Определение сопротивления движению дренера в грунте
Данатаров, Агахан. Определение сопротивления движению дренера в грунте / Агахан Данатаров, Гуйзгельды Байджанов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2010. — № 7 (18). — С. 35-43. — URL: https://moluch.ru/archive/18/1837/ (дата обращения: 09.03.2022).
Основным технологическим процессом, связанным прокладкой кротового увлажнителя является резание грунта рабочими органами кротователя. Нож разрезает грунт на установленную глубину и одновременно тянет за собой дренер и уширитель /2,3,4/.
Движение дренера сопровождается скалыванием грунта в сторону наименьшего сопротивления. На величину скаливания оказывают влияние, прежде всего, геометрические параметры клинообразного дренера, которыми являются: угол заточки; диаметр; длина цилиндрической части; задний угол.
Диаметр дренера является технологическим параметром и величина его рекомендуется 50-60 мм. К.А. Пилкаускас и другие авторы установили, что изменение заднего угла не оказывает существенного влияние на величину сопротивлению движению. Задний угол дренера обеспечивает плавную без резких переходов упругую отдачу грунта. Стенки дрены были более гладкими при величине заднего угла 30 0 .
Одним из факторов, влияющих на сопротивление движению и устойчивость кротовин, является длина цилиндирической части дренера. Исследования, проведенные К.А. Пилкаускасом /7/ и других, показали, что с увеличением длины цилиндрической части от 100 до 500 мм улучшается качество дрены и движение дренера более устойчиво, а сопротивление движению увеличивается на 20%. Он рекомендует длину цилиндрической части дренера 200 мм /2/.
Общее усилие резания дренером и его состовляющие на разной глубине мы не исследовали, т.к. глубина закладки кротовых увлажнителей определена многими исследователями и должна находится в пределах 50-55 см до дна кротовины у зависимости от условий закладки.
Перечисленные исследования определяли оптимальные параметры дренера дренажных и дренажно-кротовых машин, беря за критерий в основном, минимальное тяговое сопротивление. Между тем, увеличение прочности, а следовательно, и срока службы кротовины, улучшение ее мелиоративных показателей в ряде случаев полностью компенсируют некоторое увеличение тягового сопротивления.
Исследования дренера по вопросу определения влияния угла заточки дренера на величину и направление составляющих тягового сопротивления проводилась в лабороторных (почвенный канал ЮжНИИГиМа) и полевых условиях (ОПХРООМСа). Был применен метод “НАТИ” позволяющий определить горизонтальную (Рд г ) и вертикальную (Рд в ) составляющие усилия резания почвы рабочими органами кротователя, основанный на использовании специально изготовленных тензометрических пальцев.
Для исследований были изготовлены дренеры с углами заточки 17 0 , 20 0 , 23 0 , 27 0 , 30 0 , 33 0 . Материал дренеров сталь-3. Остальные параметры клинообразных дренеров: диаметр -60 мм, длина цилиндрической части 150 мм, задний угол -30 0 , были приняты с учетом результатов выше перечисленных исследований. Почва грунтового канала по мехсоставу (по Н.А. Качинскому) относилась к легкоглинистой со средним значением удельного веса 2,78, объемного веса -1,29 г/см 3 . В полевых условиях почвы представлены предкавказскими черноземами тяжело-суглинистого (близко к легкосуглинистым) механического состава с объемным весом -2,64 г/см 3 . Влажность почвы было 22,1 % от веса сухой почвы. Измерения проводились при скорости движения тележки 1,7 км/час в лабораторных условиях и 4 км/час в полевых.
Минимальную величину горизонтальной составляющей имеет дренер с углом заточки -27 0 , т.е. с уменьшением или увеличением угла заточки против -27 0 горизонтальная составляющая увеличится. Увеличение горизонтальной составляющей сопротивления почвы при увеличении угла заточки дренера от 27 0 до 33 0 наших опытах, связано с началом образования уплотненного ядра почвы перед клином. К.А. Пилкаускас тоже отмечал подобное явление, что клинообразного дренера с углом заточки 25 0 начинает образовываться уплотненное ядро, которое окончательно формируется при угле заточки -60 0 .
При изменении угла заточки дренера изменяется величина вертикальной (Рд в ) составляющей сопротивления почвы резанию. Вертикальная (Рд в ) составляющая при углах заточки клинообразного дренера 17-33 0 направлена вниз (является заглубляющей) и при уменьшении угла увеличивается от 127 до 255 кг в наших опытах.
Таким образом, на сегодняшний день ученый Гришков Э.В. в полной мере установил /2/, для обеспечения устойчивого хода кротователя, повышения долговечности кротовин при минимально возможных значениях тягового сопротивления, необходимо применять дренер клинообразной формы с углом заточки 17-20 0 , с длиной цилиндрической части порядка 150-200, диаметром 60 мм.
Исходя вышеизложенного или принимая оптимальных параметров, определение сопротивления движению дренера определяем на основе динамометрирования. Однако, для аридной зоны в качестве рабочих органов были применены усеченные дренеры на шарнирной тяге с ножом со ступенчато установленными ножами.
В работе применялись разные методы лабораторных (почвенный канал ТуркменНИИГиМа) рис.1. и полевых (Каракумский район Марыйский область) исследований. Установление оптимальных параметров рабочего оборудования и конструкции дрен производились в грунтовом канале (длиной 42м), оснащенном оборудованием для исследования процессов резания грунта кротодренажными рабочими органами. Оборудование включает динамометрический стенд, установленный на передвижной тележке. Силы резания определялись по деформациям двух тензометрических балок. На каждую тензометрическую балку было наклеено по четыре датчика, выполняющих функции рабочих и компенсационных датчиков, что позволило регистрировать только разность напряжений на базовом участке балочки, заключенной между собой датчиками (5,6).
Рис. 1. Конструктивная схема грунтового канала и кротовательной установки
1-железобетонная емкость; 2-рельсовая колея; 3-передвижная тележка; 4-кротователь-рыхлитель; 5-тяговая лебедка; 6-трос; 7-глинистый почвогрунт; 8-динамометр; 9-двигатель тяговой лебедки; 10-коробка скоростей; 11-редуктор; 12-барабан.
Рис.2. Кинематическая схема динамометрического стенда
Динамометрическая тележка /1/ включает вертикальные направляющие, в которых перемещается суппорт /3/. На суппорте закреплены горизонтальная /4/ и вертикальная /5/ тензометрические балки, к которым посредством серьги /6/ и хомутов /7/ подвешен узел крепления ножей /8/, на котором установлен нож /9/. Силы резания определяются по деформациям двух тензометрических балок. На каждую тензометрическую балку было наклеено по четыре датчика, выполняющих функции рабочих и компенсационных датчиков.
Дренеры имели заточки = 30 0 , длину цилиндрической части 200 мм и диаметр 30, 40, 50, 60 мм. Опыты с дренерами были проведены на трех глубинах: 50; 60; 70 мм.
Рис. 3. Схема наклейки и соединения тензометрических датчикой в измерительные мосты
Для сравнения результатов опытных и полевых данных определили редуцированную силу резания Р путем деления фактически действующей силы на показание динамического плотномера –c.
P = /1/
Среднее значение редуцированной силы получено как среднее арифметическое всех редуцированных сил.
Рис. 4. Устройство для рыхления-кротования почвы
1-вертикальный нож; 2-разрыхляющий зуб; 3-щелеразрезающий зуб; 4-крепление шарнирное; 5-кротователи.
В лагорифмических координатах точки опытных данных располагаются на прямых. Кривые лагорифмических координатах имеют вид:
= n + /2/
горизонтальной составляющей общей силы резания и
= m + /3/
для вертикальной составляющей. На координатной сетке равномерных шкал эти уравнения имеют вид показателей функции
Ph= Ad n /4/
PV= Bd m /5/
Коэффициенти A, n, B, m имеют следующие значения:
A = 1,06; n = 2,6; B = 4,1; m = 1,96.
Таким образом, формулы /4/ и /5/ можно записать в виде:
Ph= 1,06d 2,6 /6/
PV= 4,1d 1,96 /7/
Ph и PV– выражаются в килограммах; d - в сантиметрах.
Горизонтальные составляющие силы резания вместе с силой резания грунта ножом представлено на рис. 5.
На рис. 5. кривые 1 \ ,2 \ , 3 \ горизонтальной составляющей силы резания построены с приемами I, II, III горизонтальной силы, действующей на нож. Анализ кривых показывает, что с увеличением глубины дренирования, сила резания ножом увеличивается, при этом в начало каждой кривой 1 \ , 2 \ , 3 \ также повышается по оси ординат.
Сравнение кривых 1 \ ,2 \ , 3 \ на рисунках 5 и 7 показывает, что изменение горизонтальной составляющей силы резания и вертикальной имеют одинаковый характер, т.е. графики практически совпадают о том, что на характер изменения горизонтальной и вертикальной составляющей силы резания имеет влияние поверхность грунта.
Исходя из этого, что на минеральных грунтах применяют диаметром 40, 60 мм, глубиной закладки 60 см, то для определения горизонтальной и вертикальной составляющей реактивной силы ножом пользоваться опытными данными, представленными на рис 5,6,7,8.
Изменение горизонтальные составляющие силы резания от диаметра представлено на рис. 6. Характер изменения вертикальной составляющие силы резания от диаметра представлено на рис. 7.
Вертикальная и горизонтальная силы резания имеют вид показательной функции. Следует отметить, что с увеличением диаметра дренера горизонтальная составляющая силы резания возрастает более интенсивно чем суммарная сила, а вертикальная составляющая в меньшей степени, что указывает на то, что угол отклонения суммарной силы от горизонтали уменьшается с увеличением диаметра дренера. Данное влияние объясняется изменением величины силы трения на косой поверхности дренера, т.е. с увеличением диаметра дренера увеличивается площадь косой поверхности, а, следовательно, и возрастает более интенсивно сила трения, т.к. показатель степени более единицы. Сопоставление значений Ph и PV, полученных в результате опытов и подсчитанных по формулам /6/ и /7/ сведены в таблицах 1 и 2.