Совершенствование теории разрушения грунтов

Существующие теории определения силы сопротивления грунта резанию, в основном, основаны на эмпирическом методе. Полученные в результате исследований и экспериментов соответствующие формулы не дают возможности анализировать физические процессы, происходящие при срезании пласта грунта. Статистика расчётов показывает, что наибольшая точность вычислений по существующим формулам достигается только тогда, когда условия резания максимально приближаются к экспериментальным. В действительности такие условия встречаются крайне редко, и расчёт силы сопротивления становится невозможным из-за существенных погрешностей. Для их снижения необходимо повторять экспериментальные исследования, получая, тем самым, новые эмпирические коэффициенты. Такой способ является экономически невыгодным, так как на повторное исследование будут потрачены значительные средства, при этом полученные данные также будут верны лишь для условий, в которых производились исследования.

Аналитическая формула в отличие от эмпирических зависимостей позволит, располагая лишь минимальными данными о разрабатываемых грунтах, провести экспериментальные исследования и в течение нескольких минут определить оптимальные параметры проектируемого рабочего органа для землеройной машины, не прибегая при этом к существенным материальным затратам. Благодаря современным компьютерам и специализированному программному обеспечению, значительно снижается время и трудоёмкость расчётов.

Научные сотрудники Московского автодорожного института предложили улучшить существующую теорию разрушения грунтов. Обновлённая теория резанья учитывает упругие деформации, присутствующие в грунте при его разрушении. Она рассматривает сколотый элемент грунта в качестве твёрдого тела, которое скользит по плоскостям скола и плоскости режущей кромки. На сколотый элемент действуют нормальные силы, силы трения и силы сцепления со стороны режущей кромки и монолита грунта. Воздействуя на грунт, режущая кромка вызывает в нём напряжения. Часть напряжений идёт на упругое деформирование грунта перед кромкой, часть вызывает скол раковины, а часть идёт на вдавливание грунта в стенки забоя. Помимо упругих деформаций, новая формула учитывает сопротивление резанию, возникающее из-за боковых раковин скола. По полученным данным специалисты построили графики зависимости сопротивления резанию от глубины резания. Далее было произведено сравнение расчётных данных полученных новой и существующей формул. Сходимость результатов на графике, полученном по новой аналитической формуле была признана удовлетворительной

Усовершенствование теории резания грунтов повысит точность аналитических методов расчёта силы сопротивления, в случае невозможности проведения необходимых экспериментов позволит создать математическую модель исследуемого грунта. С помощью аналитических формул, выведенных на основе разработанной теории, конструкторы смогут создавать новое, более эффективное, рабочее оборудование для землеройных машин, а также навесное оборудование для тракторов.