1. Конструктивные решения и работа грунтозаборного устройства с фрезерным рыхлителем

Разработка тяжелых грунтов земснарядами невозможна без предварительного механического разрыхления. Для этой цели используются различные типы механических разрыхлителей: фрезерные, роторно-ковшовые, винтовые, цепные с ковшами или зубъями, волочащиеся, качающиеся, вибрационные и комбинированные - гидрофрезерные. Фрезерные разрыхлители получили наиболее широкое распространение. Современные земснаряды в основном комплектуются рыхлителями фрезерного типа (рис.1.).

Рис.1. Фрезерный рыхлитель:

1 - редуктор; 2 - рама; 3 - папильонажный блок; 4 - наконечник; 5 - фреза;

6 - вал фрезы; 7 - трос; 8 - вал привода; 9 - электродвигатель.

Фрезерный рыхлитель монтируют на жесткой раме 2, которая служит основой для размещения фрезы 5 и ее привода, состоящего из электродвигателя 9, редуктора 1 и вала 8. Редуктор понижает частоту вращения вала 8, расположенного вдоль оси рамы. Фреза 5 закреплена на конце вала 6, параллельно которому расположен наконечник 4, входящий внутрь полости фрезы. Рама рыхлителя шарнирно соединена с корпусом земснаряда и перемещается в вертикальном направлении штоками гидроцилиндров или тросами. На ней закреплены блоки 3 для папильонажных тросов 7, перемещающих рыхлитель по горизонтали.

Фрезы для разработки грунта подразделяются по конструкции на два основных типа: открытые и закрытые. Открытая фреза (рис. 2, а)

Рис.2. Фрезы открытого типа:

а - с прямыми ножами, б - типа «Монзунд», в - ложковая;

1 - тыльное кольцо; 2 - нож; 3 - спица; 4 - ступица.

представляет собой ряд (пять и более) ножей 2, расположенных по окружности под некоторым углом к оси вращения. Ножи закреплены посредством спиц 3 к центральной ступице 4, имеющей коническое отверстие для посадки на головной вал. Ножи служат не только для отделения грунта от массива, но и для направления его к приемному отверстию наконечника, поэтому им придается некоторый угол по отношению к тыльному кольцу 1, соединяющему концы ножей для создания необходимой жесткости всей конструкции фрезы. Спицам также придан наклон подобно лопастям шнека для подачи грунта с торца фрезы к приемному отверстию наконечника. Фрезы с прямыми ножами наиболее просты в изготовлении и предназначены для разработки связных, но не налипающих грунтов.

Фреза «Монзунд» (рис.2,б) предназначена для разработки очень плотных и налипающих грунтов. Она отличается особой волнообразной формой режущей кромки, уменьшающей потребные усилия резания и налипаемость грунта. Ложковой фрезой (рис.2,в) разрабатывают тяжелые налипающие грунты. Для разработки тяжелых глин применяют фрезы с мощными ножами, режущие кромки которых снабжены сменными зубъями наподобие режущих кромок экскаваторных ковшей.

Последовательность расчета

1. Определение конструктивных размеров

Q_ч = 60L_фD_фV_пK_LK_DK_пр, (7.1)

где Q_ч – паспорт. час. производительность земснаряда по грунту, м³/ч;

L_ф – длина фрезы, м;

D_ф –диаметр фрезы, м;

V_п – скорость папильонирования, м/мин;

K_L – коэффициент, характеризующий степень использования фрезы

по длине (K_L = 0,55-0,90);

K_D– коэффициент, характеризующий степень использования фрезы

по диаметру (K_D= 0,85-0,95);

K_пр – коэффициент просора грунта.

Исходя из производительность земснаряда Q_ч (м³ /ч) по условиям гидротранспорта при оптимальных технологических параметрах резания, диаметр фрезы D_ф определяем по формуле:

D_ф = 0,23 Q_ч^0,35=30 см, (7.2) (1.2) где D_ф –диаметр фрезы, м;

Q_ч – часовая производительность земснаряда, м³/ч.

L_ф = Q_ч /60D_фV_пK_LK_DK_пр = 4 м;

1. Длина фрезы

Длину фрезы выбираем в зависимости от ее диаметра и рода разрабатываемого грунта из соотношения: L_ф / D_ф =0,65…0,90

L_ф / D_ф =0,8; L_ф = 0,23м

2. Число ножей

Число ножей фрезы принимаем равными 4-6 в зависимости от размеров фрезы, по формуле:

z_мин = k π D_ф / L_ф tgφ=3,8 (принимаем 4 ножа), (7.3)

где k – коэффициент перекрытия ножей, (k= 1,1-1,5); φ - угол наклона ножей к оси вращения фрезы, (φ =42-45⁰).

2. Расчет энергетических параметров фрезы

2.1. Определение мощности привода фрезерного рыхлителя

Мощность привода фрезерного рыхлителя находим по формуле:

N_ф = Q_ч N_уд , (7.4) N_ф = 3,6 1000 0,75 = 2700Вт = 27 кВт,

где N_уд - удельная мощность привода фрезерного рыхлителя, приходящаяся на 1 м³ часовой производительности, кВт.