Строительные машины и оборудование, справочник





Грунты как среда, взаимодействующая с рабочими органами машин

Категория:
   Машины для производства земляных работ


Грунты как среда, взаимодействующая с рабочими органами машин

Все рыхлые горные породы, образовавшиеся из изверженных осадочных или метаморфических горных пород и применяемые в строительном или дорожном деле, называются грунтами. При разработке грунта землеройно-транспортные машины по-разному взаимодействуют с ним: отделяют его от массива, уплотняют катками или колесами. Гусеницы и протекторы на колесах тракторов взаимодействуют с грунтом, повышая тяговое усилие машины по сцепному весу.

Знание основных физико-механических свойств грунтов позволяет правильно назначить основные параметры землеройно-транспортных машин при их расчете и проектировании.

Грунт состоит из трех основных фаз: твердой (минеральных частиц, образующих грунтовый скелет), жидкой (воды, частично или полностью заполняющей поры грунта) и газообразной (воздуха). При промерзании грунта к этим трем основным фазам, образующим грунт, добавляется лед. Грунт представляет собой гигроскопический материал, поглощающий воду из паров воздуха. Основными составляющими элементами грунта являются песок и глина.



Пески малосвязаны, водопроницаемы, малосжимаемы, непластичны при высыхании, не уменьшаются в объеме и легко размываются. Глины отличаются от песков противоположными перечисленными свойствами. К грунтам смешанного происхождения следует отнести супеси и суглинки.

Частицы грунта, размер которых занимает среднее положение между песчаными и глинистыми, носят название пылеватых. Пылеватые грунты при увлажнении переходят в состояние плывунов и резко снижают прочностные свойства. Частицы, составляющие грунты, принято классифицировать по их крупности. Ориентировочное представление о типе грунта можно получить по числу содержащихся в нем глинистых фракций.

Скелетные несвязные грунты содержат в своем составе меньше 3% глинистых фракций. Грунты, содержащие больше 3% глинистых фракций, называются глинистыми грунтами. Скелетные группы делятся в свою очередь на крупнообломочные и песчаные, а глинистые — на супеси, суглинки, глины.

Грунты, помимо различия в размерах и форме образующих частиц, отличаются также объемом пор, влажностью и температурой.

Основные физико-механические свойства грунта:

1. Плотность грунта — это отношение массы грунта при естественной влажности к его объему V: V

В зависимости от минералогического состава, пористости и влажности, плотность грунтов в залежи, разрабатываемой зем-леройно-транспортными машинами, обычно составляет 1500— 2000 кг/м3. Плотность разрыхленных грунтов песка или глины находится в пределах 1500—1600 кг/м3, и ее необходимо знать при определении массы грунта в ковше или в призме волочения.

2. Пористостью называется отношение объема пор к общему объему грунта, выраженное в процентах. Величина 8 может быть целым или дробным числом. Для песка не может превышать 1, для глины ее значение достигает 16.

3. Разрыхляемость — это свойство разрабатываемого грунта увеличиваться в объеме при постоянстве его массы. Коэффициент разрыхления kp характеризует отношение объема разрыхляемого грунта к объему этого же грунта в плотном состоянии и численно изменяется от 1,08 до 1,35. Меньшее значение соответствует песчаным грунтам, большее — глинистым.

4. Плотность скелета грунта характеризует его степень уплотнения и определяется по формуле
где у — плотность грунта, кг/м3; w — влажность, %

5. Липкость — способность грунта прилипать к соприкасающимся с ним предметами. Липкость проявляется у мелко-Дисперсных, глинистых грунтов при большой влажности.

6. Коэффициенты трения грунта о сталь и грунта по грунту. Коэффициент трения имеет большое значение при взаимодействии рабочих органов землеройных машин с грунтом.

Угол внутреннего трения ф является важным параметром процесса-разрушения грунтов. Значения тангенсов углов ф, р, б при взаимодействии рабочих органов с различными грунтами приведены в табл. 9.

7. Влажность определяется количеством воды, содержащейся в порах. При увеличении влажности связных грунтов снижается коэффициент трения, сцепление, а соответственно и сопротивление внешним нагрузкам.

Величина w определяется в лаборатории путем высушивания навески (пробы) грунта массой а при 105° С, пока она не достигнет постоянной массы, равной Ь.

8. Пластичностью называется способность грунта под действием внешних сил деформироваться и после удаления нагрузки сохранять полученную форму. Пластичностью обладают все связные грунты в определенных границах влажности. Связные грунты находятся в пластичном состоянии, когда границы влажности соответствуют границам раскатывания и текучести.

Границей раскатывания (пределом пластичности) wp называют массовую влажность, выраженную в процентах, при которой тесто, изготовленное из грунта и воды и раскатываемое в жгут диаметром 3 мм, начинает крошиться, т. е. перестает быть пластичным.

Границей (пределом) текучести w? называют массовую влажность теста, изготовленного из грунта и воды, при которой стандаг^тный прибор, именуемый «балансирным конусом», массойТбг свободно погружается в это тесто на 10 мм за 5 с.

Тип грунта — от песков до глин включительно — определяется по числу пластичности, а не гранулометрическому составу, как это делалось ранее. Число пластичности для супесей составляет от 1 до 7, для суглинков более 7 до 17, для глин оно более 17.

Песок определяется как грунт, не имеющий предела пластичности.

9. Консистенция определяется степенью подвижности частиц грунта при различной влажности под воздействием механических нагрузок. Консистенция взаимосвязана с естественной плотностью.

Внедрение в грунт рабочего органа определяется двумя движениями, перемещением ножа вглубь и вперед (см. рис. 57). Для рабочего процесса экскавации грунта является характерным наличие двух одновременно выполняемых движений рабочего органа: внедрение резцов в глубь массива и перемещение их вверх.

Резание немерзлых грунтов. Исследованиями А. Н. Зеленина было установлено, что один и тот же грунт в зависимости от его влажности по трудности разработки может быть слабым, средним и крепким. Критерием оценки является шкала сопротивляемости грунтов, оцениваемая по числу ударов (числу С) динамического плотномера.

Классификация грунтов по величине С составлена при помощи стандартного плотномера, представленного на рис. 58. Груз массой 2,5 кг падает с высоты, равной 400 мм, на буртик, производя за каждый удар работу равную 10 Дж. Число ударов, которое необходимо для погружения в грунт плоского цилиндрического наконечника на глубину h= 100 мм, называются числом С. Результаты опытов А. Н. Зеленина по установлению зависимостей между числом С, усилием резания Р и влажностью грунтов w представлены на рис. 59.

Анализ приведенных графиков показывает следующее:
1. Кривые для песчаного грунта характеризуются возрастанием значений С и Р при увеличении влажности в диапазоне от ш= 124-14%.
2. Все связные грунты от супеси до глин резко снижают сопротивляемость резанию и вдавливанию при влажности равной максимальной молекулярной влагоемкости.
3. Падение усилия резания и затрачиваемой работы для внедрения штампа происходит при дальнейшем увлажнении грунта до состояния капиллярной влажности, что примерно соответствует пределу пластичности.

При дальнейшем увлажнении скорость падения усилий замедляется и сопротивляемость всех грунтов от песчаных до тяжелых глин включительно становятся сопоставимыми одна с другой, т. е. мало зависит от категорий грунта, так как грунт достаточно разжижен.

Резание мерзлых грунтов. В обширных районах севера и северо-востока СССР около 11 млн. км2 занимают вечномерзлот-ные грунты. Мощность их залегания изменяется от нескольких метров до 1,5 км.

По льдистости мерзлые грунты делятся на слабольдистые (содержание льда не менее 25%); льдистые (содержание льда от 25 до 50%); сильнольдистые (содержание льда более 50%).

Рис. 58. Динамический плотномер (размеры деталей указаны в мм)

А. Н. Зеленин установил, что для мерзлых грунтов в пределах от —1° до —40° С и для различных значений их влажности и числа пластичности, число ударов С изменяется от 35 до 560.

При исследовании прочностных свойств мерзлые грунты подвергают разрыву, сжатию, изгибу, сдвигу, динамическому вдавливанию штампа.

Читать далее:

Категория: - Машины для производства земляных работ

Главная → Справочник → Статьи → Форум



Разделы

Строительные машины и оборудование
Для специальных земляных работ
Дорожно-строительные машины
Строительное оборудование
Асфальтоукладчики и катки
Большегрузные машины
Строительные машины, часть 2,
Дорожные машины, часть 2
Ремонтные машины
Ковшовые машины
Автогрейдеры
Экскаваторы
Бульдозеры
Скреперы
Грейдеры Эксплуатация строительных машин
Эксплуатация средств механизации
Эксплуатация погрузочных машин
Эксплуатация паровых машин
Эксплуатация экскаваторов
Эксплуатация подъемников
Эксплуатация кранов перегружателей
Эксплуатация кузовов машин
Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины