автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Совершенствование скребкового грунтоуборщика с целью повышения производительности бесковшового цепного траншеекопателя

На правах рукописи

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СКРЕБКОВОГО ГРУНТОУБОРЩИКА С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ БЕСКОВШОВОГО ЦЕПНОГО ТРАНШЕЕКОПАТЕЛЯ

05.05.04 - Дорожные, строительные и подъемно транспортные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск-2006

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Томский государственный архитектурно-строительный университет»

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ - кандидат технических

наук, профессор Кириллов Федор Федорович

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: - доктор технических

наук, профессор Веригин Юрий Алексеевич

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - ОАО «Томскводоканал»

Зашита диссертации состоится 27 декабря 2006г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета К 212.265.01 при Томском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 634003, Томск, пл. Соляная 2, корп. 4, конференц-зал.

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

Автореферат разослан 24 ноября 2006 г.

- кандидат технических наук, доцент

Короткое Владимир Сергеевич

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

ДИССЕРТАЦИОННОГО

СОВЕТА

Кравченко С.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В России в последние десятилетия наблюдается интенсивный рост объемов строительства, освоения природных ресурсов, обустройства нефтяных месторождений, газа и других полезных ископаемых, требующих достижения качественно нового уровня в капитальном строительстве, коренного улучшения качества работ на сооружаемых и реконструируемых объектах, разработки грунта с повышенной эффективностью.

Применение бесковшовых цепных траншеекопателей позволяет снизить энергозатраты на разработку мерзлого грунта, получить технологически подготовленную траншею, которую можно использовать для прокладки инженерных коммуникаций, нефтепромысловых трубопроводов, выемки целиков, пересадки деревьев, проведения взрывных и других видов работ.

■ Особенностью взаимодействия бесковшового цепного исполнительного органа с мерзлым грунтом при копании траншеи является то, что режуще-транспортирующие элементы (РТЭ) одновременно с рыхлением грунта транспортируют его из траншеи.

Вынесенный на поверхность грунт осыпается в зазоры между исполнительным органом и боковыми стенками траншеи, затягивается в нее холостой ветвью режущей цепи и скапливается в нижней части исполнительного органа между РТЭ. Уплотняясь, он усложняет доступ резцов к забою, при этом увеличивается как усилие подачи, так и усилие протягивания режущей цепи.

Для повышения эффективности работы РТЭ необходимо снизить количество осыпающегося грунта с дневной поверхности путем удаления вынесенного грунта от исполнительного органа. Это в свою очередь позволит исключить подпрессовку грунта я обеспечить заданную производительность траншеекопателя по нарезке траншеи, особенно при использовании ее по технологическому назначению.

На основании проведенной классификации средств удаления грунта и анализа их работы нами предлагается использовать для этих целей скребковый грунтоу борщик.

В связи с изложенным, исследования направленные на совершенствование средств и способов удаления разрушенного грунта от исполнительного органа бесковшового цепного траншеекопателя, являются актуальными.

Целью настоящей работы является повышение производительности бесковшового цепного траншеекопателя за счет совершенствования скребкового трунгоуборщика.

Объект исследований: бесковшовый цепной траншеекопатель со скребковым грунтоуборщиком. .

Предмет исследования: процесс работы скребкового грунтоуборщика по уборке вынесенного на поверхность грунта при проходке траншей бес-

ковшовым цепным траншеекопателем.

, Для достижения цели были поставлены следующие задачи исследований:

- выполнить анализ исследований факторов, определяющих производительность бесковшовых цепных траншеекопателей;

, - классифицировать по основным признакам устройства для удаления вынесенного на дневную поверхность грунта от прорезаемой траншеи;

- рассмотреть теоретические предпосылки совершенствования средств и способов удаления разрушенного фунта из зоны работы бесковшовых исполнительных органов траншейных экскаваторов;

- провести экспериментальные исследования на модели скребкового грунтоуборщика;

: ■ - разработать методику расчета технологических параметров скребковых трунтоуборщиков;

- оценить экономическую эффективность результатов исследования.

Теоретической и методологической основой диссертации является

анализ системы «бесковшовый цепной траншеекопатель — разрабатываемая среда» в .вопросе совершенствования рабочего оборудования — скребкового грунтоуборщика. В работе использована теория подобия и размерностей, методы математического и физического моделирования рабочих процессов, теория транспортирования сыпучих материалов, статистические методы обработки экспериментальных данных.

Ня мщнту выносятся следующие положения: : - • методика определения параметров скребкового грунтоуборщика;

- методика проведения экспериментов на модели скребкового грунтоуборщика; ■

- результаты экспериментальных исследований процесса удаления вынесенного грунта от траншеи скребковым грунтоуборщиком;

• методика расчета скребкового грунтоуборщика при совместной работе с бесковшовым цепным траншеекопателем;

- результаты анализа эффективности установки скребкового грунтоуборщика на бесковшовый цепной траншеекопатель.

' Достоверность научных положений обоснована:

- методологической базой исследования, основанной на положениях теории подобия и размерностей, теоретической механики, теории машин и механизмов и математической статистики, теории транспортирования сыпучих материалов;

- всесторонними исследованиями в лабораторных условиях скребкового грунтоуборщика и анализом результатов применения его на бесковшовых цепных траншеекопателях.

Научная новизне:

- предложена методика моделирования процесса уборки скребковым грунтоуборщиком вынесенного грунта от траншеи;

- определены значения затрачиваемой мощности скребковым грунтоуборщиком на удаление грунта от траншеи при различных его физико-механических свойствах и режимах работы траншеекопателя;

- разработана методика расчета технологических параметров скребкового грунгоуборщика.

Практическая ценность н реализация результатов работы.

Результаты исследований рекомендованы н получили одобрение, частично внедрены в конструкции экскаваторов траншейных ЭТЦ-206, ЭТЦ-208В, используются ОАО «Копейский машиностроительный завод».

Методика выбора и расчета скребковых грунтоуборшиков используется ОАО «Томскводоканал» (г.Томск), НИЦ «Импульс» (г.Бишкек), и в учебном процессе кафедры «Строительные и дорожные машины» Томского государственного архитектурно-строительного университета по дисциплине «Машины для земляных работ» специальностей 19.02.05 — «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» и 27.01.13 — «Механизация и автоматизация строительства».

Личный вклад автора заключается в следующем:

- в формулировании цели и обшей идеи работы;

-в уточнении классификации средств удаления вынесенного мерзлого грунта от прорезаемой бесковшовым цепным экскаватором траншеи;

-в уточнении коэффициентов заполнения межскребкового пространства грунгоуборщика, кинематических и силовых параметров по результатам теоретических исследований;

-в составлении многофакторной функциональной зависимости параметров скребкового грунгоуборщика при транспортировке мерзлого грунта;

- в установлении зависимости затрачиваемой мощности скребковым грунтоуборщиком от режимов работы траншеекопателя;

- в разработке методики определения технологических параметров скребкового грунгоуборщика при совместной работе с бесковшовым цепным траншеекопателем и экономической оценки результатов.

Апробация исследований. Результаты диссертационной работы обсуждались на IV международной научно-технической конференции «Итоги строительной науки» (Владимир, 2005), международной научно-технической конференции «Интерстроймех-2006» (Москва, 2006), на IV всероссийской научно-технической конференции «Политранспортные системы» (Красноярск, 2006), на заседаниях кафедры «Строительные и дорожные машины» Томского государственного архитектурно-строительного университета.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 8 опубликованных работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 168 страницах и состоит из введения, пяти глав, основных выводов по работе, списка литературы из 105 наименований, 8 таблиц и 62 иллюстраций.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлены актуальность работы, научная новизна, практическая ценность, основные положения, выносимые на защиту, реализация работы, апробация, яичный вклад автора, публикации, структура и объем работы.

В первой главе выполнен анализ исследований факторов, определяющих производительность бесковшовых цепных траншеекопателей. Проведена классификация грунтоуборщиков, служащих для удаления вынесенного на поверхность грунта от траншеи. Определены задачи исследований скребкового трунтоуборщика.

При резании угля были, определены основные факторы, влияющие на производительность исполнительных органов, такими отечественными учеными как А.И. Берон, В. Н. Гетопанов, Л. И. Кантовица, Н.Г. Крапивин, Ю.Д. Красников, Е.З. Позин, М.М. Протодьяконов, В.И. Солод, А.М. Терпигоров, А.В, Топчиев, В.Н. Хорин и другими. Очевидна разница условий эксплуатации машин по добыче угля и траншеекопателей. Исполнительные органы врубовых машин ведут работы в горизонтальной плоскости, а траншеекопателем прорезается вертикальная щель, в результате чего затруднено удаление отделенного от массива грунта из траншеи в виду сил собственного веса выносимого грунта.

Обстоятельное изучение механизма разрушения пород малой и средней крепости при резании проводились В.Д. Абезгаузом, В.И. Баловневым, Ю.В. Ветровым, А.Н. Зелениным, И.А. Недорезовым, П.С. Кучеровым и многими другими.

Начиная с 50-х годов, ведутся интенсивные исследования по разработке мерзлых фунтов механическим способом. Комплексные - научно-исследовательские работы по созданию машин с цепным режущим органом применительно к разработке мерзлых грунтов осуществлялись под руководством О.Д. Алимова, И.Г. Басова, В.Г. Юдина, В.Б. Лещинер. На основе глубоких и обширных исследований процесса резания мерзлого грунта была обоснована необходимость выбора режимов работы бесковшового цепного исполнительного органа таким образом, чтобы производительность его по рыхлению мерзлого грунта не превышала производительности по удалению продуктов разрыхления из траншеи, то есть выполнялось условие

Q+q„=Qn+q„, О)

где Q - производительность исполнительного органа по рыхлению грунта в траншее; q„ - производительность затягивания грунта холостой ветвью в призабойное пространство; Qn - производительность режущей цепи по выносу грунта из траншеи; q„ - количество грунта, проходящего в единицу времени в зазоры между прорезаемой щелью и плитами исполнительного органа.

При не соблюдении этого соотношения разрыхленный грунт скапливается в призабойном пространстве, вновь уплотняется — подпрессовывается и затрудняет рыхление грунта в массиве, что ведет к резкому увеличению потребляемой мощности.

Анализом режимов работы бесковшовых цепных траншеекопателей установлено, что режим подпрессовки начинается от величины срезаемой стружки h .«* 20 мм, при этом увеличивается энергоемкость разрушения грунта (исследования проведены для бесковшовых цепных траншеекопателей на тракторах тягового класса 100 кН). ,

Для предотвращения появления подпрессовки необходимо убирать грунт от исполнительного органа путем использования дополнительного рабочего оборудования для разравнивания или буртования вынесенного грунта около прорезаемой траншеи.

, Была установлена необходимость комплектования траншеекопателей устройствами для своевременного удаления с поверхности от прорезаемой траншеи разрушенного грунта, обеспечив циркуляцию в прорезаемой щели меньшего объема грунта и исключив обрушение его в прорезаемую траншею. Была проведена их классификация, определены задачи дальнейших исследований:

- провести теоретические исследования влияния параметров скребкового грунтоуборщика на эффективность его эксплуатации;

- выполнить экспериментальную проверку -теоретических положений на модели скребкового грунтоуборщика, позволяющую минимизировать затраты на проведение опытов;

- разработать методику расчета технологических параметров скребковых грунтоуборщиков и оценить экономическую эффективность применения их на бесковшовых цепных траншеекопателях.

Во второй главе приведены теоретические предпосылки совершенствования средств и способов удаления разрушенного грунта из зоны работы бесковшовых исполнительных органов траншейных экскаваторов.

Параметром совершенствования скребкового грунтоуборщика была определена его производительность.

Нами был введен коэффициент, характеризующий скорость потока разрыхленного грунта j. Он учитывает во сколько раз скорость движения ре-

жущей цепи больше скорости потока разрушенного фунта выносимого РТЭ из прорезаемой траншеи.

Значение коэффициента j при подъеме разрыхленного грунта та щели в период, близко предшествующий режиму подпрессовш, когда скорость разрушенного грунта будет максимальной, определится по зависимости

{ ^бО-В-ир-К -ш ■

Н-ип-[В-(А. + К1-1)-Т{К,+1)]' где Н и В - соответственно глубина и ширина прорезаемой траншеи; ир -скорость резания; ип ~ скорость подачи траншеекопателя; Ь, — вылет резца из кулака цепи; ш - коэффициент увеличения сечения траншеи перед кулаками цепи за счет пространства между ними; X - коэффициент разрыхления мерзлого фунта; Т - толщина направляющей рамы рабочего органа; К( - коэффициент пропорциональности, учитывающий повторное затягивание грунт холостой ветвью на рабочую.

Для проверки изложенных выше теоретических положений и установления количественных значений отдельных коэффициентов были проведены специальные эксперименты. По результатам исследований выявлены закономерности влияния толщины срезаемой стружки Ь на величину коэффициента разрыхления мерзлого грунта X . Величина \ принимает значения ю интервала 1,6 ... 1,9. Большие значения коэффициента j имеют место при скоростях'движения цепи менее 2,0 м/сек, меньшие при ир > 2,0 м/с.

Составлены теоретические зависимости по определению коэффициентов заполнения межскребкового пространства (рис.1).

777

а) б)

Рис. 1 - Схема взаимодействия скребка с буртом фунта

Выражения для определения коэффициента заполнения межскребкового пространства (с учетом коэффициента разрыхления фунта и того, что фунт не уходит за пределы скребка на пути ) будут иметь вид: ■ 1) для цепи с прямыми скребками

2) для цепи с сегментными скребками

12-оц'10'Ьс2 • Ьс • к — 8 - к / *с — 1)]

4-Оц-К2 -I, + б-иц -Ьстг .гк

(4)

3) для цепи с Г-образными скребками ■

где К, - коэффициент пропорциональности, зависящий от \.

Для прямых скребков с различной шириной Ьс подсчитаны значения коэффициента заполнения Ч*: для скребка с Ь„ = 240 мм — Ч* = 0,11; для скребка с Ьс = 300 мм — Ч* = 0,14; для скребка с Ьс = 360 мм — Ч* = 0,21.

Установлены зависимости показателей скребкового грунтоуборщика от параметров траншеекопателя и прорезаемой щели в мерзлом грунте, таких как скорость движения скребковой цепи

(6)

Составлена схема приложения усилий к скребку (рис. 2) и определены их значения.

^ /----*

Рис. 2 - Схема усилий, действующих на скребок Вследствие сопротивления перемещению грунта по грунтовой постели скребок отслоняется от вертикального положения на угол е, зависимость величины которого от высоты скребка Ь и натяжения цепи 8 в данной точке грунтоуборщика определяется го условия равновесия сил, действующих на

скребок и ближние звенья скребковой цепи. С учетом приведенного выше значения коэффициента заполнения межскребкового пространства усилие сопротивления перемещению грунта К приложено к скребку на расстоянии 0,6-h.

Из условия равновесия сыпучей среды сила, действующая на скребок, определится

где G - масса грунта в межскребковом пространстве; Q - масса скребка с ближними звеньями; Py=Sy+Sly - вертикальная составляющая силы натяжения звеньев цепи; a^cose-f-sins - угловой коэффициент усилия К; f- коэффициент трения грунта о грунт; t - шаг расстановки скребков.

Общая работа, расходуемая на транспортирование грунта: при планировании

л V^+2-аЛ (¿к+2а,)2

Ацм^У^-ГЦ.^ 4 ^j+q^n-V* s " +

+ 6-Sc-tgp-K,H-(mc+l)M~; (8)

при буртовании

7 ... (h61-hn)-(^+tgp) 2*tgp

A-ipx = VTB -у

+Чи^.5с.1ер.К.„ + (9)

Тогда мощность, расходуемая на транспортирование грунта скребковым грунтоуборщиком:

при планировании грунта

N _ут.»-У М-(Ук-ь2-а1) ди-\1-(£к+2-а1? 4, 0" 408 816

. 6-5с-%р<К>н-0пс-И).м-г1с .

204 * * >

при буртовании грунта

хг _ Уг-»-Г-(Ьб|-Ьп)-(ц + 1ер) трЛ~ 204^р

204 204 'V

Энергоемкость процесса транспортирования грунта скребковым грунтоуборщиком:

при планировании грунта

"гр.с

при буртовании грунта ■ ■ 17>б4-т-(Ьб1-Ьп) (цч-«8р) | 17,б4.дц-ц [<к+(Ьб1-Ьп) 5шр]2

tgp

| 17,64-а-8а-Цр-К„Чт,+1)-М«

Уг>

(13)

где V» — объем тела волочения; у — удельный вес вынесенного грунта; ц — коэффициент трения грунта о материал скребка; — погонный вес цепи; К,„ — коэффициент внедрения; Шд - масса скребка; 5с - подача грунтоуборщика на скребок.

В третьей главе рассматривается методика проведения экспериментальных исследований на модели скребкового грунтоуборщика.

Для проведения исследований работы скребкового грунтоуборщика была создана экспериментальная установка, определен коэффициент уменьшения линейных размеров модели равный трем, К., = 3. Установка состоит из трех основных частей: модель грунтоуборщика, пульт управления, регистрирующая аппаратура (рис. 3).

Рис. 3 - Модель скребкового грунтоуборщика При проведении экспериментов на модели скребкового грунтоуборщика определены ошибки измерений, находящиеся в допустимых пределах.

При проведении опытов изменялась форма, размеры скребка при одинаковой площади Г (табл. 1).

Таблица 1 - Характеристика исследуемых скребков модели

форма ^^скребка парам етрй4-^. скребка ^^ прямые сегментные

2 1 3 4 8 5 7 б

Высота Н, мм 120 100 84 54 120 100 100 «4

Ширина В, мм 240 300 354 354 отгиб 240 отгиб 300 отгиб 300 354

к=шв 0,5 0.33 0.25 0,25 0.5 0.33 0.33 0,25

Пробы грунта для проведения экспериментов были взяты от цепного бесковшового траншеекопателя. Влажность грунта определялась взвешиванием его на аналитических весах (ГОСТ 5180-84). Она составила от 16 до 18%. В процессе проведения экспериментов были определены угол естественного откоса р, коэффициенты трения грунта о грунт ¡в и грунта о скребок , угол внутреннего трения а0 и коэффициент сцепления грунта К,* (табл. 2).

Таблица 2 - Параметры грунта

Параметры и вид грунта Влажность %

18

Суглинок 0,55

24°

а," 28°50'

Кси 0.90

0,40

На основе анализа факторов, влияющих на процесс удаления вынесенного на дневную поверхность грунта от прорезаемой бесковшовым цепным экскаватором траншеи, были выделены следующие основные параметры: характеристики транспортируемого грунта (коэффициент внешнего трения ; коэффициент внутреннего трения ^; объемный вес у; сила сцепления слоев транспортируемого грунта Ре; влажность № )и характеристики скребкового транспортера (линейный размер скребка транспортера £; коэффициент заполнения транспортирующего пространства грунтом ¥ ; скорость подачи траншеекопателя или перемещения транспортера оп; скорость движения рабочего органа транспортера иц, скорость движения цепи для скребкового грунто уборщика; подача на один скребок Б; массовая производительность Ов, усилие, расходуемое на транспортирование Р; мощность, расходуемая транспортером на транспортирование грунта Анализируя вышеприведенные факторы можно отметить, что все они независимы, управляемы, со-

вместимы, однозначны и могут быть с достаточной точностью замерены.

Рассмотрев ряд факторов, была выбрана в качестве критерия мощность Nrp, требуемая на удаление вынесенного на дневную поверхность грунта от прорезаемой траншеи, отвечающая всем перечисленным условиям.

Приняв за основу теорию подобия приближенного физического моделирования н размерностей, процесс удаления вынесенного на дневную поверхность грунта от прорезаемой бесковшовым цепным экскаватором траншеи описывается функцией

» fipj У, WjY.VibVu, Q..P).

В качестве основных единиц системы приняты С, 1>ц, Р. Тогда критерии подобия запишутся:

¥„ = VM = idem, WH = WM = idem.

Для того чтобы избежать систематических ошибок, опыты рандомизн-ровалисц для каждой величины скорости подачи и скорости движения скребковой цепи с десятикратным повторением в различных точках факторного пространства.

В четвертой главе анализируются результаты экспериментальных исследований, проведенных на модели скребкового грунтоуборшика.

Изучен механизм образования тела волочения перед скребками грун-тоуборщика различных форм и размеров. Образование ядра уплотнения продолжается на всем пути движения скребка, а образующееся из него тело волочения располагается и начинает выходить за пределы скребка. За счет сил трения грунта о грунт и грунта о скребок происходит непрерывное ворошение грунта внутри тела волочения. В результате образуется конечная его форма в виде трехгранной призмы, параметры которой определяются размерами скребка и свойствами грунта.

Определена транспортирующая способность скребка, зависящая от его формы и размеров (рис. 4) при НхВ = const. Сравнивая между собой скребки прямой и сегментной формы, как с отгибом, так и без него, можно сделать заключение, что скребки с отношением Н/В = 1/4 имеют примерно одинаковые транспортирующие способности и усилия протягивания скребка. Скребки с отношением Н/В * 1/2 во всех случаях имеют транспортирующую способность меньше, чем скребки с отношением Н/В = 1/3 и Н/В = 1/4. Транспортирующая способность у скребков сегментной формы с отгибом (Н/В *= 1/2) на 1 б % больше, чем у скребков прямой формы.

VxlO3, cmViip

5,0 4,5 4.0 3,5

3,0

Рис. 4 - Зависимость транспортирующей способности скребка от его формы Зависимость VH(H/B) (рис. 4) показывает, что с уменьшением отношения И/В рассматриваемых скребков увеличивается транспортирующая способность. Скребки сегментной формы имеют транспортирующую способность больше, чем прямые скребки. На транспортирующую способность влияет дополнительный отгиб. Так, прямой скребок с отношением Н/В = 1/4 с отгибом имеет транспортирующую способность на 13 % больше, чем прямой без отгиба.

На усилие транспортирования так же влияет форма скребка. Рассматривая зависимость Р -. f(H/B) можно сказать, что скребок сегментной формы имеет большую величину усилия транспортирования, чем прямой скребок. Это подтверждает зависимость удельного сопротивления перемещению от подачи на один скребок Руя = fi[S) (рис, 5). Руд

2.0

1,5 1.0

0,5

0 15 30 45 .60 75 90 ""

. Рис. 5 — Зависимость удельного сопротивления перемещению Руя =■ P/G от подачи S

ffi

V 3 ИЭ7

,-^ТН1

Это увеличение объясняется величиной внедрения скребка в разрушаемый грунт. Скребки сегментной формы имеют величину удельной? сопротивления перемещению меньше, чем прямые скребки. Это можно объяснить тем, что грунт перемещается по сегментному скребку с меньшим сопротивлением, чем по прямому скребку.

Определен доверительный интервал значений удельного сопротивления перемещению для различных по виду скребков, демонстрирующий' разброс значений в зависимости от вида скребка, его геометрических размеров и формы, от подачи в на одни скребок. С увеличением подачи в пять раз удельное сопротивление перемещению уменьшается в два раза.

Проведена проверка коэффициентов заполнения межскребкового пространства. Полученные в результате проведенных опытов значения (рис. б) коэффициента заполнения межскребкового пространства ¥ отличаются от значений коэффициента заполнения для различных форм скребков, вычисленных по формулам (3), (4), (5).

0,43

0,4

0.33

03

0,23

ол

\ \ • практическая —теоретческая

1

1,6 2,0 1,4 2,( ЭД 3,6 4,0 IV и/с

Рис. б — Зависимость коэффициента заполнения межскребкового пространства от скорости движения скребковой цепи Такое отличие можно объяснить тем, что при выводе формул предполагалось, что грунт не выходит за пределы скребка. На практике же грунт выходит за пределы скребка, что существенно влияет на коэффициент заполнения межскребкового пространства.

Ошибка определения коэффициента заполнения межскребкового пространства скребкового грунтоуборщика составила 11,4 %.

В практике использования скребковых грунтоуборщиков целесообразно назначить величину подачи 8 на один скребок несколько большую допустимой подачи 8до,,, а именно Б = (1,2...и)'3Д0П. Часть грунта при этом будет оставаться на грунтовой «постели», но это не будет оказывать особого влияния на дальнейшую работу рабочего органа траншеекопателя. Транспортирующая способность скребков при этом увеличится. А так же можно экс-

плуатировать скребковый грукгоуборщик с меньшей скоростью движения скребковой цепи, что снизит динамические нагрузки.

Проведенные экспериментальные исследования при различных геометрических размерах скребков позволили определить взаимосвязь режимов работы скребкового грунтоуборщика с геометрическими размерами рабочего органа - скребка.

Таким образом, можно определить необходимую скорость движения скребковой цепи при известных параметрах траншеи, физико-механических свойствах выносимого из траншеи мерзлого грунта, скорости перемещения бесковшового цепного траншеекопателя, размеров скребков и шаге их расстановки на цепи (рис. 7).

*VM/c b = 240 мм

Рис. 7 — Зависимость скорости движения скребковой цепи от

скорости подачи машины при различных размерах скребков

Проведение экспериментальных исследований позволило установить зависимость мощности, расходуемой на привод скребкового грунтоуборщика от скорости движения скребковой цепи при различной скорости подачи t>n (W = const).

Исследования проводились со скребковой цепью, скребки расставлены на цепи с шагом t = 270 мм. Ранее проводимые исследования показывают, что шаг расстановки схребков влияет на величину мощности и при шаге 270 мм она минимальна.

Исследования зависимости N = fl(Un) проводились при постоянной скорости подачи. А скорость движения скребковой цепи изменялась от максимальной i>„ =>'4,4 м/с до минимальной, при которой нарушалась устойчивая работа грунтоуборщика. То есть происходило нарушение нормального движения скребков, когда они удаляют весь вынесенный из траншеи грунт. Объем тела волочения становился настолько велик, что рабочий орган грунто-

уборщика ив справлялся с выносимым на дневную поверхность грунтом. Не выполнялось условие превышения производительности грунтоуборщика по удалению фунта от рабочего органа цепного бесковшового траншеекопателя над производительностью по выносу фунта РТЭ из прорезаемой щели Огоитоуборшнп > Ортэ* Скорость движения скребковой цепи, при которой не выполняется условие, обозначим критической

Обработкой результатов испытаний проведенных на модели скребкового грунтоуборщика установлено уравнение, удовлетворительно описывающее значения затрачиваемой мощности на транспортирование скребками вынесенного фунта от прорезаемой траншеи

КЧ1=47,79+0,41-иц.О,/Р+0^58/г-0,4Ь1>п-5/и1(-(. (14).

Полученные натурные данные отражены в графиках на рис. 8. Зависимость N = {(и,,) выполнена для мерзлых фунтов при скорости подачи скребкового грунтоуборщика ип от 41 м/часдо 155м/час(рис. 8).

Н,, кВт

3

12,1 11,0 9,9 8,8 7,7 6,6 5,5 4,4

3,3 2,2

1,1

1 1 1

- 4\У= 18%

, 4 /

*

**

2 ✓

>

м/с

1,3 1,7 2,1 2,5 2,9 3,3 3,7 4,1 4,5

Рис. 8 — Зависимость мощности от скорости движения цепи

со скребками сегментной формы и отношением Н/В =0,25

1 )_' - скорость подачи =41 м/час;

2 )------ скорость подачи оПи =81,5 м/час;

3) — ■ — • - ;-скоростьподачи ип„ =155м/час

Увеличение мощности в этом случае связано с увеличением толщины в захватываемого слоя грунта скребками. Толщина этого слоя грунта зависит от конструктивных к кинематических параметров, которые между собой связаны известной зависимостью Б-Ч-ОпЛ^в-

•: Поэтому при скорости подачи Ип=сош* и уменьшении скорости движения скребковой цепи о,, происходит увеличение объема тела волочения перемещаемого скребками, что ведет к увеличению мощности, расходуемой на привод скребковой цепи. Величина скорости Цццн» при которой происходит увеличение мощности, зависит от скорости подачи \>п.

Так при влажности грунта (рис. 8) 18 % минимальная скорость движения скребковой цепи ^"Ьбм/с при скорости подачи оп"41 м/час. Увеличивая скорость подачи траншеекопателя до оп=61 м/час критическая скорость так же увеличивается до 1,85 м/с. При дальнейшем увеличении скорости подачи до 81,5 м/час и 155 м/час критическая скорость движения скребковой цепи увеличивается соответственно до 2,1 м/с (на 30 %) н до 2,5 м/с на (55 %).

Мощность, расходуемая на транспортирование грунта скребками при критической скорости движения скребковой цепи, достигшей минимального значения Нп^, изменяется с изменением критической скорости движения скребковой цепи.

Для грунта влажностью 1^18% и скорости подачи ип=41 м/час (рис. 8) величина мощности составляет Н,т=2,7кВт. При увеличении скорости подачи до г>п=,=81,5м/час мощность увеличивается до N,^="4,9^^ или на 94 %.

Проанализируем изменение мощности при скоростях подачи ип=81,5м/час и движении скребковой цепи ои=2м/с (рис. 8). Минимальная расходуемая мощность на транспортирование составят 5,3 кВт. А при скоростях подачи оп=155м/час и движении скребковой цепи «я=2м/с минимальная расходуемая мощность на транспортирование составит 7 кВт.

Проведенные исследования скребкового грунтоуборщнка с различной формой скребков при площади Р=соп& показали, что наибольшей транспортирующей способностью обладают скребки с отношением Н/В=0,25 прямоугольной и сегментной формы при Н = 84 мм, В " 354 мм. Усилие протягивания скребка в зависимости от подачи имеют пропорциональную зависимость только до величины подачи Э*б0...75мм. При подачах больших 5=75мм транспортирующая способность и усилие протягивания скребков стабилизируется. Каждый скребок имеет ограниченную геометрическими размерами транспортирующую способность, увеличение которой можно осуществлять за счет боковых отгибов или использования скребков сегментной формы. Необходимо выбирать скорость движения скребковой цепи в пределах от 1,7 м/с до 2,5 м/с. При этом минимальная мощность грунтоуборщнка изменяется от 3,2 кВт до 9 кВт, а производительность грунтоуборщнка будет достигать своих максимальных значений.

Сравнение результатов расчетов, выполненных по зависимостям (6-13), с результатами проведенных нами экспериментальных исследований позволяет считать эти зависимости достоверными и использовать их для расчета теоретических значений с погрешностью расчета не превышающей 10 ... 15 %.

В пятой главе представлена методика выбора и расчета основных технологических параметров скребкового грунтоуборщика и рассмотрены вопросы экономической эффективности результатов исследования.

Методика расчета служит основой для проектирования скребковых грунтоуборщиков и обеспечения их совместной работы с бесковшовым цепным траншеекопателем (рис. 9).

Рис. 9. - Бесковшовый цепной траншеекопатель со скребковым грунтоуборщиком

Методика расчета служит для проектирования скребковых грунтоуборщиков и обеспечения их совместной работы с бесковшовым цепным траншеекопателем (рис. 10).'

подбор геометрических размеров скребков

предварительный расчет параметров скребковой цепи

опред еление скорости движения скребковой цепи

диаметр валика

>лг&ус

проушины

ширина пластины

типоткрытощарннрной пластинчатой цепи

расчет параметров звездочек и

_длины цепи_

ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ

окружное усилие на очках

юездоч

прсверка выбора параметров скребкового гтуншубор11цжа

погвюнзводтгешюсга

определение массы движущихся частей _скребкового грунто уборщика_

результаты применения методики расчета скребкового грунтоуборщика

Рис. 10 — Методика расчета скребковых грунтоуборщиков

Отражены результаты (табл. 3) применения методики расчета скребковых грунтоуборщиков на бесковшовых цепных траншеекопателях с мощностью двигателя базовой машины 96 кВт и глубиной прорезаемой траншеи 2,0 м, шириной 0,14 м.

Таблица 3 - Параметры скребкового грунтоуборщнка

Показатель Обозначение Знач. Показатель Обозначение Знач.

i Г J 2 Г

шаг скребковой цепи »в, ММ 63 шина скребковой цата Ьи, ММ 6426

максимальное окружное уенляе на приводной звездочке Р<№кН 53 мощность скребкового грунтоуборшика ЗД...9

количество звеньев цепи W. шт. 102

томегрическне размеры скребка Ьс X Ьс мм1 354х$4 масса скрсбкпвой дан грунгоубоошика т» кг 37

деамегры даппельной о*ру*иктн жзаочек Ляр, мм 4?, мм 342,85 263Д5 шаг расстановки скребков нацепи (с, мм 270

скорости движения скребковой цепи «В, м/с 1,7м/с.. 2,5м/с производительность грунтоуборшика т/ч 60,48

Определена эффективность применения бесковшовых цепных траншеекопателей со скребковым грунтоуборщиком с помощью составленной технико-экономической модели представленной зависимостью

Эя = Ц6 * (а • ч> -1)+ ДС + ДК0 + Эк + Эс + Ээ, (15)

где Цб - цена базовой машины; а - коэффициент учета роста производительности новой техники по сравнению с базовой; <р - коэффициент учета изменения срока службы новой машины по сравнению с базовой; АС — изменение текущих издержек эксплуатации при использовании новой машины вместо базовой; ДКС — изменение сопутствующих капитальных вложений; Эв Э0, Э» - эффект от изменения качества продукции, социальный и экологический эффект, обусловленные применением новой техники.

Экономический эффект от внедрения методики расчета скребковых грунтоуборщиков достигается за счет применения скребковых грунтоубор-щиков - как рабочего оборудования бесковшовых цепных траншеекопателей, что влечет увеличение скорости подачи траншеекопателя не приводя к работе в режиме подпрессовки грунта. Увеличивается производительность траншеекопателя, и, следовательно, снижается себестоимость единицы конечной продукции, что обеспечивает народнохозяйственный эффект.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ РАБОТЫ

1. Изучен процесс образования призмы волочения перед скребком грун-тоуборщшш, определены усилие и объем транспортирования грунта скребками различных форм и размеров, их транспортирующая способность.

2. Установлена зависимость и определен доверительный интервал значений удельного сопротивления перемещению массы транспортируемого грунта при различных величинах подачи на один скребок различных типов.

3. Установлена рациональная скорость движения скребковой цепи грунтоуборщика (1,7 ... 2,5м/с) при которой требуемая мощность на транспортирование грунта от прорезаемой траншеи составит 3,2 ... 9 кВт.

4. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработана методика определения технологических параметров скребкового грунтоуборщика на стадии проектирования бесковшовых цепных траншеекопателей.

5. Ожидаемый народнохозяйственный эффект от применения бесковшовых цепных траншеекопателей со скребковым грунтоуборщиком составит 283 200 руб. в год за счет увеличения производительности траншеекопателя на 12 %.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Щипунов, A.N. К определению плотности потока штыба и влияние величины уплотнения отделенного от массива грунта на режимы работы экскаватора траншейного цепного бесковшового (ЭТЦБ)/ А.Н. Щипунов, A.B. Устинов и др.// Итоги строительной науки; Материалы IV международной научно-технической конференции. - Владимир: ВООО ВОИ, 2005. -С. 180-185.

2. Щипунов, А.Н. Влияние конструктивно-кинематических параметров рабочего органа баровых машин на процесс разработки мерзлого грунта/ А.Н. Щипунов, В.А. Слепченко, A.B. Устинов// Итоги строительной науки: Материалы IV международной научно-технической конференции. - Владимир: ВООО ВОИ, 2005. — С. 178-180.

3. Устинов, A.B. Обоснование критериев подобия при моделировании процессов удаления грунта от рабочего органа экскаватора траншейного цепного бесковшевого/ A.B. Устинов, А.Н. Щипунов; Томский гос. архит.-строит. ун-т - Томск, 2006, 31 е., ил. - Деп. в ВИНИТИ 04.08.06, № 1042-В2006.

4. Устинов, A.B. Поиск возможных путей повышения производительности траншейных экскаваторов при разработке мерзлых . грунтов/ A.B. Устинов, А.Н. Щипунов// Материалы международной научно-технической конференции «ИНТЕРСТРОЙМЕХ 2006». - Москва, 2006. -С. 360-363.

5. Устинов, A.B. Классификация средств удаления вынесенного фунта от траншеи, прорезаемой бесковшевым цепным траншеекопателем/ A.B. Устинов, А.Н. Щипунов; Томский гос. архит.-строиг. ун-т - Томск, 2006,18 е., ил. - Деп. в ВИНИТИ 24.10.06, № 1258-В2006.

6. Кириллов, Ф.Ф. Методика определения параметров скребковых грунтоуборщиков, применяемых на бесковшоаых цепных траншеекопателях/ Ф.Ф. Кириллов, А.Н. Щипунов, A.B. Устинов// Политранспортные системы: материалы IV Всеросс. НТК, Красноярск, 22 — 24 ноября 2006 г.: В 2 ч. Ч. 2. — Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. - С. 72-74.

7. Устинов, A.B. Удаление продуктов разрушения от прорезаемой траншеи цепным грунтоуборщиком/ A.B. Устинов, А.Н, Щипунов// Изв. вузов. Строительство.-2006.-№ 11,12.-С. 72-78.

8. Положительное решение Ns 2006134233/22(037232) на выдачу патента по заявке от 25.09.2006, МПК Е 02 F 5/06. Рабочее оборудование траншеекопателя/ Кириллов Ф.Ф., Щипунов А.Н., Школьный А.Н., Устинов A.B.; Заявитель ГОУ ВПО «ТГАСУ».

Изд. лиц. №021253 от 31.10.97. Подписано в печать 22.11.06. Формат 60x90/16. Бумага офсет. Гарнитура Тайме, печать офсет. Уч.-иэд. л. 2. Тираж 100 экз. Заказ ЛЬ 483

Изд-во ТГАСУ, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2. Отпечатано с оригинал-макета в ООП ТГАСУ. 634003, г. Томск, ул. Партизанская, 15.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ РАБОТ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ФАКТОРОВ ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ БЕСКОВШОВЫХ ЦЕПНЫХ ТРАНШЕЕКОПАТЕЛЕЙ.

1.1. Факторы, определяющие режимы работы бесковшовых цепных траншеекопателей.

1.2. Обзор существующих средств удаления грунта из зоны резания и обочины траншеи.

1.3. Классификация средств и способов удаления грунта от траншеи.

1.4. Выводы по главе и задачи исследований.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СРЕДСТВ И СПОСОБОВ УДАЛЕНИЯ РАЗРУШЕННОГО ГРУНТА ИЗ ЗОНЫ РАБОТЫ БЕСКОВШОВЫХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ ТРАНШЕЙНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ.

2.1. Рассмотрение вопроса повышения производительности бесковшовых цепных траншеекопателей.

2.2. Исследование влияния подпрессовки грунта при работе траншеекопателя на процесс резания мерзлого грунта.

2.3. Отличительные особенности скребкового грунтоуборщика.

2.4. Методика определения коэффициентов заполнения межскребкового пространства скребкового грунтоуборщика. 51 2.5. Определение режимов работы скребкового грунтоуборщика.

2.6. Силовые и энергетические показатели процесса транспортирования грунта скребковым грунтоуборщиком.

2.7. Выводы по главе и задачи экспериментальных исследований.

3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Анализ скребкового грунтоуборщика, как рабочего оборудования применяемого на бесковшовых цепных траншеекопателях.

3.2. Определение масштабного коэффициента модели.

• 3.3. Экспериментальная установка и порядок проведения опытов.

3.4. Методика моделирования работы скребкового грунтоуборщика.

3.5. Выводы по главе.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СКРЕБКОВЫХ ГРУНТОУБОРЩИКОВ.

4.1. Исследование механизма образования тела волочения перед скребком грунтоуборщика.

4.2. Определение усилий, транспортирующей способности различных по геометрии скребков и их рациональных размеров.

4.3. Проверка коэффициентов заполнения межскребкового пространства.

4.4. Выбор режимов работы скребкового грунтоуборщика.

4.5. Определение величины мощности расходуемой на привод скребкового грунтоуборщика.

4.6. Выводы по главе.

5. ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ ВЫБОРА И РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СКРЕБКОВЫХ ГРУНТОУБОРЩИКОВ.

5.1. Общие сведения.

5.2. Методика определения основных параметров скребкового грунтоуборщика.

5.3. Определение эффективности применения бесковшовых цепных траншеекопателей со скребковым грунтоуборщиком.

5.4. Выводы по главе.

В России в последнее десятилетие наблюдается рост объемов строительства, освоения природных ресурсов, обустройства нефтяных и газовых месторождений, газа и других полезных ископаемых, требующих достижения качественно нового уровня в капитальном строительстве, коренного улучшения качества работ на сооружаемых и реконструируемых объектах, разработки грунта с повышенной эффективностью.

Капитальное строительство требует прокладки различных коммуникаций, проведения работ по нулевому циклу, связанных с разработкой грунта, вскрытием асфальтовых покрытий. В современной строительной промышленности наряду с возведением новых сооружений необходимо осуществлять значительную реконструкцию промышленных и гражданских объектов в самых различных условиях: в зонах мерзлоты, в зонах скальных и тяжелых грунтов, в стесненных городских условиях, проводить разборку прочных покрытий, в том числе и в аварийных ситуациях и так далее. Порой сроки ввода объектов строительства в эксплуатацию вынуждают идти на удорожание работ, проводить их в зимний период.

Добыча полезных ископаемых в нашей стране связана с работой в северных широтах, где грунты находятся в сезонно-мерзлом, а часть и в вечно-мерзлом состояниях [85]. Быстрыми темпами идет газификация России. Вводятся мощности по переработке нефтепродуктов, требующие прокладку трубопроводов большой протяженности и в тяжелых условиях. А применительно к Западной Сибири можно отметить, что большая заболоченность территорий требует проведения земляных работ в зимний период при достижении промерзшим грунтом несущей способности.

Для ведения вышеперечисленных работ созданы и используются различные технические средства, в том числе машины с цепными режущими органами. Так, например, при добыче блоков камня используются преимущественно узко щелерезные машины на рельсовом ходу [35], а для разработки мерзлого грунта - машины с широкими цепными режущими органами [21, 29, 30, 32, 73, 87]. Скорость экскавации материала из траншеи с помощью траншеекопателя может быть в 6 раз выше скорости, которую обеспечивает одноковшовый экскаватор. Траншейные бесковшовые экскаваторы используются для земляных работ проводимых на открытом пространстве. Они разрушают грунт, вынося его на поверхность, прорезая в породе щель, которую можно использовать для прокладки инженерных коммуникаций или выемки целиков из промерзшего основания. Более того, траншеекопатель делает траншею чистой, уже полностью готовой под технологические коммуникации. Извлекаемый траншеекопателем грунт имеет однородную по размерам частиц структуру и может быть использован для обратной засыпки. Траншеекопатель минимизирует объем извлекаемого материала и связанные с этим энергозатраты. Траншея может быть проложена с высокой точностью, а применение лазерных систем управления делает эту точность экстремальной. Эти преимущества обеспечивают высокую производительность и рентабельность специализированных траншеекопателей.

Применение бесковшовых цепных траншеекопателей позволяет снизить энергозатраты на разработку мерзлого грунта, получить технологически подготовленную траншею для укладки инженерных коммуникаций в проектное положение в зимний период. Это особенно важно в условиях Сибири, когда прокладка промысловых трубопроводов выполняется только зимой при обустройстве нефтяных и газовых месторождений.

Первые работы отечественных ученых были посвящены созданию машин с бесковшовым цепным рабочим органом применительно к добыче угля, разработке горных пород.

В создание и развитие конструкций этих, так называемых, врубовых машин горных комбайнов внесли наибольший вклад работы отечественных ученых А.И. Берона, В. Н. Гетопанова, J1. И. Кантовица, Н.Г. Крапивина, Ю.Д. Красникова, Е.З. Позина, М.М. Протодьяконова, В.И. Солода, A.M. Терпигорова, А.В. Топчиева, В.Н. Хорина (Гипроуглемаш,

ИГД им. А.А. Скочинского, Московский горный институт и других). Ими разработана теория резания угля цепными режущими органами и научные основы конструирования горных машин. Результаты этих исследований были положены в основу проектирования, создания и внедрения горных машин.

Обстоятельное изучение механизма разрушения пород малой и средней крепости (грунта, мягкого камня) при резании проводились В.Д. Абезгаузом,

B.И. Баловневым, Ю.В. Ветровым, А.Н. Зелениным, И.А. Недорезовым, П.С. Кучеровым и многими другими. В этих работах обоснованы геометрические, конструктивные и режимные параметры резцов, которые применяются на машинах с цепным режущим органом.

Важные прикладные исследования в этом направлении проведены

C.Х. Вартановым, Р.Г. Исуповым, Б.А. Пустотиным и другими учеными, которыми совместно разработаны и созданы мобильные машины с цепным режущим органом с использованием рабочего органа врубовых машин горных комбайнов «Урал-33».

Начиная с 50-х годов, ведутся интенсивные исследования по разработке мерзлых фунтов механическим способом. Комплексные научно-исследовательские работы под руководством О.Д. Алимова, И.Г. Басова, В.Г. Юдина, В.Б. Лещинер по созданию машин с цепным режущим органом применительно к разработке мерзлых грунтов проводились в Томском государственном архитектурно-строительном университете. На основе глубоких и обширных исследований процесса резания мерзлого фунта ими были обоснованы параметры и разработаны первые опытно-промышленные образцы мобильных машин с бесковшовыми цепными режущими органами [1,4,5]. Эта работа базировалась на результатах решения комплекса задач, связанных с увеличением производительности траншеекопателей, которым посвящено множество исследований проводимых совместными научными исследованиями специалистов Томского и Марийского политехнических институтов, Томского государственного архитектурно-строительного университета для организаций ВНИИЗеммаш, Красноярский филиал ВНИИСДМ и других.

Взаимодействие бесковшового цепного исполнительного органа с мерзлым грунтом при копании траншеи характеризуется тем, что режуще-транспортирующие элементы (РТЭ) одновременно с рыхлением грунта транспортируют его из траншеи.

Вынесенный на поверхность грунт осыпается в зазоры между исполнительным органом и боковыми стенками траншеи, затягивается в нее холостой ветвью режущей цепи и скапливается в нижней части исполнительного органа между РТЭ. Уплотняясь, он усложняет доступ резцов к забою, при этом увеличивается как усилие подачи, так и усилие протягивания режущей цепи.

Для повышения эффективности работы РТЭ необходимо снизить количество осыпающегося грунта с дневной поверхности путем удаления вынесенного грунта от исполнительного органа. Это в свою очередь позволит исключить подпрессовку грунта и обеспечить заданную производительность траншеекопателя по нарезке траншеи, особенно при использовании ее по технологическому назначению.

На основании проведенной классификации средств удаления грунта и анализа их работы нами предлагается использовать для этих целей скребковый грунтоуборщик.

В связи с изложенным, исследования, направленные на совершенствование средств и способов удаления разрушенного грунта от исполнительного органа, являются актуальными.

Диссертационная работа выполнена в ходе научно-исследовательских работ по целевым комплексным программам правительства и тематическому плану НИР Министерства образования и науки Российской Федерации.

Целью настоящей диссертационной работы является повышение производительности бесковшового цепного траншеекопателя за счет совершенствования скребкового грунтоуборщика.

Объект исследований: бесковшовый цепной траншеекопатель со скребковым грунтоуборщиком.

Предмет исследования: процесс работы скребкового грунтоуборщика по уборке вынесенного на поверхность грунта при проходке траншей в мерзлом грунте бесковшовым цепным траншеекопателем.

Научная новизна заключается:

- разработаны алгоритмы моделирования процесса уборки скребковым , грунтоуборщиком вынесенного грунта от траншеи.

- определены значения затрачиваемой мощности скребковым грунтоуборщиком на удаление грунта от траншеи при различных его физико-механических свойствах и режимах работы траншеекопателя.

- разработана методика расчета технологических параметров скребкового грунтоуборщика.

Теоретической и методологической основой диссертации является анализ системы «бесковшовый цепной траншеекопатель - разрабатываемая среда» в вопросе совершенствования рабочего оборудования - скребкового грунтоуборщика. В работе использована теория подобия, метод математического и физического моделирования работы скребкового грунтоуборщика, теория транспортирования сыпучих материалов и других фундаментальных наук.

На защиту выносятся:

- методика определения параметров скребкового грунтоуборщика;

- методика проведения экспериментов на модели скребкового грунтоуборщика;

- результаты экспериментальных исследований процесса удаления вынесенного грунта от траншеи скребковым грунтоуборщиком;

- методика инженерного расчета скребкового грунтоуборщика при совместной работе с бесковшовым цепным траншеекопателем;

- результаты анализа эффективности установки скребкового грунтоуборщика на бесковшовый цепной траншеекопатель.

Работа выполнена на кафедре «Строительные и дорожные машины» в

ГОУВПО «Томский государственный архитектурно-строительный университет».

Результаты исследований рекомендованы и получили одобрение, частично внедрены в конструкции экскаваторов траншейных ЭТЦ-206, ЭТЦ-208В, используются ОАО «Копейский машиностроительный завод».

Методика выбора и расчета скребковых грунтоуборщиков использует, ся ОАО «Томскводоканал» (г.Томск), НИЦ «Импульс» (г.Бишкек), и в учебном процессе кафедры «Строительные и дорожные машины» Томского государственного архитектурно-строительного университета по дисциплине «Машины для земляных работ» специальностей 19.02.05 - «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» и 27.01.13 - «Механизация и автоматизация строительства».

Основные результаты диссертационной работы обсуждались на IV международной научно-технической конференции «Итоги строительной науки» (Владимир, 2005), международной научно-технической конференции «Ин-терстроймех-2006» (Москва, 2006), на IV всероссийской научно-технической конференции «Политранспортные системы» (Красноярск, 2006), на заседаниях кафедры «Строительные и дорожные машины» Томского государственного архитектурно-строительного университета.

Личный вклад автора заключается в следующем:

- в формулировании цели и общей идеи работы;

-в уточнении классификации средств удаления вынесенного мерзлого грунта от прорезаемой бесковшовым цепным экскаватором траншеи;

-в уточнении коэффициентов заполнения межскребкового пространства грунтоуборщика, кинематических и силовых параметров по результатам теоретических исследований;

-в составлении многофакторной функциональной зависимости парамет-, ров скребкового грунтоуборщика при транспортировке мерзлого грунта;

- в установлении зависимости затрачиваемой мощности скребковым

• грунтоуборщиком от физико-механических свойств грунта и режимов работы траншеекопателя;

- в разработке методики определения технологических параметров скребкового грунтоуборщика при совместной работе с бесковшовым цепным траншеекопателем и экономической оценки результатов.

Основное содержание диссертации отражено в 8 опубликованных работах.

Диссертационная работа изложена на 168 страницах и состоит из введения, пяти глав, основных выводов по работе, списка литературы из 105 наименований, 8 таблиц и 62 иллюстраций.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ РАБОТЫ

На основе анализа результатов, полученных при проведении теоретических и экспериментальных исследований, можно сделать следующие основные выводы.

1. Изучен процесс образования призмы волочения перед скребком грунтоуборщика, определены усилие и объем транспортирования грунта скребками различных форм и размеров, их транспортирующая способность.

2. Установлена зависимость и определен доверительный интервал значений удельного сопротивления перемещению массы транспортируемого грунта при различных величинах подачи на один скребок различных типов.

3. Установлена рациональная скорость движения скребковой цепи грунтоуборщика (1,7 . 2,5 м/с) при которой требуемая мощность на транспортирование грунта от прорезаемой траншеи составит 3,2 . 9 кВт.

4. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработана методика определения технологических параметров скребкового грунтоуборщика на стадии проектирования бесковшовых цепных траншеекопателей.

5. Ожидаемый народнохозяйственный эффект от применения бесковшовых цепных траншеекопателей со скребковым грунтоуборщиком составит 283 200 руб. в год за счет увеличения производительности траншеекопателя на 12 %.

158

1. Абезгауз, В Д. Разработка мерзлых грунтов при механизированном рытье траншей/ В. Д. Абезгауз, М.И. Гальперин. - М.: Гастомтехиздат, 1962. - 96с.

2. Алабужев, П.М. Лекции по основам теории подобия и моделирования/ П.М. Алабужев. Новосибирск, 1968. - 36с.

3. Алабужев, П.М. Теории подобия и размерностей. Моделирование/ П.М. Алабужев, В.Б. Геронимус, Л.М. Минкевич, Б.А. Шеховцов. Москва: Высшая школа, 1968.-208с.

4. Алимов, О.Д. Баровые землерезные машины/ О.Д. Алимов, И.Г. Басов, В.Г. Юдин. Фрунзе, Изд-во «Илим», 1969. - 281с.

5. Алимов, О.Д. Резание мерзлого грунта баровыми цепями и резцами/ О.Д. Алимов, И.Г. Басов, Ф.Ф. Зелингер// Строительные и дорожные машины, 1968. -№ 6.-С. 23-25.

6. Ашихмин, В.Н. Введение в математическое моделирование: Учебное пособие/ В.Н. Ашихмин и др.; под общ. ред. П.В. Трусова. М.: «Интер-мет Инжиниринг», 2000. - 336с.

7. Баловнев, В.И. Методы физического моделирования рабочих процессов дорожно-строительных машин/ В.И. Баловнев. М.: Машиностроение, 1974.-232с.

8. Барабащук, В.И. Планирование эксперимента в технике/ В.И. Ба-рабащук, Б.П. Креденцер, В.И. Мирошниченко; под общ. ред. Б.П. Креденцера. К.: Технжа, 1984. - 200с.

9. Басов, И.Г. О предельных режимах работы барового исполнительного органа при резании мерзлого грунта/ И.Г. Басов// Известия ТПИ, т. 152. Томск, 1963.-С. 128-133.

10. Басов, И.Г. Выбор режимов работы бесковшового исполнительного органа траншеекопателя, исключающих подпрессовку грунта в забое/ И.Г. Басов// Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 1988. -№5.-С. 14-19.

11. Басов, И.Г Дискофрезерные машины для разработки мерзлого грунта/ И.Г. Басов, Ф.Ф. Кириллов. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1974. - 124с.

12. Басов, И.Г. Некоторые вопросы моделирования процесса резания мерзлых грунтов/ И.Г. Басов, Ф.Ф. Кириллов, М.П. Часовских// Исследования землеройных машин. Сборник научных трудов. Том XVIII. 1973. -С. 47-53.

13. Басов, И.Г. Влияние физических свойств мерзлых грунтов на показатели прочности и разрушения резанием/ И.Г. Басов, В.Б. Лещинер, Г.И. Митерев. Томск: Инж.-строит. ин-т, 1983. - 20с. - Деп. в ВИНИТИ, №4/84.

14. Басов, И.Г. Исследование влияния формы режущей части инструмента на износостойкость при разрушении мерзлых грунтов/ И.Г. Басов, В.Б. Лещинер// Исследование землеройных машин: сборник трудов. Томск: изд-во ТГУ, 1977. - С. 39-45.

15. Басов, И.Г. Влияние геометрических параметров режущей части инструмента на его работу в процессе изнашивания/ И.Г. Басов, В.Б. Лещинер// Исследование землеройных машин: сборник трудов. Томск: изд-во ТГУ, 1977.-С. 45-51.

16. Басов, И.Г Оптимизация геометрических параметров и стойкости инструмента бесковшовых траншеекопателей при резании мерзлых грунтов/ И.Г. Басов, В.Б. Лещинер// Исследование землеройных машин: сборник трудов. -Томск: изд-во ТГУ, 1977. С. 65-73.

17. Басов, ИГ. Определение производительности бесковшовых траншеекопателей при резании мерзлых грунтов/ И.Г. Басов, В.Б. Лещинер// Исследование замлеройных машин: сборник трудов. Томск: изд-во ТГУ, 1977.-С. 51-65.

18. Басов, И.Г. К методике исследования сопротивляемости разрушению мерзлого грунта/ И.Г. Басов, М.П. Часовских, А.Н. Щипунов// Известия ТПИ, т. 188.-Томск, 1964.-С. 153-156.

19. Басс, Б.А. Унифицированные баровые траншеекопатели/ Б.А. Басс// Механизация строительства, 1978. № 3. - С. 7-9.

20. Бауман, В.А. Технико-экономический анализ и прогнозирование параметров строительных машин/ В.А. Бауман, М.Д. Гилула, В.Н. Вязовикин и др. М.: Машиностроение, 1980. - 224 с.

21. Без будущего нет настоящего// Строительная техника и технологии, 2004.-№ 2.-С. 41.

22. Белоусов, В.Ф. Новые схемы набора режущих цепей врубовых машин// Технико-экономический бюллетень Челябинского совнархоза. Челябинск, 1960.-№ 11 (33).-С. 43-48.

23. Берон, А.И. Резание угля/ А.И. Берон, А.С. Казанский, Б.М. Лейбов, Е.З. Позин. М.: Госгортехиздат, 1962. - 441с.

24. Берон, А.И. Об оценке энергетического баланса процесса резания углей / А.И. Берон, Е.З. Позин// Подземная разработка угольных пластов: Сб. трудов/ ИГД им. Скочинского. Вып. 113. - М, 1972. - С. 10-20.

25. Берон, А.И. Принципы автоматического регулирования режимов работы угледобывающих машин/ А.И. Берон, Е.З. Позин// Журнал «Уголь», 1963.-№ 1.-С. 29-32.

26. Берстель, В.Н. Теория резания горных пород/ В.Н. Берстель// Журнал «Уголь», 1936.-№ 126-127. С. 30-34.

27. Бочкарев, В.Г. Основные законы резания врубовыми машинами/

28. B.Г. Бочкарев, Г.В. Радионов// «Горный журнал», 1934. -№ 1. С. 27-29.

29. Вартанов, С.Х. Определение сопротивлений перемещению грунта скребковым конвейером траншейного экскаватора/ С.Х Вартанов, Б.А. Пустотин. Москва, 1985. - Юс. - Деп. В УНИИТЭстроймаш 29.12.85.

30. Вартанов, С.Х. Экскаватор траншейный цепной ЭТЦ-208А/

31. C.Х. Вартанов, Р.Г. Исупов, B.C. Кобелев, В.Р. Малько, М.Ф. Коц// Строительные и дорожные машины, 1978. -№ 12. С. 4-6.

32. Вартанов, С.Х. Экскаватор -дреноукладчик ЭТЦ-206/ С.Х. Вартанов, Р.Г. Исупов, Э.А. Марк, B.C. Кобелев// Строительные и дорожные машины, 1980. -№ 12. С. 4-6.

33. Волкова, А.Е. Машины для разработки мерзлого грунта/

34. A.Е. Волкова// Механизация строительства. Москва, 1978. - № 3. - С. 17-19.

35. Галай, В.Д. Двухбаровая машина/ В.Д. Галай, Е.К. Сорокин, И.М. Искендеров// Строительные и дорожные машины, 1973. № 8. -С. 19-21.

36. Гарбузов, З.Е. Землеройные машины непрерывного действия/ З.Е. Гарбузов и др. M.-JL: Изд-во «Машиностроение», 1965. - 276с.

37. Гарбузов, З.Е. Экскаваторы непрерывного действия: учеб. для СПТУ/ З.Е. Гарбузов, В.М. Донской. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1987.-288с.

38. Гарифов, B.C. Новое оборудование экспериментального завода/

39. B.C. Гарифов, А.Я. Гармс// Строительные и дорожные машины, 2004. -№6.-С. 43-46.

40. Готовцев, А.А. Проектирование цепных передач/ А.А. Готовцев, Г.Б. Столбин, И.П. Котенок. М.: Машиностроение, 1973. - 384 с.

41. Дероберти, С.С. Управление инновационными процессами при механизации строительства/ С.С. Дероберти, Н.Б. Васильковская. Томск: Изд-во Том. архит.-строит. ун-та, 2004. - 200 с.

42. Дерюгин, А.Г. Влияние основных физических характеристик на прочность мерзлого фунта/ А.Г. Дерюгин, С.В. Кырбасов, А.П. Голдырева// Инженерные исследования мерзлых фунтов. Новосибирск: «Наука», 1981.-С. 45-53.

43. Докукин, А.В. Выбор параметров выемочных машин/ А.В. Докукин, А.Г. Фролов, Е.З. Позин. М.: Наука, 1976. - 144с.

44. Зеленин, А.Н. Основы разрушения грунтов механическими способами/ А.Н. Зеленин. М.: Машиностроение, 1968. - 376с.

45. Киевский, В.Г. Экономическая эффективность новой техники в строительстве/ В.Г. Киевский. М.: Стройиздат, 1991.-223 с.

46. Кириллов, Ф.Ф. Планирование экспериментов (полный факторный эксперимент): метод, указания/ Ф.Ф. Кириллов. Томск, 1989. - 35с.

47. Кучеров, П.С. Аналитическое исследование работы режущей цепи врубовой машины/ П.С. Кучеров// Журнал «Уголь», 1931. № 7. -С. 39-49.

48. Кучеров, П.С. К вопросу о разрешении проблемы конструирования советской врубовой машины/ П.С. Кучеров// Журнал «Уголь», 1932. -№85.-С. 46-47.

49. Кучеров, П.С. Рациональный режим работы угледобывающих машин с цепным исполнительным органом/ П.С. Кучеров// Труды ИГД АН УССР. Киев, 1951. - № 1. - С. 34-40.

50. Лещинер, В.Б. Совершенствование инструмента для резания мерзлых грунтов/ В.Б. Лещинер. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1991. - 212с.

51. Лещинер, В.Б. Районирование по параметрам промерзания грунтов, определяющим трудность их разработки/ В.Б. Лещинер, С.М. Кравченко. Томск: Инж.-строит. ин-т, 1983. - 25с. - Деп. в ВИНИТИ.

52. Лещинер, В.Б. Температурные характеристики сезонномерзлых грунтов, влияющие на показатели механизированной разработки/ В.Б.Лещинер, С.М.Кравченко. Томск: Инж.-строит. ин-т, 1983. - 21с. -Деп. в ВИНИТИ.

53. Лещинер, В.Б. Влияние гравийно-галечниковых включений в мерзлых грунтах на показатели процесса их резания острым инструментом/

54. B.Б. Лещинер, Г.И. Митерев, С.М. Кравченко. Томск: Инж.-строит. ин-т, 1986. - 29с. - Деп. в ВИНИТИ.

55. Лещинер, В.Б. Влияние гравийно-галечниковых включений в мерзлых грунтах на сопротивления резанию, вызванные износом инструмента/ В.Б. Лещинер, Г.И. Митерев, С.М. Кравченко. Томск: Инж.-строит. ин-т, 1986. - 15с. - Деп. в ВИНИТИ.

56. Любощинский, Д.М. Разрушение углей исполнительными органами выемочных машин/ Д.М. Любощинский, Е.З. Позин, Ю.Н. Казак, И.С. Зильберт. -М.: Госгортехиздат, 1961. -220с.

57. Машины и сменное рабочее оборудование для разработки мерзлых грунтов и скальных пород/ Г.А. Шлойдо, Б.З. Захарчук, Б.М. Орлов,

58. C.Х. Вартанов// Обзорная информация. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1979. - 56с.

59. Медведев, К. Оптимальные условия эксплуатации врубовых машин в Ленинском и Хакасском рудоуправлениях Кузбассуголь/ АК. Медведев// Журнал «Уголь», 1933.-№ 96. С. 63-71.

60. Митков, A.JI. Статистические методы в сельхозмашиностроении/

61. A.JI. Митков, С.В. Кардашевский. М.: Машиностроение, 1978. - 360с.

62. Недорезов, И.А. Моделирование взаимодействия скребкового рабочего органа цепного траншейного экскаватора с грунтом/ И.А. Недорезов,

63. B.Г. Зедгенизов, А.Н. Стрельников, Д.А. Мамаев// Строительные и дорожные машины, 2002. № 12. - С. 24-26.

64. Оценка экономической эффективности новой техники с помощью ЭВМ/ И.А. Васильев, Н.А. Ратнер, JI.A. Гордеева и др. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1975. - 52 с.

65. Писаренко, Г.С. Справочник по сопротивлению материалов/ Г.С. Писаренко, А.П. Яковлев, В.В. Матвеев. Киев: Наук. Думка, 1988. -734 с.

66. Позин, Е.З. Разрушение углей выемочными машинами/ Е.З. Позин,

67. B.З. Меламед, В.В. Тон. М.: Изд-во Недра, 1984. - 288 с.

68. Приклонский, В.А. Грунтоведение 4.1/ В.А. Приклонский. М.: Госгеолтехиздат, 1955.-431с.

69. Протодьяконов, М.М. Теория резания угля цепными врубовыми машинами/ М.М. Протодьяконов. M.-JL: ОНТИНКТП СССР, 1936. - 265с.

70. Расстегаев, И.К. Машины для вечномерзлых грунтов: учеб. пособие для вузов по специальности «Строительные и дорожные машины и оборудование»/ И.К. Растегаев. М.: Машиностроение, 1986. - 216с.

71. Савков, B.C. К вопросу о выборе рационального режима резания цепной врубовой машины/ B.C. Савков// Журнал «Уголь», 1947. №9. -С. 18-25.

72. Садыков, Ф.Р. Траншеекопатель вам еще предстоит их открыть/ Ф.Р. Садыков// Строительная техника и технологии, 2003. -№ 5. - С. 44-51.

73. Спиваковский, А.О. Транспортирующие машины/ А.О. Спиваков-ский, В.К. Дьячков. М.: Машиностроение, 1968. - 504с.

74. Софийский, И.Д. Разработка мерзлых грунтов при строительстве линейных сооружений связи/ И.Д. Софинский, П.И. Софинский. М.: «Связь», 1973.-56с.

75. Топчиев, А.В. Машины для очистных и подготовительных работ. Исследование землеройных машин/ А.В. Топчиев// Сборник научных трудов. Томск: Изд-во Томского ун-та, 1973. - 123 с.

76. Траншейный исполин// Строительная техника и технологии, 2005.-№ 1.-С.4.

77. Ульянова, JI.H. Определение экономической эффективности научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ/ JI.H. Ульянова, Э.В. Скребнев// Труды института ВНИИстройдормаш. Москва, 1975. -С. 12-18.

78. Фомичев, В.П. Расчет нагрузок на врубовые машины/ В.П. Фоми-чев. М.: Госгортехиздат, 1961. - 134с.

79. Фомичев, В.П. Методика расчета оптимальных режимов работы траншейных экскаваторов/ В.П. Фомичев. Ростов-на-Дону, 1970. - 118с.

80. Цытович, Н.А. Механика мерзлых грунтов/ Н.А. Цытович. М.: Высшая школа, 1973.-446с.

81. Цытович, Н.А. Механика мерзлых грунтов/ Н.А. Цытович. М.: Высш. школа, 1973.-448с.

82. Чеченков, М.С. Разработка прочных грунтов/ М.С. Чеченков. JI.: Стройиздат, Ленингр. отд-е, 1987. - 232с.

83. Устинов, А.В. Классификация средств удаления вынесенного грунта от траншеи, прорезаемой бесковшевым цепным траншеекопателем/ А.В. Устинов, А.Н. Щипунов; Томский гос. архит.-строит. ун-т Томск, 2006,18 е., ил.-Деп. в ВИНИТИ 24.10.06, № 1258-В2006.

84. Устинов, А.В. Удаление продуктов разрушения от прорезаемой траншеи цепным грунтоуборщиком/ А.В. Устинов, А.Н. Щипунов// Изв. вузов. Строительство. 2006. -№ 11,12. - С. 72-78.

85. Юдин, В.Г. Повышение качества модульных землерезных машин/ Юдин В.Г. // Строительные и дорожные машины, 2004. № 6. - С. 2-4.

86. Lansdown, P.F. The utilisation of Powez in Chain Type coal Cutting Maschines/ P.F.Lansdown, G.B.Dawson. «Colliery Guardian», 1958. -vol. 196, №5074.

87. A.c. 676697 СССР, M. Кл.2 E02P5/30. Режущая цепь траншеекопателя; опубл. 30.07.79, Бюл. № 28. 2с.

88. А.с. 1355673 СССР, Кл.2 E02F3/08 (E02F5/08). Устройство для прорезания щелей; опубл. 30.11.87, Бюл. № 19. 4с.

89. А.с. 681187 СССР, М. Кл.2 Е21С25/46. Устройство для крепления резца; опубл. 25.08.79, Бюл. № 31. 2с.

90. А.с. 2087628 СССР, Кл.2 E02F3/08. Рабочий орган щелерезной машины; опубл. 20.08. 97, Бюл. № 25. -4с.

91. А.с. 1143804 СССР, Кл.2 E02F3/08. Механизм привода землерезно-го органа; опубл. 07.03.85, Бюл. № 9. 5с.

92. А.с. 1164090 СССР, Кл.2 В60К17/10. Гидроходоуменьшитель транспортного средства; опубл. 30.06.85, Бюл. № 24. 6с.

93. А.с. 985196 СССР, М. Кл.3 E02F3/08. Рабочий орган траншеекопателя; опубл. 30.12.82, Бюл. № 48. 4с.

94. А.с. 727846 СССР, М. Кл.2 Е21С25/46. Устройство для крепления резца; опубл. 15.04.80, Бюл. № 14. -Зс.

95. А.с. 604988 СССР, М. Кл.2 Е21С25/46. Устройство для крепления резца; опубл. 30.04.78, Бюл. № 16. 2с.

96. А.с. 941493 СССР, M. Кл.3 E02F5/06 (E02F9/22). Механизм привода землеройной машины; опубл. 07.07.82, Бюл. № 25. 2с.

97. А.с. 840261 СССР, М. Кл.3 E02F5/30. Цепной рабочий орган; опубл. 23.06.81, Бюл. № 23. 2с.

98. А.с. 564387 СССР, М. Кл.2 E02F5/06 (E02F3/08). Цепной режущий орган землерезной машины; опубл. 05.07.77, Бюл. № 25. 2с.

99. А.с. 1366607 СССР, Кл.2 E02F9/20 (В60К17/10). Гидроходоумень-шитель землеройно-транспортных машин; опубл. 15.01.88, Бюл. № 2. Зс.

100. А.с. 1143815 СССР, Кл.2 E02F9/28 (Е21С25/34). Цепной режущий орган; опубл. 07.03.85, Бюл. № 9. Зс.

101. А.с. 1089207 СССР, Кл.2 E02F5/06. Режущий орган траншеекопателя; опубл. 30.04.84, Бюл. № 16. 2с.

102. А.с. 1245664 СССР, М. Кл. Е 02 F 5/06,3/08. Землеройная машина; опубл. 23.07.86, Бюл. № 27. 2 с.

103. Положительное решение № 2006134233/22(037232) на выдачу патента по заявке от 25.09.2006, МПК Е 02 F 5/06. Рабочее оборудование траншеекопателя/ Кириллов Ф.Ф., Щипунов А.Н., Школьный А.Н., Устинов А.В.; Заявитель ГОУВПО «ТГАСУ».