Способ моделирования отвалообразования грунта Советский патент 1991 года по МПК E21C41/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при определении влияния динамических усилий на физико-механические свойства горных пород при отвалообразовании с помощью экскаваторов.

Цель изобретения - повышение точности центробежного моделирования.

На фиг. 1 изображена схема начального положения центрифуги перед разгоном; на фиг. 2 - схема расположения каретки и емкости после сбрасывания грунта; на фиг. 3 - схема сбрасывания грунта по предлагаемому способу.

Способ осуществляют следующим образом.

На расположенную в радиальных направляющих емкость во время вращения

центрифуги действуют равные по величине и противоположно направленные центробежные и центростремительные (направленные к центру вращения) силы. Из этого следует, что должны быть равны и вызываемые ими ускорения. Центробежные и центростремительные силы взаимно уравновешены при жестком закреплении емкости на центрифуге. При освобождении емкости от закрепления она начинает двигаться по направляющим в сторону каретки, т.е. по радиусу вращения центрифуги.

Именно наличие связи емкости с вращающейся центрифугой в период ее движения в радиальном направлении позволяет сообщить ей необходимую радиальную скорость (нормально к дну каретки). При сбрасываОч W

Ю

го

ним грунта без направляющих радиальную скорость емкости сообщить невозможно.

При сбрасывании грунта после разгона емкости по направляющим движение частиц грунта в воздухе осуществляется под действием инерционныхсил, направленных по радиусу вращения и по касательной к окружности вращения. Траектория движения грунта в воздухе имеет криволинейную форму.

Величина центростремительного (и равного ему центробежного ускорения) равна

а ,

где R - радиус вращения рассматриваемой точки,

Для получения расчетной величины радиальной скорости движения емкости достаточно использовать участок ее разгона, величина которого олределяется разностью значений радиусов RK и RH : S RK - RH.

Так как ускорение растет пропорционально увеличению радиуса, то на этом участке можно ввести величину среднего центробежного ускорения

оЛкн +G/2-RK Q/,(RH +RK)

а2- 2

Отсюда скорость частиц грунта на конце участка разгона

.,-R),

Но скорость частиц грунта на конце участка разгона равна конечной скорости частиц грунта в натуре v V5gFT откуда получаем

к2 - R2 - g H

ОТ

Приведенное соотношение позволяет выбрать длину пути разгона модели ковша в соответствии с выбранным масштабом моделирования, т.е. с выбранной угловой скоростью вращения ЦМ.

Пример. Необходимо промоделировать процесс отвалообразования при сбросе грунта из ковша экскаватора при высоте падения грунта Н 20 м, чему соответствует величина конечной скорости перемещения грунта VK 20 м/с.

Применяется ЦМ с максимальным радиусом вращения R 2,6 м. Расчет проведен применительно к выбранному масштабу моделирования п 150. Угловая скорость при п 150 (частота вращения центрифуги 3,8 об/с) со 24 рад/с.

В соответствии с расчетами по предлагаемой формуле имеем R 2,47 и Нн 2,18м.

При таком масштабе моделирования можно проводить исследования возведения отвалов высотой до 20 м. При изменении значения исследуемых параметров необходимые условия моделирования обеспечиваются изменением масштаба моделирования и радиальных координат начала и конца движения емкости с грунтом.

Емкость с грунтом представляет собой

цилиндр с откидывающейся крышкой, который свободно перемещается по радиально расположенной в середине каретки трубе. Труба имеет со стороны, обращенной к дну

0 каретки, кольцевые упоры. При соударении с ними открывается крышка емкости и сбрасывается на дно каретки грунт.

На фиг. 1-3 обозначены: 1 - коромысло, 2 - каретка, 3 - радиальные направляющие,

5 4 - емкость с грунтом, 5 - отвал грунта, RH ОА; RK OB; BCi - траектория движения частиц грунта в воздухе.

За время движения грунта в воздухе каретка за счет вращения центрифуги сме0 щаётся на некоторое расстояние по окружности вращения. При сбрасывании частицы грунта получают составляющую движения, равную линейной скорости движения частиц грунта в точке сбрасывания и направ- 5 ленную по касательной к окружности

вращения с радиусом RK. Однако при решении многих практических задач величина практически наблюдаемого смещения точки падения частиц на дно каретки от расчетной

0 (точка С, фиг. 4) весьма незначительна. Определим ее для рассматриваемого примера. Линейная скорость каретки vi оЮС 24 рад/с-2,6 м 62,4 м/с. Линейная скорость частиц грунта в момент сбрасывания

5 V2 24 рзд/С 2,4 м 59,4 м.

Величина смещения точки падения частиц грунта определяется разностью указанных скоростей и временем движения частиц грунта в воздухе. При этом пренебрегаем

0 тем, что векторы скоростей vi и V2 строго говоря не параллельны, однако их непарал-лельность при моделировании сбрасывания с десятков метров незначительно сказывается на результатах расчета. Кроме того,

5 такое допущение лишь увеличивает искомую погрешность4v 62,4 м/с - 59,3 м/с 3,1 м/с.

При радиальной скорости частиц грунта

в момент сбрасывания VK 20 м/с и пути их

0 движения в воздухе 2,6м-2,47

м 0,13 м время движения частиц грунта в

воздухе равно

ВС 0.13м vK 20м/с 5 Величина смещения точки падения частиц грунта равна А С t A v 0,006 с«3,1 м/с 0,0186м 1,86 см.

Для более точного -совмещения расчетной (по приведенной схеме) и реальных то0,006 с.

чек падения частиц грунта на дно каретки можно сдвинуть в направлении, противоположном смещению, на равное ему расстояние точку сбрасывания грунта.

Формула изобретения Способ моделирования отвэлообразо- вания грунта, включающий вращение каретки центробежной машины по радиусу с координатами начальной и конечной скоростей движения, сообщение грунту скорости падения, равной скорости падения его в натуре, путем сбрасывания его на каретку, отличающийся тем, что, с целью повышения точности центробежного моделирования, перед сбрасыванием грунта ему

0

5

сообщают движение в радиальном направлении с конечной скоростью, равной конечной скорости перемещения грунта в натуре, причем соотношение радиальных координат начала и конца движения грунта определяют из выражения R2 Р2 4q H

Кк - 9-

ОТ

где RK - координата конца движения, м;

RH - координата начала движения, м;

q - ускорение свободного падения, м/с2;

Н - высота сбрасывания в натуре, м; угловая скорость вращения центрифуги, оад/с.

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано при определении влияния динамических усилий на физико-механические свойства горных пород при отвалообразовании с помощью экскаваторов. Цель изобретения - повышение точности центробежного моделирования. Начинают вращать каретку центробежной машины по ее радиусу до придания ей конечной скорости движения. Грунту, который сбрасывают на каретку, сообщают движение в радиальном направлении с конечной скоростью, равной скорости перемещения грунта в натуре. После набора грунтом указанной скорости ее сбрасывают на каретку. Соотношение между радиальными координатами начала и конца движения грунта определяют из математической зависимости. 3 ил. v w fe

Фт.1

5

/

lif Tf r r

Фиг. I

С, С