыми гранями определялось резанием пластиной, плоскость которой перпендикулярна забою.

Результатом эксперимента на стенде СР-1, явились полученные значения удельных сил сопротивления подаче и вращению рабочего органа А и В и их зависимостей от угла резания δ, ширины площадки износа а, радиуса резания R, категории грунта.

В результате экспериментов получены зависимости скорости заглубления от усилия подачи, удельных сил от числа резцов. Основным результатом эксперимента являлось получение значений удельных сил сопротивления подаче и вращению РО в зависимости от категории разрабатываемого грунта.

Таблица 1 – Характеристика грунтов при проведении эксперимента

Характеристика грунтов	Плотный увлажненный крупно - зернистый песок	Суглинок без включений в состоянии среднего увлажнения	Глина средней плотности
Плотность, Н/м^3	2,5·10^4	2,7·10^4	2,7·10^4
Угол внутреннего трения, %	30	25	13
Влажность, %	12	18,5	12,5
Сцепление, Н/м^2	-	0,5·10^-2	0,9·10^-2
Число пластичности	-	14	40
Угол трения о сталь	35˚	38˚	39˚

В результате экспериментальных исследований были получены осциллограммы, характеризующие изменение силы резания на резце экспериментального стенда СР-1.