Н.Т. Сурашов, Н.М. Кирьянов

 

Казахский Национальный Исследовательский Технический Университет

имени К.И. Сатпаева,  Казахстан

 

Тенденции развития рабочих органов бульдозера для разработки влажных и липких грунтов

 

Наиболее перспективным направлением совершенствования разработки влажных и липких  грунтов является использование новых способов воздействия на грунт в сочетании с традиционными рабочими органами. Существующая тенденция увеличения суммарной мощности бульдозеров представляет собой предпосылку для реализации данного направления.

Сопротивление грунтов глубокому резанию включает в себя следующие составляющие: силу тяжести грунта, внешнее и внутрен­нее трение грунта и сопротивление отделению грунта от массива. Исходя из этого сопротивление грунтов резанию может быть снижено путем воздействия на одну из указанных составляющих или путем комплексного воздействия на ряд из них. Поставленная цель дости­гается применением газовой или жидкостной смазки рабочих поверх­ностей, полимерных и антифрикционных покрытий, эффекта вибрации, газодинамического или гидродинамического воздействия, электрофи­зических способов и их комбинации.

          Способ снижения прилипая грунта с применением жидкостной смазки может быть осуществлен путем пода­чи жидкости непосредственно на поверхности рабочего органа. В качестве жидкости применяют воду, эмульсол, либо аммиачную воду. К недостаткам этого способа относятся необходимость установки на машине емкости для жидкости, периодическая заправка этой емкости, большие расходы жидкости и интенсивная коррозия незащищенной металлической поверхности рабочего органа под дей­ствием подаваемой жидкости. Вследствие чего данный способ не по­лучил широкое распространения.

Покрытие рабочей поверхности отвала бульдозера веществами, способствующими уменьшению прилипания грунта, позволяет снизить сопротивление влажного грунта резанию. Были проведены испытания рабочего органа бульдозера, облицованного тонкими полированными листами из нержавеющей стали. Оказалось, что тяговое усилие при снятии слоя липкого грунта на 1% ниже необлицованного рабочего орга­на. С этой же целью применялись полимерные и антифрикционные покрытия.

Быстрый износ и высокая стоимость этих покрытий не позволя­ют рекомендовать их для практического применения. Кроме того, не приводят к значительному снижению тягового усилия рабочего органа.

Применение эффекта вибрации позволяет существенно снижать прилипание грунта к рабочей поверхности отвала. Анализ выполненных исследований и предлагаемых технических решений в области использования эффекта вибрации для интенсифика­ции рабочего процесса глубокого резания грунта показал, что данный способ существенно увеличивает сопротивление прилипанию грунта к рабочему органу землеройной машины. Однако, энергоемкость процесса существенно увеличивается по сравнению со статическим воздействием на грунт особенно при боль­ших скоростях резания и усложняется конструкция машины. Высоко­частотная вибрация передается на металлоконструкцию машины, что снижает долговечность конструкции и отрицательно влияет на уста­лостную прочность.

Существенное снижение прилипания грунта достигается и при использовании энергии сжатого газа.

Выполненные экспериментальные и теоретические исследования показали целесообразность применения и практическую осуществи­мость данного способа для активизации рабочих процессов ЗТМ. А.М.Кузнецов впервые предложил применять газовую смазку поверх­ностей рабочего органа, контактирующих с грунтом для снижения внешнего трения, и рекомендовал использовать в качестве источни­ка газовой смазки выхлопные газы, двигателя.

Газовая смазка поверхности отвала бульдозера позволяет устранить налипание грунта и увеличить производительность на 30-40%.

В МАДИ под руководством профессора Баловнева Б.И. исследо­вания рабочих процессов ЗТМ с газодинамическим интенсификатором проводились Л.А.Хмарой, А.Б.Ермиловым и др. В результате этих исследований разработаны методики физического мо­делирования отвальных и ковшовых рабочих органов с газодинамичес­ким интенсификатором [1,2].

Исследования эффективности использования газовой смазки ра­бочих органов ЗТМ проводились многими учеными. Ими установлено, что для снижения трения и прилипания применение газовых и жидкостных смазочных слоев может быть эффективно, хотя полное устранение трения не достигается. Наиболее целесообразно применение микропористой поверхности с равномерной подачей газа, обеспечивающей минимальный его расход и мощность.

Кроме того, данный способ отличается простотой его реализации и возможностью комбинации с любым другим способом активизации.

Газоимпульсное воздействие на грунт представляет собой эффективный способ активизации процессов резания влажных грунтов. В результате иссле­дования рабочих органов ЗТМ, оборудованных газоимпульсным интенсификатором установлены основные схемы взаимодействия рабо­чего оборудования с липким грунтом при газодинамическом интенсификаторе. Получено, что плотное прилегание поверхности рабочего органа к разрушаемой поверхности предотвращает утечку газов и повышает эффективность работы оборудования. Производительность отвального оборудования газодинамического действия  в 4-7 раз выше производительности традиционного рабочего оборудования бульдозера при, при­мерно, одинаковой энергоемкости[3].

Следует отметить, что существуют электрофизические способы активизации, заключающиеся в использовании энергии электростати­ческого заряда, подаваемого на рабочий орган. При этом осущест­вляется принудительное перемещение молекул воды к рабочей поверх­ности, соприкасающейся с грунтом, в результате чего снижается прилипание грунта к рабочей поверхности отвала[4].

Применяются и комбинированные способы активизации, такие как вибротепловой, виброэлектроосмотический, термогазовый и дру­гие.

Электрофизические и комбинированные способы позволяют зна­чительно снизить усилие резания влажного и липкого грунта.

 Анализ методов интенсификации рабочих процессов  разработки липких и влажных грунтов и рабочих процессов ЗТМ показал следующее, что наи­более перспективным и целесообразным способом активизации явля­ется применение энергии сжатого воздуха для устранения прилипания грунта.

 

 

Литература:

1.   Баловнев В.И., Хмара Л.А. «Интенсификация разработки грунтов в дорожном строительстве». Монография. – М.: Транспорт,2003.-384с.

2.   Захарчук Б.З., Телушкин В.Д., Шлойда Г.А., Яркин А.А. «Бульдозеры и рыхлители». – М.: Машиностроение,1997. – 240с.

3.   Недорезов И.А., Машкович О.Н., Спивак С.Г. «Машины и механизмы транспортного строительства». – М.: Транспорт,1999. -360с.

4.   Сурашов Н.Т. «Прогнозирование конструкций рабочих органов землеройно-транспортных машин на основе анализа патентной информации». Монография. – Алматы: КазНТУ, 2004. – 164с.