Основные способы расчета сил резания грунтов.

Основоположником теории резания грунтов является В.П. Горячкин, который предложил следующую формулу для определения сопротивления, возникающего при работе сельскохозяйственного плуга:

; (2.5)

где G – сила тяжести плуга; μ ₁ – коэффициент трения металла о грунт; к – удельное сопротивление грунта резанию; h – толщина вырезаемого пласта грунта для плуга; b – ширина резания; e – коэффициент, учитывающий сопротивление, возникающее при отбрасывании вырезанного пласта грунта, в среднем e=0,1 к; V – скорость движения плуга.

Формула В.П. Горячкина справедлива для плугов, дает неприемлемые результаты для землеройных машин вследствие резкого различия конструкции рабочих органов, отличия свойств грунта от свойств почвы.

Н.Г. Домбровский, взяв за основу структуру формулу В.П. Горячкина, предложил применительно к ковшам экскаваторов определять значение касательной силы сопротивления грунта копанию по выражению:

; (2.6)

где N – сила давления ковша на грунт; ω – коэффициент сопротивления грунта наполнению ковша и перемещению призмы волочения; q_пр – объем призмы волочения в частях от вместимости ковша; q – вместимость ковша; к_н – коэффициент наполнения ковша.

Для практических расчетов Н.Г. Домбровский рекомендует пользоваться формулой (2.1).

А.Н. Зеленин установил, что сопротивления резанию зависят не только от грунтовых условий, площади поперечного сечения стружки F, но и от соотношения между шириной и глубиной резания при F=const, угла резания, формы и расположения зубьев, участия в процессе резания боковых стенок ковша и ряда других факторов.

Для расчета силы сопротивления резания Р_к, касательной к траектории движения ножа А.Н. Зеленин предложил, например, при резании ковшами с зубьями следующую формулу:

; (2.7)

где С_у – число ударов динамического плотномера; h -глубина резания, см; b – длина горизонтальной режущей кромки ковша, м; δ – угол резания, град; Z – коэффициент учитывающий влияние зубьев.

Ю.А. Ветров предложил метод расчета сопротивлений Р_р резанию простым острым ножом как :

(2.8)

где Р_св - сопротивление грунта срезу передней гранью (по ширине ; см рис. 2.3.); Р_бок – сопротивление грунта от разрушения по боковым расширениям прорези АКВ и ЕLF; Р_бок.ср.- сопротивление грунта срезу боковыми ребрами ножа у дна прорези по линиям ВС и ЕД.

В предварительных расчетах обычно задается производительность машины и по ней определяют мощность привода рабочего органа:

; (2.9)

где N – мощность, затрачиваемая на копание, Вт; К₀ - удельная энергоемкость, н·м/м³; П – производительность, м³/с.

Для одноковшовых экскаваторов в зависимости от категории грунта значения К₀ могут изменяться от 1,10⁵÷6·10⁵ Н·м/м³, для рабочих органов землеройно-транспортных машин – от 1·10⁵÷3,5·10⁵ Н·м/м³.

Существует еще несколько способов расчета сил резания грунтов, которые разработаны В.Д. Абезгаузом, В.И.Баловневым, М.И.Гальпериным, Д.И.Федоровым, А.М.Холодовым. Эти способы образуют специальную область теории машин для земляных работ и являются предметом особого изучения.