Модель определения сопротивления копания пластичных водонасыщенных грунтов

Статья направлена на разработку нового метода расчёта нагрузок на исполнительные органы ковшового типа при разработке пластичных водонасыщенных грунтов. Актуальность темы обусловлена необходимостью совершенствования методов прогнозирования рабочих нагрузок на исполнительные органы грунторазрабатываю...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2014
Main Author:	Шепель, Т.В.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2014
Series:	Геотехнічна механіка
Online Access:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/135783
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Модель определения сопротивления копания пластичных водонасыщенных грунтов / Т.В. Шепель // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 116. — С. 194-202. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-135783
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1357832018-06-16T03:04:39Z Модель определения сопротивления копания пластичных водонасыщенных грунтов Шепель, Т.В. Статья направлена на разработку нового метода расчёта нагрузок на исполнительные органы ковшового типа при разработке пластичных водонасыщенных грунтов. Актуальность темы обусловлена необходимостью совершенствования методов прогнозирования рабочих нагрузок на исполнительные органы грунторазрабатывающих машин с учётом особенностей свойств разрабатываемой грунтовой среды в подводных условиях. Предлагаемый метод расчёта основан на использовании реологической модели течения вязкопластической среды Бингама-Шведова. Результаты наблюдений процесса копания водонасыщенных грунтов позволили предложить модель заполнения ковша. Введены понятия состояния предельного заполнения ковша и предельных параметров заполнения. Разработана математическая модель для определения сопротивления заполнению ковша при копании пластичных водонасыщенных грунтов с учётом их реологических и физико-механических свойств. Предлагаемый метод расчёта позволяет повысить точность прогнозирования рабочих нагрузок на ковшовые исполнительные органы при разработке подводных месторождений полезных ископаемых. Стаття спрямована на розробку нового методу розрахунку навантажень на виконавчі органи ковшового типу при розробці пластичних водонасичених ґрунтів. Актуальність теми обумовлена необхідністю вдосконалення методів прогнозування робочих навантажень на виконавчі органи ґрунторозробних машин з урахуванням особливих властивостей розроблюваного ґрунтового середовища в підводних умовах. Запропонований метод розрахунку заснований на використанні реологічної моделі в’язкопластичного середовища Бінгама-Шведова. Результати спостережень процесу копання водонасичених ґрунтів дозволили запропонувати модель заповнення ковша. Введено поняття стану граничного заповнення ковша та граничних параметрів заповнення. Розроблено математичну модель для визначення опору заповнення ковша при копанні пластичних водонасичених ґрунтів з урахуванням їх реологічних та фізико-механічних властивостей. Запропонований метод розрахунку дозволяю підвищити точність прогнозування робочих навантажень на ковшові виконавчі органи при розробці підводних родовищ корисних копалин. The article is aimed to development of the new method of workloads calculation at excavation of plasticity waterlogged soils with the bucket working tools. Relevance of this subject is caused by requirement of improving the methods of workloads calculation with taking into account the features of underwater soils properties. The proposed method is based on the Bingam-Shvedov rheological model of soil. Studying of digging process at excavating the waterlogged soils allowed offering the model of bucket filling process. The notions of the ultimate bucket filling condition and the ultimate bucket filling parameters are introduced. The mathematical model for defining of the bucket filling force at digging the plasticity waterlogged soils is given. The offered method allows improving the accuracy of forecasting workloads on a bucket working tools at the development of underwater mineral deposits. 2014 Article Модель определения сопротивления копания пластичных водонасыщенных грунтов / Т.В. Шепель // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 116. — С. 194-202. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/135783 622.271.64:624.132.3 ru Геотехнічна механіка Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Статья направлена на разработку нового метода расчёта нагрузок на исполнительные органы ковшового типа при разработке пластичных водонасыщенных грунтов. Актуальность темы обусловлена необходимостью совершенствования методов прогнозирования рабочих нагрузок на исполнительные органы грунторазрабатывающих машин с учётом особенностей свойств разрабатываемой грунтовой среды в подводных условиях. Предлагаемый метод расчёта основан на использовании реологической модели течения вязкопластической среды Бингама-Шведова. Результаты наблюдений процесса копания водонасыщенных грунтов позволили предложить модель заполнения ковша. Введены понятия состояния предельного заполнения ковша и предельных параметров заполнения. Разработана математическая модель для определения сопротивления заполнению ковша при копании пластичных водонасыщенных грунтов с учётом их реологических и физико-механических свойств. Предлагаемый метод расчёта позволяет повысить точность прогнозирования рабочих нагрузок на ковшовые исполнительные органы при разработке подводных месторождений полезных ископаемых.
format	Article
author	Шепель, Т.В.
spellingShingle	Шепель, Т.В. Модель определения сопротивления копания пластичных водонасыщенных грунтов Геотехнічна механіка
author_facet	Шепель, Т.В.
author_sort	Шепель, Т.В.
title	Модель определения сопротивления копания пластичных водонасыщенных грунтов
title_short	Модель определения сопротивления копания пластичных водонасыщенных грунтов
title_full	Модель определения сопротивления копания пластичных водонасыщенных грунтов
title_fullStr	Модель определения сопротивления копания пластичных водонасыщенных грунтов
title_full_unstemmed	Модель определения сопротивления копания пластичных водонасыщенных грунтов
title_sort	модель определения сопротивления копания пластичных водонасыщенных грунтов
publisher	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
publishDate	2014
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/135783
citation_txt	Модель определения сопротивления копания пластичных водонасыщенных грунтов / Т.В. Шепель // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 116. — С. 194-202. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Геотехнічна механіка
work_keys_str_mv	AT šepelʹtv modelʹopredeleniâsoprotivleniâkopaniâplastičnyhvodonasyŝennyhgruntov
first_indexed	2025-07-10T00:06:48Z
last_indexed	2025-07-10T00:06:48Z
_version_	1837216310836068352
fulltext	194 УДК 622.271.64: 624.132.3 Шепель Т.В., аспирант (ГВУЗ «НГУ») МОДЕЛЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ КОПАНИЮ ПЛАСТИЧНЫХ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГРУНТОВ Шепель Т.В., аспирант (ДВНЗ «НГУ») МОДЕЛЬ ВИЗНАЧЕННЯ ОПОРУ КОПАННЮ ПЛАСТИЧНИХ ВОДОНАСИЧЕНИХ ҐРУНТІВ Shepel T.V., Doctoral Student (State HEE “National Mining University”) MODEL FOR DETERMINING THE DIGGING FORCE AT EXCAVATION THE PLASTICITY WATERLOGGED SOILS Аннотациѐ. Статьѐ направлена на разработку нового метода расчёта нагрузок на исполнительные орга- ны ковшового типа при разработке пластичных водонасыщенных грунтов. Актуальность темы обусловлена необходимостья совершенствованиѐ методов прогнозированиѐ рабочих нагрузок на исполнительные орг а- ны грунторазрабатываящих машин с учётом особенностей свойств разрабатываемой грунтовой среды в по д- водных условиѐх. Предлагаемый метод расчёта основан на использовании реологической модели течениѐ вѐзкопласт и- ческой среды Бингама-Шведова. Результаты наблядений процесса копаниѐ водонасыщенных грунтов позво- лили предложить модель заполнениѐ ковша. Введены понѐтиѐ состоѐниѐ предельного заполнениѐ ковша и предельных параметров заполнениѐ. Разработана математическаѐ модель длѐ определениѐ сопротивлениѐ заполнения ковша при копании пластичных водонасыщенных грунтов с учётом их реологических и физико - механических свойств. Предлагаемый метод расчёта позволѐет повысить точность прогнозированиѐ рабочих нагрузок на ковшовые исполнительные органы при разработке подводных месторождений полезных иск о- паемых. Клячевые слова: подводнаѐ разработка, землеройнаѐ машина, копание, водонасыщенный грунт. Введение Прогнозирование рабочих нагрузок на исполнительные органы землеройных ма- шин, предназначенных длѐ работы в особых условиѐх эксплуатации, позволѐет значитель- но повысить эффективность их применениѐ, а также сократить материальные и временные затраты на освоение новой техники. К особым условиѐм эксплуатации можно отнести разработку грунтов под водой при проведении дноуглубительных работ, строительстве гидротехнических сооружений, про- кладке коммуникаций, разработке подводных месторождений твёрдых полезных ископа- емых. В последнем случае добычные работы могут производитьсѐ на глубинах в несколько тысѐч метров (добыча железомарганцевых конкреций со дна Мирового океана, глубоко- водных органо-минеральных, металлоносных илов и т.д.). Наличие водной среды оказывает значительное влиѐние на процесс копаниѐ грунта. Поэтому вопросы, свѐзанные с определением нагрузок на исполнительные органы земле- ройных машин при разработке грунтов под водой требуят более детального рассмотре- ниѐ. Анализ последних исследований Определения нагрузок на исполнительные органы грунторазрабатываящих машин при подводной разработке грунтов посвѐщены работы многих исследователей. @ Шепель Т.В. Геотехнічна механіка. 2014. № 116 195 Длѐ определениѐ усилиѐ сопротив- лениѐ копания влажных грунтов, как пра- вило, используят формулу Н.Г. Домб- ровского (рис. 1): к р т пP P P P   , где Рр – сопротивление грунта резания; Рт – сопротивление трения рабочего органа о грунт; Рп – сопротивление перемещения призмы волочениѐ и движения грун- та в ковше. Применительно к разработке под- водных месторождений В.И. Баловнев предложил учитывать влиѐние гидростатического давлениѐ следуящим образом 1+:   01 R к р т п P P P P P P    , где PR/Р01 – соотношение силы копаниѐ под гидростатическим давлением PR к силе ко- паниѐ в атмосферных условиѐх P01, определѐемых по результатам физического мо- делированиѐ в барокамере. Д.Д. Тургумбаев исследовал процесс разработки глубоких траншей под слоем глини- стого раствора при строительстве подземных сооружений способом «стена в грунте». Со- гласно результатам проведенных исследований, сопротивление копания грунта плоским отвалом предложено определѐть по зависимости: к р т RP P P P   . Исследованиѐ, проведенные в Киевской академии строительства и архитектуры (ныне Киевский национальный университет строительства и архитектуры), показали неза- висимость прочностных свойств и сопротивлениѐ разрушения полностья водонасыщен- ных грунтов с различной фильтрационной способностья от гидростатического давлениѐ [1]. М.К. Сукачем 1+, В.Г. Моисеенко, А.А. Карошкиным, В.А. Лобановым, С.П. Огородниковым, А.И. Коптеловым и др. исследователѐми предложены математиче- ские модели длѐ определениѐ сил резаниѐ грунта под водой длѐ различных типов и режи- мов работы землеройных машин, в том числе с использованием вибрационного воздей- ствиѐ 2+. Однако опыт разработки грунта на суше показывает, что длѐ отвально-ковшовых рабочих органов (бульдозеров, скреперов, экскаваторов) долѐ составлѐящих Рт и Рп в об- щем балансе сопротивлений может составлѐть от 30 до 70 % в зависимости от прочности грунта 3+. Причём с уменьшением прочности грунта долѐ указанных составлѐящих увели- чиваетсѐ. Следовательно, при копании слабых водонасыщенных грунтов доля усилиѐ ре- заниѐ в общем балансе сопротивлений следует ожидать намного меньшей доли сопротив- лениѐ перемещения грунта в ковше. Поэтому определение нагрузок на исполнительный орган, обусловленных силами вѐзкого трениѐ срезаемого пласта о стенки ковша, требует проведениѐ отдельных исследований. Целья настоѐщей работы ѐвлѐетсѐ разработка математической модели длѐ опреде- лениѐ усилиѐ сопротивлениѐ копания слабых водонасыщенных грунтов ковшовым испол- нительным органом. ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) 196 Изложение основного материала исследований В работе 4+ приведено условие, при котором процесс резаниѐ пластичного водона- сыщенного грунта ножом землеройной машины переходит в процесс его раздвиганиѐ без отделениѐ стружки: 0 02p  , (1) где p0 – давление пригрузки на поверхность донного грунта от призмы волочениѐ; τ0 – граничное напрѐжение грунта сдвигу. Условие (1) показывает, что при некоторых параметрах призмы волочениѐ процесс заполнениѐ ковша прекращаетсѐ. Следовательно, параметры грунтового кома в ковше также ограничены. В дальнейшем состоѐние заполнениѐ, при котором выполнѐетсѐ усло- вие (1), будем обозначать как состоѐние предельного заполнениѐ ковша, а параметры, со- ответствуящие такому состоѐния (длина и высота грунтового кома в ковше, времѐ запол- нениѐ и т.п.) – соответственно предельными параметрами заполнениѐ. Согласно принѐтым обозначениѐм, заполнение ковша при копании осуществлѐетсѐ в промежутке времени 0 < t < tпр (tпр – предельное времѐ заполнениѐ). При разработке пла- стичных водонасыщенных грунтов большаѐ часть работы расходуетсѐ на преодоление сил межслоевого трениѐ грунта вследствие контакта срезаемого пласта со стенками ковша, остальнаѐ часть – на разрушение структурных свѐзей частиц грунта при его резании и деформировании. При t  tпр изменение геометрических па- раметров грунтового кома и призмы волочениѐ не происходит и всѐ работа затрачиваетсѐ на перемещение приз- мы волочениѐ и раздвигание грунта перед ковшом в стороны, образуѐ так называемые валики (рис. 2). В послед- нем случае усилие копаниѐ принимает максимальное значение. Определим усилие копаниѐ в момент времени t = tпр - dt, где dt – бесконечно малый промежуток времени. В этом случае все ещё происходит заполнение ковша, а усилие копаниѐ Рк бесконечно близко приближа- етсѐ к своему максимальному значения:     maxк пр к пр к P t dt P t P   . В дальнейшем будем рассматривать лобовуя грань режущей части и внутренняя нижняя стенку ковша как одну поверхность. При этом усилие резаниѐ полагаем намного меньшим сопротивлениѐ заполнения ковша, поэтому усилие сопротивлениѐ копания бу- дет определѐтьсѐ выражением: к з т гдP P P P   , (2) где Рз – сопротивление перемещения грунта в ковше (сопротивление заполнения); Ргд – гидродинамическое сопротивлениѐ перемещения срезанного грунта в воде. Сопротивление заполнения можно определить по следуящему выражения: 2з бок днP P P  , (3) где Pбок и Pдн – поверхностные усилиѐ, обусловленные трением срезаемого пласта соот- ветственно о боковуя и нижняя стенки ковша. Геотехнічна механіка. 2014. № 116 197 В работе 1+ показано, что при разра- ботке пластичных водонасыщенных грун- тов в поступаящем в ковш потоке грунта можно условно выделить зону вѐзкого те- чениѐ грунта I и зону твёрдых участков II (рис. 3). При трении о поверхность в потоке грунта возникаят касательные напрѐжениѐ , величина которых в зоне I определѐятсѐ уравнением Бингама-Шведова: 0 пл dv dn    , (4) где пл – пластическаѐ вѐзкость грунта; dv/dn – градиент скорости деформированиѐ вдоль нормали к стенке ковша n. Поверхностные усилиѐ Рпов определѐятсѐ выражением: пов S P dS  , (5) где S – площадь поверхности контакта. Лабораторные исследованиѐ по резания пластичных водонасыщенных грунтов мо- делья ковша как в атмосферных условиѐх, так и под толщей воды показали, что в процессе копаниѐ в ковше формируетсѐ грунтовый ком, форма которого близка к эллиптической. Поэтому при проведении дальнейших расчётов необходимо учитывать изменение скоро- сти частиц грунта вдоль стенок при заполнении ковша в промежутке времени от 0 до tпр. Длѐ упрощениѐ задачи кривуя, описываящуя контур грунтового кома в ковше, за- дадим уравнением окружности (рис. 4):  r R  , где R – радиус контура. При копании за промежуток времени dt объем грунта, поступившего в ковш, будет составлѐть: 0 0ргdV k h v bdt , (6) где kрг = V/Vобщ – коэффициент распределениѐ грунта, характеризуящий отношение объёма грунта V, поступаящего в ковш, к общему объёму срезанного грунта Vобщ = V + Vпв; Vпв – объем призмы волочениѐ; h0 – глубина резаниѐ; v0 – скорость резаниѐ; b – ширина ковша. При этом частицы грунта из т. М пе- реместѐтсѐ в т. М1, преодолев расстоѐние dr. Определим величину dr из следуящего уравнениѐ:    V t dt V t dV   , или, подставив формулу длѐ определениѐ объёма четверти цилиндра, с учётом (6), получим равенство:   2 2 0 0 1 1 4 4 ргb r dr br k h v bdt    . (7) ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) 198 Единственным корнем уравнениѐ (7), имеящим физический смысл, ѐвлѐетсѐ: 2 0 0 4 .ргdr r k h v dt r     (8) Разложим правуя часть равенства (8) в рѐд Тейлора, ограничиваѐсь тремѐ первыми членами (до бесконечно малых первого порѐдка). После преобразований окончательно получим: 0 02 ргk h v dr dt r  , откуда можно определить мгновеннуя скорость перемещениѐ частиц vR: 0 02 ( ) рг R k h vdr v r dt r   , (9) где r  h0, поскольку значение скорости vR в рассматриваемой задаче не должно превы- шать скорости резаниѐ v0. В общем случае изменение скорости частиц грунта в направлении нормали к стенке ковша описываетсѐ уравнением параболы вида 5+: 2( )v n An Bn C   , (10) где n – нормальное расстоѐние от стенки ковша до рассматриваемой точки; А и В – коэффициенты; С – свободный член. Из условиѐ прилипаниѐ частиц грунта к стенке (v(0) = 0) получим С = 0. На границе разделениѐ зон I и II скорость перемещениѐ частиц грунта равна скорости движениѐ свѐзной области: ( )I Rv n v , (11) где nI – толщина зоны текучести грунта. Подставив значение производной dv(n)/dn в выражение (4) можно записать зависи- мость величины касательных напрѐжений  = f(n):    0 2плn An B     . (12) Условие равенства касательных напрѐжений на границе разделениѐ текучей и свѐз- ной областей граничному напрѐжения на сдвиг имеет вид:   0In  , (13) Решаѐ совместно уравнениѐ (10) и (12) с учётом граничных условий (11) и (13) опре- делѐем значениѐ коэффициентов А и В. Окончательно функциѐ (10) примет вид: 2 2 2 ( ) R R I I v v v n n n n n    . (14) Подставив значениѐ коэффициентов А и В в (12) получим выражение:   0 2 2 2R R пл I I v v n n n n             . (15) Величина касательных напрѐжений у стенки ковша будет равна: 0 0 2 пл R n I v n      , или с учётом формулы (9): Геотехнічна механіка. 2014. № 116 199 0 0 0 0 4 рг пл n I k h v n r        . (16) Обозначим толщину вѐзкотекучей области у боковой стенки ковша как bI, у нижней стенки – hI. Подставлѐѐ (16) в формулу (5) находим поверхностное усилие Рбок: 0 0 0 0 0 0 0 4 4 2 R рг пл рг пл бок I IS h k h v k h v P dS rdr b r b r                              0 0 0 0 0 81 4 рг пл I k h v R h R h b            . (17) Аналогичным образом определѐем поверхностное усилие длѐ нижней стенки: 0 0 0 0 0 0 0 4 4R рг пл рг пл дн I IS h k h v k h v P dS bdr h r h r                           0 0 0 0 0 41 lnрг пл I k h v R b R h h h               . (18) Сопротивление заполнения находим путём подстановки выражений (17) и (18) в (3). После преобразований полученнаѐ зависимость примет вид:      0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 8 4 ln . 2 з рг пл рг пл I I v v R P R h R h k h b R h k h b h h                          (19) В полученном выражении отношениѐ v0/bI и v0/hI характеризуят скорости угловых деформаций грунта d/dt. Известно, что вѐзкость глинистых водонасыщенных грунтов зависит от величины нагрузки и времени её действиѐ 1+. Вместе с тем, с уменьшением скорости движениѐ ча- стиц грунта в заборной полости ковша (см. выражение (9)) толщина вѐзкотекучей области может изменѐтьсѐ. Совокупное влиѐние факторов на величину касательных напрѐжений носит сложный характер, поэтому вместо произведениѐ v0пл введём параметр Kг. Опытным путём установлено, что данный параметр может быть определён по зави- симости: г d K ka dt   , (20) где k = 0,5…0,7 – коэффициент, учитываящий снижение касательных напрѐжений вслед- ствие уменьшениѐ средней скорости движениѐ частиц грунта вдоль стенки ковша по сравнения со скоростья резаниѐ; a = 1 м – параметр единичной длины; d/dt – скорость угловых деформаций;  – коэффициент вѐзкости, соответствуящий скорости угловой деформации d/dt. Параметры  и d/dt можно определить по реологической кривой  = f(d/dt), полу- чаемой по результатам испытаний грунта методами вискозиметрии. При подводной разработке скорость резаниѐ, как правило, изменѐетсѐ в относи- тельно малом диапазоне, что свѐзано с ростом гидродинамического сопротивлениѐ пере- мещения рабочего органа при увеличении скорости резаниѐ, а также ограничением по скорости размыва разрабатываемых грунтов. Так среднѐѐ скорость движениѐ черпаков многочерпаковой драги находитсѐ в пределах (0,15…0,5) м/с, подводных скреперов – не более (1,2…1,5) м/с 6+. Средние значениѐ скорости воды, при которых начинаетсѐ размыв ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) 200 грунта: 0,3 м/с – длѐ илов, (0,4…0,8) м/с – длѐ песков и (0,8…2,1) м/с – длѐ лёссовых грун- тов, глин и суглинков. Глубина резаниѐ при подводной разработке, как правило, не превышает (0,2…0,25) м 7+. Поэтому в первом приближении можно определить диапазон величины d/dt, нижний предел которой составлѐет 0,67 с-1 (при v0 = 0,15 м/с, h0 = 0,25 м, hI = 0,9h0), а верхний – 50 с-1 (при v0 = 1,0 м/с, h0 = 0,1 м, hI = 0,2h0). Анализ результатов вискозиметрических испытаний глубоководных сапропелевых и кокколитовых осадков Чёрного морѐ показали, что в пределах диапазона d/dt от 0,5 до 55 с-1 функциѐ  = f(d/dt) близка к гиперболе, поэтому произведение ·d/dt изменѐетсѐ незначительно. Так длѐ морского сапропелевого ила значение ·d/dt при d/dt = 1,5 с-1 и при d/dt = 65 с-1 отличаетсѐ всего на 30 %. С учётом параметра Kг выражение (19) можно переписать в виде:      0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 8 4 ln 2 г г з рг рг I I K K R P R h R h k h b R h k h b h h                        . (21) Параметр R определим из условиѐ равенства объёмов грунта, контур грунтового ко- ма которых описываетсѐ уравнениѐми соответственно окружности и эллипса: 21 1 4 4 bR blh  , откуда R lh , (22) где l и h – соответственно длина и высота грунтового кома в ковше. При времени заполнениѐ t  tпр R = Rпр и определѐетсѐ как: пр пр прR l h . (23) При t < tпр значение параметра R можно найти по формуле: ( ) ( )фк пр прR t k t l h , (24) где kфк(t) – коэффициент формы грунтового кома, который ѐвлѐетсѐ функцией времени; показывает какаѐ долѐ предельного линейного параметра заполнениѐ (hпр и lпр) до- стигнута в момент времени t  tпр. Если справедливо предположение об эллиптической форме контура, описываящего грунтовый ком, то объём грунта в ковше в момент времени t < tпр можно определить вы- ражением:   21 ( ) 4 гр фк пр прV t k t l h b . (25) Объём срезанного грунта определѐетсѐ по формуле: 0 0( )гр ргV t k h v bt . (26) Приравниваѐ правые части выражений (25) и (26) находим коэффициент kфк: 0 0( ) 2 рг фк пр пр k h v t k t l h  . Использование коэффициента kфк позволѐет определить усилие заполнениѐ ковша в лябой момент времени. Геотехнічна механіка. 2014. № 116 201 Выводы При разработке пластичных водонасыщенных грунтов ковшовыми исполнительными органами основнаѐ часть усилиѐ копаниѐ расходуетсѐ на преодоление сил вѐзкого трениѐ при перемещении срезаемого пласта в ковш. Поэтому сопротивление заполнения ковша в общем балансе сопротивлений должно значительно превышать доля усилиѐ резаниѐ. Усилие сопротивлениѐ копания пластичных водонасыщенных грунтов может быть определено как сумма сопротивлениѐ трения рабочего органа о грунт, гидродинамиче- ского сопротивлениѐ перемещения срезанного грунта в воде и сопротивлениѐ заполне- ния ковша. Длѐ определениѐ последнего разработана математическаѐ модель, учитыва- ящаѐ физико-механические и реологические свойства разрабатываемого грунта. В состоѐнии заполнениѐ при t < tпр усилие перемещениѐ грунта в ковше зависит от объёма срезаемого грунта и мало зависит от скорости резаниѐ (в диапазоне скоростей ре- заниѐ (0,1…1,0) м/с). Максимальное сопротивление заполнения определѐетсѐ максималь- ным объёмом забранного грунта в ковше, который в своя очередь зависит от глубины ре- заниѐ, ширины ковша, физико-механических и реологических свойств разрабатываемого грунта. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Сукач, М.К. Рабочие процессы глубоководных машин / М.К. Сукач. – Киев: Наук. думка, 2004. – 364 с. – ISBN 966-00-0818-X. 2. Потураев, В.Н. Вибрационные средства добычи твердых полезных ископаемых с морского дна / В.Н. По- тураев, В.П. Надутый, А.А. Взоров // Материалы международной научно-технической конференции по рациональному использования земли и океана: современнаѐ техника и технологиѐ. – Днепропетровск: НГУ, 1999. – С. 10-14. 3. Недорезов, И.А. Машины строительного производства: учеб. пособие / И.А. Недорезов, А.Г. Савельев. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. – 119 с. – ISBN 978-5-7038-3431-2. 4. Сукач, М.К. Модель резаниѐ пластичного водонасыщенного грунта ножом землеройной машины / М.К. Сукач, В.И. Магнушевский // Зб. наук. праць ХНАДУ. – 2005. – Вип. 29. – С. 74-79. 5. Бударин, В.О. Метод расчета движениѐ жидкости / В.О. Бударин. – Одесса: Астропринт, 2006. – 137 с. – ISBN 966-318-519.8. 6. Добрецов, В.Б. Канатно-скрепернаѐ разработка малых континентальных и прибрежно-морских россыпей / В.Б. Добрецов, Д.С. Опрышко // Горный информационно-аналитический бяллетень (научно- технический журнал). – 2006. – №16. – С. 229-239. 7. Гилев, А.В. Обоснование параметров рабочего органа канатного скрепера, применѐемого при разработ- ке обводненных месторождений полезных ископаемых / А.В. Гилев, Ф.Э. Шейн // Горное оборудование и электромеханика. – 2011. – №8. – С. 2-5. REFERENCES 1. Sukach, M.K. (2004), Rabochie processy glubokovodnyh mashin [Workflows deep machines], Nauk. dumka, Kiev, Ukraine. 8. Poturaev, V.N., Nadutyj, V.P. and Vzorov, A.A. (1999), “Vibration equipment for mining of solid minerals from the sea bottom”, Proc. of the International scientific and technical conference on rational usage of land and oceans: modern equipment and technology, National Mining University, Dnepropetrovsk, pp. 10-14. 9. Nedorezov, I.A. and Savelev, A.G. (2010), Mashiny stroitelnogo proizvodstva: ucheb. posobie [Machines of building production: Textbook], MGTU im. N.Je. Baumana, Moscow, Russia. 10. Sukach, M.K. and Magnushevskij, V.I. (2005), “Model of cutting the plastisity waterlogged ground with a plane blade of an excavating machine”, Bulletin of Kharkov National Automobile and Highway University, no. 29, pp. 74-79. 11. Budarin, V.O. (2006), Metod rascheta dvizhenija zhidkosti [Fluid moving calculation method], Astroprint, Odessa, Ukraine. 12. Dobrecov, V.B. and Opryshko, D.S. (2006), “Dragline mining of the small continental and shoreline stream grav- el”, Mining informational and analytical bulletin (scientific and technical journal), no. 16, pp. 229-239. 13. Gilev, A.V. and Shejn, Je. (2011), “Justification of dragline operating tool for water-logged deposit mining”, Min- ing equipment and electromechanics, no. 8, pp. 2-5. Об авторе Шепель Тарас Вильевич, аспирант, Государственное высшее учебное заведение «Национальный гор- ный университет» (Государственное ВУЗ «НГУ»), Днепропетровск, Украина, sarat.dp@mail.ru ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) 202 About the author Shepel Taras Vilyevich, Doctoral Student, State Higher Educational Institution “National Mining University”, State HEI “National Mining University”, Dnepropetrovsk, Ukraine, sarat.dp@ymail.ru Анотаціѐ. Статтѐ спрѐмована на розробку нового методу розрахунку навантажень на виконавчі органи ковшового типу при розробці пластичних водонасичених ґрунтів. Актуальність теми обумовлена необхідністя вдосконаленнѐ методів прогнозуваннѐ робочих навантажень на виконавчі органи ґрунторозробних машин з урахуваннѐм особливих властивостей розробляваного ґрунтового середовища в підводних умовах. Запропо- нований метод розрахунку заснований на використанні реологічної моделі в’ѐзкопластичного середовища Бінгама-Шведова. Результати спостережень процесу копаннѐ водонасичених ґрунтів дозволили запропонува- ти модель заповненнѐ ковша. Введено понѐттѐ стану граничного заповненнѐ ковша та граничних параметрів заповненнѐ. Розроблено математичну модель длѐ визначеннѐ опору заповненнѐ ковша при копанні пластич- них водонасичених ґрунтів з урахуваннѐм їх реологічних та фізико-механічних властивостей. Запропонований метод розрахунку дозволѐю підвищити точність прогнозуваннѐ робочих навантажень на ковшові виконавчі органи при розробці підводних родовищ корисних копалин. Клячові слова: підводна розробка, землерийна машина, копаннѐ, водонасичений ґрунт. Abstract. The article is aimed to development of the new method of workloads calculation at excavation of plasticity waterlogged soils with the bucket working tools. Relevance of this subject is caused by requirement of improving the methods of workloads calculation with taking into account the features of underwater soils proper- ties. The proposed method is based on the Bingam-Shvedov rheological model of soil. Studying of digging process at excavating the waterlogged soils allowed offering the model of bucket filling process. The notions of the ultimate bucket filling condition and the ultimate bucket filling parameters are introduced. The mathematical model for d e- fining of the bucket filling force at digging the plasticity waterlogged soils is given. The offered method allows im- proving the accuracy of forecasting workloads on a bucket working tools at the development of underwater mineral deposits. Keywords: underwater mining, excavation machine, digging, waterlogged soil. Статьѐ поступила в редакция 08.05.2014 Рекомендовано к печати д-ром техн. наук В.И. Дырдой

Модель определения сопротивления копания пластичных водонасыщенных грунтов

Institution

Similar Items