Связным грунтом: а - ковш экскаватора; б - ковш скрепера

По данным проф. А.Н. Зеленина заполнение ковша в основном происходит под действием двух внешних сил: силы, создаваемой стружкой и силы, создаваемой призмой волочения грунта перед ковшом. В глинистых грунтах доминирует первая, а в песчаных – вторая.

Перемещение грунта в ковше идет, как правило, от передней режущей кромки к задней стенке снизу вверх. Происходит как бы выжи­мание вверх и вглубь ковша ранее срезанного объема. При этом в глинистых грунтах активная сила, создаваемая стружкой, велика и спо­собна протолкнуть массу грунта к задней стенке. В песчаных грунтах стружка ломается при входе на режущую кромку или на зубья, образуя навал (призму волочения), который является источником активной силы, способствующей продвижению нижних слоев в глубь ковша.

На основании рассмотренных схем заполнения ковша грунтом примем следующие зависимости усилий, необходимых для преодоления действующих сопротивлений:

,

,

где G – масса призмы волочения, кг;

q – объем призмы волочения, м³;

объемная масса грунта, кг/м³;

tg коэффициент внешнего трения;

удельное сжатие пласта, Н/см².

На рис.15 схематично изображен процесс заполнения грунтом ковша одноковшового экскаватора и скрепера, где толщина стружки соответственно для одноковшового экскаватора и скрепера. Для одноковшового экскаватора – , для скрепера – . S – величина подачи ковша за цикл, угол поворота ковша. Согласно схеме, при прочих равных условиях, сопротивление ко­панию ковшом зависит от толщины срезаемой стружки и, очевидно, от площади ее поперечного сечения.

В задачу экспериментальной части входит изучение ра­боты трех типов ковшей одноковшового экскаватора: призматического, профильного и чашечного (рис.16). Призматический и профильный – ковши наиболее распространен­ных конструкций, применяемые на строительных и мелиоративных рабо­тах. Чашечный ковш – экспериментальный. В отличие от первых, чашечный ковш является полуактивным. Его корпус выполнен из двух полусфер, установленных под некоторым углом друг к другу и закрепленных подвижно относительно рамной конструкции.

Все три модели ковшей, изготовлены в масштабе 1: 8 от стандарт­ного ковша емкостью 0, 3 м³, и имеют одинаковый объем.

Рис. 15. Схемы заполнения ковшей грунтов:

а – ковш одноковшового экскаватора;