Техника - молодёжи 1969-01, страница 10

СОПРОТИВЛЕНИЕ

БУДЕТ

ПРЕОДОЛЕНО

В. КАЗАКОВ и Ю. СОКОЛОВ, кандидаты технических наук

U а первый взгляд проложить гибкий ■■ трубопровод или кабель в земле несложно. Подъехал многоковшовый экскаватор, вырыл траншею, в нее опустили кабель, потом засыпали траншею. Ну, а если надо провести коммуникацию глубоко, да еще в плывуне?

Ученые и инженеры посчитали более выгодным не вытаскивать грунт на поверхность, а разрезать и раздвигать его в стороны. Щель же под действием веса грунта и сил упругости закроется сама собой.

По намеченной трассе движется машина, которая прорезает ножом щель и одновременно укладчиком подает в нее гибкие трубы или кабель. Нож и укладчик — единая конструкция, своими боковыми поверхностями они удерживают стенки забоя от преждевременного обрушения. А за машиной на поверхности остается лишь «послеоперационный шов». Скорость укладки при таком способе достигает 1—1,5 км/час (вместо 100 м/час у многоковшового экскаватора).

Правда, чтобы протащить нож, нужен сверхмощный тягач, л часто не один. Порой сопротивление резанию бывает настолько велико, что «буксировщик» может основательно осесть и забуксовать, особенно на мягкой земле.

Увеличивать сверх меры мощность трактора нет смысла — тяговое усилие не может расти бесконечно. Оно ограничено сцеплением движителя с грунтом, а у опорной поверхности гусениц тоже есть предел. Остается лишь один реальный выход — создавать более рациональные конструкции ножей и полнее использовать физико-механические свойства грунтов.

И вот что показали исследования. При большой глубине резания грунт, находящийся перед ножом, претерпевает серьезные изменения. Образуются две зоны деформации, в верхней земля рыхлится и выдавливается на поверхность, в нижней спрессовывается, уплотняется в стенки и дно щели (см. вкладку). Следовательно, решили ученые, ножу надо придать разную конфигурацию по длине, оптимальную для каждой зоны. После многочисленных экспериментов оптимальные размеры были найдены: верхняя часть ножа должна иметь плоскую режущую кромку и наклон 35—40°, нижняя — быть почти вертикальной (60°) и острой.

Руководствуясь этими соображениями, специалисты во Всесоюзном институте гидротехники и мелиорации имени А. Н. Костикова создали новый нож. И первые же испытания привели к успеху — усилие резания значительно снизилось.

НАТЯЖНОЕ УСТРОЙСТВО

Рис. 1. Передняя режущая кромка ножа подвижна.

Но вот перед строителями другая задача — сделать траншею переменной глубины. Инженеры сконструировали регулируемый нож. Нижняя часть его прикреплена к верхней шарнирно, она , убирается и выдвигается гидравликой.

Однако изменение геометрии ножа — далеко не все. Ведь машина расходует энергию не только на преодоление ло-

ЭНЕРГЕТИЧЕСНАН УСТАНОВИЛ

МЕХАНИЗМЫ ПРИВОДА

Рис. 2. Передняя режущая кромка ножа вибрирует.

бовых сопротивлений грунта. Если «лезвие» ножа впрессовывает землю в дно и боковые стенки забоя, то «тупая» грань (она в 5—6 раз длиннее) скалывает и выдавливает грунт наружу. На преодоление сил трения, при этом, уходит около 30% тяги.

От такой лишней затраты энергии можно избавиться: стоит сделать переднюю режущую плоскость подвижной, заменив трение скольжения трением качения (меньшим в 2—3 раза). Лучше гусеничной цепи для этого не найти. Тем более что для ее привода не нужен мотор — она будет двигаться за счет касательного усилия, возникающего при погружении наклонного ножа в грунт (рис. f).

Другой путь — разрушение связей между частицами грунта. Можно использовать вибрацию. Например, при частоте 50—60 гц коэффициент трения песчаные и супесчаных грунтов о сталь уменьшается в 30—40 раз!

На рисунке 2 показан нож, у которого передняя режущая кромка вибрирует. Она прикреплена к корпусу шарнирно и поворачивается в вертикальной плоскости силовыми цилиндрами.

Третье направление — изменение физико-механических свойств грунта.

Если грунт сухой, то действующие между частицами силы сцепления и трения позволяют ему выдерживать, не разрушаясь, довольно большие усилия. Однако достаточно смочить почву водой, как связь между частицами ослабляется (из-за гидратации, растворения цементирующих солей и т. д.) и грунт (исключение — пески) оказывает меньшее сопротивление.

Это-то явление и решили использовать. Машина прорывает неглубокую щель, в которую подается вода. Потом, когда почва размякнет, машина возвращается и укладывает трубу или кабель.

Так, шаг за шагом, меняется конструкция рабочего органа укладчика: от незатейливого ковша д экскаватора до сложного механизма, учитывающего свойства грунтов.

КАНАЛОРОЙНЫЙ ГИДРОПЛУГ

Задача ПЕРВАЯ. Яму с водой нужно засыпать землей.

Решение. Бросаем грунт прямо в воду, и он сам, своим весом, вытеснит ее из воронки.

Задача ВТОРАЯ (противоположная). Яму с грунтом нужно заполнить водой.

Решение. Извлекаем землю и в пустую выемку закачиваем воду.

«Не кажется ли вам странным, — пишет в редакцию инженер Евгений Пас-торс из Риги, — что для выполнения этих, в сущности, одинаковых заданий мы обычно пускаем в ход совершенно различные операции? Почему бы и во втором случае не действовать по аналогии с первым — попробовать силой и весом воды вытеснить грунт?»

Конечно, предложение рижанина заманчивое, дающее возможность, как говорится, одним выстрелом убить двух зайцев. Но неясно — выгодное ли? Разве быстрее и легче выдавить яму массой воды, чем просто выкопать ее лопатой? Казалось бы, отрицательный ответ напрашивается сам собой. Но не спешите с выводами. Принцип работы гидроплуга, сконструированного Ё. Пас-торсом, полностью опровергает житейский опыт.

Представьте себе гигантский утюг, только без дна, спускающийся с верх* ней части трассы к нижней. За утюгом остается широкий канал, наполненный

водой. Под ее напором сооружение и движется вниз.

Как же работает такой гидроплуг? Передние грани утюга — ножи — вгрызаются, подрезают почву на определенной глубине (см. вкладку). По подъемной плоскости земля поступает вбок и наверх и сталкивающей кромкой отправляется в отвал. С одной стороны на поверхность гидроплуга давит вода, с другой — грунт. Эти силы взаимно уравновешены, так что корпус можно сделать из тонких и легких стальных листов. Если бы гидроплуг тянули тракторы, то есть усилия к нему были приложены в одной точке, а не рассеяны равномерно по всей поверхности, то механизм был бы в десятки раз тяжелее.

Между сталкивающими гранями находится распорка, которой регулируется ширина канала. Там, где подъемные плоскости соприкасаются с грунтом, может прорваться вода. Чтобы не допустить этого, предусмотрены защитные листы.

Гидроплуг состоит из довольно простых деталей. Его можно собрать прямо на месте строительства канала. Одним и тем же агрегатов можно отрыть русла самой различной ширины. Новый механизм, действующий за счет даровой энергии воды, позволит существенно уменьшить стоимость землеройных работ.

Л. СИДОРОВА, студентка факультета журналистики МГУ

6