Технические науки/2.Механика

                         

К.т.н. Дикий р.в.

 

Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, Россия

 Шагающее устройство для уплотнения дна траншей

 

Прокладка траншей является наиболее трудоемким видом земляных работ в промышленном, гражданском и гидротехническом строительстве и осуществляется, в основном, способом выемки грунта с последующим уплотнением дна траншеи, которое должно быть хорошо уплотненным.

Разработано грунтоуплотняющее устройство шагающего типа [1] (рис. 1), которое при большом радиусе и малой ширине рабочих органов (опор) позволяет уплотнять дно траншеи с возможностью уплотнения стенок..

      

а)                                            б)

Рисунок 1 – Грунтоуплотняющее устройство: а) макет устройства;

б) схема механизма

Размеры устройства в целом и его звеньев определяются методом интерполяционного приближения функции [2]. Когда центр кривизны М одной опоры движется по прямолинейному участку траектории (пунктир на рис. 1,а), обеспечивается параллельное поверхности грунта статическое обкатывающее воздействие (фаза уплотнения), в это время центр кривизны М’ второй опоры движется по криволинейному участку траектории (фаза переноса).

В сечении выпуклая опора представляет собой сегмент окружности радиуса R. Длина дуги, образующая рабочую поверхность опоры, определяется в крайнем положении механизма () (рис. 1,б) и ограничивается точками N и K.

В этом же крайнем положении из прямоугольного треугольника OAB можно определить угол , определяющий половину дуги опоры:

,                                  (1)

где  - длина кривошипа OA,

 - длина стойки OB.

Координаты, определяющие положение центра кривизны M опоры, в произвольном положении механизма определяются как проекции на координатные оси:

,                             (2)

;                                (3)

где – угол между кулисой и осью OY, определяется как функция положения от угла .

Угол  можно выразить из треугольника OAB. Сначала по теореме косинусов определим сторону AB:

.                                  (4)

Затем по теореме синусов можно записать:

,                               (5)

откуда                                            (6)

При заданных размерах  и  расстояние  между центром кривизны M и шарниром кривошипа (точка A) определяется из обобщенного уравнения схемы симметричного прямила [2]:

.         (7)

Подставим в формулу (1) функцию  и выразим r2:

.                                       (8)

В одном из крайних положений , поэтому выражение (2) можно упростить:                             .

Такое соотношение размеров ,  и  на рабочем ходе кривошипа обеспечивает параллельное поверхности грунта обкатывающее воздействие.

Взаимодействие каждой опоры с грунтом в фазе уплотнения аналогично взаимодействию с грунтом катящегося жесткого колеса (вальца катка). Однако конструкция шагающего механизма устройства по ряду показателей значительно превосходит характеристики катка:

1. Радиус кривизны опор в шагающем приводном механизме может приниматься любым (от 1 до десятков метров) независимо от вертикальной статической нагрузки, а габаритные размеры останутся в пределах габаритных размеров того же катка. Если же увеличивать радиус вальца катка, то резко увеличиваются его габариты, да и вообще из технологических соображений катки с вальцами радиуса > 90 см не изготавливают [3].

2. Если перегрузить каток с приемлемым радиусом вальца, появится большое сопротивление качению, что значительно снизит его проходимость. Проходимость катка, как и любого колеса, пропорциональна его диаметру, величина вертикального препятствия, которое колесо может преодолеть составляет примерно 1/3 диаметра. Проходимость же устройства шагающего типа этим радиусом не ограничивается, т.к. опоры не только перекатываются по грунту, но и переставляются.

3. За счет перемены опоры в процессе переступания удельное давление шагающего механизма увеличивается вдвое даже при равном с вальцами радиусе кривизны опорных поверхностей, что позволяет снизить общий вес устройства и затраты энергии, или применять статическую нагрузку вдвое меньшую, чем для катка.

4. Устройство имеет сравнительно небольшие габаритные размеры и массу, так как вертикальная статическая нагрузка, определяющая глубину траншеи, создается за счет дополнительного груза, а не за счет массы устройства. Это позволяет повысить мобильность и без особых проблем осуществлять его транспортировку.

5. В устройстве не используется вибрация, что позволяет применять его в стесненных городских условиях вблизи зданий, сооружений и коммуникаций.

Выводы:

1. Разработанное устройство шагающего типа обладает в сравнении с катком, радиус вальца которого равен радиусу опоры устройства, рядом преимуществ: меньшими габаритами и металлоемкостью, более высокой проходимостью и удвоенным удельным давлением за счет смены опор в режиме шагания.

2. Определено соотношение размеров механизма, обеспечивающее на рабочем ходе кривошипа параллельное поверхности грунта обкатывающее воздействие опор.

 

Список литературы

1.  Патент 60541 Российская Федерация, МПК Е 02 F 5/08. Самоходное устройство для уплотнения и вытрамбовывания траншей и оросительных каналов [Текст] / Дикий Р.В., Кузнецов С.А.; заявитель и патентообладатель Южно-Рос. гос. ун-т экономики и сервиса. - № 2005116382; заявл. 30.05.2005; опубл. 27.01.2007, Бюл. № 3.

2.  Кузнецов С.А. Интегральные механизмы индифферентной структуры. Анализ и синтез: Монография  [Текст] / С.А. Кузнецов, А.Н. Дровников // Южно-Российск. гос. техн. ун-т.-Новочеркасск: ЮРГТУ, 1999.-99 с.

3.   Хархута Н.Я. Машины для уплотнения грунтов [Текст] / Н.Я. Хархута. –  Л.: Машиностроение, 1973. – 176 с.