WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |

на правах рукописи

ИВАННИКОВ ПЕТР АЛЕКсАНДРОВИЧ

СОЗДАНИЕ И ИССЛЕДОвАНИЕ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ КРУПНОБЛОЧНОЙ РАЗРАБОТКИ

МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

05.05.04 – Дорожные, строительные и подъемно-

транспортные машины

автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

томск 2004

Работа выполнена в Томском государственном архитектурно-строительном университете

Научный руководитель - кандидат технических

наук, профессор

Кириллов Федор

Федорович

Официальные оппоненты: - доктор технических

наук, профессор

Абраменков Эдуард

Александрович

-кандидат технических

наук, доцент

Кузнецов Евгений

Сергеевич

Ведущая организация ОАО «Томская домостроительная компания»

Защита диссертации состоится 27 декабря 2004г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета К 212.265.01 при Томском государственном архитектурно-строительном университете по адресу – 634003, Томск, пл. Соляная 2, корп. 4, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан 27 ноября 2004 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного Кравченко С.М.

совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. При проведении зимних земляных работ в строительстве и ликвидации аварий на инженерных коммуникациях находят широкое применение щелерезные бесковшовые траншейные экскаваторы, которые предварительно нарезают узкие щели (траншеи) для снижения прочности массива мерзлого грунта.

В зависимости от глубины промерзания грунта нарезаются продольные щели или сетка щелей для разделения межщелевого целика на отдельные блоки. Технология подготовки мерзлого грунта может быть улучшена, если оснастить траншейные экскаваторы дополнительным оборудованием для разрушения межщелевых целиков, исключающих нарезание поперечных щелей.

Опытные образцы подобных устройств подтвердили рациональность такой технологии и показали, что производительность траншейных экскаваторов по подготовке к выемке мерзлых грунтов может быть увеличена.

Актуальной становиться задача разработки научных положений и практических рекомендаций по выбору силовых и конструктивных параметров навесного оборудования к бесковшовым траншейным экскаваторам, позволяющим с наименьшими энергетическими затратами реализовать блочный способ рыхления мерзлых грунтов исключающий нарезание поперечных траншей-щелей

Цель работы. Целью работы являет создание рабочего оборудования для разрушения межщелевого целика блоками, позволяющего повысить эффективность разработки мерзлых и прочных грунтов щелерезными машинами при подготовке грунта к выемке одноковшовыми экскаваторами.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- исследовать закономерности изменения прочностных характеристик грунта в зимний период по глубине промерзания;

- разработать методику экспериментальных исследований и создать экспериментальные стенды;

-разработать математическую модель взаимодействия разрушающего оборудования с разрабатываемым мерзлым грунтом;

- разработать принципиальные схемы и конструкции разрушающего оборудования с учетом прочности мерзлого грунта;

- создать опытный образец бесковшового траншейного экскаватора для крупноблочной разработки мерзлых и прочных грунтов.

Методы исследований. Экспериментально - теоретические, основанные на использовании основных положений системного анализа, математического и физического моделирования при создании лабораторных моделей грунта, научных положений теоретической механики, теории планирования и статистической обработки результатов испытаний и методов вычислительной математики.

Научная новизна.

  1. Разработана физическая и математическая модель межщелевого целика, на основе закономерностей изменения прочности мерзлого грунта по глубине промерзания.
  2. Установлена взаимосвязь между технологическими, прочностными характеристиками отделяемого блока мерзлого грунта и силовыми, конструкторскими параметрами оборудования для разрушения межщелевого целика.
  3. Получены, математическая модель взаимодействия силового оборудования с разрабатываемым мерзлым грунтом и результаты экспериментальных исследований по усилиям отделения блоков от межщелевого целика.
  4. Создано рабочее оборудование, повышающее эффективность работы бесковшовых траншейных экскаваторов при рыхлении мерзлого и прочного грунта, с новыми конструктивными признаками.

Практическая ценность работы заключается в создании новых видов рабочего оборудования для бесковшовых траншейных экскаваторов при крупноблочной разработке мерзлых грунтов и инженерной методике расчета рабочего оборудования.

На защиту выносятся инженерная методика расчета основных параметров рабочего оборудования, математическая модель взаимодействия рабочего оборудования с разрабатываемым мерзлым грунтом, результаты исследований на математической модели, конструкции рабочего оборудования для крупноблочной разработки мерзлых и прочных грунтов.

Реализация работы. Основные результаты работы защищены авторскими свидетельствами: № 1082912, № 1423700, №1469051, № 1437485. Опытный образец бесковшового траншейного экскаватора, изготовленный совместно с «Управлением механизации-№1» г. Томска, для крупноблочной разработки мерзлых грунтов, демонстрировался на ВДНХ и награжден дипломом II степени, а автор серебряной медалью ВДНХ. Разработанные новые конструкции рабочего оборудования к траншейным экскаваторам переданы в ЗАО «Томэкскавация». Результаты исследований внедрены в учебный процесс и используются в курсовом и дипломном проектировании по специальностям 19.02.05 - «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» и специальности 27.01.13 - «Механизация и автоматизация строительства» в Томском государственном архитектурно-строительном университете.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на научно-технических конференциях «Молодые ученые и специалисты народному хозяйству» (Томск, 1983 г.), «Совершенствование технологии и механизации строительного производства» (Томск, 1990 г.), Республиканская научно-техническая конференция «Строительные и дорожные машины и их использование в современных условиях» (Санкт-Петербур,1995 г.), научно-техническая конференция «Материалы, технология, организация строительства» (Новосибирск, 1995 г.), юбилейная конференция 55 лет НГАСУ, «Современные проблемы технологии, организации и автоматизации в строительстве» (Новосибирск,1998 г.), Международная научно-техническая конференция «Дорожно-транспортный комплекс, как основа рационального природопользования» (СибАДИ, 2004г.).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 13 печатных работ, в том числе получено 4 авторских свидетельства.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 152 страницах и включает введение, пять глав, общие выводы. список литературы из 102 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранного направления исследований и излагаются основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен обзор оборудования и способов подготовки мерзлого и прочного грунтов к выемке одноковшовыми экскаваторами. Проанализированы исследования в этой области.

Основные положения процесса взаимодействия рабочих органов строительных машин с разрабатываемой средой рассмотрены в работах А.Н. Зеленина, Ю.А. Ветрова, В.Н. Баловнева, К.А. Артемьева, И. А. Недорезова, В.Л. Баландинского, Н.Г. Домбровского. Д.П. Волкова, О.Д Алимова, И.Г. Басова и др.

Анализ научных исследований и экспериментальных работ, выполненных ранее, позволил выявить основные факторы, определяющие эффективность разработки мерзлых грунтов, которые можно разделить на три группы:

- факторы, определяемые грунтовыми условиями;

- факторы, определяемые способом разработки мерзлых и прочных грунтов;

- факторы, определяемые конструкцией и параметрами разрушающего устройства.

В результате анализа первой группы факторов установлено, что прочность грунта изменяется не только по глубине промерзания, но и в течение зимнего периода.

Анализ второй группы факторов позволил проанализировать современные способы разработки мерзлых грунтов и провести их оценку.

Анализ третьей группы факторов позволил выявить конструктивные особенности оборудования, позволяющие осуществлять комбинированный способ разработки мерзлых грунтов, который требует дальнейшего совершенствования.

На основе выше изложенного сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе разработана программа и общая методика проведения полевых и лабораторных исследований.

Полевые эксперименты разбиты на две части:

  • определение прочности грунта по глубине промерзания;
  • исследование разрушения мерзлого грунта путем отделения блоков грунта от межщелевого целика.

Определение прочности грунта по глубине промерзания производилось устройством, разработанным на кафедре «Строительных и дорожных машин» Томского архитектурно-строительного университета и сравнивалось показателем динамической прочности по плотномеру ДорНИИ.

Устройство состояло из круглого штампа вдавливаемого специальным гидроцилиндром, расположенным на штанге, которая позволяла замерять прочность грунта с определенным шагом по высоте заранее прорезанной траншеи.

Отделение блоков грунта от межщелевого целика производилось специально спроектированной и изготовленной силовой установкой (рис.1).

Силовая установка состояла из гидромеханического скалывателя, устройства для фиксирования скалывателя в предварительно прорезанной щели в нужном положении и систему подключения к гидравлической системе экскаватора ЭО-2621. Устройство развивало распорное усилие до 500 кН.

Для определения усилий разрушения на штоке рабочего гидроцилиндра установлен тензометр.

Во время проведения экспериментов определялись силы для отделения блока, производились замеры температуры, брались пробы для определения влажности и определялись прочностные характеристики грунта.

Для реализации полевых экспериментов нарезались параллельные траншеи (щели) и при нарезании второй траншеи с определенным шагом отделялись блоки мерзлого грунта (рис.2).

В результате полевых экспериментов удалось выявить основные закономерности распределения прочности по глубине промерзания и процесса разрушения грунта. В связи с тем, что во время проведения исследований в полевых условиях практически невозможно охватить весь спектр изменения физико-механических характеристик мерзлых грунтов, появилась необходимость в разработке лабораторной модели грунта и проведении полнофакторного эксперимента (ПФЭ). Для проведения испытания по методике ПФЭ был изготовлен специальный стенд.

Стенд (рис.3) состоит из рамы с нижним основанием в виде плиты для крепления специально приготовленного образца и гидроцилиндра, установленного с возможностью перемещения в горизонтальном направлении. На штоке гидроцилиндра закреплен тензометр, который соединен с комплектом измерительной аппаратуры.

Рис. 3. Лабораторный стенд

В качестве критерия, характеризующего процесс отделения блока грунта от массива, на основе положений теории размерностей принят безразмерный критерий Р/ВН, который определяет силовые характеристики процесса разрушения и является откликом при ПФЭ.

Отклик в полевых исследованиях определялся зависимостью

Р/(0F1 + 1F2) = (В/h, В/l), (1)

а в лабораторных условиях

Р/0 (F1 + к1 F2) = (В/h, В/l, а), (2)

где Р - усилие отделения блока грунта от межщелевого целика; F1 – площадь поверхности разрушения блока грунта по высоте забоя; F2 – площадь поверхности разрушения грунта по дну траншеи; 0 – прочность на дневной поверхности грунта; 1- прочность грунта на дне траншеи; В–ширина оделяемого блока; h и l - координаты приложения сосредоточенной нагрузки, соответственно по высоте и длине блока;

а- параметр, численным значением которого задается характер изменения прочности по слою промерзания аналогично природным условиям; к1 – коэффициент, учитывающий прочность по основанию модели блока.

Методика проведения эксперимента включала: получение уравнения регрессии, нахождение коэффициентов в уравнении регрессии и оценку их значимости, проверку однородности дисперсий и пригодности полученного уравнения. Оценка полученных результатов проводилась сравнением расчетных значений критериев с табличными значениями.

В третьей главе приводятся результаты исследований по изучению закономерностей распределения физико-механических характеристик грунта сезонного промерзания по глубине залегания. Наиболее распространенными грунтами в Западно-Сибирском регионе являются тяжелые и средние суглинки, которые характерны для районов интенсивного строительства.

Статистический анализ исследования прочности грунта позволил установить следующую закономерность (рис. 4),

i = 0 - acHi 0.5, (4)

где i – прочность грунта по глубине траншеи; 0 –прочность на дневной поверхности грунта; ac - коэффициенты, характеризующие интенсивность изменения прочности по глубине траншеи Hi.

Исследования изменения прочности в течение зимнего периода позволили найти численные значения коэффициентов ас, соответственно для декабря, января, февраля и марта (ас = 5,20; 7,04; 7,23; 5,38).

Представление результатов распределения прочности в относительных координатах позволило разработать методику получения модели грунта с изменяющейся прочностью по высоте.

Закон распределения прочности по глубине траншеи (высоте блока) (рис.4 б)был представлен звисимостью

Нi /H = 2р(i/о - 1)2 (5)

или

i/о = а(Нi/H)0.5 +1. (6)

При граничных значениях глубины прорезаемой траншеи (Нi/H=1), определен коэффициент

а = 1/о – 1, (7)

Pages:     || 2 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»