автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Исследование и разработка метода расчета технологических параметров рыхления мерзлого грунта по акустическим характеристикам для навесных рыхлителей

«=г i-i

/ . fsi На правах рукописи

КЛИМИН Виктор Николаевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РЫХЛЕНИЯ МЕРЗЛОГО ГРУНТА ПО АКУСТИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ ДЛЯ НАВЕСНЫХ РЫХЛИТЕЛЕЙ

05.23.08 - технология и организация промышленного и гражданского строительства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа -1997

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяног техническом университете.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Б.В.Гончаров

Официальные оппоненты - доктор технических наук

Б.В. Бахолдин, кандидат технических наук А.Х.Еникеев

Ведущая организация - ЗАО «Эколог» Башспецнефтестро

Защита состоится " 19 " декабря 1997г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета К 063 09 05 при Уфимс* государственном нефтяном техническом университете по адрес г.Уфа, ул. Космонавтов, д.1 в ауд. №_.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке университета.

Автореферат разослан " /3 " //_1997г.

Ученый секретарь специализированного Совета к.т.н., доцент

И.Б. Абдуллин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Производство земляных работ в зимнее мя требует дополнительных затрат связанных с использова-:м специальных механизмов и методов производства. В этих условиях важно правильно подобрать комплект машин : разработки грунта, определить оптимальную глубину рыхле-[, скорость перемещения машин и другие параметры техноло-¡еского процесса. Осуществить оптимальный выбор технологи-ких параметров возможно лишь при наличии данных о харак-истиках мерзлого грунта. Наличие этих характеристик позво-т достаточно точно определить возможные нагрузки на рабо-: механизмы и соответственно выбрать наиболее экономичный 'иант технологии рыхления мерзлого грунта. Из выполненных ранее исследований известны различные ме-[ы определения характеристик грунта применительно к вопросу | разрушения, от лабораторных до специальных методов. При м ощущается потребность в методах измерения для получения [лий разрушения мерзлого грунта непосредственно в условиях оительной площадки. Поэтому существует актуальная задача работки наземных экспресс-методов определения состояния эзлого грунта, включая прочностные характеристики непосред-енно на площадке строительства и инженерных методов расче-гехнологическогс процесса рыхления на базе полученных дан-х. Одним из наиболее перспективных методов, по результатам шиза исследований, является акустический метод измерения >актеристик мерзлого грунта.

Цель диссертационной работы. Разработка инженерного мето-выбора параметров навесных рыхлителей на базе тракторов для :работки мерзлого грунта по акустическим характеристикам >го грунта.

Исходя из поставленной цели задачи диссертационной работы лючались в следующем:

- определить теоретические предпосылки для проведения экспериментальных работ;

- экспериментальным путем установить зависимость между усилием рыхления и акустическими характеристиками мерзлого грунта;

- разработать методику определения оптимальных параметр рыхления при разработке мерзлого грунта по акустическим хар< теристикам.

Научная новизна работы заключается в том, что на основе физических экспериментов впервые получены:

- экспериментальные зависимости между усилием рыхления акустическими характеристиками мерзлого грунта;

- методика выбора параметров рыхления по акустическим характеристикам;

- инженерный метод расчета оптимальных режимов в техно логических процессах разработки мерзлого грунта рыхлителям] на базе тракторов.

Практическая ценность работы состоит в том, что разработ; ный метод расчета параметров рыхления мерзлого грунта испо. зовался при производстве земляных работ в зимний период в р< публике Башкортостан на строительных объектах ЗАО СМУ-8 «ЭКОЛОГ» БСНС, что позволило получить экономический эффект в размере 42,935 тыс. руб. в ценах 1984 г. в период 198£ 1989г.

Апробация работы. Основные результаты проведенных иссле-аний докладывались на XI Всесоюзной конференции по чис-ным методам решения задач теории упругости и пластичности лгоград, 1989г.), а также на П-ой и Ш-ей Республиканских на-о-технических конференциях молодых ученых и специалиста, 1984, 1988г.).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено опубликованных работах. На защиту выносятся:

- результаты экспериментальных исследований зависимости кду усилием рыхления и акустическими характеристиками >злого грунта;

- методика выбора оптимальных параметров рыхления мерз-о грунта;

- инженерный метод расчета оптимальных технологических >аметров рыхления мерзлого грунта навесными рыхлителями базе тракторов;

- основные выводы, сделанные на основе анализа выполнен-х исследований.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, гырех глав, основных выводов, библиографии. Работа содержит 5 страниц машинописного текста, 28 иллюстраций, 9 таблиц, дсок литературы из 112 наименований, в т.ч. 5 на иностран-м языке.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована ль, научная новизна и практическая ценность диссертационной боты.

Первая глава посвящена краткому обзору отечественных и за-бежных исследований в области разработки прочных грунтов и ггодов определения характеристик прочности мерзлого грунта.

Определены основные проблемы и направления решения поста] ленной задачи.

Вопросам разработки прочных грунтов землеройными май» нами и определения физико-механических характеристик этих грунтов различными методами посвящены работы Абезгауса И. Аптикаева Ф.Ф., Балбачан И.К., Баловнева В.И., Баладинского B.JL, Барона Л.И., Баулина Ю.И., Ветрова Ю. А., Власова В.В., Волкова Д.П., Вотякоза И.Н., Вялова ОС., Гальперина М.И., Горяинова H.H., Домбровского Н.Г., Зеленина А.Н., Зыкова Ю. Красникова Н.Д., Ляховицкого Ф.М., Никитина В.Н., Протодья конова М.М., Ровинского М.И., Савича А.И., Телушкина В.Д., Фролова А.Д., Хазина Б.Г., Цытовича H.A., Шлойдо Г.А., Шуш риной Е.П. и других отечественных и зарубежных ученых и спе циалистов.

Определяющим показателем существования мерзлых грунте является отрицательная температура при этом они существенно изменяют свои характеристики. С точки зрения разрабатываемо ти мерзлых грунтов значительно увеличивается их прочность п< сравнению с таким же грунтом в естественном состоянии.

Установленные опытным путем закономерности влияния па раметров рабочего оборудования землеройных машин позволю проектировать наиболее рациональные конструкции рабочего оборудования.

Так исследования усилий копания для различных типов rpyi различными землеройными машинами, выполненные профессо ром Н.Г.Домбровским, легли в основу расчетов усилия копани* удельному сопротивлению копания. Далее в исследованиях про фессоров Ветрова Ю.А., Зеленина А.Н. и др. были определены новные зависимости между параметрами рабочих органов и yci лием разрушения грунтов. Наряду с этими исследованиями раз{ батывались методы определения прочности грунта с использов нием плотномеров различной конструкции, эталонных резцов, скорости бурения шпуров и др. На основании этих методов пре лагались классификации грунта по различным показателям: чис

зов плотномера, удельной силе свободного резания при угле шия 45°, коэффициенту крепости, контактной прочности -ггов и др.

ювременно с перечисленными выше методиками проводи-ь исследования зависимостей между акустическими характе-тиками и физико-механическими параметрами грунта. В рабо-Вялова О.С., Горяинова H.H., Зыкова Ю.Д., Фролова А.Д. и отражены основные изучаемых зависимостий. Полученные ре-ьтаты показывают наличие тесных связей между изменением ростей и коэффициентов затухания упругих волн и такими па-[етрами мерзлых грунтов, как температура, влажность, плот-ггь, напряженное состояние, вид грунта. При проведении этих ледований также были отработаны методики измерения акус-¡еских характеристик в полевых и лабораторных условиях. В течении зимнего периода мерзлые грунты изменяют свои >чностные параметры. Определение прочностных параметров с лощью традиционных классификаций и соответствующих мето-с определения этих параметров имеет значительный разброс па-детров в пределах одной группы грунта. Как показали исследо-шя различных авторов, акустические методы измерения проч-л"ных характеристик в настоящее время наиболее точно отра-ют состояние мерзлого грунта и его прочностные параметры, посредственно для возможности рыхления мерзлого грунта ".Хазиным изучалось использование корреляционных зависи-стей скорости и коэффициента затухания продольных волн с 1диционными показателями прочности на сжатие, растяжение, виг и подтверждают перспективность такого подхода. Учитывая вышеизложенное, представляется возможным ис-едование и разработка метода определения усилий рыхления рзлого грунта по акустическим характеристикам этого грунта. Вторая глава посвящена рассмотрению теоретических предпо-[лок экспериментальных исследований по определению усилий зрушения мерзлого грунта по акустическим характеристикам.

Наименование прочности мерзлого грунта характеризуете? дом воздействия. Для лабораторных испытаний это тpaдициo^ виды воздействия: сжатие, растяжение, сдвиг и возникающие этом соответствующие напряжения.

При воздействии на мерзлый грунт рабочих органов земле; ных машин в грунте возникает сложное напряженное состояш где в различных зонах разрушения возникают свои преобладав щие виды напряжений. Поэтому для характеристики прочност мерзлого грунта при таком воздействии в большинстве исслед ваний используется величина усилия разрушения при заданны: параметрах рабочего органа.

Между акустическими характеристиками и прочностными казателями мерзлого грунта имеются однозначные теоретичео обоснованные связи. На скорость распространения упругих во. грунте влияют модуль упругости Е, сдвига в, плотность р и коэффициент Пуассона ц . В свою очередь эти параметры отражают физико-механические свойства грунта.

Исследования парных зависимостей между акустическими: рактеристиками и отдельными свойствами грунта, выполненнь различными авторами, а также собственные эксперименты, по! зали, что наибольшее влияние оказывают следующие физиков ханические параметры: температура, влажность и плотность.

По данным наблюдений для грунтов сезонного промерзани условиях естественного залегания наиболее характерные значе] температуры грунтов в зимний период для большей части терр] ории страны составляют от 0°С до -10°С. Характерные значение влажности находятся в диапазоне нарастания прочности и в бо. инстве случаев составляют до 35%. Наиболее распространенная для естественного состояния плотность р =1,6...2,0г/см3.

Учитывая вышеизложенное для изучения зависимости меж/ акустическими характеристиками и усилием разрушения мерзл< го грунта было запланировано проведение многофакторного де

зневого эксперимента с использованием факторов оказываю: наибольшее влияние.

Факторами принятыми в данном эксперименте с их граничны-значениями являются температура 1°=-5°...-10оС, влажность 20...30%, плотность р =1,6...2,0г/см3. Угол резания а =45° был принят при проведении запланиро-ных экспериментов, поскольку диапазон 30°...45° соответствует внительно небольшим изменениям усилия разрушения. Глубина рыхления была принята из условия, что отношение бины рыхления к ширине зуба Ь/Ь « 4, в наиболее эффектив-1 диапазоне с точки зрения энергоемкости рыхления мерзлого нта.

Таким образом для данных экспериментов принята трехфак-1ная полная матрица с заданными сочетаниями значений фак-юв на двух уровнях и суммарное количество сочетаний равно :ьми. Геометрические параметры рабочего органа подцержива-ся постоянными для всех экспериментов. Все перечисленные <торы и параметры рыхления соответствуют наиболее харак-шым условиям производства работ рыхлителями в зимний лгод.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям 1зи между усилиями разрушения и акустическими характерис-ками мерзлого глинистого грунта.

Все эксперименты проводились по двум направлениям - лабо-горные и полевые эксперименты. Лабораторные эксперименты шолнялись на специальном стенде, основными элементами ко-рого являются холодильная камера, силовая установка и изме-тельная аппаратура. Стенд позволяет производить силовые и ьтразвуковые измерения на образцах мерзлого грунта без допол-[тельных перемещений этих образцов. Холодильная камера из-товлена таким образом,'чтобы обеспечить возможность сило->го воздействия моделью зуба рыхлителя на образец мерзлого унта в самой камере. Диапазон рабочих температур холодиль-

ной камеры составляет 0°С...-20°С. Контроль температуры в ка? ре осуществляется с помощью термосопротивления и обычногх спиртового термометра с точностью до 0,2"С.

Стенд обеспечивает возможность производить 3...7 рабочи> прохода моделью зуба рыхлителя на одном образце. Передача ь рузки для разрушения образца от воздействия модели зуба рьпа теля производится с помощью силового гидроцилиндра. Моде! зуба рыхлителя крепится к гидроцилиндру через тензоэлемент представляющий датчик силы с мостовой электрической схемо! из термосопротивлений. Тензоэлемент подключен к самопишущему прибору Н399 и при проведении эксперимента производи ся непрерывная регистрация изменения усилия рыхления.

Скорость перемещения модели зуба рыхлителя принята пос тоянной на протяжении всех экспериментов и составляла около 2,5 км/ч, что соответствует средним значениям скорости тракто ров в рабочем режиме. Для моделей зубьев угол режущей кром: в плане и угол ее наклона составляли соответственно 90° и 0° задний угол равен 10°. Глубина резания принята в пределах 2,5 ширины зуба рыхлителя

Перед началом экспериментов по определению усилий рьш ния проводились измерения скоростей распространения продол ной ¥р и поперечной К? ультразвуковых волн. Измерения выпо. нялись ультразвуковыми датчиками по стандартной методике с помощью прибора УК-10П, использовались датчики с частотой колебаний ЮОкГц. По времени распространения импульсов на : вестной базе просвечивания в образцах мерзлого грунта опреде ется скорость продольной Ур и поперечной Уб волн. Для обесп чения акустического контакта датчиков с образцом грунта меж/ ними наносился тонкий слой консистентной смазки. Для надеж ного измерения отношение наименьшего размера образца к дли волны выдерживалось большее двух.

В экспериментах использовался грунт - суглинок в диапазо) плотности р =1,6...2,0г/см3. Образцы готовились из грунта нар;

иной структуры с последующим уплотнением до требуемой этности. Сначала грунт выдерживался в эксикаторе при задан-л влажности, для равномерного распределения воды по всему ьему грунта, не менее 24 часов. Затем, в соответствии с ГОСТ 100-85, определялось наименование грунта и его физические эактеристики. При изготовлении образца определенное коли-ггво грунта укладывалось в форму заданного объема, чем гспечивалось получение необходимой плотности образца, юле этого образец выдерживался в холодильной камере для зномерного распределения в нем температуры не менее 24 ;ов.

Первоначально была выполнена серия экспериментов для под-грждения принципиальной возможности определения усилия зрушения мерзлого грунта зубьями рыхлителей по акустическим раметрам. В результате этих экспериментов для суглинка при мпературе -5°С различной влажности были получены зависи-1сти исследуемых величин. Коэффициент корреляции между илием рыхления и скоростями ультразвуковых волн составил оло 0,96.

Следует отметить, что изменения усилия разрушения мерзлого унта и скоростей продольных и поперечных волн фактически ляются лишь отражением состояния и состава мерзлого грунта. )и изучении исследуемой зависимости невозможно точно подо-ать образцы мерзлого грунта с заранее заданными значениями оростей упругих волн с тем, чтобы определить соответствующе усилие разрушения. Кроме того, на величину усилия разру-гния влияют геометрические характеристики рабочего органа. Дальнейшие эксперименты выполнялись по методике много-псгорных экспериментов описанной выше. Температура влаж->сть IV и плотность р изменялись по запланированной програм-5. Остальные показатели, в том числе угол резания, поддержи-лись на заранее заданном уровне.

Все параметры приняты наиболее соответствующими естественным условиям. Поэтому в экспериментах использовались образцы с температурой -5°С...-10°С, влажностью \¥=15...35% и плотностью р - 1,7...2,1 г/см3. Угол рыхления был принят равш а - 4 5", что соответствует диапазону сравнительно небольшого влияния на изменение усилия рыхления.

Выбор размеров моделей зубьев рыхлителя производился на основе рекомендаций по моделированию процессов взаимодействия рабочих органов со средой. При масштабном коэффициен кг — 6 ширина моделей зубьев рыхлителя составила 10 мм и 5мм. для ширины натурных зубьев, соответственно, 60мм и 30 мм.

В качестве функции отклика использовались значения усили разрушения Р, скорости продольной Ур и поперечной К? волн. После проведения экспериментов полученные данные обрабаты вались методами математической статистики. Для полученных { зультатов методом наименьших квадратов определены коэффии

о ,

енты зависимостей и выполнена проверка их значимости по I-критерию Стьюдента. Полученные зависимости между усилием рыхления и скоростями упругих волн определены в виде степенных функций:

- при ширине модели зуба рыхлителя В = 10 мм

для продольных волн Р = 40 -Ур1,1 (1)

для поперечных волн Р = 120-РУ-7 (2)

- при ширине модели зуба рыхлителя В = 5 мм

для продольных волн Р-33-Ур1-7 (3)

для поперечных волн Р = 96-Ку1,7 (4)

Полученные зависимости представлены на рис. 1. На основа нии результатов лабораторных экспериментов можно сказать, ч имеется возможность определения усилий рыхления мерзлого грунта по акустическим характеристикам этого грунта. Для про верки и уточнения исследуемых зависимостей выполнялись из\ рения в производственных условиях на строительных площадке

?, кг 260

240

220

200

180

1200 1600 2000 2400 2800 V, м/с

Рис.1. Зависимость между усилиями рыхления и скоростями упругих волн при ширине моделей зубьев: 1-5 мм; 2-10 мм а) - поперечные волны: б) - продольные волны

/фы. В качестве базовых машин на которых проводились экс-:рименты, были выбраны наиболее распространенные в строи-льстве рыхлители на базе тракторов Т-100 и Т-130.

Для проведения указанных экспериментов использовалась ¡тодика основанная на косвенных измерениях усилия рыхления унта навесными рыхлителями на базе тракторов. Усилие рыхле-1Я определяется через геометрические параметры конструкции и 1вление в силовом гидроцилиндре привода рыхлителя, рис. 2. зменение давления Рг, возникающее за счет изменения усилия на бе рыхлителя, регистрируется тарированным тензоманометром. пектрический сигнал от тензоманометра записывается через лроенный модулятор на портативный магнитофон, бработка записанной информации производится по двум направ-;ниям. Информация выводится на диаграммную ленту самописца 399, а также вводится в компьютер где обрабатываются по спе-иально разработанной программе.

■ ч r

* J • • J / •

-2 -2

'к • Y

9 •f i-cf 0j Г9

т • f "m

-i I

• /" / * • Щ/'

» » »

• J

/ / / / / / / / / ; /

Рис. 2. Схема действующих усилий в навесном рыхлителе

Измерения скоростей распространения ультразвуковых волн также проводились с помощью прибора УК-10П и датчиков с ча тотой 100 Кгц. При измерениях непосредственно на площадке и пользовался метод продольного профилирования широко приме няемый в геофизических измерениях.

При использовании в измерениях датчиков промышленного изготовления по этой методике возможно достоверное измерен] только продольных волн. Для измерения поперечных волн использовалась специально разработанная приставка к прибору У1 10П в основе которой лежит преобразование продольных колеб ний, излучаемых стандартными датчиками продольных волн, в ] перечные за счет использования волноводов . При проведении \ мерений по такой схеме учитывалось, что в величину времени р пространения волны, полученную по индикатору прибора УК-10П, входит время прохождения волны по волноводам /0=28,8 мкс. Результаты испытаний волноводной приставки показали принципиальную возможность ее использования в полевых уел*

«тсс для определения поперечных волн, в дальнейшем неооходи-о провести ее доработку для повышения точности измерений.

На каждой площадке проводилась серия измерений для изуча-лых характеристик. При определении усилия рыхления выпол-шось до десяти рабочих проходов. Также и ультразвуковые из-ерения проводились в нескольких точках через 3...5 м между ими точками в зависимости от условий площадки.

Все измерения проводились в следующей последовательности, начала готовились точки для ультразвуковых измерений, т.е. прочилась очистка от снега и льда поверхности измерений, дела-юь разметка точек установки датчиков. Затем делались измере-дя методом продольного профилирования скоростей продольных >лн и после этого закреплялись к датчикам волноводы. В тех же >чках проводились измерения скоростей поперечных волн. По сончании этих измерений проводились измерения усилий рыхле-1я. Они выполнялось для двух средних значений глубины рыхле-ля 0,2 м и 0,4 м. На последнем этапе экспериментов на площадке гбирались образцы грунта для последующего определения его фи-[ко-механических характеристик стандартными лабораторными гтодами. Полученные зависимости между усилием рыхления мер-юго грунта и скоростями распространения упругих волн приветы на рис. 3.

Сравнивая полученные результаты полевых и лабораторных ¡мерений, можно сделать вывод, что полученные зависимости у!еют одинаковый характер соотношений и требуют сопоставле-\я с учетом масштабных коэффициентов принятых при лабора-)рных исследованиях.

Кроме того полученные усилия рыхления мерзлого грунта с ис-эльзованием двух значений ширины рабочего органа позволяют »авнить полученные результаты с классификацией грунтов по \са - удельной силе свободного резания при угле резания 45°, ко->рый и был выбран при моделировании рабочих органов. В ре-■льтате определения величины тсв в имеющемся диапазоне ско-

Р , кг

10000

8000

6000

4000

1000 2000 3000 V, м/с

Рис. 3. Зависимости между усилием рыхления и скоростями

упругих волн при глубине рыхления : а) - 0,2 м; б) - 0,4 м 1 - поперечные волны; 2 - продольные волны

ростей продольных волн Ур, которые отражают состояние и про ность мерзлого грунта, построена зависимость между средне-ма] симальным удельным сопротивлением свободному срезу тсв и скоростью продольных волн Ур, рис. 4. Также по полученным значениям средне-максимального удельного сопротивления свободному срезу Шсв, можно решить обратную задачу - получить усилия рыхления мерзлого грунта при заданных параметрах реж ма рыхления, т. е. ширине рабочего органа и глубине рыхления.

Сравнивая полученные данные с результатами полевых экот риментов можно отметить достаточно полное соответствие пол; ченных результатов характеру изменения изучаемой зависимост Погрешность между построенной зависимостью и практически» результатами составляет 10...20%. В тоже время сравнивая опре ление усилий рыхления мерзлого грунта по этому методу с опре делением по среднемаксимальному удельному сопротивлению свободному срезу тсв, то в первом случае скорость продольных

•> см • • • 2 • „А- • / • I5

/

• ч V }*

сопротивлением свободному срезу при угле резания 45° и скоростью продольных волн

олн Ур уже отражает состояние и прочность мерзлого грунта, а о втором случае, чтобы определить само наименование грунта и тнести его к одной из категорий, необходимо произвести допол-ительные лабораторные исследования или, в соответствии с существующими рекомендациями, произвести испытание грунта с омощью специальной динамометрической переносной тележки ля определения тсв. Иначе говоря, в первом случае измеряя ско-ость продольных волн Ур и используя имеющуюся зависимость с ;шшем рыхления мерзлого грунта йбжно непосредственно на гроительной площадке оценить возможные нагрузки, а во втором тучае необходимы более существенные дополнительные затраты зуда и времени. При этом величина погрешности в определении ;илия рыхления мерзлого грунта рассматриваемыми методами >ставляет равноценные значения.

По результатам полевых экспериментов с использованием по-

лученных данных по скоростям продольных и поперечных волн можно сделать вывод, что использование поперечных волн, как одной из характеристик отражающих состояние мерзлого грунта в принципе возможно. Но, в сравнении с полученными результатами по измерению скоростей продольных волн, точность измерения поперечных волн несколько ниже, что соответственно увеличивает разброс значений усилия рыхления мерзлого грунта по полученным зависимостям. Такой результат измерения скорости поперечных волн в первую очередь получается из-за отсутствия I настоящее время специальных датчиков поперечных волн выпускаемых приборостроительной промышленностью. Погрешности самой методики измерений незначительны, такая методика с усп хом применяется в геофизических измерениях и основные момеь ты данной методики уже достаточно отработаны с теоретической и практической сторон. Поэтому представляется наиболее оптимальным использование результатов измерения продольных вол: для дальнейшего определения параметров рыхления мерзлого грунта.

На основе анализа выполненных экспериментов и полученнь результатов, учитывая влияния изменения глубины и ширины рыхления на усилие рыхления мерзлого грунта можно построить ряд зависимостей изменения усилия разрушения мерзлого грунт< от скорости продольных волн при различной глубине рыхления, рис. 5. Ширина зуба рыхлителя принята исходя из наиболее типичных значений применяемых для рыхлителей выпускаемых от чественной промышленностью. Для использования представлен ных зависимостей необходимо учесть особенности выпускаемы? моделей рыхлителей, т.е. ограничения по величине заглубления зуба, связанные с особенностями конструкции, по количеству зубьев установленных на рыхлителе и по тяговому классу машш Четвертая глава посвящена разработке инженерного метод; выбора рыхлителей для разработки мерзлого грунта по акустиче ким характеристикам, дана технико-экономическая оценка разрг ботанного метода.

' 2000 2200 2400 2600 2800 . 3000 Ур,

м/с

Рис. 5. Зависимость изменения усилия рыхления мерзлого грунта от скорости продольных волн для заданной глубине рыхления

— при ширине зуба В = 40 мм

— при ширине зуба В = 50 мм

На основании полученной зависимости между усилием разру-ения мерзлого грунта при различной глубине рыхления и ско-эстью продольных волн определяются технологические параметра рыхления - средняя глубина рыхления за один проход и воз-ожные усилия разрушения мерзлого грунта. Исходя из этих редполагаемых усилий рыхления, по техническим характерис-1кам, в частности, по тяговому классу тракторов, выбирается мо-гль навесного рыхлителя. В случае, когда навесной рыхлитель же определен из числа имеющегося парка механизмов, для него,

по указанной выше зависимости, определяется оптимальная глубина рыхления обеспечивающая максимальную загрузку машинь Представленные на рис. 5 графические зависимости получеш на основе описанных выше исследований, в частности, формул для продольных волн (1) и (2) преобразованных к виду

д* _ _

Р = кр-^-Ь-И.Ур1'7 (5)

V п V

где кр - коэффициент пропорциональности, для суглинков

равный 10 кг/см2; кп - коэффициент совмещения площади поперечного сечения, для одного зуба равен 1; для двух - 0,9; для трех - 0,85; п - количество зубьев рыхлителя; Ъ - ширина (толщина) зуба рыхлителя, см; И - глубина рыхления, см; ¥р - скорость продольных волн, м/с.

На основе полученной эмпирической зависимости (5) и тех^ ческих характеристик рыхлителей выпускаемых промышленностью составлена таблица 1., где приведены основные технологические параметры рыхления в сочетании со скоростями продоль ных волн отражающими состояние мёрзлого грунта, на примере суглинков. При этом для двух - и трех стоечных рыхлителей уч] тывалось пропорциональное уменьшение усилия рыхления за с1 совмещающихся частей площади сечения прорезей. Также учит: вались конструктивные ограничения по глубине опускания зуба рыхлителя и наиболее характерная ширина зубьев для различны моделей рыхлителей. С учетом отмеченных факторов приведен] рекомендуемые глубины рыхления в зависимости от измеренно скорости продольных волн в мерзлом грунте.

Таким образом, учитывая вышеизложенные особенности п{ ведения измерений, методика выбора технологических парамет ров рыхления мерзлого грунта по акустическим характеристика для навесных рыхлителей состоит из следующих операций:

Таблица 1.

Скорость Технические характеристики Глубина

рыхлителя

продоль- Базовый Наиболып. Ширина Число рыхления

ных волн тягач тяг. усилие зуба зубьев А, м

Ур, м/с (трактор) Р, т В, мм

1 2 3 4 5 6

3 0,2

Т-100 9,4 35 2 0,3

1 0,4

3 0,3

2200 Т-180 16,0 40 2 0,5

1 0,7

3 0,4

ДЭТ-250 22,0 50 2 0,5

1 0,7

3 —

Т-100 9,4 35 2 0,25

1 0,4

3 0,25

2600 Т-180 16,0 40 2 0,45

1 0,7

3 о,з

ДЭТ-250 22,0 50 2 0,45

1 0,7

3 0,2

ДЭТ-250 22,0 50 2 0,35

1 0,65

3 0,35

3000 Т-330 25,0 50 2 0,4

1 0,7

Т-500 50,0 55 1 1,4

- определение точек ультразвуковых измерений с учетом :обенностей площади рыхления;

- подготовка выбранных точек площадки к измерениям, чистка поверхности грунта;

- установка датчиков на измеряемой поверхности;

- измерение времени распространения продольных волн на известном расстоянии;

- обработка результатов измерений и определение средней скорости продольных волн в мерзлом грунте на исследуемой площадке;

- выбор модели навесного рыхлителя по технологическим параметрам или выбор оптимальной глубины рыхления для заданной модели навесного рыхлителя по характеристикам пред-

Разработанная методика позволяет в течении минимального количества времени оценить прочностные параметры мерзлого грунта с точки зрения рыхлимости непосредственно на строител] ной площадке и достаточно точно осуществить выбор навесных рыхлителей и режим работы для выполнения подготовительных работ при разработке мерзлого грунта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам выполненных работ можно сделать следую щ выводы:

1. В основу разработки метода положены теоретические зав1: симости между акустическими характеристиками среды и ее про ностными и деформационными характеристиками;

2. Для мерзлых пылевато-глинистых грунтов, встречающихс практически в 90% случаев рыхления верхних напластований на площадках, определены основные факторы, влияющие на прочностные и деформационные характеристики при определении ю акустическим методом, и проведено планирование многофактор ных экспериментов;

3. На специальном стенде проведены экспериментальные ис-1едования по определению зависимости усилия рыхления от ско-эсти прохождения продольных и поперечных ультразвуковых злн при различных моделях зубьев;

4. В полевых условиях проведены эксперименты по опреде-шию усилий рыхления навесными рыхлителями на базе тракто-эв и акустических характеристик мерзлого грунта. Подтверждена уточнена зависимость между усилием рыхления и акустически-и характеристиками мерзлого грунта;

5. На основе экспериментов получена формула для определены усилий рыхления по акустическим характеристикам для мерз-ых глинистых грунтов;

6. Предлагается инженерный метод расчета усилий рыхления

э акустическим характеристикам мерзлого грунта для различных шов навесных рыхлителей на базе тракторов;

7. Выполнены аппаратно-технические усовершенствования етодики лабораторных и полевых измерения и измерительной шаратуры;

8. Практическое внедрение инженерного метода измерения ;илий рыхления мерзлого грунта по его акустическим характе-1стикам осуществлен на строительных объектах ЗАО СМУ-8 Эколго" БСНС в 1988-1989 г.

9. Экономический эффект получен за счет снижения затрат по тределению прочностных параметров грунта на объекте и умень-ения эксплуатационных расходов при рыхлении мерзлого грунта i счет более точного определения усилий рыхления, что дает синение стоимости рыхления 1м3 грунта на 5...10%.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих 1ботах:

1. Бикеев С.Х., Климин В.Н. Об оценке усилий резания грунта эи прокладке трубопроводов в зимнее время. П-я Республикан-:ая научно-техническая конференция молодых ученых и специ-[истов. Тезисы докладов. - Уфа,1984, с.61.

2. Климин В.Н., Бикеев С.Х. К вопросу определения прочна ти мерзлого грунта по ультразвуковым данным. - Труды НИИПромстроя «Механизмы и приборы для разработки грунт Уфа, 1987, с.60-63.

3. Ахмадеев Н.Х., Болотнова Р.Х., Климин В.Н. Моделирование разрушения мерзлых грунтов гидромолотами. Ш-я Республиканская научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов. Тезисы докладов. - Уфа,1988, с.63.

4. Климин В.Н., Бикеев С.Х. Выбор землеройных машин д. разрушения мерзлых грунтов по результатам акустических из? рений. Ш-я Республиканская научно-техническая конференции молодых ученых и специалистов. Тезисы докладов. - Уфа, 198

5. Волков Д.П., Бикеев С.Х., Климин В.Н. Новая методика определения усилий разрушения грунта рыхлителями. Строительные и дорожные машины, 1988, № 11, с.25,26.

Подписано к печати 29.10.97. Формат бумаги 60x841/16 Бумага писчая. Печать офсетная. Печ. листов 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 697. Ротапринт Уфимского государственного нефтяного технического универс Адрес университета и полиграфпредприятия: 450062 Уфа, Космонавтов, 1.