Устройство подъемно-ударного действия для разрушения прочных грунтов Советский патент 1987 года по МПК E02F5/32 

Изобретение относится к разработке прочных грунтов, в частности к устройствам подъемно-ударного действия.

Цель изобретения - снижение энергоемкости процесса разрушения прочных грун- тов.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства подъемно-ударного действия в исходном положении; на фиг. 2 - то же, во время ударного процесса; на фиг. 3 - совмещенные во времени: а - кривая деформация е грунта; б - напряжение а и реакции упругой составляющей еу; в - изменение количества движения mV рабочего органа в ударном процессе; на фиг. 4 - то же, но при реализации изобретения: а - изменение реакции упругой составляющей еу при ступенчатом нагру- жении; б - изменение количества движения tnV при ступенчатом нагружении; в - то же, при разрущении грунта с более высокими упругими характеристиками; г - кри- вая деформация грунта е при реализации изобретения.

Устройство состоит из клиновидного наконечника 1, на верхнем торце которого установлен перевернутый стакан 2 (полый корпус) с размещенным внутри грузовым блоком 3 (бойком) и закрепленной на нем контрольной линейкой 4 так, что образуется зазор между ударной поверхностью и торцом наковальней наконечника 1. Дно стакана 2 имеет центральное отверстие для подъемного каната 5 и упоры в виде регулировочных винтов 6, причем стакан 2 и наконечник 1 соединены через демпфирующую прокладку 7 посредством штанг 8 с буртиками 9 и пружинами 10, расположенными в полостях 11 стенок стакана 2.

На фиг. 3 приведены совмещенные во времени графики ударного процесса при наличии отскока рабочего органа, где а), б) и в) соответственно деформация е объема грунта под рабочим органом, напряжения о, реакция упругой составляющей ву и измене- ние количества движения mV рабочего органа, при этом: О-/2 - время первой фазы ударного процесса; t-2-/3 - время второй фазы ударного процесса; О-2 - мгновенная деформация при загружении, состоящая из упругой мгновенной вум и пластической мгновенной егп.; 2-4 - длительная деформация; 4-7 - обратная деформация, состоящая из 4-б - обратной упругой мгновенной и 6-7 - обратной упругой длительной е уд деформации при разгрузке; прямая 2-5 - длительная деформация вязко-пластического течения впд, где разность ординат точек 1 и 5 дает величину полной пластической деформации вп.

Как видно из графиков на фиг. 3, в момент времени /г основное влияние на вели- чину отскока рабочего органа оказывает величина мгновенной упругой составляющей 4-6 обратной деформации, распространяю5

0 0

Q ,с

40 Q

55

щейся в грунте со скоростью упругих колебаний.

При этом мгновенная 4-6 упругая составляющая противодействует переходу уп- ругопластической деформации в пластически-упругую, а длительная 6-7 составляющая соответственно пластически-упругой деформации в пластическую.

Исходя из того, что реакция упругой составляющей подчиняется принципу независимости действия сил, приложена к одному и тому же объему грунта и направлена при этом навстречу движущемуся рабочему органу, то имеется возможность трансформировать ее в полезную работу разрущения путем нанесения встречного и равного ей по величине второго удара, что обеспечит ее компенсацию, и увеличением продолжительности ударного процесса изменить характер деформации объема грунта.

Началом времени воздействия вторым ударным импульсом практически может быть любой момент на участке кривой 2-4, т. е. от начала деформации до начала релаксации напряжений, но предпочтительно на участке 3-4, так как абсцисса точки 3 соответствует времени затухания длительной упругой деформации.

Условное продолжение прямой 2-5 до пересечения с горизонталью показывает, что увеличение длительности ударного процесса за пределы точки 5 обеспечит перевод упру- гопластической деформации в пластическую, если обратная деформация 4-7 будет полностью скомпенсирована вторым встречным ударом. При этом, ее мгновенная упругая составляющая 4-6 должна компенсироваться жестким и коротким передним фронтом ударного импульса, а длительная 6-7 - более продолжительным, но менее жестким задним ударным фронтом.

Известно, что с увеличением прочности грунтов величина мгновенной 4-6 упругой деформации возрастает, и значение коэффициента восстановления К стремится к единице, а продолжительность времени обратной деформации уменьшается. Грунты меньшей прочности имеют меньшую величину мгновенной упругой составляющей обратной деформации и, соответственно, меньщее значение коэффициента восстановления К, стремящегося к нулю.

Поэтому при работе на грунтах с различными упругими характеристиками необходимо изменять общую продолжительность ударного процесса изменением времени начала воздействия вторым ударным импульсом и изменением его продолжительности. При этом грунты с большей прочностью следует разрушать за более короткий промежуток времени, чем менее прочные.

На фиг. 4 приведены совмещенные во времени графики ударного процесса при реализации изобретения разрушения прочных грунтов последовательным ступенчатым

нагружением объема грунта двумя ударными импульсами при коэффициентах восстановления и К-«-I: а, б, в и г соответственно напряжению о, изменение реакции упругой 8у составляющей, изменение количества движения mV рабочего органа при , изменение количества движения mV рабочего органа при и график деформации е.

Устройство подъемно-ударного действия работает следующим образом.

Свободно падающий рабочий орган при встрече с поверхностью разрушаемого грунта массой наконечника 1 и стакана 2 наносит первый удар и количеством движения mV приводит объем грунта в упругона- пряженное состояние, удерживает его своим движением в этом состоянии до второго удара. Так как скорость рабочего органа при движении в разрушаемом грунте падает, то грузовой блок 3 со скоростью свободного падения, двигаясь в стакане 2, пройдет путь, равный зазору между его ударной поверхностью и торцом движущегося наконечника 1, догонит и нанесет по нему через деформирующую прокладку 7 удар. При этом встречным действием переднего фронта ударного импульса и силы мгновенной еу.ч упругой деформации объем грунта, находящийся под рабочим органом, переводится в пластически-упругую деформацию en (фиг. 4, г), а сила мгновенной sy упругой деформации трансформируется в силу разрущения.

Наконечник 1, получив ударный импульс от грузового блока 3, начинает ускоренное движение, увлекая за собой массу стакана 2 щтангами 8, сжимая при этом буртиками 9 пружины 10, уменьшая этим ускорение и уравнивая скорость наконечника 1 и грузового блока 3. При этом суммарным количеством движения tnV наконечника 1 и грузового блока 3 совместно с длительной упругой еуд составляющей деформации задний фронт ударного импульса растягивается, ударный процесс переводится в более мягкий режим, его продолжительность увеличивается, и этим пластически-упругая деформация ein+S2n переводится в пластическую ё, а сила длительной упругой составляющей деформации этим трансформируется в силу разрущения. В результате, упругопластическая деформация еум+епм+епд (фиг. 3, а) поэтапно переводится в пластическую 8п-4-еп (фиг. 4, г).

Эффективность взаимодействия силы еу упругой составляющей реакции грунта и второго ударного импульса при работе на грунтах с различными упругими характеристиками регулируется упорными регулировочными винтами 6 изменением величины зазора, который позволяет включать в ударный процесс грузовой блок 3 в требуемый момент времени. Величина зазора определяется по глубине пластической деформации отпечатков, полученных от удара рабочего органа по поверхности разрушаемого грунта. Зазор устанавливается в исходном положении рабочего органа так, чтобы его величина не превышала глубины отпечатка. Для приведения рабочего органа в исходное положение с помощью подъемного каната 5 поднимается грузовой блок 3, который, упираясь в винты 6 стаканом 2 через

щтанги 8, поднимает наконечник 1. Последний, освободившись от грузового блока 8, поджимается сжатыми пружинами 10 к торцу стакана 2. При этом по линейке 4 контролируется величина зазора между наконечником 1 и грузовым блоком 3.

Параметры первого ударного импульса подбирают такими, чтобы грунт под рабочим органом перешел в упругонапряженное состояние за короткий промежуток времени и

0 удерживался в этом состоянии движением рабочего органа. Это достигается за счет создания мощного переднего фронта ударного импульса путем нанесения короткого по времени удара большой массы наконеч- ника 1 и стакана 2, которые в совокупности должны быть в два-три раза больше массы грузового блока 3.

Упругонапряженное состояние объема грунта под движующимися большими массами наконечника 1 и стакана 2 позволяет

Q произвести в первой фазе второй удар передним фронтом, жесткими и достаточным для компенсации мгновенной еум упругой составляющей реакции грунта, (фиг. 3, а) массой грузового блока 3, что обеспечивает вовлечение ее в ударный процесс в виде силы

2 разрушения и перевод упругопластической деформации в пластически-упругую ein-f-fyi (фиг. 4, г). При этом нанесение второго удара по упругонапряженному объему увеличивает продолжительность ударного процесса в целом, что на завершающем этапе

0 ударного процесса обеспечивает перевод пластически-упругой деформации ein/еуд в пластическую е п (продолжение прямой 2-5 до пересечения с горизонталью, фиг. 3, а).

Параметры второго удара подбирают такими, чтобы передним фронтом ударного импульса и компенсацией мгновенной еум упругой составляющей реакции грунта вовлечь ее полностью в ударный процесс как

Q силу разрушения, а постепенным повторным привлечением массы стакана 2 в ударный процесс на последнем этапе посредством штанг 8 и сжатием пружин 10 увеличить его продолжительность, интенсивность привлечения дополнительной массы в количест5 во движения mV, что обеспечит вовлечение дополнительной еул упругой составляющей реакции в ударный процесс в виде силы разрушения, и перевод пластически

упругой деформации е1п-(-еуд в пластическую е п (фиг. 4, г).

Это достигается изменением времени начала воздействия вторым ударным импульсом, продолжительностью и его величиной, которая для прочных грунтов не пре- вышает трети первого удара.

Такое совокупное и последовательное воздействие первого и второго ударов увеличивает продолжительность упругонапряжен- ного состояние объема грунта под рабо- чим органом, исключает из ударного процесса пассивную фазу и отскок рабочего органа, трансформирует энергию упругого сжатия объема грунта в энергию его разрушения, и обеспечивает поэтапный переход упругопластической деформации в пласти- ческую, снижая этим энергоемкость процесса разрушения.

Формула изобретения

. Устройство подъемно-ударного действия для разрушения прочных грунтов, включающее рабочий орган, выполненный из по

0 5

0

лого корпуса, из соединенного с ним с возможностью ограниченного продольного пере- меш,ения наконечника с наковальней и из бойка, размеш.енного в корпусе с возможностью взаимодействия с одной стороны с наковальней последнего, а с другой - с упором корпуса, и соединенный с бойком подъемный канат, отличающееся тем, что, с целью снижения энергоемкости процесса разрушения прочных грунтов, наконечник в исходном положении рабочего органа посредством упругой связи с корпусом поджат к последнему, а упор выполнен в виде жесткого элемента, соединенного с корпусом с воз- можностю регулирования в исходном положении рабочего органа зазора между бойком и наковальней наконечника.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено закрепленной на бойке контрольной линейкой для регулирования величины зазора между бойком и наковальней наконечника.

3.Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что упор выполнен в виде регулировочного винта.

us.1

сриг.З

тЦ-Фиг.Ч

Изобретение относится к разработке прочных грунтов и позволяет снизить энергоемкость процесса их разрушения. Устр-во включает наконечник 1, рабочий орган, выполненный из полого корпуса 2, внутри которого размещен боек 3. С корпусом 2 соединен с возможностью ограниченного и продольного перемещения наконечник 1 с наковальней. Наконечник 1 в исходном положении рабочего органа посредством упругой связи с корпусом 2 поджат к последнему. Дно корпуса 2 имеет центральное отверстие для подъема каната 5 и упоры, выполненные в виде регулировочных винтов 6. Боек 3 взаимодействует с одной стороны с наковальней, а с другой - с винтом 6. На бойке 3 закреплена контрольная линейка 4 для регулирования величины зазора между бойком 3 и наковальней наконечника 1. С помощью каната 5 поднимается боек 3, который, упираясь в винты 6 корпусом 2, поднимает наконечник 1. По линейке 4 контролируется величина зазора между наконечником 1 и бойком 3. Разрушение осуществляют двумя ударными и.м- пульсами, для чего подбирают параметры первого и второго ударного импульсов. Совокупное и последовательное воздействие двумя ударами увеличивает продолжительность упругонапряженного состояния объема грунта под рабочим органом. 2 з.п.ф-лы, 4 ил. сл со 00 со ел