автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Моделирование процессов подводного резания грунтов землеройными машинами для прогнозирования рабочих нагрузок

--ЦОСКОВСКШ 1КЯ^НЕРЙ0-СТР01гаЕЛЬ5ЕШ шииту?

На правах рукописи УДК 621. 879. 48

ТУРГ5Ч.ЕАЕВ ДЯЕНИШШ ДЗПШЩОВИЧ

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПОДВОДНОГО.РЕЗАНИЯ ГРУНТОВ МЛЕРОИННМИ ШИНАМИ Ж ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАБОЧИХ НАГРУЗОК

05.05.04 - Дорожные и строитедыые иашяш

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технически наук

МОСКВА - 1992

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте транспортного строиельства (ЦНИИС) и Бишкекском политехническом институте .(БПИ).

Научный консультант - доктор технических наук,

профессор И.А.НЕДОРЕЗОВ

Официальные оппонентн: - доктор технических наук,

профессор Э.Н.КУЗИН

- доктор технических наук, профессор В.К.РУДНЕВ

- доктор тэхнических наук,, профессор Б.М.КИЗЯЕВ

Ведущее предприятие - ВШШЗеммаш

Защита состоится 30 июня 1992 г. в 15 часов на заседании специализированного Совета Д 053.11.09 при Московском инкенерно-строительном институте (ШСИ) имени В.В.КуйСышева по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, 26, ауд. 50? г С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ШСИ. . Просим Вас принять участие в работе Совета и направить Ваш отзыв по адресу:1' 129337, 'Москва, Ярославское Шоссе, 26, МИОИ, Ученому секретарю

Автореферат разослан

" " мая 19Э2 г.

Ученый, секретарь специализированного Совета, нрсфессоо

Е.Тотолин

¡¡ши

• » 3

,ш I. ВВЕДЕНИЕ

л

■щий! щальность провлелы. В промышленном, коммунальном, транс-зртном и других видах строительства большие масштабы приобретает ззведение подземных сооружений способом "стена в грунте". Как жазала практика, наиболее трудоемким и сложным элементом при гроительстве подземных сооружений способом "стена в грунте" явится разработка глубоких, траншей под слоем глинистого раствора, связи с этим актуальной становится проблема определения рацио-альтах конструкций, параметров и режимов работы рабочих органов гмле^ойных машин при наличии гидростатического давления глинис-:го раствора. Г-т:» вопросы в равной степени относятся и к пробле-5 создания средств механизации длд подводных земляных работ. Ги-зосг^ическое давление (глубина погружения) в этом случае танже десть зияс Увеличивает сопротивление копанию связных грунтов, зиболее часто встречающихся на строительных объектах.

Процессы походного резания грунтов рабочими органам • эмлеройных к.ашин отличаются меньшей изученностью и большей слож-эстыо протекания по сравнении с аналогичными процессами, на суше, . зторые можно рассматривать как частные случаи, когда воднад сре-а заменяется воздушной.

К настоящему времени имеющиеся результаты исследований в гой области нуждаются в обобщении с целью формирования единого-здхода к моделированию процессов подводного резания грунтов для ззможности прогнозирования усилий, действуют^ при различных эчетаниях факторов.

Однако, имеющаяся информация не является однородной по сте-эни достоверности, источникам и способам получения, что приводит необходимости использования комбинированных моделей процесса на' знове использования в них элементов физических представлений, атематичолкого и имитационного подхода. При этом в связи со полностью экспериментов даже в лабораторных условиях особое зна-эние имеют меточы математического моделирования с использованием ЭВМ. Этим обусловлена актуальность исследования.'

Целью роботам является установление системы закономерностей хщвссов резания грунтов рабочими органами зэмлеройных машин в >дводных условиях,позволяющих прогнозировать сопротивления грун-

тов резанию для обоснования предложений по созданию эффективв рабочих органов подводных землеройных машин.

Методы исследования. Комплексное изучение системы "рабоч орган - грунт - водная среда" осуществляется на базе математиче кого (аналитического, имитационного) моделирования, физическо моделирования, применения методов математической статистики, те рии механики грунтов и сплошной среды, методов планирования эк периментов.

Конструкции экспериментальных стендов защищены авторски свидетельствами на изобретения. Стенда позволяют в широком диап зоне моделировать условия нодеодного разрушения грунтов с учет глубины погружения рабочего органа в глинистый раствор или воду

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. В результате исследования процессов разрушения грунтов подводных условиях установлены качественные отличия физическ картины процесса резания под гидростатическим давлением от анал< точного процесса на суше.

2. Установлено, что гидростатическое давление являемся дом нирукщим фактором в процессе резания связных грунтов и вперв! выявлены закономерности этого процесса с учетом влияния гидрост! тического давления.

3. Показано, что схема взаимодействия штампа с грунте является основой системы "рабочий орган - грунт - водная среда' Выявлены степени влияния гидростатического давления на усилие энергоемкость подводного резания для различных с£ем взаимодеЙс1 вия с грунтом рабочих органов землеройных машин.

4. Впервые вскрыто существование критического гидростагичзс кого давления, изменяющего условия протекания процесса разругает грунтов под водой. Это явление описано математическими моделями.

5. Разработаны моделирующие алгоритмы для компьютерного анг лиза и исследования процессов разрушения грунтов при наличии вод ной среды.

6. Разработана и исследована обобщенная модель процесс резания грунтов, позволяющая прогнозировать сопротивления грунте подводному резанию в зависимости от величины гидростатическог давления, геометрических и рекимнах параметров рабочего органа физико - механических свойств грунта.

7. Созданы оригинальные стенда, позволяющие моделировать в ■•табильном режше условия взаимодействия рабочих органов с руитом при широком изменении глубины погружения в водную среду, а которых впервые экспериментально подтверждено влияние гидропатического давления на процесс резания грунтов.

8. Разработаны с применением ЭВМ методы практического прог-оз}грования сопротивления грунтов разрушению при различных соче-аниях действующих факторов для формирования параметров рабочих рганов подводных землеройных машин.

Научная и техническая новизна 'результатов исследований под-зервдена 25 авторскими свидетельствами на изобретения.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Схемы подводного взаимодействия рабочих органов земле-)йных машин с грунтом, за основу которых принята схема вдавлива-1Я штампа в грунт.

2. Аналитические зависимости определения критических значе-й гидростатического давление для различных схем взаимодействия грунтом рабочих органов землеройных машин в подводных условиях.

3. Математические модели процесса резания грунтов и вдавли-ния в них штампов под гидростатическим давлением.

4. Методика и условия приближенного физического моделирова-я процесса резания грунтов в подводных условиях.

5. Моделирующие алгоритмы прогнозирования сопротивлений' рению грунтовых массивов.

5. Принципы конструкция стендов и методики проведения на них :пврименталышх исследований процессов разрушения грунтов в даодных условиях.

7. Экспериментально выявленные закономерности подводного шяия грунтов, результаты статистического анализа этого процес-

а также его оптимальные параметры.

8. Алгоритмы и программное обеспечение прогнозирования со->тивлешШ реэатю грунтов рабочими органами землеройных машин, отающих в подводных условиях.

Достоверность результатов исследования подтверждается ре-ьтатами экспериментальных исследований на стендах СГД - I ШС), СГД - 1М, СГД - ЗМ, СВШ 3, ОГЛ - 6 (БПИ). результатами людений за работой траншеекопателей на объектах г. Москвы, а

также результатами других исследований, достаточным объемом экспериментальных исследований и адекватностью полученных математи-гических моделей, подтвержденной экспериментальными данными.

Практическая ценность работа заключается:

- в методике машинного расчета сопротивлений резанию грунтоь рабочими органами землеройных машин в подводных условиях;

- в методике математического моделирования процесса резания грунтов под водой и ее программном обеспечении с целью прогнозирования сопротивлений грунтов резанию;

- в созданных экспериментальных моделирущих установках. '

Реализация рабсилы. Результаты исследования - рекомендации по

•выбору основных параметров используются соответствии с Целевой программой ГКНГ СССР 0.74.01 "Мировой океан" (задание 0.74.01 02.01.03) при проектировании технически средствГцентральном конструкторском бюро "Океангеотехника" ПО Южморгеология.

Методика расчета производительности траншеекопателей с грейферными рабочими органами с учетом глубины погружения рабочего органа и влияния гидростатического давления использована в Главмосинжстрое при нормировании работ траншеекопателей, предназначенных для разработки глубоких траншей при строительстве способом "стена в грунте".

Методики физического и математического моделирования процессов резания грунтов и вдавливания штампов в грунты в подводных условиях под гидростатическим давлением, методика прогнозирования усилий подводного резания грунтов и проектирования рабочих органов землеройных машин и методика проведения экспериментальных ис-следовний на стендах физического моделирования использованы ЦНШС при выполнении плановых НИР "Проведение теоретических и экспериментальных исследований резания грунтов под гидростатическим давлением с разработкой предложений по созданию рабочих органов землеройных машин для разработки грунтов под водой и при строительстве способом "стена в грунте".

В Бишкексксм политехническом институте эксплуатируются экс-пе рдаентальные установки ОГЛ-6, СГД-1М, СГД-ЗМ, СВШ-3. Методики проектирования и расчета рабочих органов землеройных машин, работающих в подводных условиях использовались в курсовом, дипломном проектировании и в Лекционном обеспечении курса "Машины для зем-

ютах работ" для студентов специальности 1504.

Стенда для исследования подводного разрушения грунтов (а.с. 55 783 , 846 662, I 219 746) внедрены по форме 4НТ в ЦНМИСе в роцесс исследований по плановым НИР и в БШ лри выполнении НИР й 44/83, 67/86 и в учебном процесса.

Результаты работы используются в учебном процессе БШ в виде чебного пособия и методических разработок.

Метода физического моделирования процессов резания грунтов эд гидростатическим давлением и моделирующие установки эти про-эссов отражены в' учебном пособии' |Баловнев В.И. Моделирование эоцессов взаимодействия со средой рабочих органов дорожно-строи-ш>ннх машин: Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1981. 335 с.|.

Апробация работ. Отдельные положения и основное содержание сссертации докладывались на Международной научно - технической шференции по механизации 'и автоматизации земляных работ (Киев, >91), Симпозиуме по терремеханнке с международным участием (Суз-1ль, 1992), Всесоюзном семинаре по строительству способом "стена грунте" (Киев, 1978), Всесоюзном семинаре "Проблемы разработки лезных ископаемых в условиях высокогорья" (Бишкек, 1991), науч- исследовательских конференциях ЩИ (Москва, 1977 - 1980, 91, 1992), конференции молодых ученых и специалистов ЙНИИО осква, 1979), Республиканской конференции молодых ученых и спе-алистов Кыргызстана в области строительства и.архитектуры (Вт-, х, 1931), Республиканской научно - практической конференции юлах ученых "Применение персональных компьютеров в-народном зяйстбэ" (Бишкек, 1989), шфеоту&яикансксй научно - практичес-I конференции "повершёнствовада? тярдов радаогшьдого исяоль-<з:^ля водных ресурсов" (Бткец, Шй?}, (вту&тхаяской научно ¡ракжекя-ой конференции "Вшякие ¡региоиальивх природао - кли--ичесиак факторов на организационное ч технико - экономические к5енноег0 строительства в Кыргызстан*" (Бишкек, 1989), научно -ледовагельских конференциях ВПК (1980 - 1992), научно - техником совете ШБ Океангеотехника (Норуроссийск, 1987), секции оитвльннх машин ВНИИ транспортного строительства (Москва, 1989 992), семинаре ШСИ (Москва, 1992).

Публикации. По диезртационной теме опубликовано 56 научных эт, включая 25 авторских сеидетвл(.ств на изобретение.

Объел и структура диссертации.. Диссертация состоит и: введения, 8 разделов, основных выводов, списка литературы и при-жжений. Основная часть диссертации изложена на 215 стр. машинописного текста, включает 17 таблиц и иллюстраций на 72 стр. список, литературы из 247 наименований.

2. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Проблема создания эффективных средств механизации дл? разработки грунтов под водой в области строительства в настоящее время прежде всего относится к сооружению подземных объектоЕ способом "стена в грунте", а также к' сооружению различны? объектов в подводных условиях на дне рек, морей и океанов.

Исследования, проведенные советскими ученными акад. В.П. Горячкиным, Н.Г.ДомСровским; А.Н.Зелениным, Ю.А.Ветровым, Д.И, Федоровым, И.А.Недорезовым, В.й.Баловневым, Д.П.Волковым, A.M.Холодовым, К.А.Артемьевым, В.К.Рудневым, Л.А.Хмарой и др., внэсда большой вклад в науху по изучению закономерностей разрушение грунтов в обычных наземных условиях, позволили создать эффективные отечественные землеройно-транспортные машины.

С появлением новых технологий разработки грунтов, связанных со строительством способом ''стена в грунте" и в подводных условиях, появились исследования, посвященные изучению взаимодействия рабочих органов землеройных машин с грунтом при наличии водной среды и глинистого раствора. Приоритет исследований по данному направлению принадлежит советским ученым, научной школе д.т.н. проф. И.А.Недорезова. Исследованиям по подводному разрушение грунтов посвящены работы В.И.Баловнева.В.А.Лобанова, В.Г.Моисеен-ко, А.С.Кадарова, С.П.Огородкикова, М.И.Смородинова, А.А.Шаталова, А.А.Карошюша, Х.А.Дианова, М.Т.Тындыбекова, А.И.Коптелова, В.М.Шейнблюм, М.Ч.Худайберенова и др.

В исследованиях рабочих процессов землеройных машин, работающих в подводных условиях, широко используются методы физического моделирования на основе разработок научной школы д.т.н. проф. В.И.Баловнева. Натурные исследования при производстве работ способом "стена в грунте" и на морских глубинах связаны с большими затратами и техническими сложностями. Поэтому эксперимен-

льные исследования, как правило, проводились на специальных ендах позволяющих моделировать условия протекания процессов в дной среде при различной глубине погружения.

Наряду с экспериментальными методами исследований все :тенсивнее развивается численные метода анализа протекаемого юцесса с использованием ЭВМ. В области исследований строитель-ас машин здесь наиболее известии работы Е.М.Кудрявцева и Е.Ю.Ма-новского. Имитационное моделирование позволяет глубоко анализи-!вать происходящие явления, сокращать объемы необходимых'" экспе-ментальных исследований. В области резания грунтов' под водой ¡следования этих процессов с использованием ЭВМ проведены Л.А. русь под руководством И.А.Кедоре-Ч/ва.

Обзор литературы показывает, что несмотря на всебыстрый мп внедрения ЭВМ, особенно персональных компьютеров, в научных ¡следованиях, в. области резания грунтов землеройными машинами, Мотающими в подводных условиях, исследования с использованием числительной техники находятся на начальной стадии. Вместе с ы это позволило бы ускорить и расширить исследование указанных юцессов, снижать затрата на экспериментальные исследования и высить надежность прогнозирования рабочих нагрузок на рабочие ¡ганы подводных землеройных машин.

Таким образом, в соответствии с поставленной целью и основ-:мтт направлениями данного исследования необходимо решение следу-. ¡их задач:

- анализ особенностей взаимодействия с грунтом рабочих органов млеройных машин, работаквдх в подводных условиях, и влияния дростатического давления на этот процесс; •

- разработка аналитических зависимостей процесса подводного зания грунтов, в том числе при наличии гидростатического-.вления;

- определение критериев подобия и установление условий ириб-женного физического моделирования процесса резания грунтов иод дростатическим давлением и зависимостей перехода от параметров дели к параметрам натуры; .•

- создание имитационной системы для организации и проведения итационных экспериментов на ЭЕМ по прогнозированию сопротивле-й грунтов резанию в подводных условиях;

- разработка экспериментальных стендов и методики эксперт тальных исследований с физическими моделями рабочих рганов;

- проведение экспериментальных и машинных исследований про1 са резания грунтов под гидростатическим давлением, и сопостааш результатов анализа с результатами экспериментов для провс адекватности математических моделей;

- разработка обобщенной модели для прогнозирования'рабочих грузок землеройных машин, работающих под водой;

- разработка алгоритма и прикладных программ для расчета з лий подводного резания грунтов;

- разработка рекомендаций по проектированию рабочих оргг ■ землеройных машин, работающих под слоем жидкости с' уче действующего гидростатического давления..

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ПОДВОДНОГО РАЗРУШЕНИЯ ГРУНТОВ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ ЗЕМЛЕРОЙНЫХ МАШИН

Возможные схемы взаимодействия рабочих и ходовых оргг землеройных малин с грунтом с учетом классификаций Ю.А.Вет] и А.Д.Далина можно представить в соответствии с рис.1. Схемы ражают первичные (пионерные) взаимодействия исполнительных о] нов с грунтом. Процессы, являщиеся продолжениями первкчж например, наполнения . койпа, транспортирования грунта, и т. здесь.не учтены.и ' '

Процесс вдавливания штампа в грунт . (левая схема в рис. является основой системы "рабочий орган - грунт - водная сре; все остальные схемы взаимодействия (поз. а-в) вытекают из не! являются частными направлениями. Конструкций реальных рабочих ганов вытекают из представленных схем, являются их комбинации» отличаются углами резания я заострения, кривизной рабочих оргг и т.д.

Анализ схем взаимодействия рассматриваемой, системы прово} ся по принципу от общего к частному, конкретному рабочему оргг В соответствии с ' предлагаемой схемой от взаимодействия шт< с грунтом можно выйти на'три основных вида процессов взаимодэ! вия с грунтом рабочих органов землеройных маигш.

Рис. I. Схемы рабочих процессов подводных землеройных машин

По направлению "в" расположены схемы взаимодействия, отраж ющие процессы вдавливания рабочего органа в грунт, по направлен "б" - схемы, отражавшие процессы разрезания грунта, по направл нюо "в" - схемы, отражающие прцесоы послойного резания грунтов подводных условиях.

Позиция "а" соответствует рабочим органам типа различных ли деров, погружаемых в грунт. Позиция "а1"~ режущим элементам гре) ферных и ковшовых рабочих органов на этапе внедрения в грунт, позиции "а2" представлен отвальный рабочий орган, внедряющийся грунт. Во всех указанных схемах имеет место вдавливание в гру] режущих кромок в виде штампов. Позииря "аЗ" отражает схему вза5 ■модействия с грунтом ходовых органов землеройных машин , напр] мер, шагающего типа.

В позициях "б" и "в" направления движения рабочих органе отличаются от направления движения рабочих органов позиций "а" переориентированы в отношении грунтового полупространства. Раб< чие органы передвигаются преимущественно параллельно поверхнос^ грунтового массива (т.е. повернуто на 90°).

Влияние водной среды на процесс разрушения грунтов зависи'; помимо грунтовых условий и схем взаимодействия, от глубины шн рукения рабочего органа. Вблизи поверхности, когда глубина погрз жения незначительна, сопротивление грунта разрушению уменьшаете нике уровня значения сопротивления разрушению грунта в аналоги1 ных случаях на суше. С увеличением глубины погружения рабоче1 органа в воду всей более ощутимой становится сила' тяжести столе воды (гидростатическое давление), действующая на поверхность мае сива грунта, что приводит- к изменению условий протекания процесс разрушения грунта. Гидростатическое давление стэговится доминир! кщим над силой Архимеда с увеличением глубины погружения.

Существует, таким образом, определенное, так называемое критическое гидростатическое давление, изменяющее условия прс текания процесса подводного разрушения грунтов.

По мере внедрения штампа в грунт под подошвоЧ штампа нарас тают напряжения сжатия л при достижении предельного состояш происходит сдвиговая деформация. С увеличекигм глубины погружена штампа гидроста тическе давление р начии?ег препятствовать выга ранию грунтового элемента. Крлтгческм является такое значена

давления, при котором сила гидростатического давления, действующая на поверхность тела сдвига, равна реакции выпирания тела сдвига под действием вертикальной нагрузки на итамп:

" * 2 г % 2

р—I (21> + ЪУ - Ъг) = —Ь1 (ВтЪ 4- ВСо), 4 ' 4

где Ь - диаметр штампа; У и В - коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения <р с учетом соотношения глубины вдавливания штампа и длины его стороны (радиуса) Ь; 7 - плотность грунта; Ь -ширина тела сдвига; С - удельное сцепление грунта.

Отсюда критическое давление равно

Ьа№тЬ + ЮО^)

р = -:-1т- ' (I)

Р Р -'»ф ч •

{2[Ьс*6(45°- -у)е2 * Ь}а- Ъа

Значение критического давления для процессов- разрезания грунта определяется 'из анализа схемы взаимодействия рабочего органа - вертикального ножа с грунтом при наличии водной среды.

Продвижение рабочего органа в процессе разрезания сопровождается образованиями тел сколжения в зоне перед рабочим органом также после достижения в ней предельного состояния грунта. В этом, слчае критическое гидростатическое давление равно

2 Ф

Ркр= — 1СтЬ + 4С0^(45°+ , (2)

где Ь- глубина резания.

В процессе резания плоским отвалом срезаемый грунтовой пласт под действием отпора грунта перемещается по поверхности отвала, шея площадку контакта с шириной, равной ширине отвала. Соприкосновение поверхности грунтового пласта с передней гранью отвала 1роисходит, когда нагрузка, обусловленная гидростатическим давле-игем, равна или' больше усилия изгиба грунтового, пласта:

.11

рЬ-— > 4*»а, (Б1па + созсЛюр),

е^п'л -И31

где а - угол резания грунта; К - момент сопротивления; оизг - напряжение изгиба. Тогда критическое гидростатическое давление может Сыть определено из выражения:

ркр> — 51п а.'Оизг(в1т + собс^Ь (3)

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПОДВОДНОГО РЕЗАНИЯ ГРУНТОВ

При исследовании системы "рабочий орган - грунт - водная .среда" основной целью является оценка сопротивляемости грунтов разрушению при механическом воздействии на них рабочих.и ходовых органов землеройных машин при различных глубин погружения. В общем виде эм процессы моделируются вдавливанием в грунты штампов.

Сопротивления вдавливанию в грунты штампов коррелируются с сопротивлениями резанию грунтов.

Схема взаимодействия штампа с грунтом, погруженным в воду на глубину Н, показана на рис 2. Гидростатическое давление р = 7ВН, (ув - плотность воды) равномерно действует на поверхность грунтового массива. Общее сопротивление вдавливанию штампа можно определить, используя принцип суперпозиции сил:

Р = Р„+ I» ,

вд л в '

где Р^ - лобовое Сопротивление грунта вдавливанию; Рв - сопротивление, действующее по боковой поверхности штампа.

Сопротивление вдавливанию равно

РЙД= Ш,7ГЬ + Н2(р'+ Ч) + ИаСо]Рл+ + . "(4)

где N , 11 Ыа - коэффициенты несущей способности грунта ; Ь-половина стороны или радиус штата; РЕ- площадь боковой поверхности иташа, находящейся в контакте с грунтом; f - коэффициент трения грунта о штамп; { - коэффициент бокового давлешя грунта.

Математическая модель процесса подводного резания грунта под гидростатическим давлением больше критического сформулирована на основании схемы взаимодействияпредставленной на рис.3. С увели-

Рис. 2. Схема взаимодействия итампа с

грунтом под гидростатическим давлением

ЧРр.

'АУ/ЛУ/ЛУ^>7 АУ/АУ.

Рио. 3, Схема резания грунта плоским отвалом под гидростатическим давлением

чением глубины погружения рабочего органа все больше ощутимой становится сила тяжести столба жидкости (гидростатическое давление), действующая на поверхность массива грунта. Эта увеличивающаяся пригрузка начинает препятствовать выпиранию тела, сдвига грунта и изменять вид струккообразования от элементной стружки к сливной. Стружка грунта в таких условиях начинает в виде ленты скользить по передней грани отвала, плотно прижимаясь к ней под действием гидростатического давления.

Следует отметить, что угол сдвига ф при гидростатической пригрузке в зоне резания несколько изменяется по сравнению с подобным процессом на сушо. Принимая в первом приближении линейную ■зависимость угла сдвига от гидростатического давления получим формулу:

а + б + <р

<|> = (90°--1) - Ир , (5)

2

где к - коэффициент, учитывающий изменение угла сдвига, зависящий от гидростатического давления и.грунтовых условий: для суглинис--того грунта к = 0,18; р - -гидростатическое давление; б - угол трения грунта по отвалу.

Сопротивление перемещению грунтового пласта по передней грани отвала, определяемое трением, с учетом действия гидростатического давления составит (пренебрегая силой тяжести грунтовой стружки) ^ '

? = р = (Нп/е1па)Ъ5рКв^ ,

где Нд - высота подъема груята отвалом.

Нормальное усилие, действующее на поверхность сдвига грунта и обусловленное усилием Е, равно

11,= Есоэ? , .

где £ - угол между передней гранью отвала и нормалью к сдвига: £ =. (9С°- а) - <|>. К атому усилию добавляется нормальная составляющая от влияния гидростатического давления, также действующая на поверхность сдвига:

■ Н = рЫ1/81пф .

Тогда сила трения по поверхности сдвига равна Т = ,

а с учетом силы сцепледаия грунта 0оЬЬ/в1пф. Общее сопротивление сдвигу составит Т - Т, 4 Т2.

Нроме того, на грунт действует сила В, обусловленная гидростатическим давлением на площадь среза, Е = рЬЬ.

Таким образом, касательная составляющая общего сопротивления резанию грунта равна:

? = ПСОЕО. + + СоЬЬ/а1пф]с0Бф - рЪЬ .

О учетом гидродинамического сопротивления

Р = (Нп/81па)ЬрКа<§8Гсо5а + ^рсов^совф) +

+ №с1еф(р + Со- ptg(>) + Сдэ^2, (6) '

где К3 - коэффициент смачивания поверхности передней грани отвала; Ь - глубина резания; Ь - ширина отвала; Сх- коэффициент гидродинамического сопротивления; ро- плотность среды; Б^- проекция . площади сечения отвада на плоскость, перпендикулярную направлению движения; -в - скорость резания.

Ковф{ицент К3 характеризует степень совершенства рабочего органа. Для идеального рабочего органа К3-» 0. '

Общность деформативяо - напряженного состояния грунта под водой, в том числе под гидростатическим дайлэнием, и в обычных условиях "сухого" резания позволяет дополнять критерии подобия процесса резания грунтов под водой на основе анализа уравнений,

описанных выше:

р 1 тЭ

» I ~ •

Р, И Л

4 О о

Параметр можно рассматривать в качестве"самостоятельного'критерия подобия.

Если атмосферное давление в модели не изменяется, т.е. индикатор подобия к = 1, важно, чтобы и масштаб давлении на глубине

у модели был равен оригиналу к = 1. Это достигается за счет создания в рабочей камере давления, равного давлению, которое определяется зависимостью р = Нн7в. Здесь и далее индексами "н" и

"ы" обозначены параметры натуры и модели.

Из условия кр= 1 ры= рн= Н'7В. Величину Нн можно опреде-

делить через Н^,: Нн= Н^. Следовательно, рм= рн= Н-к17в. Налиичие

последнего приводит к соблюдению условия Ц,а= кр= 1.

Соотношение ксо= указывает на необходимость использовать

в качестве грунта в модели эквивалентный материал с параметрами:

Сом= Сон: т1гм= \н

где индекс I - линейный параметр.

Соблюдение этак соотношений при моделировании эквивалентными материалами практически трудно реализовать, т.к. при равенстве вязкости грунта модели и натуры Т1 = -п следует С ,- С . что

ГМ ,ГН ОМ .ОН

противоречит требованию

СоМ=Со„*Г-

В этом случае целесообразно воспользоваться зависимостями, позволяющими учесть в первом приближении сделанное нарушение условия подобия.

Основные условия приближенного физического моделирования заключаются при этом в соблюдении геометрического подобия системы и соблюдении критериев подобия, вытекающих из условий однозначности: Ка=К; КОКИЛЯ практических расчетов сопротивление резанию суглинистого грунта под гидростатическим давлением можно определять приближенной зависимостью Р » Рм- к*.

Мощность, необходимая для резания грунта под гидростатическим давлением, определяется в рассматриваемом случае с учетом принятого масштаба скорости к^5 :

«и- .

где И . N - мощность для натуры и модели.

Блок схема моделирующего алгоритма имитационного моделирования процессов взаимодействия с грунтом рабочих органов землеройных машин, работающих в подводных условиях, с помощью ЭВМ показана на рис. 4. Исходная информация вводится в блоки I и 2. При этом недостающие параметры (число ударов С, угол сдвига и т.п.) определяются на основе статистических и эмпирических зависимостей, приведенных выше . .

Блоки 3 и 4 обеспечивают выбор схемы взаимодействия: схема I - вдавливание штампа в грунт; схема 2 - разрезаше грунта; схема 3 - послойное резание грунта. -

В блоке 5 определяется тип грунта путем определения числа шастичности .1.

Блок 6 производит разделение по типам грунтов. Для песка в 5локб 7 производятся вычисления сопротивления резанию Р по стан-1артным формулам, не учитывающим гидростатическое давление. Для фугих типов грунта в блоке В осуществляет вычисление критическо-' 'о гидростатического давления р^ для соответствующей схемы взаи-юдействия.

Далее в блоке 9 проверяется условие неравенства р > ркр.

В блоке 10 производятся вычисления усилий резания ■ грунтов да условий резания, когда гидростатическое давление меньше гритического значения.

. Блок II осуществляет расчет усилий резания грунтов Р для юответствующих схем взаимодействия с учетом влияния гидростати-[еского давления..

Блок 12 производит вычисление статистических характеристик гроцесса взаимодействия с грунтом рабочих. органов землеройных ¡ангин под гидростатическим давлением.

• Если имитационный прогон завершен (блок 13), результаты пе-. атаются на принтере (блок 14).

Наконец, проверяется необходимость осуществления дополни-ельных имитационных прогонов (блок 15).

Разработана и исследована обобщенная модель процесса ре-ания грунтов, позволяющая прогнозировать сопротивления грунтов одводному резанию в зависимости от величины гидростатического авления жидкости, геометрических и режимных параметров рабочего ргана, физико - механических свойств грунта,

с

Начало

у/ Данные грунтов (А , у, С0) У, ¿Г С у/

Данные рабочих органов В, НП,Я, об.

Резание (схема 3)

1

Определение числа пластичности ^

Схема I

■1 1

Определение Д для схемы I Определение Д для схемы 2 Определение р^ для схемы 3

АВ

■

О

С

5. СТЕНДЫ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИИ

На стендах первоначально проводились опыты со.штампами различной конфигурацией. Определялись закономерности процессов их вдавливания в грунт. Выполнены эксперименты с режущими органами в виде плоского отвала, что обусловлено общей методологией теории познания от простого к сложному. С другой стороны, плоский отвал представляет собой не что иное, как клин, характеризующий все режущие части рабочих органов землеройных машин.

Реализация программы исследований, в частности с плоскими отвалами, проводилась двумя сериями экспериментов, обусловленных особенностями взаимодействия таких отвалов с грунтом, с соответствиями матрицами планирования. В первой серии экспериментов длина передней поверхности отвалов поддерживалась постоянной. В этом случае при различных углах резания высота подъема грунта отвалами различна. Во второй серии экспериментов высота подъема грунта отвалами принята постоянной,. а переменной при ■ изменении угла резания является длина передней поверхности отвалов.

Экспериментальные исследования проводились на связном суглинистом грунте, не обладающем фильтрационными свойствами, и на песке, обеспечивающем фильтрации. В качестве жидкой среды в большинства случаев применялась вода в связи с небольшой разницей объемных масс вода и глинистого раствора (у глинистого раствора она равна 1,02-1,04).

Но.особенностям процессов подводного разрушения грунтов использованные стенды можно разделить на два типа:

- открытые гидролотки, на которых можно изучать подводное разрушение грунтов при отсутствии влияния гидростатического давления: ревание донных водонасыщенных грунтов, • залегающих на небольшой глубине; разрушение грунтов, имеющих большой коэффициент фильтрации; взаимодействие рабочих органов подводных землеройных машин с грунтом при небольшой глубине погружения;

- барокамеры, позволяющие исследовать влияние гидростатического давления на процесс разрушения грунтов при разработке тран-

шей способом "стена в грунте"; при разрушении грунтов, имеющих малый коэффициент фильтрации, на значительных глубинах погружения режущего инструмента;- при погружении в грунт различных индентеров под водой.

Открытый-гидролоток ОГЛ - 6 содержит заполняемый водой контейнер, раму с продольными направляющими в верхней части, в которых установлена тензометрическая телекка, соединенная посредством тросо-блочной системы с приводным механизмом. На тензоме-трической тележке при помощи сменного кронштейна крепятся исследуемые рабочие органы. На тензометрической тележке установлены электродвигатель постоянного тока и редуктор , выходной вал которого посредством цепной передачи соединен с приводной звездочкой рабочего органа.

Стенда - баракамеры СГД-1, СГД-Ш, СГД-ЗМ предназначены для «¡следования процессов взаимодействия рабочих органов землеройных шшин с грунтом в подводных условиях при наличии гидростатического давления (рис. 5).

Рабочая камера состоит из герметического корпус?, внутри юторого находится исследуемый рабочий орган, закрепляемый на родольной направляющей посредством тензозвена. Продольная • нап-¡авлящая вместе с рабочим органом перемещается с помощью винто-ой передачи (гидроцилиндра), приводимой в действие от электро-вигателя постоянного тока через клиноременну» передачу . Ско-ость резания изменяется за счет изменения входного напряжения лектродвигателя. В корпусе имеется боковой иллюминатор для аблюдения, фото - и киносъемки процесса резания грунта, верх-' не иллюминаторы для установки,' регулировки рабочего органа и звещения рабочей камеры, а также пробка для слива жидкости из эмеры. В камере установлены манометр и датчик давления.

Методика исследований базировались на методах многофакторно> анализа. В качестве плана-вксперимента использован центральный ¡татабелъный композиционный- план.в условиях рандомизации при ни факторах: прочность грунта, оцениваемая числом ударов плот-мера ДорШЙ С,глубина резания Ь, угол резания а, скорость рения V и гидростатическое давление р (глубина погружения рабоче-органа). В,качестве поверхностей откликов.приняты средние знания сопротивления резанию.

1 } 2. ¿^Г

У п\\\/..!. //1 \\

Рис.5.: Схема стенда

- датчик давления;*12 - манометр; 13 - 'разделительная диафрагма; 14-

гшшндр; 24 - емкость; 25 - баллон со сжатым воздухом •

6. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫ! ИССЛЕДОВАНИЯ ПОДВОДНОГО РАЗРУШЕНИЯ ГРУНТОВ

В результате проведённых экспериментов установлений качественное отличие физической картины процесса резания суглинистого грунта под гидростатическим давлением от обычного "сухого" резания. Гидростатическое давление, воздействуя на грунт, создает до-толнительную пригрузку в зоне его разрушения рабочим органом и на зго передней грани. Глубина лроникания жидкой среды в массив суг-ганистого грунта незначительна, за счет явления кольматации, и !агаюго меньше толщины срезаемого слоя грунта. Поэтому относительное движение грунтового пласта по передней грани отвала в фоцессе резания происходит без проникания жидкой среда на повер-•лость контакта.

Отделяемый от массива грунтовой пласг под действием отпора [ассива грунта продвигается по отвалу. Гидростатическое давление шотно прижимает его к передней грани отвала, увеличивая-нормаль-уго силу, а тем самым и силу трения грунта о переднюю грань отва-а. Грунтовой пласт, уплотненный вследствие действующих напряже-ий сжатия, и после схода с отвала продолжает двигаться практи-' ески без изменения траектории 'движения, сохраняя целостность.

При наличии давления жидкости в условиях экспериментов Зразовывались в основном сливная стружка, которая плотно прижи-злась к передней грани отвала и скользила по нему. При "сухом" эзании отделенная стружка поднималась, касаясь небольшой пло-эдки в зоне режущей кормни отвала, и падала на поверхность ассива. При гидростатическом давлении меньше критического струж-э также скользила по.отвалу лишь в зоне резания. Однако интен-гвность обрушения изогнутой стружки в этом случае возрастала.

Гидростатическое давление существенно, влияет на сопрдтивле-ге .грунта вдавливашпо. При давлении. Í.0 МПа, соответствующем губине погружения примерно на 100 м, сопротивление вдавливанию ■ампа возросло в 5 раз по. сравнению с "сухим" вдавлизаием при очих одинаковых условиях. При небольшой глубине погружения, е. при значении гидростатического давления примерно равным лю, сопротивление вдавливанию несколько меньше, чем рри

"сухом" вдавливании. Это объясняется отсутствием пригрузки в зоне разрушения, прониканием вода по образующимся трещинами вокруг штампа и частично, в верхней части слоя грунта, эффектом "смазки" поверхности штампа. Дальнейшее увеличение глубины погружения и роста гидростатического давления, которое как отмечалось выше, существенно меняет условие протекания процесса взаимодействия рабочего органа с грунтом, увеличивает сопротивление вдавливанию.

Сравнительные эксперимент а льны о исследоъ .¡ия со штампами различных сечэний, но с одинаковой площадью показали, что при одинаковых значениях факторов (прочности грунта, скорости вдавливания и гидростатического . давления) сопротивления вдавливанию различны. С увеличением периметра штампа увеличивается сопротивление вдавливанию грунта (рис.6).

В результате обработки экспериментальных данных получена уравнение регрессии для сопротивления вдавливанию штампов в И:

У = 370 + 160Х.4 ТОХ + 200Х 4 ЗОХХ + 32Х X + 3QX* + 35Х*

1 Z 9 1 4 Z 9 Z 9

где Х4- прочность грунта, оцениваемая числом ударов ударником ДорШИ; Хг- скорость вдавливания; Хэ- гидростатическое давление.

Исследованиями установлено, что гидростатическое давление существенно влияет.на сопротивление грунта резанию. Так, при угле резащия 40°, характерном для рабочих органов многих землеройных машин, давлении 1,0 МПа, касательная составляющая сопротивления резанию возрасла в 7 раз по сравнению с "сухим" резанием. Глубина резания при атом составляла 1,5 см, прочность грунта, по числу ударов плстномера ДорНИИ С = 3. Нормальная составляющая сопротивления резанию изменялась по направлению, действуя при отсутствии давления вниз, а с его повышением вверх.

Получено следующее уравнение регрессии для сопротивления резанию грунта плоским отвалом с постоянной длиной передней грани (касательной составляющей) в Н:

Р = 1173 + 232Х,+ 175Хг+ 181Ха+ 90Х4+ 221Х=-

- 45Х?- 131Х®- 38Х*- 39Х*- 82Х X + 136Х X +

т Э 4 9 I 4 13

* 141ХдХ0- 62ХгХ4- 96ХчХ4+ 54KtXs,

'уд, ■ Г,кН

МП а

1.2

3 0.8

2- Л 4

1. 0

-

ч

Раэ

I

6 7 8 5,ся2

с.6. Зависимость сопротивления вдавливанию грунта от площади сечения штампа под гидростатическим давлением'0,5 МПа

ы

2,0

16 1,2 0,8 ОМ

О

20 30 Н0 50 60 об,град

Рис.7. Зависимость сопротивления резания грунта

от угла резания под гидростатическим давлением: I - С,С1 МПа; 2 - С,5 МПа;

3-1,0 УДа

гдэ X,- прочность грунта; Хг- глубина резания; Х3- угол резани скорость резания; гидростатическое давление.

Получена регрессионная модель с поверхностями отклика- каа тельной составляющей усилия резания Р в Н для отвалов с постоя! ной высотой подъема грунта:

Р = 112Т + 2Ш1- 42Х2+ 309Хв- 48Х*+ 55Х*- Т2Х2Х8,

где глубина резания; Х2- угол резания; гидростатичэск< давление.

В зависимостях сопротивления резанию грунта от угла рез< вия . наблюдались экстремумы.' При резании под водой без давлею жидкости минимальное сопротивление резанию соответствовало уп резания 25-32° (рис. 7). Как видно из графиков, увеличен! гидростатического давления привело к смещению в большую сторо! углов резания* соответствующих наименьшим значениям сопротивлеш резанию. Для гидростатического давления 0,5 и 1,0 МПа эти уп соответственно составляли 42-44° и 58-62°. Это вызвано тем, 41 уменьшение угла резания в данных условиях приводит к увеличен! длины передней грани отвала, а гидростатическое давление.увелич! вает перемещению грунтового пласта по передней грани клина, уве лячивая тем самым общее сопротивление резанию.

Опыты, проведенные на песке показали, что сопротивление ре занию под гидростатическим давлением в этом случае не увеличу вается.. Это обусловлено прониканием в поры грунта жидкости.

Наблюдениями на объектах строительства подземных сооружении возводимых способом "стена в грунте"', установлено существенно влияние гидростатического давления на процесс копания суглинистс го грунта траншеекопателями с. грейферным рабочим органом.

В результате проведенных на стенде экспериментов по резани грунтов под"гидростатическим давлением плоскими отвалами с перфс рированной поверхностью установлено существенное снижение сопро давления резанию по сравнению с резанием в тех же условия обычными плоскими отвалами. Такое снижение происходит за сче поступления жидкости на переднюю грань отвала и передачи гидра статического давления 'непосредственно на нижнюю поверхност грунтовой стружки, а также образования жидкой прослойки межд]

передней гранью отвала и стружкой, т.е. эффекта смазки.

На основании результатов испытаний грунтов на трехосное сжатие на стабилометре установлено, что полученные физюсо-механи-ческие характеристики совпадают с данными, полученными на приборах одаоплоскостного среза, что указывает на стабильность свойств грунтов при изменении гидростатического давления в диапазоне исследований; ■

На основании статистического анализа усилий резания грунтов установлено, что вариации сил резания под гидростатическим давлением меньше, чем при "сухом" резании как по амплитуде, так и по частоте .особенно, при резании под водой с давлением ниже критического давления.

т. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАБОЧИХ НАГРУЗОК ЗЕМЛЕРОЙНЫХ МАШИН, РАБОТАЮЩИХ В ПОЛВОШШХ УСЛОВИЯХ '

При проектировании рабочих органов землеройных машин для повышения их эффективности работы следует обеспечивать возможность выравнивания гидростатического давления, действующего на грунтовую стружку, путем проникания вода на пер>едние поверхности^ рабочего органа или такого конструктивного исполнения рабочих органов,при котором не образуется сливная стужа в процессе резания грунта; •

Грейферные ковшовые рабочие органы с жестким креплением к' базовой машине позволяют увеличить усилие' напора за счет массы машины. Существенным преимуществом такого оборудования является возможность копания грунта со струкками большой толщины без перевешивания его с глинистым раствором, а ' следовательно и без тоследующей регенерации раствора.

В конструкциях грейферных ковлей за счет перфорации .стенок 1елюстей можеть быть существенно снижено вредное влияние гидростатического давления. Сечение срезаемой грунтовой стружки, а ;ледовательно и вместимость ковша, при прочих равных условиях мо-7ут быть увеличены примерно в 1,5 раза. Это является одним из пу-гей повышения производительности такого типа рабочих органов зем-юройных машин, широко используемых в строительстве способом

"стена в грунте".

В конструкция! отвальных работах органов землеройных машин для по повышения их эффективности путем снижения энергоемкости процесса резания следует боковые кромки пластин ножа срезать под углом, равным 5-1(3°,'в сторону уменьшения длины верхнего размера грани пластины ножа. Таким образом, между торцовыми кромками пластин ножа будут образованы зазоры, по которым сможет проникать жидкость на поверхность отвала.

Алгоритм расчета сопротивления грунтов резанию под водой в виде блок-схемы приведен на рис. 8. После организации ввода данных (грунтовые и водные условия, параметры рабочих органов, статистические модели грунтов и т.д.) Для связных грунтов расчет продолжается и, в блок 3 заносятся показатели критериев эффективности процесса. В блоке 4 производят выбор схем процессов: вдавливания; разрезания; резания если необходимо, и копания (блок 5). В блоке 6 определяют количественные значения критического гидростатического давления: для процесса вдавливания по формуле (I); для процесса разрезания да формуле (2); для процесса резания по формуле (3).

В блоке 7 проверяется условие р > ркр. При отрицательном исходе, т.е. когда гидростатическое давление меньше критического, расчет ведется (блок 9) по зависимости:

р = — ср. 2

С СОБф

б1м}и1п(ф + ф + а + 6)

ь (Ь - Ьо)51п(а + 5) СОБф + . Б1Ш

+

&1п<|>сова

б1п(а + <р)

(Ь - Ь0{Тг- Т0)

7Г+

211

Для случаев, когда гвдростаическое давление больше критического (блок 8), касательная составляющая сопротивления резанию грунта для практических расчетов с учетом гидродинамического сопротивления вычисляется по формуле (6), а нормальная составляющая по формуле:

рнор= Рсг8(а + 61 •

Рис. 3. ГЛОК-СХвМа Я.ЧГОрИ"!") !!]•. ^•»(•рарочяазя угкляя

Для затупленного ножа касательная составляющая сопротивления резанию определяется как:

Р = (Нг/Б1па)Ьрк;^£3 (со на + 1^аз£со£ф) + + Со- + Ь№/в1ла)(Р7Ь + ВСо)соза.

Для грейферного рабочего органа сопротивление вдавливанию определяют по формуле (4).

Угол сдвига <|) следует корректировать с учетом влияния гидростатического давления р по формуле (Б).

На основании проведенных исследований разработана методика расчета, позволяющая прогнозировать производительность траншеекопателей, используемых при строительстве способом "стена в грунте", с учетом влияния гидростатического давления.-

8. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ВЫВОДИ

Л. Разработаны научно обоснованные методы и условия моделирования процессов подводного резания грунтов землеройными малинами на основании установления закономерностей влияния водной среды с учетом гидростатического давления, других действующих при различных сочетании факторов на сопротивление резанию, которые позволяют прогнозировать рабочие нагрузки землеройных машин, работающих под водой для обоснования предложений но созданию эффективных рабочих органов.

,2." Впервые: выявлено влияние гидростатического давллш на процессы подводного разрушения грунтов; обнаружено существование критического гидростатического давления, определяющего характер и условия протекания процесса взаимодействия с грунтом рабочих органов землеройных машин. Процессы разрушения грунтов в вод ной среде по.условиям и характеру их протекашя отличаются боль шей сложностью по сравнению с аналогичными процессами на суше которые можно рассматривать как частные,' случаи при замене водно ■ йреды на воздушную.

3. Разработаны новые полокения в теории резания грунтов описывающие закономерности изменения сопротивления резанию грун тов в подводных условиях - в зависимости от прочности грунта

параметров резания и гидростатического давления жидкой среды.

4. Исследованиями процесса резания грунтов в подводных условиях установлено качественное отличие физической картины процесса резания связного грунта под гидростатическим давлением от обычного, "сухого" резания. Определены зависимости, оценивающие эти изменения.

5. На' основании системного анализа рабочего процесса землеройных машин, работающих под водой, установлено, что схема взаимодействия штампа с грунтом является основой системы "рабочий орган- грунт - водная среда". Степень влияния гидростатического давления на эту систему зависит прежде всего от схемы взаимодействия с грунтом рабочих органов, что определяет ограничения и вид математических моделей этих процессов взаимодействия.

6. Установлены с теоретическими обоснованиями и эксперимен-галышми подтверждениями закономерности изменения сопротивления эезашда связных грунтов под гидростатическим давлением жидкости. Такое увеличение происходить за счет дополнительной пригрузки в гане разрушения грунта и на поверхности Подъема рабочего органа, 1то увеличивает силу трения грунта о переднюю грань рабочего ор-■ана и о грунт по поверхностям скольжения.

7. Исследованиями рабочего процесса на связных грунтах' становлено наличие зоны минимальных значений сопротивлений рэ-анию грунтов под гидростатическим давлением в зависимости от гла резания. С увеличением гидростатического давления оптималь-ые значения угла резания смещаются в сторону больших углов, ормальная составляющая сопротивления резанию меняет с увеличе-лем гидростатического давления направления действия с "вниз" на эправление "вверх". Вариации касательной составляющей сил ззр1ыя грунтов под гидростатическим давлением больше критическо-) меньше, чем при "сухом" резании. При резанш грунта под водой,

) при гидростатическом давлении меньше критического, вариации и резания как по амплитуде, так и по частоте выше, чем при "су->м" резании.

8. В результате исследования определена возможность сниже-я сопргивления резанию грунта рабочим органом под гидростати-ским давлением до уровня усилий, приблизительно соответствующих ухому" резанию грунта, за счет передачи гидростатического дав-

ления в зону контакта грунтовой стружки с лобовой поверхностью рабочего органа.

9. Разработан моделирующий алгоритм имитационного моделирования для машинного анализа и исследования процессов разрушения •грунтов в подводных условиях. Создана обобщенная модель процесса резания грунтов, позволяющая с наименьшими затратами, не прибегая к натурным экспериментом, прогнозировать сопротивления грунтов подводному резанию при вариации гидростатического давления, параметров резания, грунтовых и жидких сред, а также рабочих органов.

10. Созданы и эксплуатацируются уникальные стенды, моделирующие условия подводного взаимодействия рабочих органов землеройных машин с грунтом при изменяющихся'глубинах погружения путем создания в специальных камерах соответствующего гидростатического давления, на которых впервые экспериментально подтверждено влияния гидростатического давления на процесс подводного резания грунтов. Разработаны условия приближенного физического моделирования и методика проведения многофакторных экспериментов процесса резания грунтов под водой, позволяющие прогнозировать рабочие нагрузки землеройных машин на основе результатов эксперименталь-' ных исследований на стендах.

11. Разработаны методики машинного расчета усилий подводного' резания грунтов для прогнозирования рабочих нагрузок землеройных машин, работающих под водой, и расчета производительности траншеекопателей грейферного типа, используемых при строительстве подземных сооружений способом "стена в грунте". Даны ре-рекомендации по проектированию рабочих органов землеройных машин

. для копания грунтов- под гидростатическим давлением;

12. По результатам диссертационного исследования разработаны и внедрены в производство и учебный процесс: методики физического и математического моделирования процессов резания грунтов и вдаь ливания штампов, в грунты в подводных условиях под гидростатическим давлением; методика прогнозирования усилий подводного резания грунтов и1 рекомендации по проектированию рабочих органов землеройных машин, работающих в подводных условиях; методика расчета производительности траншеекопателей при производстве работ способом "стена в грунте"; методика и результаты экспериментальных исследований на стендах в подводных условиях; моделирующие техни-

ческие установки для исследования процессов разрушения грунтов под гидростатическим давлением.

•Экономический эффект от применения машинного эксперимента по сравнению с экспериментальными исследованиями на 'стендах физического моделирования оценивается снижением затрат примерно в 3 раза.

Затраты на эксперименты с использованием физического моде-чирования, в свою очередь, примерно в 15-20 раз ниже по сравнению ; затратами на экспериментальные исследования процессов резания грунтов в натурных условиях под водой.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Недорозев И.А., Лобанов В.А., Тургумбаев Д.Д. Механиза-ия подводных земляных работ // Транспортное строительство. 977. Ä 10. С. 25-26.

2. Тургумбаев Д.Д., Ермилов A.B. Анализ методов' интенсифи-ации рабочего процесса машин для устройства узких глубоких граней в грунте // Тр. ФПИ. Фрунзе. 1977, Вып." 102, С." 30-34.

3. Тургумбаев Д.Д. Сравнительная оценка эффективности рабо-их органов для разработки узких глубоких транпей// Сб. Повышение Ефективности и качества работы дорожно-строительных машин. М.:' CT, 1978. ВЫП. 148. С. 75-80.'

4. Недорезов И.А., Малоян Э.А., Тургумбаев Д.Д. Энергоем-зсть и интенсивность разрушения грунта под гидростатическим эвлением при строительстве траншей способом "стена в грунте" //. ¡з. докл. Всесоюзн. семин. "Оборудование, технология сооружения методы расчета подземных конструкций, возводимых способом "сте-

I в грунте". Киев: 1978. С. 18..

5. Недорезов И .А.-, Тургумбаев Д.Д., Ермилов A.B. Траншееко-нели для работы способом "стена в грунте" //Транспортное роительство. 1979. » 3. С. 27-28,

• 6. Недорезов М.А., Тургумбаев Д.Д. Исследование процесса зания грунтов под гидростатическим давлением U Строительные и рожные машины. 1979. Л 5-, О. 8-9.

7. Недорезов 11.А., 'Федоров Д.И, Тургумбаев Д.Д. Влияние лростатического давления на работу траншеекопателей при строи-льстве способом "стена в грунте" //Транспортное строительство.

1979. Я 7. С. 47-48.

8. Тургумбаев Д.Д. Оценка процесса копания грунта плоским отвалом под гидростатическим давлением //Повышение эффективности и качества эксплуатации дорожных машин: Сб. научн. тр. М.: МАДИ, 1979. ВЫП. 175. С. 30 - 33.

9. Недорезов И.А., Тындыбеков МЛ., Тургумбаев Д.Д. Методика и стенд для экспериментальных исследований процесса резания и копания грунтов в подводных условиях//Экспериментальные исследования инженерных сооружений: Сб. науч.тр.М.: ЦНИИС, 1981. С. 102110.

10. Тургумбаев Д.Д. Статистический анализ процесса резания грунтов под водой//Изв.вузов. Строительство и архитектура. 1983. а 7."с. 130-133.

11. Тургумбаев Д.Д. Анализ процесса резания грунтов под водой // Исследования машин для земляных работ: Сб. науч. тр. М.: ЦНИИС, 1984. С. 78-83.

12. Тургумбаев Д.Д. Влияние угла резания на сопротивление резанию грунтов под водой // Изв. вузов. Строительство и архитектура. 1985. й 12. С. 105-107.

13. Тургумбаев Д.Д., Баловнев В.И., Исследование.взаимодействия рабочих органов с грунтом при работе землеройных машин под водой // Исследование конструкций и рабочих процессов строительных и дорожных машин: Сб. научн. тр. Фрунзе: ФПИ, 1986. С. 51 60.

14. Тургумбаев Д.Д. Оценка влияния гидростатического давления .на усилие разрушения грунтов путем вдавливащя штампов ,// Определение рациональных параметров дорожно - строительных машин: Сб. научн. тр. М.: МАДИ, 1986. с. 68-71.

15. Тургумбаев Д.Д., Нурмаябетов Н.Р. Особенности вдавливания штампов в подводных условиях // Строительные и дорожные машины. 1987. JÉ 12, С. 22-23.

16. .Тургумбаев Д.Д. Особенности копания рабочих органов средств механизации для защиты водоемов от загрязнений // Тез. докл. конф. "Совершенствование методов рационального испо/.ьования водных ресурсов". Фрунзе: 1989. С. 5 - 7.

17. Недорезов И.А., Тургумбаев Д.Д., Актокалов К.А. и др. Стенды для исследования подводного разрушения грунтов// Строи-

тельные и дорожные машины. 1989. й 7. С. 2-4.

18. Тургумбаев Д.Д. Повышение эффективности траншеекопателей для разработки глубоких траншей в сложных грунтовых условиях // Тез. докл. конф. "Влияние региональных и прирфщо - климтичес-ких факторов на организационные и технике - экономические особенности строительства в Кыргызстане. Бишкек: 1989. С.197 - 198.

19. Тургумбаев Д.Д. Особенности процесса вдавливания в грунты жестких штампов в подводных условиях // Сб. Проблемы механизации строительства в условиях высокогорья, Фрунзе: ФПИ, 1990. С. 68 - 76.

20. Тургумбаев Д.Д. Анализ взаимодействия погрузочного устройства с грунтом под водой методами физического моделирования //Тр. МАДИ, И: ШДИ, 1990. С. 87-90.

21. Тургумбаев Д.Д. Теоретический анализ процессов подводного взаимодействия рабочих и ходовых органов землеройных машин с грунтом, м.: 1991. 40 с. Деп. в Мапммирв, ФБ 542, 16,.07.91.

22. Тургумбаев Д.Д. Анализ особенностей подводного взаимодействия рабочих и ходовых органов землеройных машин с грунтом // Изв. вузов. Сторительсгво и архитектура. 1991. * 5. С. 92-94.

23. Тургумбаев Д.Д. Методы определения критических гидростатических давлений при подводном разрушении грунтов // Дорожно -• строительные машины и стенда для их испытаний: Сб. научн. тр. М.: ЛАДМ, 1991.

24. Ермилов А.Б., Тургумбаев Д.Д. Системный анализ рабочего гроцесса землеройных машин, работающее под водой. М.: 1991. Ю" !. Деп. в Машмире, ФБ 569, 30.10.91.

25. Недорезов H.A., Тургумбаев Д.Д. Моделирование процесса резания грунтов рабочими органами землеройных машин в подводных словиях // Докл. XIV Международной научно'- технической конфэ-енции "Механизация и автоматизация земляных работ". Киев: 1991. . 43 - 44. • •

26. Тургумбаев Д.Д. Подводное взаимодействие рабочих и эдовых органов землеройных машин с грунтом //Тез. докл. между-зродного симпозиума по террамеханике "Оптимальное взаимодейсг-Ю". Суздаль: 1992. С. 212-217.

27. A.c. 655783 СССР. Стенд для исследования подводного ¡зания грунтов /И.А.Недорезов, В.И.Баловнев, А.Б.Ермилов,

Д.Д-.Тургумб°ев, Э.А.Мало ян - опубл. 05.04/'°. El» Ji 13.

28. A.c. 8I5I43 ССОР. Устройство для разработки траншей / Тургумбаев Д.Д., Ермилов A.B., Тындыбеков MIT. Опубл. 23.03.81. БИО »II.

29. A.c. 846662 СССР. Стенд для подводного резания грунто! / Ермилов A.B., Тургумбаев Д.Д., Т'ындыбеков М.Т. Опубл. 15.07.81. БИО » 26.

30. A.c. 848539 СССР. Грейферный ковш для разработю •траншей в жидкой среде / Тургумбаев Д.Д., Ермилов A.B., Баловне! В.И. Опубл. 23.07.81. БИО Л 27.

31. A.c. 1048065 СССР. Стгнд для исследования ' подводшж разрушения грунтов / Недорезов И.А., Тургумбаев Д.Д., Юлдаше! A.A. Опубл. 15.10.83. БИО Я, 38.

32. A.c. I09924I СССР. Стенд для исследования процесса! подводного разрушения грунтов /Тургумбаев Д.Д., Баканов В.Т., Зубков А.Ф. И др. Опубл. 22.06.84. БЧО Ü 23.

33. A.c. II200S6 СССР. Рабочий орган подводного планировщика / Недорезов U.A., Тургумбаев Д.Д., Юлдашев A.A. Опубл 23.10.84. № 39.

34. A.c. II43808 СССР. Стенд для исследования .подводноп резания грунтов / Ермилов А.Б., Ка-рошкин A.A., Тургумбаев Д.Д Опубл. 07.03.85. ЩО £ 9.

'35. A.c. 1219746 СССР. Стенд для исследования подводноп разрушения грунтов / Недорезов H.A., Тургумбаев Д.Д., Юлдаше: A.A. Опубл. 23.03.86. ВИО & И.

.36." A.c. 1337708 СССР. Стенд для исследования подаодног резания грунтов / Недорезов И.А.,'Тургумбаев ДЛ., Юлдашев A.A. : др. Опубл. 15.09.87. БИО Ji 34:

37. A.c. 1546570 СССР. Стенд для исследования подводног разрушения грунтов / Тургумбаев Д.Д., Нурманбетов Н.Р., Исаков к и др. Опубл.. 28.02.90. БИО J6 8.

38. Заявка 4717351/03. Стенд для исследования подводног резания грунтов / Тургумбаев Д.Д., Недорезов М.А., Нурманбето

' Н.Р., Исаков к. Решение о выдаче а.с. от 21.06.90.

39. Заявка 4829741/03. Способ создания гидростатическог давления и устройство для его осуществления /Ерлилов A.B. Тургумбаев Д.Д., Решение о-выдаче а.с. от 09.01.91.

40, Заявка 4815326/03. Стенд для исследования подводного реэяния грунтов / Тургумбаев ^милов A.B. Решение о выдоте а.с. от 28.08.91.

41. Заявка 482Э740/с>3. Стен:» для исследования подводного резания грунтов / Тургумбаев Д.Д., Ермилов А.Ч. Решение о выдаче а.с. от 27.02.91.