WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

Земсков Владимир Михайлович

РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ СОЗДАНИЯ ВИБРАЦИОННЫХ РАБОЧИХ НАКОНЕЧНИКОВ МАШИН ДЛЯ ПРОКОЛА ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ГРУНТОВЫХ СКВАЖИН

05.05.04 – Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Новочеркасск - 2011

Работа выполнена в Балаковском институте техники, технологии и управления (филиал) ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» на кафедре «Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Кобзев Анатолий Петрович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Рыжиков Владимир Александрович;

доктор технических наук, профессор Жулай Владимир Алексеевич;

доктор технических наук, профессор Савельев Андрей Геннадьевич.

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Пензенский государственный университет»

Защита диссертации состоится «28» октября 2011 г. в 1000 на заседании диссертационного совета Д 212.304.04 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «ЮжноРоссийский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» по адресу: 346428, Ростовская обл., г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132, ауд.107 главного корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института)».

Отзывы на автореферат просим направлять в диссертационный совет по адресу: 346428, Ростовская обл., г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132.

Автореферат разослан и опубликован на сайте www.npi-tu.ru «__» 20 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор Исаков Владимир Семенович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные города оснащены сложными системами инженерных подземных коммуникаций. Рост российских городов вызывает постоянный спрос на прокладку и ремонт трубопроводов канализации, газо- и водоснабжения, связи, что определяется как значительным износом в 70-80 % существующих коммуникаций, так и растущими потребностями промышленных предприятий, сферы ЖКХ, различных нужд городского хозяйства.

На сегодняшний день в передовой зарубежной практике 95% объема работ по прокладке и реконструкции подземных инженерных коммуникаций производится бестраншейными методами, что позволяет снизить затраты на проведение ремонта трубопроводов на 10-40% (в зависимости от их диаметра). Более того, во многих крупных зарубежных городах прокладка инженерных коммуникаций открытым способом уже запрещена.

Ремонт или прокладка инженерных коммуникаций в условиях небольших глубин и наличия на поверхности различных препятствий обуславливают необходимость создания технических средств, обеспечивающих образование горизонтальных выработок с минимальными затратами, сохранением природного ландшафта и исключением техногенного воздействия на окружающую среду. При этом, в настоящее время до 70% подземных трубопроводов в городах РФ имеют диаметр до 300 мм.

В значительной степени этим условиям и такому типоразмеру коммуникаций отвечают бестраншейные машины, реализующие технологию прокладки коммуникаций методом статического прокола. Способ статического прокола наиболее простой с конструктивной точки зрения и дешевый с экономической, кроме того при проколе обеспечивается сохранение устойчивости и целостности грунтового массива и стенок скважины. Несмотря на свою конструктивную и технологическую простоту, он имеет ряд существенных недостатков: большие напорные усилия, низкую точность проходки. Одним из путей повышения эффективности процесса бестраншейной прокладки трубопроводов способом прокола является применение вибрации или удара. Существующие устройства для прокола с использованием динамического интенсификатора можно разделить на две основные группы: первая группа – это устройства, образующие скважины путем вдавливания грунта в стенки скважины рабочим конусным наконечником, на который кроме статической нагрузки действует вибрационная, создающая осевые колебания наконечника с трубой или только наконечника; вторая группа устройств осуществляет вдавливание грунта в стенки образуемой скважины рабочим наконечником посредством удара.

Важным технико-экономическим показателем способов бестраншейной прокладки коммуникаций является энергоёмкость процесса проходки горизонтальных скважин, который используется для оценки экономии энергетических затрат. Известные конструкции вибрационных машин для проходки скважин характеризуются высоким значением энергоёмкости от 186,7 МДж/м3 до 215,4 МДж/м3. Кроме того, у существующего оборудования для проходки горизонтальных скважин оценочный показатель «КПД формирования скважины» не превышает 7%. Такие невысокие показатели полезного расхода энергии служат основанием для научно-технического поиска энергосберегающего рабочего инструмента, осуществляющего с учётом физико-механических свойств грунта образование скважин с минимальными потерями энергии.

Таким образом, разработка новых научно обоснованных принципов создания вибрационных рабочих наконечников машин для прокола горизонтальных грунтовых скважин, оптимально реализующих подводимую энергию, а также обеспечивающих максимальную эффективность воздействия вибрации на грунт, представляет собой актуальную научнотехническую проблему.

Диссертационная работа соответствует научному направлению кафедры «Подъёмно-транспортные, строительные и дорожные машины» БИТТУ (филиал) ГОУ ВПО «СГТУ» - 13.В.02 «Разработка научных основ оптимального проектирования подъёмно-транспортных, строительных, дорожных и коммунальных машин», (рег.№01201001326, ФГНУ «ЦИТиСОИВ»). Отдельные разделы диссертационного исследования выполнялись в рамках г/б НИР по аналитической ведомственной целевой программе «Развитие потенциала высшей школы» (мероприятие 2: «Проведение фундаментальных исследований в области естественных, технических и гуманитарных наук. Научнометодическое обеспечение развития инфраструктуры ВУЗовской науки» (приказ СГТУ №88-П от 28.01.2009 г.) по теме «Развитие теории оптимального проектирования подъёмно-транспортных, строительных и дорожных машин».

Проведенный анализ состояния вопроса в области проходки горизонтальных скважин способом прокола грунта и анализ основных направлений повышения эффективности рабочего процесса образования горизонтальных скважин позволили сформулировать следующую цель исследования.

Цель работы. Повышение эффективности работы бестраншейных машин для прокола грунта, имеющих в своём составе вибрационные рабочие наконечники, путём обоснования их рациональных конструктивных и режимных параметров, на основе разработанной теории процесса взаимодействия вибрационных наконечников с грунтом, учитывающей изменение напряженно-деформированного состояния грунтов под энергетическим воздействием вибрационных наконечников.

Указанная цель определила следующие задачи исследования:

1. На основе системного анализа процесса образования горизонтальных скважин, характеризующего взаимодействие вибрационных рабочих наконечников с грунтом, сформировать научно обоснованные предпосылки повышения эффективности их работы.

2. Разработать теорию процесса взаимодействия вибрационного рабочего наконечника с грунтом, учитывающую изменение напряженнодеформированного состояния грунта под энергетическим воздействием вибрационного наконечника и установить влияние на это изменение физико-механических свойств грунта и режимных параметров вибрационного наконечника.

3. Исследовать влияние конструктивных и режимных параметров вибрационного рабочего наконечника с учётом физико-механических свойств грунта на напряженно-деформированное состояние грунта и определить диапазон рациональных значений параметров вибрационного наконечника.

4. Установить зависимости эффективной реализации процесса образования горизонтальных скважин в грунте от энергетических параметров вибрационного рабочего наконечника на основе экспериментальных исследований и подтвердить основные результаты, полученные в теоретических исследованиях.

5. Обобщить результаты теоретических и экспериментальных исследований с разработкой инженерной методики расчёта параметров вибрационного рабочего наконечника установки для образования горизонтальных скважин способом вибрационного прокола при бестраншейной прокладке коммуникаций.

6. Провести оценку эффективности процесса образования горизонтальных скважин способом вибрационного прокола по критериям энергоёмкости и экономической целесообразности применения предлагаемого способа вибрационного прокола.

Основная научная идея работы заключается в интенсификации процесса уплотнения грунта вибрационным рабочим наконечником машины для образования горизонтальных скважин за счёт рационального разделения подведённой энергии на осевую подачу и вибрацию рабочего наконечника в плоскости перпендикулярной оси скважины при рациональных соотношениях значений усилия прокола и скорости осевой подачи по критерию минимальной энергоёмкости.

Объект исследования - процесс взаимодействия вибрационного рабочего наконечника с грунтом при образовании горизонтальных скважин.

Предмет исследования - вибрационные рабочие наконечники бестраншейных машин для образования горизонтальных скважин в грунте.

Методологическая основа исследований - комплексный подход, включающий: научный анализ и обобщение опыта в области образования горизонтальных скважин способом прокола, общие законы и методы механики грунтов и теории уплотнения грунтов, дифференциальное и интегральное исчисление, математическое моделирование процесса образова ния горизонтальных скважин с проведением численного анализа, экспериментальные исследования, основанные на применении методов теории планирования и статистической обработки результатов эксперимента.

Контроль достоверности получаемых результатов осуществлялся сопоставлением результатов аналитического исследования с данными экспериментов и математического моделирования.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. При образовании горизонтальных скважин способом вибрационного прокола наибольшая эффективность рабочего процесса обеспечивается при рациональном разделении подведённой энергии на осевую подачу и вибрацию рабочего наконечника в плоскости перпендикулярной оси скважины.

2. Теоретические основы взаимодействия вибрационного рабочего наконечника с грунтом, описывающие изменение напряженнодеформированного состояния грунта под энергетическим воздействием вибрационного рабочего наконечника и позволяющие установить влияние на это изменение физико-механических свойств грунта, конструктивных и режимных параметров вибрационного рабочего наконечника.

3. Определение влияния диссипативных свойств грунта, объёма активной зоны колебаний и режимных параметров вибрационного рабочего наконечника на снижение структурной прочности (предела прочности) грунта в зоне структурных деформаций.

4. Экспериментальная оценка влияния колебаний вибрационного рабочего наконечника в плоскости перпендикулярной оси скважины на процесс образования скважины, эффективность которого зависит от амплитудно-частотных параметров колебаний и скорости осевой подачи вибрационного рабочего наконечника.

5. Снижение массы и габаритов установки для образования горизонтальных скважин за счёт выбора конструктивных и режимных параметров вибрационного рабочего наконечника и их рациональных соотношений.

Новизна научных положений состоит в том, что:

- разработанная математическая модель взаимодействия вибрационного наконечника с грунтом отличается от известных тем, что базируется на реологической модели с упруго-пластично-вязкими свойствами грунта и позволяет установить взаимосвязь скорости осевой подачи, амплитудночастотных параметров колебаний и физико-механических свойств грунта;

- установленная закономерность пространственно-временного изменения энергии колебаний при её распространении в массиве грунта с учётом увеличения фронта волны и диссипативных свойств грунта позволяет впервые определить снижение структурной прочности грунта и тем самым оценить эффективность вибрационного воздействия на грунт;

- установленная закономерность изменения усилия вибрационного прокола отличается от известных тем, что учитывает изменение пористости грунта в зоне структурных деформаций массива грунта на основе уравнения компрессионной кривой, скорости осевой подачи и физико-механических свойств грунта.

- разработанная методика инженерного расчёта отличается тем, что позволяет определить параметры вибрационного рабочего наконечника установки для образования горизонтальных скважин способом вибрационного прокола из условия минимизации энергетических и финансовых затрат при образовании горизонтальных скважин.

- новизна устройств для образования горизонтальных скважин способом вибрационного прокола при бестраншейной прокладке коммуникаций, для которых общим является распространение энергии колебаний наконечника в плоскостях перпендикулярных оси проходки, подтверждена патентами.

Практическая значимость работы.

Практическое значение работы заключается в том, что разработанная в исследовании методика расчёта рациональных конструктивных и режимных параметров вибрационного рабочего наконечника установки вибрационного прокола создаёт основу для проектирования и создания высокоэффективного оборудования для бестраншейной прокладки коммуникаций, осуществляющего образование горизонтальных скважин вибрационным рабочим наконечником с разделенным энергетическим потоком.

Личный вклад автора заключается в обобщении известных результатов, в формулировании общей идеи, цели и задач работы, выполнении теоретических и экспериментальных исследований, анализе и обобщении их результатов, в разработке алгоритма расчёта параметров установки вибрационного прокола, в разработке новых технических решений.

Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается соблюдением методов математического моделирования; выбором, соответствующих тематике исследования, апробированных методов математического анализа и научных исследований; выбора доказательств, базирующихся на законах механики грунтов и теории уплотнения грунтов; хорошей сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований (их расхождение не превышает 15%). Принятые допущения не противоречат физике рассматриваемого процесса и являются общепринятыми при решении аналогичных задач.

Реализация результатов работы. Техническая документация на оборудование для бестраншейной прокладки коммуникаций способом вибрационного прокола передана ОАО «СНПЦ «РОСДОРТЕХ», г.Саратов для подготовки к выпуску новой техники. В конструкторском бюро специальной техники ОАО «ТяжМаш», г.Сызрань внедрена методика инженерного расчета рациональных конструктивных и режимных параметров вибрационного рабочего наконечника для проходки горизонтальных скважин способом вибрационного прокола. Техническая документация и опытные образцы вибрационных рабочих наконечников переданы ЗАО «Информ», г.Балаково для практического использования при проведении работ по строительству подземных коммуникаций.

Результаты исследований используются в учебном процессе в рамках специальных дисциплин: «Строительные и дорожные машины», «Коммунальные машины и оборудование». В курсовом и дипломном проектировании при подготовке специалистов по специальности «Подъёмнотранспортные машины, строительные, дорожные машины и оборудование» используются результаты диссертационной работы, полученные зависимости для определения усилия прокола установки с вибрационным рабочим наконечником, полученные экспериментальные данные для проведения лабораторных работ.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на:

- Всероссийских научно-практических и научно-технических конференциях: «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий» (Саратов, СГТУ, 2009), «Информационные технологии, системы автоматизированного проектирования и автоматизация» (Балаково, БИТТУ, 2009,2010), «Механики – XXI веку» (Братск, 2010);

- Международных конференциях: научно-практическая конференция «Разработка и внедрение ресурсо- и энергосберегающих технологий и устройств» (Пенза, 2010), научная заочная конференция «Актуальные вопросы современной техники и технологии» (Липецк, 2010), научнопрактическая интернет-конференция «Молодежь. Наука. Инновации» (Пенза, 2010-2011);

- Международной конференции по бестраншейным технологиям NODIG Москва (Москва, 2010);

- на заседании кафедры «Подъёмно-транспортные, строительные и дорожные машины» Балаковского института техники, технологии и управления СГТУ в 2011 году.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 46 научных работ, в том числе 2 монографии, получено 6 патентов на изобретение, 2 патента на полезную модель. Из указанного числа работ 12 опубликованы в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, глав, заключения, списка использованной литературы из 172 наименований, приложения. Общий объём диссертации составляет 307 страниц, в том числе 274 страниц основного текста, 104 рисунка, 26 таблиц, 34 стр.

приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, подтверждающая необходимость развития научных основ создания вибрационных рабочих наконечников, применяемых в составе машин для прокола горизонтальных грунтовых скважин при бестраншейной прокладке коммуникаций.

В первой главе рассмотрено состояние вопроса в области проходки горизонтальных скважин способом прокола грунта. Приведена характеристика, область применения и классификация способов прокола для проходки горизонтальных грунтовых скважин. Проведен анализ конструкций устройств для проходки скважин способом прокола, анализ теоретических и экспериментальных работ, выполненных в области исследований статического, вибрационного и виброударного прокола горизонтальных грунтовых скважин.

Развитие установок статического прокола идёт по пути увеличения напорного усилия устанавливаемых гидроцилиндров и в конечном итоге приводит к большим габаритам оборудования. Существующие конструкции оборудования для прокола с применением вибрации имеют существенные конструктивные недоработки или находятся на стадии опытных образцов.

Разработка новых конструкций специализированных машин для бестраншейной прокладки коммуникаций способом вибрационного прокола является одним из средств снижения как стоимости самого оборудования, так и затрат на прокладку коммуникаций.

Значительный вклад в теорию и создание машин и методов статического и вибрационного прокола внесли многие ученые. Наиболее значительные теоретические и экспериментальные исследования по изучению процесса уплотнения грунта при образовании скважин способом прокола и внедрению деформаторов в грунт содержат работы Н.В.Васильева, И.С.Полтавцева, Н.Я.Кершенбаума, В.И.Минаева, Г.Н.Пестова, А.С.Вазетдинова, О.А.Савинова, А.Я.Лускина, Д.А.Котюкова, В.К.Тимошенко, Н.Е.Ромакина, Д.Д.Баркана, А.Н.Зеленина, К.К.Тупицына, Д.Н.Ешуткина, Н.Я.Хархуты, В.К.Свирщевского, А.Н.Ряшенцева, И.И.Блехмана, Х.Б.Ткача и других, как российских, так и зарубежных учёных.

При проколе скважины конусным рабочим наконечником уплотнение в грунте происходит в результате структурных деформаций. Вследствие повышения напряжений вокруг рабочего наконечника частицы грунта перемещаются в зону меньших напряжений и занимают весь объем пор в зоне структурных деформаций, при этом эпюра распространения средних критических напряжений в плоскости, перпендикулярной оси проходки, представляет собой концентрическую окружность с центром на оси скважины. Анализ кривых напряжений (рис.1) при внедрении конусного рабочего наконечника показывает, что абсолютная их величина имеет максимальное значение в радиальном направлении. Величина напряжений, воз никающих в грунте, определяет сопротивление внедрению рабочего наконечника при проколе.

Рис.1. Кривые напряжения в грунте при статическом проколе конусным рабочим наконечником Результаты исследований в области виброударного прокола выражены в виде эмпирических или полуэмпирических зависимостей, которые весьма осредненно отражают физику явлений, происходящих при виброударном проколе. Кроме того, опыты по погружению в грунт элементов, проведенные Д.Д.Барканом показали, что вибрационное погружение различных элементов в грунт значительно эффективнее процесса погружения с применением удара.

Конструкции установок вибрационного прокола с осевыми колебаниями имеют низкую эффективность взаимодействия рабочего наконечника с грунтом, связанную с направленным вдоль оси характером колебаний рабочего наконечника, в результате чего часть возмущающей силы расходуется на вибрацию рабочего наконечника, а вторая – на прокладываемый трубопровод. При этом вторая составляющая является доминирующей при проколе. Указанные причины определили невозможность широкого применения установок УВП–1, УВП–2.

Эффективность вибрационного прокола с колебаниями перпендикулярно оси проходки была отмечена еще в 50-х годах прошлого века. Скорость протяжки виброснаряда со встроенным вибратором круговых коле баний составила 135 м/ч. Протяжка виброснаряда была выполнена канатом через лидерную скважину.

Тем не менее, на сегодняшний день отсутствуют промышленные образцы оборудования для проходки горизонтальных скважин при бестраншейной прокладке коммуникаций с колебаниями рабочего инструмента перпендикулярно оси проходки, что объясняется отсутствием глубоких исследований в этой области по установлению рациональных конструктивных, режимных и эксплуатационных показателей установок вибрационного прокола такого типа.

Во второй главе проведен системный анализ машин для образования горизонтальных скважин при бестраншейной прокладке коммуникаций, рассмотрены физико-механические свойства грунта при взаимодействии с рабочим инструментом прокалывающих машин, выполнен анализ факторов, влияющих на эффективность работы вибрационных рабочих наконечников.

Комплекс оборудования для проходки горизонтальных скважин может быть разделен на ряд подсистем, соединенных функционально линиями прямой и обратной связи, с выделением параметров входа, внутренней структуры и параметров выхода. Параметрами входа системы являются:

физико-механические характеристики грунта; эксплуатационные показатели; параметры управления; размеры рабочего и приемного котлованов; условия обеспечения сохранности близлежащих сооружений.

Внутренняя структура системы была определена следующими основными подсистемами: металлоконструкция установки; рабочий орган;

основные механизмы - механизмы осевой подачи и привода дебалансного вибратора конусного рабочего наконечника; вспомогательное оборудование наблюдения и корректировки.

Параметры выхода системы определены в виде ранговых показателей, выраженных в критериальной форме применительно к процессу проходки горизонтальных скважин способом вибрационного прокола. Параметрами выхода системы являются критерии низшего ранга: усилие осевой подачи от сопротивления на рабочем органе - Fлвиб, сопротивления от сил трения и сцепления проходческой или прокладываемой трубы о грунт - Tтр, Tсц, показатели качества укладки трубопроводов: l и - отклонения от заданного положения в вертикальной и горизонтальной плоскостях соответственно. Обобщенные критерии: производительность проходки Ппр, металлоемкость G, суммарная мощность установки - Nуст, энергоемкость H.

Основной задачей для данной системы является определение рациональных конструктивных и режимных параметров вибрационного рабочего наконечника и механизма осевой подачи. Такие параметры должны обеспечить качественное выполнение работ при максимальной производительности и минимальных затратах мощности.

При проколе скважин уплотнение грунта в стенки скважины характеризуется объёмной остаточной деформацией грунта, при которой разрушаются связи между частицами грунта и изменяются его характеристики, например: плотность и пористость. Из анализа свойств грунтов и особенностей их изменения следует, что при проектировании и создании рабочего инструмента для образования скважины способом прокола наиболее важными характеристиками грунта, определяющими энергетические затраты являются сжимаемость, структурная прочность грунта, оцениваемая сопротивлением сдвига и пределом прочности, а также скорость изменения напряженного состояния, определяемая режимными параметрами процесса проходки.

Анализ влияния динамического воздействия на грунт позволяет принять за основной показатель характеризующий эффективность вибрационного воздействия на грунт, выражающейся в снижении сопротивления грунта уплотнению – ускорение колебаний частиц грунта. При этом важным фактором является наличие внешнего давления на грунт одновременно с вибрационным воздействием.

Проведенный анализ состояния вопроса в области образования горизонтальных скважин способом вибрационного прокола позволил определить факторы, влияющие на эффективность работы вибрационных рабочих наконечников для образования горизонтальных скважин, а именно:

1. Направление распространения энергии колебаний в массиве грунта, которое должно приниматься из условия максимальной эффективности воздействия вибрации на грунт во всей зоне структурных деформаций частиц массива грунта, окружающего рабочий орган.

2. Величина колеблющейся массы рабочего органа и конструктивных частей установки для образования горизонтальных скважин способом вибрационного прокола. Для эффективной работы колеблющаяся масса рабочего органа и конструктивных элементов частей установки должна быть минимальной, что повышает эффективность процесса образования горизонтальных скважин за счёт увеличения доли энергии переданной в массив грунта.

3. Скорость осевой подачи при внедрении рабочего органа. Значение скорости осевой подачи при внедрении рабочего органа не только увеличивает лобовое сопротивление при внедрении в грунт (наличие вязких свойств в грунте), но также влияет на движение рабочего органа относительно оси образуемой скважины.

4. Частота колебаний рабочего инструмента, являющаяся важным режимным параметром работы вибрационного рабочего наконечника в грунте, определяющим величину развиваемых ускорений колебаний. Кроме того от частоты колебаний зависит величина логарифмического декремента колебаний, который, в свою очередь, определяет величину рассеян ной энергии колебаний в грунте при образовании скважины способом вибрационного прокола.

5. Физико-механические свойства грунтов. При образовании горизонтальных скважин в грунтах способом вибрационного прокола имеется грунтовый риск, связанный с каменистыми включениями в массиве грунта и высокой связностью разрабатываемых грунтов. Грунты высокой связности характеризуются большими значениями коэффициента поглощения энергии распространяющейся в массиве грунта, что не позволяет интенсифицировать процесс уплотнения в массиве грунта, окружающем рабочий наконечник.

Анализ представленных факторов, имеющейся опыт образования горизонтальных скважин и представленные кривые напряжений в массиве грунта дают основание предположить, что возможно повышение эффективности работы вибрационных рабочих наконечников за счёт разделения подведенной энергии на осевую подачу и в зону наибольших напряжений в массиве грунта перпендикулярно оси проходки. Следствием распространения энергии колебаний перпендикулярно оси проходки является снижение структурной прочности грунта, что в конечном итоге обеспечивает снижение сопротивлений со стороны грунта и увеличение скорости осевой подачи.

Технологическая схема образования горизонтальных скважин способом вибрационного прокола с колебаниями перпендикулярно оси скважины в зависимости от конструкции установок разделяется на два вида: проходка прямым ходом и проходка расширением (обратным ходом) через предварительно образованную лидерную скважину. Процесс образования скважины прямым ходом выполняется из рабочего приямка по традиционной схеме. Образование скважин способом вибрационного прокола с расширением обратным ходом условно можно разделить на три этапа. На первом этапе работ методом статического прокола выполняется проходка пионерной скважины. После выхода в приёмный котлован лидерной штанги, к последней посредством каната закрепляется рабочий наконечник со встроенным вибратором круговых колебаний - второй этап работ. На третьем этапе обратным ходом осуществляется протяжка вибрационного наконечника и формирование скважины с прочными устойчивыми стенками. Также возможна протяжка вибрационного наконечника с одновременным монтажом пластиковой трубы в скважине и замена штанг в пионерной скважине канатом, при этом протяжка наконечника может осуществляться тяговой лебедкой, что делает процесс образования скважины непрерывным.

В третьей главе представлены теоретические исследования процесса взаимодействия вибрационного рабочего наконечника с грунтом при вибрационном проколе.

Рассматривается физическая картина процесса взаимодействия вибрационного рабочего наконечника с грунтом. Процесс вибрационного прокола горизонтальных грунтовых скважин с колебаниями перпендикулярно оси проходки представляет собой внедрение в грунт под действием напорной или тяговой силы вибрационного инструмента в виде конусного рабочего наконечника, внутри которого вмонтирован вибратор круговых колебаний. При внедрении вибрационного наконечника так же, как и при статическом проколе, грунт уплотняется в стенки скважины.

Вибратор, установленный внутри конусного рабочего наконечника (рис.2.), является интенсификатором процесса образования скважины, так как энергия колебаний, передаваемая в массив грунта, способствует снижению структурной прочности грунта, что уменьшает величину критического напряжения для изменения структуры грунта, и в конечном итоге уменьшает напорную или тяговую силу.

Рис.2. Схема взаимодействия рабочего наконечника с грунтом при вибрационном проколе горизонтальной скважины прямым ходом:

1-рабочий наконечник; 2-вибратор; 3-компенсирующее устройство; 4 - напорная труба; 5-направляющие; vпр - скорость проходки; дб - угловая частота вращения дебаланса вибратора; Fвиб - напорное усилие вибрационного прокола, прикладываемое к напорной трубе; Fдб - возмущающая сила вибратора.

При вибрационном проколе рабочий наконечник, имеющий спереди конусную часть, переходящую в цилиндрическую, приводит в колебания прилегающий к нему грунт с частотой nк, и эти колебания распространяются во все стороны в грунте, но преимущественно в перпендикулярных направлениях.

По мере удаления от поверхности корпуса рабочего наконечника амплитуда колебаний грунта А снижается. Это снижение обусловливается двумя причинами. Во-первых, с удалением от источника колебаний поверхность фронта волны деформаций возрастает, и на единицу массы грунта, прилегающей к фронту волны, приходится всё меньшая доля переносимой волной энергии. Во-вторых, при колебаниях окружающего грунта происходит необратимый процесс перехода части механической энергии в тепло, который принято называть диссипацией (рассеянием) энергии. Диссипация энергии при одновременном действии деформирующего (тягового или напорного) усилия и возмущающей силы вибратора сопровождается резким снижением структурной прочности грунта. Таким образом, по мере удаления от источника колебаний общее количество энергии, переносимой волной деформации, уменьшается. Доля энергии, которая рассеивается в окружающем грунте, прямо пропорциональна общему количеству подведённой энергии и объёму грунта, вовлекаемого в колебания.

Теоретическое исследование процесса взаимодействия вибрационного рабочего наконечника с грунтом на основе проведенного анализа проводилось в два этапа:

1. Исследование процесса вибрационного воздействия на грунт. Основным параметром, характеризующим интенсивность тиксотропных превращений в грунте, является ускорение колебаний, сообщаемое частицам грунта. Тем не менее, вопрос вибрационного воздействия на грунт не был решен с помощью энергетического (термодинамического) способа. Определение уравнений, характеризующих процесс распространения энергии колебаний в грунтовом массиве с определением диссипативной составляющей, позволил определить параметры вибрационного рабочего наконечника, обеспечивающего образование горизонтальных скважин с минимальными энергетическими затратами.

2. Исследование процесса уплотнения грунта при проходке скважины. Процесс вибрационного прокола отличен от статического наличием вибрационного воздействия на грунт. Схожесть явлений, происходящих в грунте при внедрении конусного рабочего наконечника, как при статическом проколе, так и при вибрационном позволяет использовать зависимости, характеризующие процесс уплотнения при статическом проколе для определения усилия вибрационного прокола и других параметров процесса вибрационного прокола.

Процесс образования скважины вибрационным рабочим наконечником это необратимый процесс, в ходе которого механическое движение рабочего наконечника превращается в сложное движение частиц грунта при перестройке в массиве. Основным эффектом одновременного действия напорной силы и возмущающей силы вибратора рабочего наконечника внедряемого в грунт является относительное перемещение частиц, при значительно меньших критических напряжениях в массиве грунта. Вели чина и характер возникающих деформаций существенно зависят от пористости грунта и от сил взаимодействия между частицами в точках их взаимного контакта.

Грунт является сложной системой, которая в процессе образования скважины изменяет свои параметры. При внедрении конусного рабочего наконечника грунт сжимается давлением, создаваемым напорной или тяговой силой. При этом изменяется объём грунта в массиве, окружающем рабочий наконечник. Таким образом, объём можно рассматривать как координату состояния грунта при образовании горизонтальной скважины способом вибрационного прокола. Кроме того, при вибрационном воздействии рабочего наконечника на грунт изменяется его структурная прочность, такое изменение также является координатой состояния грунта. При вибрационном проколе следует различать два потенциала системы, которые являются причиной изменения координат состояния грунта: давление рвиб, создаваемое напорной или тяговой силой и вибрационное воздействие вибратора круговых колебаний рабочего наконечника, характеризуемое величиной переданной энергии в массив грунта.

Грунт это неконсервативная система, в которой имеет место обмен энергией. Энергия, подводимая к рабочему наконечнику для уплотнения грунта, расходуется на перемещение частиц грунта, и диссипацию (рассеяния) в массиве грунта. Диссипация (рассеяние) общей механической энергии, подводимой к рабочему наконечнику, определяется наличием внешних и внутренних сопротивлений грунта и сопровождается изменением структурной прочности грунта. Таким образом, грунт можно считать диссипативной системой, являющейся частным случаем неконсервативной системы. Диссипация энергии в грунтах существует в виде кулонова трения и жидкостного (вязкостного) трения.

Вибрационный рабочий наконечник при образовании скважины совершает механическую работу, определяемую зависимостью:

экв Aвиб = pвибV + Fдб Aпр + Fтр Lэкв, (1) тр виб где p - давление на поверхности вибрационного рабочего наконечника, создаваемое внешней силой, Па; V - изменение объема рассматриваемого массива грунта, м3; Aпр - приведённая амплитуда колебаний рабочего накоэкв нечника и «присоединенного» грунта, м; Fтр - эквивалентная сила внешнего трения на поверхности вибрационного рабочего наконечника, Н; Lэкв - тр эквивалентная длина пути, на котором действуют сила внешнего трения, м.

Удельная механическая работа, которую совершает вибрационный рабочий наконечник в объёме грунта V, расходуемая на снижение структурной прочности грунта определяется:

Fдб Aпр МпрАпрa mдбeдбa C = = =, (2) V V V где mдб - масса дебаланса вибратора рабочего наконечника, кг; eдб - эксцентриситет дебаланса, м; a - ускорение колебаний частиц грунта, м/с2; M - пр присоединенная масса рабочего наконечника и грунта, вовлекаемая в колебания, с учётом давления слоя грунта, расположенного выше оси проходки и сопротивлений со стороны компенсирующего устройства или тягового каната, кг.

В решении задачи исследования взаимодействия вибрационного рабочего наконечника с грунтом наиболее предпочтительным является термодинамический (энергетический) метод. Этот метод основан на том, что всякое изменение, происходящее в некоторой системе, рассматривается с точки зрения выделения или поглощения энергии, преобразования одних видов энергии в другие.

Процесс распространения энергии вибратора в грунтовом массиве, окружающем рабочий наконечник носит волновой характер. Поверхность, на которую было передано одинаковое количество энергии dW, называется волновой поверхностью и в этом случае она имеет цилиндрическую форму конечной длины, которая определяется осевыми габаритами рабочего наконечника. Цилиндрические поверхности различного уровня по мере удаления от рабочего наконечника имеют меньшую энергию.

Аналитическое исследование процесса переноса энергии сводилось к изучению пространственно-временного изменения энергии dW, то есть нахождения уравнения:

W = f (x, y, z,t). (3) где x, y, z - оси координат трехмерного пространства; t - время вибрационного воздействия на грунт.

Геометрическое место точек, которые в данный момент времени имеют одинаковую энергетическую заряженность, называется поверхностью равного энергетического уровня (РЭУ). На рис.3. схематично представлена часть грунтового массива у рабочего наконечника с нанесёнными через интервалы W поверхностями РЭУ.

Наибольшее изменение энергии на единицу длины находится в направлении нормали n к поверхности РЭУ. Предел изменения энергии W к расстоянию n между поверхностями РЭУ, определённому по нормали представлен градиентом энергии колебаний:

W W lim = = gradW. (4) n n0 n Рис.3. Схема поверхностей РЭУ Для характеристики процесса распространения энергии в разных точках грунтового массива используется понятие плотности потока энергии, которая также является векторной величиной. Плотность потока энергии W переносимую через площадку S поверхности РЭУ, перпендикулярную к направлению распространения энергии за время t, определится:

W d W j = =. (5) St dSdt Плотность потока энергии j связана с градиентом энергии колебаний gradW через параметры грунта и частоту импульсов энергии. Взаимосвязь между плотностью потока энергии j и градиентом энергии колебаний gradW запишется:

j = -nкgradW, (6) где - коэффициент поглощения волны (энергии) колебаний, величина обратная - равна расстоянию, на котором интенсивность волны уменьшается в е раз, 1/м; nк - частота колебаний, определяющая количество импульсов энергии в массив грунта, 1/с.

На основе рассмотрения элементарного объёма грунта dV при взаимодействии с вибрационным рабочим наконечником (рис.4) было определено количество энергии рассеянное в этом объёме:

W = [( jx - jx+dx )dx dz + (jy - jy+dy)dx dz + ( jz - jz+dz ) dx dy] dt, (7) 2W 2W 2W W = nк + + dV dt, (8) x2 y2 z2 2W 1 W W = nк 2 + , (9) dV dt где jx, jy, jz -проекции вектора плотности потока энергии j на оси X, Y, W W W Z ;,, - проекция вектора градиента энергии колебаний на оси x y z X, Y, Z ; - координата цилиндрической системы координат.

Рис.4. Вибрационный рабочий наконечник в массиве грунта По закону сохранения энергии количество энергии W, рассеянное за время dt в объеме грунта dV рассматривалось как диссипативная работа грунта за время dt :

W = Wдисс. (10) В свою очередь диссипативная работа грунта определяется падением потенциала на перенесённом заряде. Величина потенциала характеризует интенсивность изменения заряда (координату) состояния грунта. За координату состояния грунта принимался параметр , характеризующий эффективность вибрационного воздействия и определяемый отношением:

виб =, (11) ст виб где - напряжение, характеризующее структурную прочность ст грунта при вибрационном воздействии, Па; - напряжение, характеризующее структурную прочность грунта при статическом нагружении, Па.

Изменение параметра будет определяться величиной потенциала, который в рассматриваемом случае определяется интенсивностью вибрационного воздействия через удельную работу вибратора С, формула (2).

В конечном итоге диссипативная работа грунта за время dt в элементарном объёме dV определяется:

mдбедбa Wдисс = dVdt. (12) t V Приравнивая полученные уравнения (9) и (12) и сокращая dVdt, было получено дифференциальное уравнение распространения энергии колебаний в грунте:

mдбедбa 2W 1 W = nк + . (13) t V Решение дифференциального уравнения, позволило определить закон распространения энергии колебаний в грунтовом массиве:

виб mдбедбамакс е- Rстр.д макс W() = Wмакс e - e-, (14) ст V - Rстр.д виб где Wмакс - полная энергия колебаний, Дж; макс - структурная прочность при вибрационном воздействии на границе зон структурных и упругих деформаций в массиве грунта, Па; - логарифмический декремент, являющийся мерой внутреннего трения грунта, определяет величину рассеянной энергии, расходуемой на изменение структурной прочности грунта; aмакс - максимальная величина ускорений колебаний на границе взаимодействия поверхности рабочего наконечника с грунтом, м/с2.

В полученном уравнении (14) первая зависимость в правой части выражает изменение энергии связанное с увеличением поверхности фронта волны при удалении от источника колебаний. Второе выражение определяет рассеянную часть энергии в массиве грунта.

Численный анализ полученного уравнения показал, что в диапазоне коэффициента поглощения энергии = 0.1 - 0.2 для случая, когда вся энергия, переданная в массив грунта, рассеялась в зоне структурных деформаций, эффективность вибрационного воздействия примерно в 2-4 раза больше для грунтов с меньшими значениями коэффициента , рис.5.

Для количественной оценки снижения предела прочности грунта были определены значения предела прочности грунта при вибрационном воздействии рабочего наконечника на границе зон структурных и упругих деформаций, представленные на рис.6. Численный анализ показал снижение предела прочности грунта от 3 до 35 раз в зависимости от коэффициента поглощения энергии. Кроме того, анализ полученных значений подтверждает принятые теоретические положения, а именно: эффективность вибрационного воздействия значительно выше на грунтах с меньшими значе ниями коэффициента поглощения энергии, так как большее количество энергии расходуется на снижение предела прочности грунта во всем объёме зоны структурных деформаций грунта.

Рис.5. Зависимость от логарифмического декремента колебаний Рис.6. Зависимость изменения напряжений в грунте от коэффициента поглощения энергии колебаний при вибрационном воздействии на грунт:

для Rстр.д = 0.54 м; Wмакс = 1000 Дж; = 0.39рад; амакс = 0.6м/с2; d = 0.18м;

ст ст = 0.54 м; глина: = 900000 Па; песок: = 350000 Па.

При исследовании процесса уплотнения грунта при образовании скважины рассматривался физический процесс внедрения конусного рабочего наконечника под действием напорной (или тяговой) силы.

Как при статическом проколе, так и вибрационном, грунт уплотняется в стенки скважины, имея такое свойство, как сжимаемость, обусловленная изменением пористости. Уменьшение пористости грунта в зоне внедрения конусного рабочего наконечника возможно только при изменении структуры грунта при повышенных напряжениях, которые различны при статическом и вибрационном проколе. Таким образом, для определения усилия вибрационного прокола можно использовать зависимость усилия внедрения рабочего наконечника при статическом проколе, с учётом изменения предела прочности грунта. Известные зависимости для определения усилия внедрению рабочего наконечника в грунт на преодоление лобового сопротивления, предложенные А.С.Вазетдиновым, Д.И.Шор, И.С.Полтавцевым, Н.Е.Ромакиным, весьма осредненно характеризуют физическую картину процесса уплотнения грунта в стенки скважины, при этом вязкие свойства грунта не учитываются. Для определения зависимости усилия внедрения рабочего наконечника с учётом указанных замечаний была выявлена качественная картина процесса уплотнения грунта в стенки скважины при статическом проколе.

При проколе происходит уплотнение грунта под нагрузкой значительно превышающей структурную прочность грунта. Структурная прочность грунта оценивалась пределом прочности при уплотнении . Нар пряжённое состояние грунта вокруг рабочего наконечника иллюстрируется рис.7, с учётом принятых допущений:

1. Грунт изотропен и однороден.

2. Нормальные напряжения вдоль образующей конуса рабочего наконечника принимаются постоянными по результатам исследований В.К.Тимошенко.

При внедрении рабочего наконечника вокруг него образуются две напряжённых зоны:

• зона структурных деформаций, описываемая радиусом Rстр.д., в которой возникают напряжения больше структурной прочности грунта (предела прочности);

• зона упругих деформаций, описываемая радиусом Rупр.д., для которой не достигнута величина предела прочности грунта.

При проколе скважины напряжения в грунте изменяются в широком интервале, поэтому сжимаемость грунта при внедрении рабочего наконечника характеризовалась компрессионной кривой К.Терцаги построенной в виде зависимости коэффициента пористости е от давления р:

p e = e0 - Cc ln , (15) p где e - коэффициент пористости грунта, соответствующий давлению p ; e0 - начальный коэффициент пористости, соответствующий начальному давлению p0 ; Cc - коэффициент компрессии.

Рис.7. Схема напряженного состояния грунта вокруг рабочего наконечника:1 - грунт с первоначальной пористостью; 2 – грунт с промежуточной пористостью; 3 – грунт с конечной пористостью Приняв, что пористость в зоне 3 массива грунта, характеризуется объёмом пустот равным объёму вытесненных из скважины твёрдых частиц, значение коэффициента пористости после внедрения рабочего наконечника определяется:

n0k + n0 -e =, (16) 2 k - n0k - nRстр.д.

где k = - коэффициент, определяющий размеры напряженной зоны r грунта, в которой происходят структурные деформации, r - радиус внедряемого наконечника, м; - первоначальная пористость грунта.

n После проведения математических преобразований и с учетом принятых допущений о замене давлений радиальными напряжениями в грунте уравнение компрессионной кривой (15) при уплотнении грунта конусным рабочим наконечником запишется в виде:

1- 2n0 r , (17) 2 (1- n0)(k - n0k - n0)= Cc ln p r где - радиальные напряжения в грунте, Па.

Усилие внедрения рабочего наконечника при статическом проколе выражается зависимостью:

1-2n2 tg( +) (1-n0 )(k -n0k -n0)Cc F = r2 e. (18) p sin где; - угол заострения конуса рабочего наконечника, в пределах от 50 до 900 - ; - угол трения наконечника о грунт, характеризуемый соотноше нием tg = f, - коэффициент трения грунта о наконечник;

f Полученная зависимость (18) позволяет определять усилие внедрения рабочего наконечника в пределах угла заострения от 50 до 900 - на основе изменения пористости грунта в зоне структурных деформаций с учётом компрессионной зависимости, что позволяет учесть главный параметр, характеризующий сжимаемость грунтов - коэффициент компрессии.

Численный анализ полученных зависимостей (рис.8) показал, что конечные значения напряжений в грунте соответствуют коэффициентам уплотнения для глины и песка, представленным в работе А.С.Вазетдинова.

Расчёт усилия внедрения рабочего наконечника на преодоление лобового сопротивления (рис.9) показал расхождение с опытными данными от 6 до 14 %. Всё это свидетельствует о достоверности принятой физической картины процесса уплотнения грунта при внедрении конусного рабочего наконечника.

Рис.8. Изменение напряжений в грунте при внедрении наконечника Рис.9. Зависимость усилия внедрения рабочего наконечника от внешнего угла трения грунта Анализ физико-механических свойств грунта показал, что его сопротивление деформированию зависит от скорости изменения напряженного состояния, что свидетельствует о наличии вязких свойств грунта. Из физической картины статического прокола следует, что уплотнение грунта при образовании скважины происходит без релаксации, поэтому напряжение описывалось упруго-вязко-пластичной моделью Бингама. Следует отметить, что грунт подвергается объёмному сжатию давлением, создаваемым рабочим наконечником, при этом форма грунтового массива в котором происходят структурные деформации остаётся неизменной – цилиндрической. С учетом вышесказанного рассматривались только нормальные напряжения в грунте, возникающие на границе контакта с рабочим наконечником в виде уравнения:

стат & = +об , (19) стат где - статическое разрушающее напряжение, Па; об - коэффициент & объемной вязкости грунта, Па·с; - скорость объёмной деформации, 1/c.

Скорость объемной деформации грунта определялась на основании закона Ньютона, и для рассматриваемой расчетной схемы (рис.7), представляется выражением:

vпр (1- Kск cos) & =, (20) Rстр.д где vпр - скорость осевой подачи (проходки скважины), м/с; Kск - коэффициент скольжения частиц грунта, учитывающий скольжение частиц грунта вдоль образующей конуса.

В итоге зависимость для определения напряжения (предела прочности), которое необходимо создать для структурных деформаций (течения) грунта при проколе скважины с учётом скорости объёмной деформации грунта запишется:

vпр (1 - Kск cos).

стат = +об (21) р р Rстр.д стат где - предел прочности грунта в статике (при малых скоростях дефорр мирования).

С целью определения усилия вибрационного прокола Fлвиб на преодоление лобового сопротивления было учтено влияние вибрации на изменение физико-механических свойств грунта через коэффициент вибровязкости и предел прочности при вибрационном воздействии:

1-2n 2 2 виб р +а vпр (1- Kск cos) (1-n0 )(k -n0k -n0)Cc tg( + ), (22) Fлвиб = Клr e Rстр.д sin где Кл - коэффициент, учитывающий технологический способ образования виб скважины: прямым ходом или расширением; - предел прочности грунр та при вибрационном воздействии, Па; а - коэффициент вибровязкости, Па·с.

Численный анализ полученной зависимости усилия внедрения вибрационного прокола подтвердил наличие вязких свойств и позволил определить оптимальное значение угла заострения, рис.10, 11.

Рис.10. Зависимость усилия внедрения при вибрационном проколе от скорости проходки для Rстр.д = 0.5 м; = 1000000 Па с ; k = 6 ; = 0.38рад.;

= 0.39рад; r = 0.09 м; супесь: = 53333 Па, CC = 0.0079, n0 = 0.39 ; глина:

р = 100000 Па, CC = 0.019, n0 = 0.41; песок: = 26667 Па, р р CC = 0.0069, n0 = 0.37.

Оптимальный угол заострения находится в пределах 200…30 0. Причём с уменьшением угла внешнего трения грунта угол заострения увеличивается из условия минимального значения усилия внедрения вибрационного наконечника.

Рис.11. Зависимость усилия внедрения при вибрационном проколе от угла заострения конуса вибрационного наконечника:

для Rстр.д = 0.54 м; = 1000000 Па с ; k = 6 ; vпр = 0.022 м/с; r = 0.09 м;

Мощность вибратора наконечника определялась на основе обеспечения требуемого ускорения колебаний в зоне структурных деформаций для снижения предела прочности и определения присоединенной массы грунта с учётом размеров зоны структурных деформаций и давления грунта от собственного веса:

Rстр.д. -1 Rстр.д. 3aкр 2 1 3 Aмакс е e -1 2 + d 10 - гр + 3 d ргр m нак стр.д.

3 24 tg 2Aмаксe-R ,(23) Nвн = в где Амакс - максимальная амплитуда колебаний конуса вибрационного рабочего наконечника, м; акр - величина критического ускорения колебаний в грунте на расстоянии Rстр.д. от оси проходки, м/с2 ; mнак - масса вибрационного рабочего наконечника, кг; гр - плотность грунта, кг/м3; pгр - давление грунта от собственного веса, определяемое глубиной образования скважины относительно дневной поверхности грунта, Па; в - КПД привода вибратора.

Совокупность представленных теоретических зависимостей при принятых допущениях представляет собой математическую модель, позволяющую оценить эффективность процесса образования горизонтальных скважин способом вибрационного прокола с колебаниями наконечника перпендикулярно оси проходки через критерий энергоёмкости. Проведенный численный анализ подтвердил правильность принятых теоретических положений, расхождения результатов расчёта по полученным зависимостям с опытными данными не превышает 14 %.

В четвертой главе представлены методика и результаты экспериментальных исследований процесса взаимодействия вибрационного рабочего наконечника с грунтом, определение влияния конструктивных и режимных параметров на эффективность проходки горизонтальных скважин.

Экспериментальные исследования проводились в два этапа: в лабораторных и полевых условиях.

Результаты экспериментов в лабораторных условиях показали, что для грунтов с большими значениями коэффициентов поглощения энергии эффективность вибрационного воздействия с удалением от источника колебаний снижается в несколько раз по сравнению с грунтами, имеющими меньшие значения коэффициентов поглощения энергии. Причём с увеличением частоты колебаний более 3000 об/мин (50 Гц) структурная прочность грунта снижается не значительно. Также было подтверждено, что доминирующее влияние на процесс образования скважин способом вибрационного прокола оказывает ускорение колебаний в зоне уплотнения, интервал эффективных ускорения колебаний составляет (0,1-0,2)g при наличии тягового усилия приложенного к наконечнику.

Для глины оптимальное значение частоты колебаний находится в пределах до 2200 об/мин, для супеси и песка до 3000 об/мин, исходя из полученных результатов по удельной энергии прокола на максимальном удалении от вибрирующей площадки.

Грунты, используемые при проведении экспериментов, являлись наиболее представительными для рабочего процесса образования горизонтальных скважин и характеризовались следующими параметрами: глина влажность – 25%, n0 = 0,41, = 1 МПа ; супесь – влажность - 12%, n0 = 0,4, р = 0,5 МПа ; песок - влажность - 14%, n0 = 0,38, = 0,4 МПа.

р р Проведение экспериментальных исследований в полевых условиях проводилось по технологической схеме с расширением обратным ходом:

первоначально образовывалась лидерная скважина, через которую впоследствии выполнялась протяжка вибрационного расширителя.

Для выполнения второго этапа экспериментальных исследований была создана и изготовлена полномасштабная машина прокола МПУ-16, которая в комплекте с набором штанг, вспомогательного оборудования и вибрационных наконечников представляет установку вибрационного горизонтального прокола. Спроектированная и изготовленная прокалывающая универсальная машина МПУ-16 в настоящее время используется при производстве работ по прокладке коммуникаций водоснабжения диаметром до 200 мм.

Методика экспериментальных исследований второго этапа базировалась на реализации многофакторного ортогонального плана второго порядка для двух переменных: скорости осевой подачи (протяжки) и частоты вращения дебалансов вибратора наконечника, на трёх уровнях варьирования. К числу контролируемых параметров процесса проходки горизонтальной скважины относятся: усилие протяжки вибрационного рабочего виб наконечника при расширении скважины - Fл, Н; потребляемая мощность вибратора рабочего наконечника Nвн, кВт.

В результате были получены регрессионные зависимости:

для глины Fлвиб = 50810 + 2283 vпр + 3744 nдб - 5065 nдб. (24) для песка Fлвиб = 43917 + 5205 vпр - 3196 nдб - 2357 nдб. (25) 2 для глины Nвн = 0.657 + 0.058 vпр + 0.121 nдб - 0.014 vпр + 0.011 nдб. (26) 2 для песка Nвн = 0.609 + 0.058 vпр + 0.131 nдб - 0.029 vпр + 0.011 nдб. (27) Проверка полученных моделей на адекватность проводилась по критерию Фишера, в результате чего было определено, что уравнения (24), (25), (26) и (27) описывают протекание рассматриваемых процессов с вероятностью не менее 95% и являются адекватными.

На рис.12. представлены результаты экспериментов второго этапа, которые показали, что усилие вибрационного прокола линейно зависит от скорости осевой подачи, причем эффективность образования скважины, существенно зависит от частоты колебаний. Так для глины следует считать рациональные частоты в пределах 1800-2000 об/мин, для песка – 2800-30об/мин.

Полученные в ходе исследований данные по влиянию режимных параметров на эффективность образования горизонтальных скважин показали достаточно хорошую сходимость теоретических и экспериментальных исследований. Расхождения полученных значений не превышает 15 %.

Усилие внедрения вибрационного наконечника Песок Глина Мощность вибратора наконечника Глина Песок Рис.12. Результаты экспериментальных исследований в полевых условиях Экспериментальные данные позволили произвести оценку эффективности образования скважины по значениям энергоёмкости H при рациональных режимах процесса по зависимости:

виб 4(Nлид + Nл + Nвн ) H =, (28) об К dскв vпр л виб где Nлид - мощность на образовании пионерной скважины; Nл - мощность на преодоление лобового сопротивления и трения напорного или тягового элементов о стенки скважины при вибрационном проколе, Вт; Nвн - мощ об ность вибратора наконечника, Вт; К - коэффициент, учитывающий зал траты времени на образование пионерной скважины.

Результаты расчёта энергоёмкости по формуле (28) представлены на рис.13.

1100,150,50,Глина 45,Песок 23,26,0 0,01 0,02 0,03 0,Скорость проходки скважины V пр, м/с Рис.13. Энергоёмкость процесса проходки горизонтальных скважин способом вибрационного прокола Анализ приведенных данных по энергоёмкости позволяет обозначить рациональную область скорости проходки при вибрационном проколе как 75-85 м/ч. Следует отметить, что эффективность работы вибрационного наконечника на песках значительно выше, чем на глинах. Так при статическом проколе энергоемкость образования скважины в песке в 3 раза выше, чем в глине, а при вибрационном проколе это отношение составляет от 1,5 до 2,5 раз.

В пятой главе приводятся рекомендации по реализации полученных научных результатов, а именно: расчёт параметров вибрационных рабочих наконечников установки для образования горизонтальных скважин при бестраншейной прокладке коммуникаций, рекомендации по технологии производства работ установкой вибрационного горизонтального прокола (ВГП), включая устройство рабочего и приёмного котлованов, разработаны требования безопасности при работе установкой ВГП.

Расчёт производится в соответствии с блок-схемой, рис.14.

Блок-1. В качестве исходных документов для расчета задаются следующие параметры: диаметр прокладываемой коммуникации - dтр ; длина проходки - Lпр, определяемая длиной перехода при преодолении препятствия; время, отведенное на выполнение работ по проходке скважины - Tпр, определяемое заказчиком и проектом производства работ; физикоЭнергоемкость, Н (МДж/м3) механические свойства грунта, а именно: - предел прочности грунта, р характеризующий структурную прочность грунта, Па; гр - плотность грунта, кг/м3; - угол внешнего трения грунта; - коэффициент затухания колебаний в грунте, 1/м.

Рис.14. Блок-схема расчёта основных параметров вибрационного рабочего наконечника установки для образования горизонтальных грунтовых скважин Также в блоке 1 проводят согласование планового времени Tпр, отведенного на выполнение работ со скоростью осевой подачи.

Блок - 2. Определяется оптимальный угол заострения рабочего наконечника, дающий минимальное сопротивление прокола из анализа результатов работы:

2tg = sin 2( +), (29) Блок – 3. При известном диаметре вибрационного наконечника d и оптимальном угле заострения определяются основные геометрические размеры вибрационного наконечника: длина конусной части Lк вибрационного наконечника; длина цилиндрической части Lц наконечника; размеры корпуса дебалансов.

Блок - 4. Определяется радиус структурных деформаций в массиве грунта при коэффициенте, определяющем размеры зоны структурных деформаций по отношению к радиусу рабочего наконечника - k = 5K6, меньшие значения для несвязных грунтов (песчаные), большие для связных (глинистые):

d Rстр.д = k . (30) Блок - 5. Определяется оптимальная угловая частота вращения дебаланса дб. Для эффективного уплотнения грунта в стенки скважины при вибрационном проколе необходимо, чтобы в зоне структурных деформаций радиусом Rстр.д. создаваемое ускорение колебаний частиц определялось так называемой критической величиной ускорений колебаний, при которой происходит интенсивное течение в грунте. Величину ускорений колебаний следует принимать акр = (0.1- 0.2)g, меньшие значения ускорений для глины, большие для песка, амплитуду колебаний Aмакс = 0.8 -1 мм - для песка, Aмакс = 1.2 -1.5 мм - для глины, коэффициент поглощения = 0.1 - для песка, = 0.15 - для глины.

Блок – 6. Выполняется проверка условия акр а = (0.1- 0.2)g.

Блок – 7. В случае невыполнения условия блока 6 производится пошаговое увеличение ускорения колебаний акр на 10-20% до удовлетворения условия возникновения критических ускорений колебаний в зоне структурных деформаций массива грунта.

Блок – 8. Определяется присоединенная масса грунта, в объёме которого распространяется энергия колебаний вибратора.

Блок - 9. Определяется потребный кинетический момент дебаланса.

После подбора вибратора круговых колебаний, устанавливаемого внутри вибрационного наконечника, определяется мощность двигателя необходимая для привода вибратора в блоке 12.

Блок - 10. В случае отсутствия необходимого промышленно выпускаемого вибратора или невозможности выбора двигателя по условиям кон структивной компоновки производится расчет геометрических параметров дебаланса виброблока и массы дебаланса.

Масса вибрационного наконечника mвн назначается из конструктивных соображений с учётом массы привода и конструктивных элементов корпуса рабочего наконечника. Тип привода дебалансного вибратора должен удовлетворять двум условиям: частота вращения приводного вала в пределах 1500-3000 об/мин и возможность регулирования частоты вращения.

Блок – 11. Производится эскизная компоновка дебаланса в корпусе вибрационного рабочего наконечника. В случае невозможности конструктивной компоновки по геометрическим размерам производится изменение эксцентриситета и вновь производится расчёт.

Блок - 12. Определяется мощность необходимая для привода вибратора.

Блок – 13. Производится проверка компоновки двигателя в вибрационном рабочем наконечнике по геометрическим размерам. При выборе стандартного вибратора по кинетическому моменту со встроенным двигателем и невозможности установки выбранного вибратора в рабочем наконечнике проводится расчёт параметров дебаланса с блока 10.

Блок – 14. Определяются усилие, создаваемое напорной станцией для образования лидерной скважины - Fлид и для внедрения вибрационного наконечника - Fлвиб, с учётом сопротивлений от трения штанг (трубы) о грунт.

Коэффициент компрессии Cc определяется для каждого типа грунта через компрессионные испытания.

При образовании скважины протяжкой вибрационного наконечника значение коэффициента К принимается равным - 1,05-1,15 в зависимости л от прочности разрабатываемого грунта.

виб Значение предела прочности определяется зависимостью:

р виб = . (31) р р На основе численного анализа зависимости (14) и с учётом результатов исследования рекомендуются следующие значение параметра эффективности вибрационного воздействия: = 0.08 - 0.1 - для глинистых и = 0.04 - 0.06 для песчаных грунтов.

Блок – 15. Подбор насосной станции осуществляется по известным методикам и определяется расходом рабочей жидкости по требуемой скорости проходки и давлением, необходимым для обеспечения требуемого усилия внедрения в грунт. Расчёт металлоконструкции установки, узлов и деталей проводится по существующим методикам строительной механики и деталей машин.

Блок – 16. Оформляется произведенный расчёт.

Блок – 17. Завершение расчёта.

Результаты исследований и разработанная методика расчёта параметров использованы при создании установки вибрационного горизонтального прокола, которая была отмечена дипломом I степени и Золотой медалью VI Саратовского Салона изобретений, инноваций и инвестиций (апрель, 2011).

В разработке требований безопасности при работе установкой вибрационного горизонтального прокола вблизи жилых зданий и различных сооружений учитывалась скорость волны от вибрационного рабочего наконечника. На рис.15. представлена зависимость скорости колебаний от расстояния до различных строительных объектов при коэффициенте поглощения = 0,1. На основе этого графика можно определить безопасное расстояние при назначении трассы прокладки коммуникации способом вибрационного прокола.

Рис.15. Изменение скорости колебаний от расстояния В шестой главе представлена оценка экономической эффективности применения установки прокола горизонтальных скважин, имеющей в своём составе вибрационные рабочие наконечники.

Для оценки установок с вибрационными рабочими наконечниками, осуществляющими колебания в плоскости перпендикулярной оси образуемой скважины, были приняты два основных экономических показателя - стоимость машино-часа и трудозатраты.

Проведенные расчеты составлены на основании «Методических указаний по разработке сметных норм и расценок на эксплуатацию строительных машин и автотранспортных средств» МДС 81-3.99, принятых и введенных в действие с 1 января 2000 года постановлением Госстроя России от 17 декабря 1999 года и «Единым нормам и расценкам на строительные, монтажные и ремонтно-строительные работы», введенным в действие в 1987 г.

Расчет сметной цены машино-часа установки для бестраншейной проходки горизонтальных скважин ВГП и сравнение с прямыми затратами на машино-час установки горизонтального направленного бурения с аналогичными характеристиками показывает, что применение установки ВГП с экономической точки зрения более выгоднее, так её прямые затраты на машино-час в 4.8 раза меньше.

Также было проведено сравнение установки ВГП с установкой статического прокола трубы с условным диаметром 150 мм на расстояние м в грунтах II группы. Для этого была составлена калькуляция затрат труда и машинного времени. При этом было принято допущение, что калькуляция затрат не учитывает трудозатраты на отрывку и обратную засыпку котлованов. Анализируя полученные данные расчёта можно утверждать, что применение установки ВГП даёт снижение затрат труда при проколе скважины длиной 30 м на 30-32 %.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПО РАБОТЕ В диссертационной работе осуществлено научное обобщение результатов теоретических и экспериментальных исследований процесса взаимодействия вибрационного рабочего наконечника с грунтом при образовании горизонтальных скважин и решение важной научно-технической проблемы повышения эффективности работы машин для образования горизонтальных скважин в грунте, за счёт интенсификации процесса уплотнения грунта вибрационным наконечником машины через разделение подведённой энергии на осевую подачу и в зону структурных деформаций в массиве грунта на основе разработанной теории процесса взаимодействия вибрационного рабочего наконечника с грунтом, позволяющей учитывать процессы снижения структурной прочности грунта под воздействием энергий колебаний при различных эксплуатационных и грунтовых условиях.

Основные выводы и результаты диссертационной работы заключаются в следующем.

1. Анализ существующих способов и средств образования горизонтальных скважин способом прокола показывает, что наибольшая эффективность рабочего процесса обеспечивается при рациональном разделении подведённой энергии на осевую подачу и вибрацию рабочего наконечника в плоскости перпендикулярной оси скважины. Развитие таких машин сдерживается отсутствием методов расчёта параметров вибрационных рабочих наконечников, учитывающих процесс их взаимодействия с грунтом.

В существующих теоретических положениях не учитывается характер напряжённо-деформированного состояния грунта и его изменение при внедрении вибрационного рабочего наконечника, что приводит к необоснованному выбору направления вибрационного воздействия и параметров рабочих наконечников при проектировании, и созданию малоэффективного оборудования вибрационного прокола грунтов для бестраншейной прокладки коммуникаций.

2. Разработанная теория процесса взаимодействия вибрационного рабочего наконечника с грунтом учитывает изменение напряженнодеформированного состояния грунта под энергетическим воздействием вибрационного наконечника. Установлено, что при внедрении рабочего наконечника напряжения в массиве грунта определяются изменением пористости в зоне структурных деформаций грунта в соответствии с компрессионной кривой. Установлено, что на величину усилия внедрения вибрационного прокола определяющее влияние оказывают: угол заострения конуса наконечника ( ), физико-механические свойства грунта с учёвиб том вибрационного воздействия (, a, ) и скорость осевой подачи при p внедрении в грунт. В диапазоне скорости осевой подачи от 10 до 100 м/ч усилие вибрационного прокола увеличивается от 15% до 54 %, что определяет необходимость учёта вязких свойств грунта при внедрении рабочего наконечника. Оптимальный угол заострения вибрационного рабочего наконечника составляет 200…30 0.

3. Теоретически обосновано снижение структурной прочности (предела прочности) грунта в зоне структурных деформаций массива грунта при внедрении вибрационного рабочего наконечника, за счёт распространения энергии колебаний с учётом диссипативных свойств грунта, объёма активной зоны колебаний и режимных параметров процесса. Установлено, что снижение предела прочности грунта составляет от 3 до 35 раз, причём меньшим пределам снижения прочности грунта соответствуют большие значения коэффициента поглощения энергии колебаний.

4. Проведённые экспериментальные исследования в лабораторных и полевых условиях подтвердили эффективность способа образования скважин вибрационным рабочим наконечником с колебаниями перпендикулярно оси образуемой скважины. Полученные в результате экспериментов математические модели описывают протекание процесса образования скважин способом вибрационного прокола с вероятностью не менее 95% и являются адекватными. Экспериментально определены рациональные значения частоты вращения дебаланса вибратора, которые для глины составляют 1800…2000 об/мин, для песка 2500…3000 об/мин; рациональная скорость осевой подачи вибрационного рабочего наконечника - 75-85 м/ч.

Результаты экспериментальных исследований удовлетворительно совпадают с результатами численного анализа (расхождения в пределах %), что подтверждает теоретические положения данной работы о возможности повышения эффективности работы машин для образования горизонтальных скважин путем применения вибрационных рабочих наконечников с колебаниями перпендикулярно оси образуемой скважины.

5. Обобщение результатов теоретических и экспериментальных исследований позволило разработать инженерную методику расчёта параметров установки для образования горизонтальных скважин способом вибрационного прокола при бестраншейной прокладке коммуникаций, ко торая обеспечивает образование скважин с энергоёмкостью 23,5-101,МДж/м3.

6. Полученные количественные результаты показывают, что вибрационные рабочие наконечники, выбор конструктивных и режимных параметров которых проведён с учётом их влияния на напряженнодеформированное состояние грунта и изменение его физико-механических свойств в зоне структурных деформаций, целесообразно применять для образования горизонтальных скважин при бестраншейной прокладке коммуникаций, так как это приводит к снижению энергоёмкости на 80…85% по сравнению с традиционными установками вибрационного прокола, снижению трудозатрат на 30…32 % по сравнению со статическим проколом и снижению стоимости машино-часа установки в 4,5-5 раз по сравнению с установками горизонтально-направленного бурения.

Положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Научные издания из перечня ВАК РФ:

1. Земсков В.М. Обоснование методики расчета параметров установок для вибробурения скважин / В.М.Земсков, А.А.Карошкин // Изв. Тул.

ГУ, Подъемно-транспортные машины и оборудование. - Тула, 1999.- Вып.2. - С.101-105.

2. Земсков В.М. Определение момента сопротивления вращению фрезы при уплотнении грунта в стенки скважины / В.М.Земсков // Изв.

Тул. ГУ, Подъемно-транспортные машины и оборудование. - Тула, 2003.- Вып.4. - С. 90-94.

3. Земсков В.М. Анализ исследований лобового сопротивления при бестраншейной прокладке трубопроводов методом прокола / В.М.Земсков, А.В.Судаков // Изв. Тул. ГУ, Подъемно-транспортные машины и оборудование. - Тула, 2004.- Вып.5. - С. 35-38.

4. Земсков В.М. Определение осевого сопротивления внедрению виброраскатывающего рабочего наконечника установки / В.М.Земсков, П.В.Егоров // Изв. Тул. ГУ, Подъемно-транспортные машины и оборудование. - Тула, 2009.- Вып.2. - С. 21-25.

5. Земсков В.М. Определение мощности устройства для вибропрокола горизонтальной скважины в грунте / В.М.Земсков, И.С.Михельсон, Н.В.Краснолудский // Вестник СГТУ. – Саратов, 2009.– Вып.1, - С.47-52.

6. Земсков В.М. Определение параметров вибрационного инструмента для проходки горизонтальных скважин / В.М.Земсков, Н.В.Краснолудский, И.С.Михельсон // Строительные и дорожные машины.- 2010. - №9.- С.31-33.

7. Земсков В.М. Определение усилия внедрения рабочего наконечника бестраншейной прокалывающей машины / В.М.Земсков // Вестник СГТУ. – Саратов, 2010.– Вып.3(48), С.188-194.

8. Земсков В.М. Результаты экспериментальных исследований вибропрокола горизонтальных скважин / В.М.Земсков, Н.В.Краснолудский // Механизация строительства.- 2010. - №12. - С.19-23.

9. Земсков В.М. Математическая модель процесса взаимодействия вибрационного инструмента бестраншейной машины с грунтом / В.М.Земсков // Мир транспорта и технологических машин. – Орёл, 2011. – Вып.1(32). – С.62-70.

10. Земсков В.М. Выбор модели грунта для исследования процесса вибропрокола при бестраншейной прокладке коммуникаций / В.М.Земсков, И.С.Михельсон // Вестник СГТУ. – Саратов, 2011.– Вып.1(52). С.188-194.

11. Земсков В.М. Производство работ при бестраншейной прокладке коммуникаций установкой вибрационного горизонтального прокола / В.М.Земсков, Н.В.Краснолудский // Мир транспорта и технологических машин. – Орёл, 2011. - Вып.2(33). С. 77-86.

12. Земсков В.М. Моделирование движения вибрационного наконечника для проходки горизонтальных скважин/ В.М.Земсков // Вестник СГТУ. – Саратов, 2011.– Вып.2(56). С.45-49.

Монографии:

13. Земсков В.М. Теоретические основы взаимодействия рабочего наконечника с грунтом при проколе горизонтальных скважин / В.М.Земсков. - Саратов: СГТУ, 2010. – 104 с. ISBN 978-5-7433-2213-8.

14. Земсков В.М. Повышение эффективности проходки горизонтальных скважин способом вибрационного прокола / В.М.Земсков, Н.В.Краснолудский. - Саратов: СГТУ, 2011. – 120 с. ISBN 978-5-74332384-5.

Работы, опубликованные в международных сборниках:

15. Карошкин А.А. Анализ применимости виброприводов в машинах для содержания дорог/ А.А.Карошкин, В.М.Земсков // Межвузовский сб.

тр. Харьковского ГАЖТ. - Харьков, 1997.- Вып.30. – С.18-20.

16. Земсков В.М. Повышение эффективности проходки горизонтальных скважин способом вибрационного прокола / В.М.Земсков, Н.В.Краснолудский, И.С.Михельсон [Электронный ресурс] // «Международная конференция и выставка по бестраншейным технологиям NO-DIG Москва (1-3 июня 2010)»: сборник докладов конференции. – Москва, 2010.

- 1 электрон.опт.диск. (CD-ROM)/ Работы, опубликованные в других изданиях:

17. Карошкин А.А. Критерии оптимизации способов и средств прокладки коммуникаций / А.А.Карошкин, В.М.Земсков // Региональные особенности развития машино- и приборостроения, проблемы и опыт подго товки кадров: Сб. тр. I Всерос. науч.-метод. конф. – Саратов: СГТУ, 2000.- С.241-243.

18. Земсков В.М. Обоснование методики расчета мощности установок горизонтального бурения / В.М.Земсков // Труды международной научно-технической конференции "ИНТЕРСТРОЙМЕХ-2001".- СанктПетербург: СПбГТУ, 2001.- С.143-145.

19. Земсков В.М. Исследование параметров вибропривода установок горизонтального бурения / В.М.Земсков // Проблемы динамики и прочности исполнительных механизмов и машин: Сб. тр. науч.- техн. конф.- Астрахань: Астрах. гос. ун-т, 2002. – С.86-89.

20. Земсков В.М. Определение силовой характеристики вибропривода установок горизонтального бурения / В.М.Земсков // Перспективы развития подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин: Сб. тр.

межд. науч.- метод. конф.- Саратов: СГТУ, 2002.- С.81-84.

21. Земсков В.М. Методика инженерного расчёта вибробурильной установки для бестраншейной прокладки трубопроводов / В.М.Земсков, А.А.Карошкин // Проблемы прочности и надежности строительных и машиностроительных конструкций: межв.сб.науч.тр. / СГТУ. – Саратов, 2005. – С.263-270.

22. Земсков В.М. Постановка задач по теоретическому исследованию процесса вибропрокола горизонтальных скважин / В.М.земсков // Совершенствование конструкций и методов расчёта строительных и дорожных машин и технологий производства работ: межв.сб.науч.тр. / СГТУ. - Саратов, 2006. – С.69-72.

23. Земсков В.М. Критерий и целевая функция оптимального выбора вибропривода установки горизонтального бурения / В.М.Земсков, И.С.Михельсон // «Математическое моделирование, оптимизация технических, экономических и социальных систем»: межвуз.сб.науч.тр. – Саратов, 2007. – С. 51-54.

24. Земсков В.М. Классификация способов бестраншейной прокладки коммуникаций / В.М.Земсков, П.В.Егоров // Научно-технический сборник №40. – УВВТУ. – Ульяновск, 2008. – С.61-67.

25. Земсков В.М. Исследования взаимодействия вибрирующего наконечника с грунтом при бестраншейной прокладке коммуникаций способом прокола / В.М.Земсков, П.В.Егоров // Межв.сб.науч.-техн.ст. Вып.23. – Вольск: ВВВУТ (ВИ), 2008. – С.152-153.

26. Земсков В.М. Устройство для бестраншейной прокладки коммуникаций способом виброраскатки / В.М.Земсков, П.В.Егоров // Дороги и мосты.- 2008. - №5-6.- С.24-25.

27. Земсков В.М. Критерии оптимизации при выборе оборудования для бестраншейной прокладки коммуникаций / В.М.Земсков, И.С.Михельсон // «САПР и автоматизация производства»: сборник науч ных трудов 1 региональной научно-технической конференции. – Саратов, 2009. – С.150-155.

28. Земсков В.М. Разработка установки для вибропрокола горизонтальных скважин при бестраншейной прокладке трубопроводов / В.М.Земсков, И.С.Михельсон, Н.В.Краснолудский // «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий»: сборник материалов всероссийской научно-практической конференции молодых учёных. – Саратов, 2009.

– С.164-167.

29. Земсков В.М. Методика инженерного расчёта параметров вибрационного наконечника установки для проходки горизонтальных скважин способом прокола / В.М.Земсков, А.В.Краснолудский, Н.В.Краснолудский // Мир транспорта и технологических машин. – Орёл, 2010. – Вып.1(28). – С.70-76.

30. Земсков В.М. Предпосылки для создания новых конструкций установок для бестраншейной прокладки трубопроводов методом вибропрокола / В.М.Земсков, Н.В.Краснолудский, И.С.Михельсон // Мир транспорта и технологических машин. – Орёл, 2010. – Вып.4(31). – С.66-76.

31. Земсков В.М. Экологические аспекты применения вибропрокола горизонтальных скважин при бестраншейной прокладке коммуникаций / В.М.Земсков, И.С.Михельсон // «Разработка и внедрение ресурсо- и энергосберегающих технологий и устройств»: сборник статей. – Пенза, 2010. – С.38-41.

32. Земсков В.М. Методика инженерного расчёта параметров виброраскатывающего рабочего наконечника установки для бестраншейной прокладки трубопровода / В.М.Земсков // Механики XXI веку. IX Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием:

сб.докл. – Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2010. – С.27-30.

33. Земсков В.М. Эффективные конструкции рабочего наконечника установки для бестраншейной прокладки коммуникаций способом вибропрокола / В.М.Земсков, Н.В.Краснолудский / Механики XXI веку. IX Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием:

сб.докл. – Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2010. – С.22-26.

34. Земсков В.М. Эффективные конструкции бестраншейных машин для прокладки коммуникаций способом вибропрокола / В.М.Земсков, И.С.Михельсон, Н.В.Краснолудский // «Молодёжь, наука, инновации»:

сборник статей. – Пенза, 2010-2011. – С.274-279.

35. Земсков В.М. Прокалывающая машина МПУ-16 для бестраншейной прокладки коммуникаций / В.М.Земсков, Н.В.Краснолудский // Информационные технологии, системы автоматизированного проектирования и автоматизация: сб.науч.тр. II Всерос.науч.-техн.конф. – Саратов: СГТУ, 2010. – С.265-269.

36. Земсков В.М. Определение мощности на привод вибратора рабочего наконечника установки для прокола горизонтальных скважин / В.М.Земсков, Н.В.Краснолудский, И.С.Михельсон // Совершенствование конструкций и методов расчёта строительных, дорожных машин, машин для природообустройства и технологий производства работ: сб.науч.тр. – Саратов: СГТУ, 2010. – С.12-19.

37. Земсков В.М. Оборудование для бестраншейной прокладки коммуникаций способом вибрационного прокола / В.М.Земсков, Н.В.Краснолудский // Шестой Саратовский салон изобретений, инноваций и инвестиций: в 2 ч. – Саратов: Саратовский ГАУ, 2011. Ч.1. – С.224-226.

38. Земсков В.М. Прокол вместо траншеи / В.М.Земсков, Н.В.Краснолудский // Инновации + паблисити.- 2011. - №2.- С.26-27.

Патенты:

39. Пат. 2190728 Российская Федерация, МПК E 02 F 5/18. Устройство для бестраншейной прокладки трубопроводов методом прокола / Ромакин Н.Е., Ромакин Д.Н., Земсков В.М.; заявл. 05.03.01; опубл. 10.10.02, Бюл.№28.

40. Пат. № 2193628 Российская федерация, МПК E 02 F 5/18. Установка горизонтального бурения / А.А. Карошкин, В.М. Земсков - №98111434/03; заявл. 15.06.98; опубл. 27.11.02, Бюл.№ 33.

41. Пат. 2238370 Российская федерация, МПК E 02 F 5/18. Устройство для образования скважин в грунте / Ромакин Н.Е., Ромакин Д.Н., Земсков В.М.; №2003103666/03; заявл. 06.02.03; опубл. 20.10.04, Бюл.№29.

42. Пат. 2256034 Российская федерация, МПК E 02 F 5/18. Устройство для образования скважин в грунте / Ромакин Н.Е., Ромакин Д.Н., Земсков В.М.; №2003118415/03; заявл. 18.06.03; опубл. 20.12.04, Бюл.№19.

43. Пат. 73676 Российская федерация, МПК E 02 F 5/12. Устройство для образования лидерных скважин в грунте методом прокола / Ромакин Н.Е., Земсков В.М.; №2008101208/2; заявл. 09.01.08; опубл. 27.05.08, Бюл.№15.

44. Пат. № 2342495 Российская федерация, МПК E02F 5/18. Установка горизонтального бурения / А.А. Карошкин, В.М. Земсков, И.С. Михельсон; №2007116901/03; заявл. 04.05.07; опубл. 27.12.08, Бюл.№ 36.

45. Пат. 88694 Российская федерация, МПК E02F 5/18. Устройство для бестраншейной прокладки трубопроводов способом прокола / Ромакин Н.Е., Земсков В.М., Егоров П.В.; №2008130009/22; заявл. 21.07.08; опубл.

20.11.09, Бюл.№32.

46. Пат. 2395645 Российская федерация, МПК E02F 5/18. Устройство для бестраншейной прокладки трубопроводов способом прокола / Ромакин Н.Е., Земсков В.М.; №2009110683/03; заявл. 23.03.09;

опубл.27.07.10, Бюл.№21.




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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.