Экспериментальная оценка прочностных характеристик техногенных грунтов в заданном районе добычи полезных ископаемых для обоснования типа движителя трактора

Обоснование. При добыче полезных ископаемых существует необходимость разработки тракторов, как специальных транспортных роботизированных средств в составе добывающего роботизированного комплекса, которые способны эффективно перемещаться и работать на грунтах с низкой несущей способностью, на обводнённых территориях и в подводном положении. Предварительная оценка прочностных характеристик такой неоднородной поверхности района эксплуатации позволяет выбрать эффективную концепцию и технические характеристики движителя трактора.

Цель работы — формирование базы данных по физическому состоянию и механическим свойствам среды, в которой будет перемещаться и работать трактор.

Методы. Для осуществления поставленной цели проведены предварительные эксперименты на местности. Были выделены характерные типы грунтовых площадок и обводнённых территорий, в том числе и техногенного происхождения, заданного района добычи ископаемых. Проведены натурные инструментальные испытания по определению: гранулометрического состава грунтов; физико-механических параметров этих грунтов на выбранных площадках с помощью разработанных оригинальных типов пенетрометра и сдвиговой установки.

Результаты. Представлена в графическом виде база численных значений измеренных прочностных характеристик одного из типов грунтов (в качестве примера), как возможной опорной поверхности при перемещениях транспортного средства в районе эксплуатации добывающего роботизированного комплекса. Основой такой базы данных являются графики по результатам экспериментов на свободную осадку и сдвиг с помощью штампов двух видов конфигурации (круглый и оригинальный трак гусеничной цепи соответственно); проведена оценка гранулометрического состава выделенных грунтов.

Заключение. По приведённым в исследовании материалам испытаний разработана методика предварительной оценки состояния грунта по двум показателям прочности грунта (глубина колеи z в зависимости от среднего давления под штампом) и сдвигу (средние касательные напряжения $\tau$ в пятне контакта по перемещению штампа относительно грунта, зависящие от соотношения усилий от вертикальной нагрузки к тяговому в плоскости контакта). Разработана 3D модель прибрежной и донной области техногенной зоны по добыче полезных ископаемых. Выбраны варианты конструкции высокоэффективных типов движителей тракторов на основании прогнозирования максимально допустимых напряжений в пятне их контакта с грунтом для участков опорной поверхности рассматриваемого района эксплуатации.