ЗЕМЛЯНЫЕ РАБОТЫ ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

АННОТАЦИЯ

Выбор землеройных машин для производства земляных работ. Метод расчета критическую массу сопротивляющегося перемещению и укладке на новое место грунта. Реальная возможность повысить показатель технического уровня землеройных машин.

ABSTRACT

The choice of excavating machines for excavation work. The method of calculating the critical mass of a resisting displacement and laying on a new ground place. A real opportunity to increase the technical level of earthmoving machinery.

Ключевые слова: земляные сооружения, рыхление грунтов, укрепление и уплотнение грунтов, критическое сопротивления массы грунта.

Keywords:  Earthworks,  loosening of soils, strengthening and compaction of soils, critical earth mass resistance.

В области земляных работ, занимающих в производстве доминирующее значение, возникло множество проблем, к которым в первую очередь относится комплексная механизация работ, осуществляемых в наивыгоднейшей последовательности с предельным использованием возможностей каждой машины и сочетаний машин.

Разнообразие земляных сооружений, местных условий их производства, видов грунтов, дальности их перемещения и подъема, типов землеройных машин требуют систематизации работ. Система земляных работ должна предусматривать стадии, поточность, на выгоднейшие сочетания машин и комплексов их в звеньях, соответствие конструкции машин местным условиям работ, необходимое организационное обслуживание и управление.

Разновидностями земельных работ являются рыхление грунтов, перемещение их в пространстве, оформление земляных сооружений, укрепление и уплотнение грунтов. В основном в этих работах преобладает процесс сдвига грунта с некоторым участием процесса разрушения структуры (среза связей между частицами) и уплотнения массы (создания связей). Грунты сопротивляются переработке машинами внутренними силами сцепления частиц и трения между ними, а также инерцией своей массы. Обозначая критическую массу сопротивляющегося перемещению и укладке на новое место грунта через  m_o=eⁿ   (кг), можно выразить зависимость   

ɛ_o= A m_o ln m_o  как Aeⁿn   (Н•м/кг)

где: А  (Н•м/кг) – энергетическая константа грунтов, характеризующая их свойства в устойчивом, внутренне уравновешенном состоянии,

n eⁿ   - безразмерный показатель влияния массы не ɛ_o .

Накопленный опыт позволяет определить в первом приближении значения  А и n  на основе производственных и экспериментальных данных. Обозначая   энергетическую константу целинного грунта A_Г   (Н•м/кг), а грунта в земляном сооружении  А=  A_Г  •e + f ( l, h),  когда  n = 1  и   f ( l, h)  для транспортирования грунта, можно выразить энергию, поглощенную грунтом сооружения равенством A m_o  = kN₀ t₀  (Н•м), где А=   (Н•м/кг). Практически достигнуты значения энергетических показателей при постройке земляного полотна автомобильных дорог: k = 0,157. Для грунтов III – IV категории при оптимальной влажности, среднец дальности перемещения  l = 100 м и высоте подъема h = 1 м, производительности комплекса машин при    

А =,

где x-поправочный коэффициент на  l, h и др.

Технический уровень процесса характеризуется показателем  = 0,004. Среднее значение мощности одной машины N₀ = 600 Вт в настояўее время резко повышается одновременно с совершенствованием конструкции машин. Однако стадийность комплексногопроцесса в ее необходимой последовательности нарушается, что даже снижает технический уровень.

Зависимости  ɛ_o = Am_o  (Н•м/кг), для машин, работающих с ножами, состоящими из резцов и отвалов (бульдозеров, грейдеров, плугов), и ɛ_o = Am_o  ln m_o (Н•м/кг) для машин, работающих с ковшами (скреперов, экскаваторов, погрузчиков, роторных машин), показывают значение процесса уплотнения грунтов в общем процессе взаимодействия их с рабочими органами. В ряде случаев это уплотнение не только не вызывает непроизводительных затрат энергии, но является полезным, создавая однородность структуры переработанного грунта и смесей его с вяжущими материалами при укреплении (стабилизации) грунтов (цементировании, обработке жидкими вяжущими битумами, битумными эмульсиями, дегтями). Процессы перемешивания грунтов (глинистых с песком и др.) и смесей с вяжущими осуществляется фрезами, боронами разных видов, шнековыми машинами.

Для стабилизации грунтов особенно эффективны дорожные комбайны, объединяющие процессы перемешивания, укладки слоя и его предварительного уплотнения.

Земляные работы производятся открытым способом в карьерах, гидротехническом и других строительствах в стационарных условиях. В этом случае применяются особенно мощные высокопроизводительные машины и транспортные средства.

Основными рабочими органами землеройных машин являются ножи (бульдозеров, грейдеров, плугов) с отвалами и ковши (скреперов, экскаваторов, погрузчиков, роторных машин). Уплотнение грунта в ковшах препятствует его захвату. По мере повышения уровня грунта в ковше сопротивление загрузке увеличивается. Уравнение приращения количества поглощаемой материалом энергии

ɛ_o dm = aHdm = md ɛ_o,

откуда

d ɛ_o  =    и    ɛ_o= A m_o ln m_o     H•м/кг.

У ковшей экскаваторов при загрузке образуется «призмы волочения» грунта, резко увеличивающие сопротивление. С ростом емкости ковша сопротивление загрузке растет быстрее увеличению емкости. Это ограничивает стремление повышать емкость ковшей для увеличения производительности.

Расчет оптимальной емкости при данной мощности двигателя в данных условиях производства должен основываться на показателе технического уровня машин .

Одноковшовые машины имеют очень большие недостатки: работают с холостым ходом и перемещают грунт на очень малое расстояние. Эти недостатки отсутствуют у многоковшовых машин, работающих с транспортерами (роторные и траншейные экскаваторы).

Реальная возможность повысить показатель технического уровня  до 0,01 за счет непрерывно действующих машин указывает на наиболее перспективное направление развития механизации земляных работ. Между тем наблюдается непрерывное увеличение емкости ковшей и кузовов транспортных средств без учета потерь времени на их холостой ход. Это направление на должно опережать в своем развитии совершенствование многоковшовых машин.

Процесы, проиходящие на критических уровнях динамеческих систем, необходимо рассматривать в свете основного вида энергии колебаний волн. На критических уровнях частота колебаний меняется, а амплитуда колебаний достигает экстремальных значений. Используя выражение энергетического уровня А=с(ʋɑ)² (с≈0,5), можно представить частоту колебаний ʋ .

Собственная частота колебаний динамической системы устанавливается при ее устойчивом, внутреннеуравновещенном состоянии. Она сохраняется до достижения верхнего или нижнего критического уровня. Амплитуда колебаний достигает максимума на верхнем энергетическом уровне, минимум – на нижнем. При этом вещества переходят в новое качество.

При наличии водного источника в ряде случаев оказывается выгодным гидромеханизированный способ производства земляных работ, основанный на размыве перемещаемого грунта и перекачке его в жидком состоянии по трубам. При этом коэффициент сопротивления перемещению грунта ( в виде пульпы) снижается до 0,001 вместо 0,26 для пневмобаллонов скрепера при постоянстве КПД (0,1-0,14).

Для орентирования при выборе машин для производства земляных работ в табл.1 приведены значения показателей.

Таблица 1.

Значения показателей при выборе машин для производства земляных работ

Список литературы:

1. Беркман Л. И., Раннев А. В., Рейш А. К. Универсальные одноковшовые строительные экскаваторы. – М.: Машиностроение, 1994. – 304 с.
2. Машины для земляных работ / Г. В. Кириллов, П. И. Марков, А. В. Раннев и др.; Стройиздат, 1994. - 288 с.:
3. Машины для земляных работ/ Гаркави Н. Г., Аринченков В. И., Карпов В. В., Гарбузов З. Е., Батулов А. И., Донской В. М. – М.: Высшая школа, 1982. – 335 с.