PRZEGLĄD MECHANICZNY 5/2015
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Rys. 4. Zasada dzia∏ania podstawowych<br />
urzàdzeƒ do wyznaczania parametrów<br />
wytrzyma∏oÊciowych gruntów stosowanych<br />
w mechanice gruntów: a) aparat<br />
trójosiowego Êciskania, b) aparat bezpoÊredniego<br />
Êcinania, c) Êcinarka pierÊcieniowa<br />
(tzw. bevametr prof. Bekkera),<br />
d) aparat ∏opatkowy, e) penetrometr<br />
sto˝kowy (cone penetrometer)<br />
a) b) c) d) e)<br />
wyznaczane sà parametry gruntu. Aparat trójosiowego<br />
Êciskania (a) gwarantuje równomierny rozk∏ad<br />
napr´˝eƒ w badanej próbce, aczkolwiek nie ma wymuszonej<br />
p∏aszczyzny Êcinania. W przypadku aparatu<br />
bezpoÊredniego Êcinania (b), p∏aszczyzna Êcinania jest<br />
doÊç jasno okreÊlona, aczkolwiek rozk∏ad napr´˝eƒ<br />
normalnych w próbce nie jest równomierny. Innym<br />
przyrzàdem umo˝liwiajàcym bezpoÊrednie Êcinanie,<br />
lecz o kinematyce obrotowej, jest Êcinarka pierÊcieniowa<br />
(c). Umo˝liwia ona wyznaczenie zarówno kohezji,<br />
jak i kàta tarcia wewn´trznego, lecz rozk∏ad<br />
napr´˝eƒ wzd∏u˝ ∏opatek pierÊcienia jest nierównomierny.<br />
Przyrzàdy takie jak aparat ∏opatkowy (d) s∏u˝à<br />
jedynie do okreÊlania kohezji gruntów spoistych.<br />
Obrotowa kinematyka ruchu przyrzàdów rzadko odpowiada<br />
kinematyce Êcinania gruntu pod elementami<br />
jezdnymi pojazdów terenowych. Penetrometr<br />
sto˝kowy (e) natomiast daje informacje, przede wszystkim,<br />
o noÊnoÊci pod∏o˝a odkszta∏calnego. Nie ma<br />
on praktycznego zastosowania przy okreÊlaniu wytrzyma∏oÊci<br />
gruntu na Êcinanie.<br />
Przeprowadzona analiza Êwiatowej literatury (której<br />
tylko fragment przedstawiono w tym artykule) sk∏oni∏a<br />
autorów do opracowania koncepcji, a nast´pnie skonstruowania<br />
nowatorskiego urzàdzenia, które mo˝liwie<br />
najlepiej b´dzie odzwierciedlaç procesy zachodzàce<br />
mi´dzy elementami jezdnymi pojazdów terenowych<br />
a pod∏o˝em odkszta∏calnym, przy uwzgl´dnieniu dynamiki<br />
tego procesu.<br />
Koncepcja i projekt urzàdzenia<br />
Na podstawie przeprowadzonej obszernej analizy<br />
literatury powsta∏a koncepcja stworzenia urzàdzenia<br />
pomiarowego do wyznaczania w∏asnoÊci wytrzyma-<br />
∏oÊciowych gruntów na potrzeby okreÊlania dynamicznych<br />
wskaêników interakcji mobilnych maszyn<br />
roboczych z gruntem. Urzàdzenie – dzi´ki odpowiedniej<br />
geometrii, eliminujàcej tzw. efekt skali, kinematyce<br />
kopiujàcej badane zjawisko, a przede wszystkim<br />
realizacji procesu z du˝ymi pr´dkoÊciami – umo˝liwia<br />
identyfikacj´ eksperymentalnà parametrów wytrzyma∏oÊciowych<br />
gruntu w sposób mo˝liwie najlepiej<br />
naÊladujàcy procesy zachodzàce pod elementami<br />
jezdnymi pojazdów. Do podstawowych za∏o˝eƒ konstrukcyjnych<br />
przyrzàdu, nale˝à:<br />
– odpowiednia wielkoÊç (powierzchnia Êcinania nie<br />
mniejsza ni˝ 300 cm 2 ),<br />
– pr´dkoÊci Êcinania odpowiadajàce tym wyst´pujàcym<br />
mi´dzy elementami jezdnymi bàdê narz´dziami<br />
roboczymi a glebà (zakres pr´dkoÊci pomiarowych<br />
od kilku mm/s do kilkuset cm/s),<br />
– liniowa kinematyka ruchu (odpowiednia dla danej<br />
klasy modelowanego elementu jezdnego),<br />
– sta∏a si∏a powodujàca naciski jednostkowe dla<br />
pomiarów wytrzyma∏oÊci na Êcinanie,<br />
– unikni´cie oporów spychania (efektu buldo˝era),<br />
– mo˝liwoÊç stosowania do badaƒ laboratoryjnych<br />
oraz terenowych,<br />
– mo˝liwoÊç badaƒ w du˝ym zakresie obcià˝eƒ<br />
normalnych.<br />
Na rys. 5 przedstawiono ide´ funkcjonowania urzàdzenia<br />
i mierzone parametry.<br />
Na podstawie przedstawionej koncepcji powsta∏<br />
projekt urzàdzenia w formie modelu podwozia gàsienicowego<br />
[8]. Powierzchnia pozostajàca w kontakcie<br />
z pod∏o˝em jest regulowana w zakresie od 350<br />
do 500 cm 2 . Kinematyka Êcinania gleby jest liniowa,<br />
w pe∏ni odpowiadajàca kinematyce ruchu elementów<br />
jezdnych i niektórych narz´dzi maszyn roboczych<br />
i rolniczych. Âcinanie wyst´puje wzd∏u˝ p∏aszczyzny<br />
wyznaczonej przez ostrogi gàsienicy. Rozwiàzanie<br />
w postaci modelu podwozia gàsienicowego gwarantuje<br />
pomiar wolny od efektu buldo˝era, wyst´pujàcy<br />
w przypadku Êcinania w aparacie skrzynkowym,<br />
ostrogà bàdê oprzyrzàdowanym ko∏em, które toczy<br />
si´ po pod∏o˝u. Dzi´ki temu mo˝liwe jest stworzenie<br />
warunków, które w znacznym stopniu spe∏niajà za-<br />
∏o˝enia kryterium Coulomba (w przypadku wyst´powania<br />
efektu buldo˝era trudno oceniç, jaki wp∏yw<br />
na zmierzony opór Êcinania ma opór spychania). Model<br />
podwozia gàsienicowego zamocowany jest do ramy<br />
za pomocà dwóch prowadnic liniowych – pionowej<br />
i poziomej. Mo˝e on poruszaç si´ jedynie wzd∏u˝ pionowej<br />
prowadnicy liniowej. Mi´dzy ramà a modelem<br />
zamocowany jest liniowy czujnik przemieszczeƒ,<br />
który rejestruje g∏´bokoÊç osiadania w czasie pomiaru.<br />
Ruch modelu wzd∏u˝ prowadnicy poziomej zablokowany<br />
jest przy u˝yciu czujnika si∏y, który mierzy si∏´<br />
uciàgu (netto). Naciski normalne generowane sà za<br />
pomocà grawitacyjnego obcià˝enia. W celu umo˝liwienia<br />
badania w du˝ym zakresie pr´dkoÊci Êcinania<br />
do nap´du urzàdzenia wykorzystano nap´d hydrau-<br />
Rys. 5. Schemat urzàdzenia i mierzone parametry:<br />
V(t) – zmienna pr´dkoÊç penetracji (planowane),<br />
F N<br />
– obcià˝enie normalne, z(t) – g∏´bokoÊç<br />
osiadania, A – powierzchnia Êcinania,<br />
M – moment nap´dowy, ω(t) – pr´dkoÊç ko∏a<br />
nap´dowego, j – przemieszczenie liniowe gàsienicy,<br />
F d<br />
– si∏a uciàgu netto, τ max<br />
– maksymalne<br />
napr´˝enie Êcinajàce<br />
ROK WYD. LXXIV ZESZYT 5/<strong>2015</strong><br />
41
Change language