Выбор конструкции и параметров пассивного рабочего органа дренажных машин

Наряду с поисками оптимальных форм и параметров пассивного рабочего органа при разработке бестраншейной дренажной машины большое внимание было уделено выбору конструкции и параметров его навески на базовую машину.

В процессе экспериментальных исследований на базе бестраншейного дреноукладчика БДМ-300 выявлено, что от параметров навесной системы рабочего органа существенно зависят точность укладки дренажной линии и проходимость базового трактора. Под точностью укладки дренажной линии в данном случае подразумевается способность дреноукладчика выдерживать при работе заданные по проекту глубину и уклон дрены независимо от влияния динамических нагрузок, возникающих при резании грунта, а также колебаний базового трактора под воздействием микронеровностей трассы дрены. По действующим в настоящее время техническим требованиям точность укладки дренажной линии соблюдается, если местные отклонения дренажной трубы от проектной глубины не превышают ±3 см на длине 10 м, а общее отклонение дрены от проектного уклона находится в пределах ±0,0005.

До настоящего времени отсутствовали надежные и работоспособные устройства для автоматического поддержания точности укладки дрены.

Поэтому при работе дреноукладчика на высоких скоростях для бестраншейного способа строительства была принята наиболее простая технология, предусматривающая предварительную скреперную планировку поверхности трассы дрены под заданный уклон с точностью, соответствующей заданной для дренажа техническими требованиями. Было установлено, что при маятниковой навеске рабочего органа, принятой для БДМ-301А, должно быть выдержано следующее условие.

Чтобы не было перезаглубления рабочего органа, рама навески снабжается управляемыми с помощью гидроцилиндров лыжами, которые при работе должны опираться на грунт поверхности трассы впереди рабочего органа. Необходимо отметить, что опорная площадь лыж выбирается из условия максимально допустимого на грунт удельного контактного давления под лыжей, которое для зоны орошаемых земель не должно превышать 0,15 МПа.

Специфические особенности бестраншейного способа строительства дренажа - ограниченная ширина прорезаемой щели, большое тяговое сопротивление рабочего органа, высокая скорость укладки дрены - требуют особого подхода к выбору конструкции и параметров бункера для загрузки и отсыпки песчано-гравийного фильтра. Эта задача также осложняется тем, что бестраншейный способ, прежде всего, предназначен для укладки дренажа при высоком стоянии уровня грунтовых вод, то есть в таких условиях, когда водонасыщенный грунт под воздействием режущей кромки ведет себя как вязкотекущая среда, стремящаяся сразу после прохода рабочего органа заполнить прорезаемую под дрену полость.

С учетом вышеизложенного была принята конструкция рабочего органа, при которой бункер для укладки песчано-гравийной смеси монтируется непосредственно в теле ножа, сразу за режущей кромкой, и представляет единый с ножом конструктивный узел.

Такое решение позволило уменьшить площадь боковых поверхностей рабочего органа, защемленных грунтом, и, следовательно, снизить тяговое сопротивление за счет уменьшения потерь на трение по этим поверхностям. Одновременно зона укладки дренажной трубы была максимально приближена к режущей кромке, что позволило максимально совместить во времени процесс прорезания полости под дрену с ее укладкой.

Спускная часть бункера представляет собой вертикальную бездонную полость в теле рабочего органа, в которой песчано-гравийная смесь опускается на дно щели под действием собственного веса. Ограниченная ширина этой полости представляет собой требования как к гранулометрическому составу и физико-механическим свойствам укладываемой песчано-гравийной смеси, так и к форме полости и конструкции загрузочной части бункера. Выборочный анализ влажности и гранулометрического состава применяемой песчано-гравийной смеси показал, что в периоды дождей влажность укладываемой смеси доходит до 20%, содержание же пылеватых и глинистых частиц доходит до 17% при содержании фракций диаметром более 20 мм до 5%.

Учитывая это, в приемной части бункера рабочего органа, представляющей собой откидной ковш вместимостью 2,5 м³, в который загружается песчано-гравийная смесь из транспортных средств, устанавливается решетка, исключающая попадание в спускную часть фракций более 20 мм. Для предотвращения зависания песчано-гравийной смеси па решетке приемной части бункера, а также в горловине спускной части бункера и в наиболее узкой, верхней, ее части песчано-гравийная смесь подвергается вибрации. С этой целью дно приемного откидного ковша оборудуется вибратором, а в спускной части бункера устанавливается вибрируемая тонкостенная бездонная кассета или решетка, которая повторяет форму спускной полости.

Одновременно экспериментальными исследованиями было установлено, что минимальная ширина спускной части не должна быть меньше шести диаметров наибольшей фракции смеси (то есть меньше 120 мм), а минимальная площадь сечения опускной части должна быть равна двойной площади сечения дрены (то есть 1200 см²).

Спускная часть бункера делится желобом для дренажной трубы на два отсека: передний - для фильтрующего материала, подсыпаемого под дренажную трубу, и задний - для засыпки дренажной трубы фильтром сверху и по бокам. В нижней задней части каждого отсека установлены регулируемые заслонки-планировщики, с помощью которых можно регулировать толщину подстилающего и засыпающего слоев фильтра, а также центрировать положение дренажной трубы в песчано-гравийной обсыпке.

Устройство для загрузки бункера фильтром, выполненное в виде откидного ковша, шарнирно прикрепленного к рабочему органу, опускается и поднимается в рабочее положение при помощи тросо-блочной системы и специально установленного гидроцилиндра. Управление устройством выведено в кабину машиниста.

В процессе разработки конструкции и обоснования параметров бункера и рабочего органа были произведены экспериментальные исследования влияния скорости укладки песчано-гравийной смеси на качество и размеры фильтрационной призмы вокруг дренажной трубы. Было установлено, что изменение скорости укладки дрены от 500 до 2500 м/ч при отсутствии зависания смеси в бункере не влияет на качество укладки фильтрационной призмы и ее размеры. Однако при повышенной влажности смеси и ее загрязненности глинистыми частицами скорость укладки должна быть не выше 1000 м/ч, а текучесть смеси в спускной части должна обязательно стимулироваться вибрацией.