авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Обоснование параметров напорного и ударного механизмов с объемным гидравлическим приводом машины для образования скважин в грунтах

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Горин Андрей Владимирович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ

НАПОРНОГО И УДАРНОГО МЕХАНИЗМОВ

С ОБЪЕМНЫМ ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ

МАШИНЫ ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ СКВАЖИН В ГРУНТАХ

05.05.04 - Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Орел - 2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Государственный университет – учебно-научно-производственный комплекс» (ФГБОУ ВПО «Госуниверситет – УНПК», г. Орел).

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Ешуткин Дмитрий Никитович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Кобзев Анатолий Петрович
кандидат технических наук, доцент Паничкин Антон Валерьевич
Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Защита состоится «30» марта 2012 года в 14 часов на заседании диссертационного совета ДМ.212.182.07 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Государственный университет – учебно-научно-производственный комплекс» по адресу: 302030, г. Орел, ул. Московская, д. 77, ауд. 426. (зал защит диссертаций).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК» по адресу: 302020, г. Орел, Наугорское шоссе, д.29.

Отзывы на автореферат направлять в диссертационный совет по адресу:

302020, г. Орел, ул. Наугорское шоссе, д.29.

Автореферат разослан 15 февраля 2012 г. Объявление о защите диссертации и автореферат диссертации 15 февраля 2012 г. Размещены на официальном сайте ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК»: http://gu-unpk.ru и направлены для размещения в сети Интернет Министерством образования и науки Российской Федерации по адресу: referat_vak@mon.gov.ru

Ученый секретарь

диссертационного совета Севостьянов А.Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция увеличения объемов городского и промышленного строительства, реконструкции сложившейся части городов и промышленных предприятий. Эта тенденция сохранится на ближайшую и длительную перспективу. Неотъемлемым процессом этой перспективе является сооружение новых подземных инженерных коммуникаций различного назначения: канализаций, водопроводов, электрических и тепловых сетей, газопроводов и др. Строительство подземных трубопроводов открытым (траншейным) способом в условиях города сопряжено с определенными трудностями: необходимостью разборки, а затем восстановлением дорожных покрытий; нарушением движения транспорта; загрязнением окружающей среды.





Многих из перечисленных недостатков лишен закрытый (бестраншейный) способ строительства, включающий как сооружение трубопроводов под дорогами, так и строительство протяженных подземных коллекторов для инженерных коммуникаций. Проведенный анализ опубликованных работ по теме исследования показал, что только в условиях города 70 % подземных трубопроводов имеет диаметр до 300 мм.

В настоящее время известны различные машины для бестраншейного строительства коммуникаций, их эффективность во многом зависит от правильности выбора их схем, разработки конструкций и расчета параметров. Однако научно обоснованные методы оценки выбора этих параметров до настоящего времени в завершённом виде отсутствуют и нуждаются в определенной корректировке и доработке. Поэтому обоснование и выбор наиболее эффективных параметров машин, использующих современные гидравлические напорные механизмы с большими усилиями (1500 кН и более) в совокупности с ударными и вибрационными воздействиями на забой с возможностью их регулирования в автоматическом режиме, представляет собой актуальную проблему для бестраншейной прокладки скважин в грунте.

Настоящая работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Исследование нестационарных движений устойчивости сложных элетро-гидропневмомеханических систем с внешними воздействиями в виде случайных процессов». Этап: «Исследование процессов преобразования энергии в сложных электрогидропневматических системах с неголономными связями» № Гос. контракта 0120.0 504939, 2005-2006 г.

Цель работы повышение эффективности бестраншейного образования скважин в грунтах за счет совместного действия напорного и ударного механизмов с общим гидравлическим объёмным приводом.

Задачи исследования:

– выполнить анализ существующих способов и средств для бестраншейного образования скважин, а также теорий взаимодействия рабочих органов различной формы с грунтом;

– проанализировать существующие механические модели грунтов, выбрать и скорректировать модель наиболее соответствующую изучаемому процессу;

– разработать динамическую и математическую модели взаимодействия рабочего органа с грунтом, учитывающие действия либо одного напорного механизма, либо совместную работу напорного и ударного механизмов в зависимости от сопротивления грунта;

– провести экспериментальные исследования процесса образования скважин комбинированным рабочим органом машины и определить рациональные режимные параметры процесса образования скважин;

– разработать методику инженерного расчета параметров и режимов работы комбинированного рабочего органа машины для бестраншейного образования скважин в грунтах.

Объектом исследования является рабочий орган машины для бестраншейного образования скважин в грунте.

Предметом исследования является процесс взаимодействия с грунтом рабочего органа со статическим и ударным механизмами с объемным гидроприводом машины для бестраншейного образования скважин.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались анализ и обобщение исследований предшественников, математическое моделирование, основанное на динамических моделях рабочего процесса машины. Проверка результатов теоретических исследований осуществлялась путем проведения стендовых и натурных экспериментов. Обработка полученных данных проведена на основе методов математической статистики.

Научная новизна работы:

– разработана математическая модель рабочего органа машины для бестраншейного образования скважин в грунте отличающаяся тем, что учитывает действие на грунт напорного и ударного механизмов при совместной работе и по отдельности;

– представлены уравнения для определения скорости образования скважин в грунте, учитывающие жесткости рабочего органа и грунта;

– установлены зависимости, позволяющие определить рациональные параметры рабочего органа на основе статического и ударного объемного гидропривода машины для образования скважин в грунтах.

Достоверность полученных результатов достигается применением апробированных положений механики грунтов, механики машин, динамики объемного гидропривода, удовлетворительной качественной и количественной сходимостью теоретических выводов и экспериментальных результатов.

Практическая значимость работы состоит:

– в создании полноразмерной экспериментальной установки с измерительным комплексом для проведения натурных испытаний с возможностью изменения параметров привода в широком диапазоне;

– в разработке практических рекомендаций по применению машины для проведения скважин в грунте, включающей рабочий орган с напорным и ударным механизмами;

– в разработке методики инженерного расчета параметров рабочего органа машины с объемным гидравлическим приводом для бестраншейного образования скважин в грунтах;

– в оригинальности конструкции рабочего органа комбинированной машины, подтвержденной патентами на изобретение.

Реализация работы:

– разработана методика и создан стенд для экспериментальных исследований режимных параметров комбинированного рабочего органа машины для образования скважин;

– создана и передана ИФ «Магма» для дальнейшего использования гидравлическая станция КПГ–1421;

– методика инженерного расчета, экспериментальный стенд и результаты исследований переданы УИЛ «Импульсные технологии» ФГБОУ ВПО «Госуниверситет – УНПК» для использования в учебном процессе;

– методика расчета переданы ОАО «Строймонтаж» для расчета параметров и режимов работы машины для бестраншейного образования скважин в грунтах;

– результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Госуниверситет – УНПК» при чтении лекций, проведении практических и лабораторных занятий по дисциплинам «Теоретическая механика», «Машины ударного действия».

На защиту выносятся:

– математическая модель взаимодействия с грунтом рабочего органа состоящего из напорного и ударного механизмов с единым объемным гидравлическим приводом;

– соотношения для определения скорости образования скважин в грунте, учитывающие жесткости рабочего органа и грунта;

– рекомендации по выбору рациональных конструктивных и рабочих параметров машины для бестраншейного проведения скважин в грунтах, полученных на основе теоретических и экспериментальных исследований.

Апробация работы. Основные положения диссертационного исследования докладывались на международных, региональных и республиканских научно-технических семинарах, конференциях и симпозиумах: «Передовые технологии на пороге века» (международная конференция), Москва, 1998 г.; международном научном симпозиуме «Механизмы и машины ударного, периодического и вибрационного действия», Орел, 2000 г.; международной научно-технической конференции «Вибрационные машины и технологии», Курск, 2001г.; «Интерстроймех - 2001», Санкт-Петербург, 2001 г.; второй международной конференции «Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства», Тула, 2002 г.; межвузовской научно-практической конференции «Вклад ученых вузов в научно-технический прогресс на железнодорожном транспорте», Самара, 2003 г.; втором международном научном симпозиуме «Механизмы и машины ударного, периодического и вибрационного действия», Орел, 2003 г.; международном научном симпозиуме «Гидродинамическая теория смазки – 120 лет», Орел, 2006 г.; третьем международном научном симпозиуме «Ударно-вибрационные системы, машины и технологии», Орел, 2006 г.; международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы динамики и прочности материалов и конструкций: модели, методы, решения», Самара, 2007 г.; региональной научно-практической конференции «ИНЖИНИРИНГ – 2009», Орел, 2009 г.; четвертом международном научном симпозиуме «Ударно-вибрационные системы, машины и технологии», Орел, 2010 г.; научно-методических и научно-исследовательских конференциях ОрелГТУ, Орел (1995 – 2011 г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 научные работы в сборниках научно-технических и научно-практических конференций, из них 6 статей опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено 2 патента на изобретение.

Отдельные этапы работы выполнялись в рамках НИР УИЛ «Импульсные технологии» ФГБОУ ВПО «Госуниверситет – УНПК».

Автор выражает признательность за критические замечания по содержанию работы сотрудникам кафедр «Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины» и «Теоретическая и прикладная механика» ФГБОУ ВПО «Госуниверситет – УНПК».

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложена на 205 с. из них 130 с. основного текста, содержит 61 рис., 15 табл., библиографию из 110 наименований и 23 приложений.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении содержится обоснование актуальности темы, описаны объект и предмет исследования, сформулированы цели и задачи, показаны научная новизна и практическая ценность работы, приведены сведения об апробации полученных результатов и структуре диссертации.

В первой главе проведен анализ способов и устройств бестраншейного строительства трубопроводов, который показал (рис. 1), что наибольшей эффективностью при проведении скважин диаметром до 300 мм обладают машины и устройства сочетающие воздействия на забой статических напорных усилий и ударов (импульсов).

Рис. 1. Энергоемкость и производительность проходки скважин в грунтах

различными способами.

Вопросам теоретических исследований бестраншейного строительства горизонтальных трубопроводов посвящены работы Н.В. Васильева, Г.Е. Лаврова, А.Н.Зеленина, А.С. Вазетдинова, М.М. Александрова, О.А. Савинова, А.Я. Лускина, В.И. Минаева, Н.Я. Кершенбаума, В.А. Бренера, А.Е.Пушкарева, А.Б. Жабина, Д.Н. Ешуткина, Л.С.Ушакова, А.П. Кобзева, Л.И.Кантовича, Д.А. Юнгместера, А.Г. Лазуткина, А.Р. Матиса, Н.М. Суслова, В.К. Манжосова. Анализ работ в области теоретических исследований прокладки трубопроводов показал, что основные результаты выражены в виде эмпирических или полуэмпирических зависимостей, которые не позволяют учесть упруго-пластично-вязкие свойства грунтов из-за сложности расчетных моделей.

Существующие сведения по комбинированному методу бестраншейной прокладки скважин позволяют характеризовать его значительно меньшей энергоемкостью процесса, в основном за счет существенного увеличения скорости проходки.

На основе проведенного анализа существующих способов и работ в области бестраншейного строительства горизонтальных трубопроводов были сформулированы задачи исследования, которые необходимо решить для достижения поставленной цели.

Во второй главе представлены разработанные динамическая и математическая модели взаимодействия рабочего органа, включающего в себя напорный и ударный механизмы с грунтом, учитывающие механические свойства грунта, жесткости элементов гидропередачи и привода.

Динамическая теория любой технологической машины, предназначенной для преобразования материалов, построена на знании механической модели объекта воздействия, с которой взаимодействует рабочий орган этой машины. Внешней средой, с которой взаимодействует исследуемая комбинированная машина, является грунт. Описание физико-механических свойств грунта производится на основе реологических моделей. Исследование механических свойств грунтов показывает, что существует общность законов, описывающих механическое поведение различных грунтов. Обычно выделяют несколько простых видов механического поведения, комбинируя которые, можно приближённо описать более сложные механические свойства реальных грунтов.

Наиболее близкой, описывающей реологические свойства грунта в нашем случае является модель Максвелла (рис. 2). Последовательное соединение элементов согласно третьему закону Ньютона означает, что на обе составные части модели действуют одинаковые силы (напряжения сдвига), а деформации упругого и вязкого элементов складываются.

В результате изучения и анализа работ предшественников, собственных исследований и наших представлений о процессах, происходящих при проколе и продавливании скважины в грунтах с применение ударов и вибраций, сделан вывод о целесообразности использования модели Максвелла в измененном (модернизированном) представлении, а именно:

– первоначально при статическом воздействии происходит вязкое течение грунта, при этом уплотняется материал за счет заполнения веществом пор, возрастает его плотность;

– при достижении определенной (максимальной силы) грунт становится более плотным и его (с приближением) можно считать упругим, в этот момент времени к действующей статической силе добавляется действие ударного импульса (рис. 3).

Структурная схема комбинированного рабочего органа машины (рис. 4) состоит из совмещенного объемного гидравлического привода, который включает, напорный гидроцилиндр (НГ); гидроударник (ГУ); реле давления (РД); распределители (Р1, Р2); гидроаккумулятор (АН); насос (Н); маслобак (M).

При составлении математической модели принимаем, что привод машины осуществляется от объёмного гидравлического насоса, который подаёт рабочую жидкость в напорную магистраль с постоянной производительностью, процесс течения считаем изотерми-ческим. При этом динами-ческая модель системы «машина – грунт» сводится к одномассовой системе с приведенными жесткостью и массой машины и приведенной жесткостью грунта, пренебрегаем фазой удара так, как она в 100 и более раз меньше других фаз.

В динамической модели (рис.5) приняты следующие обозначения: реакция грунта (RC); приведенная масса рабочего органа и грунта (M); приведенная жесткость машины (С); ударный импульс (QУД); приве-денная к гидроцилиндру скорость жидкости (V0). Дифференциальное уравне-ние движения рабочего органа запишем в виде соотношения (1).

(1)

Упругие свойства гидропередачи характеризуются её приведённой к напорному гидроцилиндру жёсткостью С (рис. 4),

(2)

где СТ – жёсткость упругих трубопроводов; СНА – жёсткость гидроаккумулятора напорной магистрали; СЖ – жёсткость жидкости; СНГ – жёсткость напорного гидроцилиндра.

Масса рабочего органа m включает в себя массу трубы, напорного гидроцилиндра, ударного механизма и инструмента. Участвующая в движении совместно с инструментом масса грунта учитывается с помощью коэффициента:

(3)

тогда суммарная масса рабочего органа и грунта будет равна:

(4)


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

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.