Способ моделирования отвалообразования грунта

 

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано при определении влияния динамических усилий на физико-механические свойства горных пород при отвалообразовании с помощью экскаваторов . Цель изобретения - повышение точности центробежного моделирования. Начинают вращать каретку центробежной машины по ее радиусу до придания ей конечной скорости движения. Грунту, который сбрасывают на каретку, сообщают движение в радиальном направлении с конечной скоростью, равной скорости перемещения грунта в натуре. После набора грунтом указанной скорости ее сбрасывают на каретку. Соотношение между радиальными координатами начала и конца движения грунта определяют из математической зависимости. 3 ил. v w fe

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э Е 21 С 41/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4766077/03 (22) 05.12.89 (46) 23.11.91. Бюл. ЛЬ 43 (71) Государственный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и проектный институт угольной промышленности СССР "УкрНИИпроект" (72) Ю. Д. Мазур-Джуриловский и В. И. Слепян (53) 622.271(088.8) (56) Покровский Г. И. и др. Центробежное моделирование в строительном деле. — M.:

Стройиздат, 1968.

Покровский Г.И. и др. Теория и практика центробежного моделирования в горном деле. — M. Недра, 1979, с. 56-58. (54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОТВАЛООБРАЗОВАНИЯ ГРУНТА

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при определении влияния динамических усилий на физико-механические свойства горных пород при отвалообразовании с помощью экскаваторов.

Цель изобретения — повышение точности центробежного моделирования.

На фиг. 1 изображена схема начального положения центрифуги перед разгоном; на фиг. 2 — схема расположения каретки и емкости после сбрасывания грунта; на фиг. 3схема сбрасывания грунта по предлагаемому способу.

Способ осуществляют следующим образом.

На расположенную в радиальных направляющих емкость во время вращения, SU,, 1693242А1 (57) Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано при определении влияния динамических усилий на физико-механические свойства горных пород при отвалообразовании с помощью экскаваторов. Цель изобретения — повышение точности центробежного моделирования.

Начинают вращать каретку центробежной машины по ее радиусу до придания ей конеч ной скорости движения. Грунту, который сбрасывают на каретку, сообщают движение в радиальном направлении с конечной скоростью, равной скорости перемещения грунта в натуре. После набора грунтом указанной скорости ее сбрасывают на каретку.

Соотношение между радиальными координатами начала и конца движения грунта onределяют из математической зависимости.

3 ил. центрифуги действуют равные по величине и противоположно направленные центробежные и центростремительные (направленные к центру вращения) силы. Из этого следует, что должны быть равны и вызываемые ими ускорения. Центробежные и центростремительные силы взаимно уравновешены при жестком закреплении емкости на центрифуге. При освобождении емкости от закрепления она. начинает двигаться по направляющим в сторону каретки, т.е. по радиусу вращения центрифуги.

Именно наличие связи емкости с вращающейся центрифугой в период ее движения в радиальном направлении позволяет сообщить ей необходимую радиальную скорость .(нормально к дну каретки), При сбрасыва1693242 нии грунта без направляющих радиальную скорость емкости сообщить невозможно.

При сбрасывании грунта после разгона емкости по направляющим движение частиц грунта в воздухе осуществляется под действием инерционных сил, направленных по радиусу вращения и по касательной к окружности вращения. Траектория движения грунта в воздухе имеет криволинейную форму.

Величина центростремительного(и равного ему центробежного ускорения) равна а=аР R, где R — радиус вращения рассматриваемой точки.

Для получения расчетной величины радиальной скорости движения емкости достаточно использовать участок ее разгона, величина которого определяется разностью значений радиусов Як и Вн . S = Вк — Вн.

Так как ускорение растет пропорционально увеличению радиуса, то на этом участке можно ввести величину среднего центробежного ускорения

oP.R» +oP йк îÐ, йн+ Вк а—

2 ф

Отсюда скорость частиц грунта на конце участка разгона

2 - Як RH

Но скорость частиц грунта на конце участка разгона равна конечной скорости частиц грунта в натуре v = V2gH, откуда получаем

R2 R2 4 g H к н

Приведенное соотношение позволяет выбрать длину пути разгона модели ковша в соответствии с выбранным масштабом моделирования, т.е. с выбранной угловой скоростью вращения ЦМ.

Пример. Необходимо промоделировать процесс отвалообразования.при сбросе грунта из ковша экскаватора при высоте падения грунта Н = 20 м, чему соответствует величина конечной скорости перемещения грунта чк = 20 м/с.

Применяется ЦМ с максимальным радиусом вращения R = 2,6 м. Расчет проведен применительно к выбранному масштабу моделирования n = 150. Угловая скорость при

n = 150 (частота вращения центрифуги 3,8 об/с) и= 24 рад/с.

В соответствии с расчетами по предлагаемой формуле имеем Як=2,47 и R>, =2,18м, При таком масштабе моделирования можно проводить исследования возведения отвалов высотой до 20 м. При изменении значения исследуемых параметров необхо5

10 t5

20 г

55 димые условия моделирования обеспечиваются изменением масштаба моделирования и радиальных координат начала и конца движения емкости с грунтом.

Емкость с грунтом представляет собой цилиндр с откидывающейся крышкой, который свободно перемещается по радиально расположенной в середине каретки трубе, Труба имеет со стороны, обращенной к дну каретки, кольцевые упоры, При соударении с ними открывается крышка емкости и сбрасывается на дно каретки грунт.

На фиг. 1 — 3 обозначены: 1 — коромысло, 2 — каретка, 3 — радиальные направляющие, 4 — емкость с грунтом, 5 — отвал грунта, R =

ОА; Вк = ОВ; ВС1 — траектория движения частиц грунта в воздухе.

За время движения грунта в воздухе каретка за счет вращения центрифуги смещается на некоторое расстояние по окружности вращения. При сбрасывании частицы грунта получают составляющую движения, равную линейной скорости движения частиц грунта в точке сбрасывания и направленную по касательной к окружности вращения с радиусом Вк. Однако при решении многих практических задач величина практически наблюдаемого смещения точки падения частиц на дно каретки от расчетной (точка С, фиг, 4) весьма незначительна. Определим ее для рассматриваемого примера.

Линейная скорость каретки v> = а ОС =

=24 рад/с 2,6 м = 62,4 м/с. Линейная скорость частиц грунта в момент сбрасывания чг = 24 рад/с 2,4 м = 59,4 м, Величина смещения точки падения частиц грунта определяется разностью указанных скоростей и временем движения частиц .грунта в воздухе. При этом пренебрегаем тем, что векторы скоростей v> и vz строго говоря не параллельны, однако их непараллельность при моделировании сбрасывания с десятков метров незначительно сказывается на результатах расчета. Кроме того, такое допущение лишь увеличивает искомую погрешностью = 62,4 м/с — 59,3 и/с =

=3,1 м/с.

При радиальной скорости частиц грунта в момент сбрасывания чк = 20 м/с и пути их движения в воздухе ВС = R — R» = 2,6 м -2,47 м = 0,13 м время движения частЖ грунта в воздухе равно — — 0,006 с.

ВС 0,13м чк 20м с

Величина смещения точки падения частиц грунта равна Л С = t< Л ч = 0,006 с 3 1 м/с = 0,0186 м = 1,86 см.

Для более точного совмещения расчетной (по приведенной схеме) и реальных то1593242 чек падения частиц грунта на дно каретки можно сдвинуть в направлении, противоположном смещению, на равное ему расстояние точку сбрасывания грунта.

Формула изобретения

Способ моделирования отвалообраэования грунта, включающий вращение каретки центробежной машины по радиусу с координатами начальной и конечной скоро- 10 стей движения, сообщение грунту скорости падения, равной скорости падения его в натуре, путем сбрасывания его на каретку, отличающийся тем, что, с целью повышения точности центробежного моде- 15 лирования, перед сбрасыванием грунта ему сообщают движение в радиальном направлении с конечной скоростью, равной конечной скорости перемещения грунта в натуре, причем соотношение радиальных координат начала и конца движения грунта определяют из выражения

2 2 4цН к н = где RK — координата конца движения, м; . R> — координата начала движения, м;

q — ускорение свободного падения, м/с;

Н вЂ” высота сбрасывания в натуре, м; и- угловая скорость вращения центрифуги, рад/с.