автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Обоснование конструкции и расчета параметров машины для снятия загрязненного слоя грунта

ВВЕДЕНИЕ

ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ СОЗДАНИЯ МАШИНЫ ДЛЯ СНЯТИЯ ЗАГРЯЗНЁННОГО СЛОЯ ГРУНТА

1.1. Актуальность создания машины и производственно-технологические требования к ней.

Глава I 1. 2 Анализ существующих средств механизации применяемых для производства культур-технических работ.

1.3 Результаты патентного поиска.

Состояние НИР в обрасти фрезерных рабочих органов.

1.5 Выводы по главе. Цель и задачи исследования.

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ МАШИНЫ И лава 11 МОДЕЛИРОВАНИЕ ЕЁ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА

2 j Структурная схема машины для снятия загрязнённого слоя грунта.

2.2 Системная модель машины

2 ^ Математическая модель процесса фрезерования грунта с древесными включениями.

Пространственные модели фрезы, грунта, и древесных включений.

Моделирование процесса фрезерования грунта содержащего 2.3.2 древесные включения на базе двухмассной динамической системы.

2.4 Выводы по главе.

Глава III

ПРОГРАММА, МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Приближенное физическое моделирование фрезерования грунта содержащего древесные включения.

Описание установки физического моделирования фрезерного рабочего органа машины.

Программа и методика экспериментальных исследований процесса фрезерования грунта содержащего древесные включения.

Актуальность темы. Воздействие деструктивных факторов техногенного характера, а также последствия аварий на объектах химической и атомной промышленности приводят к загрязнению поверхностных слоев грунта на значительных площадях. Только в результате аварии на Чернобыльской АЭС, радиоактивному загрязнению на европейской территории России подверглись земли общей площадью около 3,5 млн. га. Это вызывает необходимость разработки технологий очистки загрязнённых поверхностей таких земель. Начальными операциями таких технологических процессов являются снятие загрязнённого слоя грунта, обычно в значительной степени закустаренного, измельчение древесных включений и погрузка в транспортные средства. Существующие машины, выполняющие поверхностное фрезерование грунта с древесными включениями, не соответствуют технологическим условиям производства указанных работ. Проектирование специальных средств механизации требует проведения дополнительных исследований по обоснованию конструктивной схемы, основных параметров и режимов нагружения таких машин.

Целью работы является обоснование конструктивной схемы и расчета основных параметров машины для снятия загрязнённого слоя грунта, содержащего древесные включения, а также характера нагружения её фрезерного рабочего органа.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи: на основе производственно-технологических требований к машине разработаны её структурная схема и системная модель; разработана математическая модель процесса фрезерования грунта с древесными включениями; разработана установка физического моделирования и проведены экспериментальные исследования процесса фрезерования грунта с древесными включениями; разработаны предложения по проектированию и расчёту машины; 5 произведена оценка технико-экономической эффективности применения новой машины для снятия загрязнённого слоя грунта.

Научная новизна работы: разработана структурная схема и системная модель машины для снятия загрязнённого слоя грунта; предложена математическая модель процесса фрезерования грунта с древесными включениями на основе взаимодействия пространственных объектов, позволяющая оценивать нагружение фрезерного рабочего органа; получены результаты экспериментальных исследований процесса фрезерования грунта с древесными включениями на установке физического моделирования.

Практическая значимость работы заключается в предложениях по проектированию и расчёту машины для снятия загрязнённого слоя грунта, а также в программном обеспечении расчетов момента сопротивления фрезерованию грунта с древесными включениями. Результаты исследований использованы при проектировании машины внедренческой фирмой «Транстехновация» и ГНЦ РФ ВНИИНМ а также в заявке на включение разработанной машины в Реестр «Московские средства спасения».

На защиту выносятся следующие положения: структурная схема и системная модель машины для снятия загрязнённого слоя грунта; математическая модель процесса фрезерования грунта с древесными включениями; результаты экспериментальных исследований процесса фрезерования на установке физического моделирования; предложения по проектированию и расчёту машины для снятия загрязнённого слоя грунта.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Международной научно-технической конференции в Нижегородском государ6 ственном техническом университете (2000 г.), на секции «Механизация транспортного строительства, строительные машины и оборудование» Учёного совета ЦНИИС (2002г), на секции «Гидротехническое строительство» Учёного совета ГНЦ РФ ВНИИГиМ им. А.Н. Костикова.

Публикации. Результаты исследований представлены в 5 печатных работах.

Объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 108 страницах печатного текста, включает 71 рисунок и 9 таблиц. Список литературы содержит 85 наименований. Приложения включают 5 страниц текста.

11. Результаты работы использованы внедренческой фирмой «Транстехнова-ция» при выполнении проекта машины, а также по предложению «Экс-пертно-инновационного центра по делам гражданской обороны и чрезвычайным ситуациям» была составлена и направлена заявка на включение разработанной машины в Реестр «Московские средства спасения».

12. Оценка технико-экономического эффекта от применения машины для снятия загрязнённого слоя грунта показала, что экономия по затратам за амортизационный период (5 лет) составит порядка 80 млн. рублей.

165

1. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1997 году». Государственный комитет Российской Федерации по охране окружающей среды. h tip ://www. ее о с от. m/'G osdo k 1.ad 9 7.

2. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1999 году». Государственный комитет Российской Федерации по охране окружающей среды. http://vvww.ecocom.ni/Gosdoklad99.

3. Менчикова С.А., Карушев И.И., Винчи С.А., Путынь З.Н. Развитие машин для культуртехнических работ в мелиорации. ЦНИИТЭстроймаш, серия 3, вып. 2. М., 1989, с 1.

4. Менчикова С.А., Вартанов С.Х., Сумецкий И.Ш., Карушев И.И. Современные машины для культуртехнических работ. ЦНИИТЭстроймаш, серии 5-6, вып. 1. М., 1983, с 1.

5. Кизяев Б.М., Маммаев З.М. Проблемы механизации культуртехнических работ. Строительные и дорожные машины. №4, 1998, с 5 9.

6. Менчикова С.А., Сумецкий И.Ш., Попович В.М. Современные фрезерные машины в комплексе машин для расчистки закустаренных земель. ЦНИИТЭстроймаш, М, 1986, 45 с.

7. Мизгиев Ю.Н., Краснов Ю.В., Покаместов В.В. Новая техника и технология для осушения, подготовки и ремонта производственных площадей. «Торфяная промышленность», 1981, No 4, с.20.

8. Бурнашев А. А. Система машин для очистки почв, подвергшихся радиоактивному заражению. Строительные и дорожные машины, №6, 1999, с 6-8.

9. Барановская В.И., Корнеев В.П., Винчи С.А., Кубилюнас И.В. Конструктивные решения машин для снятия загрязненных слоев грунта с отслежи166ванием профиля поверхности. М., МАШМИР, 1991, 48 с.

10. А. с. СССР 1710672. Устройство для снятия верхнего слоя загрязненного грунта (Ткач Б. Г.). Опубл. 07.02.92. Бюл. № 5.

11. Патент США 4913586. Машина для обеззараживания почвы. Опубл. 03.04.90.

12. А.С. 1198162. Роторный экскаватор (Беляков В.Н. и др.). Опубл. 15.12.85. Бюл. № 46.

13. Патент РФ 2098565. Машина для послойного фрезерования горных пород. (Ронинсон Э.Г. и др.) Опубл. 10.12.97.

14. Патент РФ 2036280. Машина для послойной разработки грунтов (Быков А.В. и др.) Опубл. 27.05.95.

15. А. с. СССР 1230475. Полуприцепная фрезерная машина. (И. Г. Эльтерман). Опубл. 15.05.86. бюл. №18.

16. А.С. СССР 905386. Рабочий орган фрезерной машины (Сумецкий И.Ш. и др.) Опубл. 15.02.82. Бюл. № 6.

17. А.с. СССР 852196. Фрезерная машина (ШульгаИ.М. и др.). Опубл. 07.08.81. Бюл. №29.

18. А.С. СССР 1183622. Рабочий орган фрезерной машины (Сумецкий И.Ш. и др.). Опубл. 07.10.85. Бюл. № 37.

19. А.с. СССР 1165246. Машина для фрезерования закустаренных земель. (Попович В.М. и др.). Опубл. 07.02.85. Бюл. № 25.

20. Зеленин А.Н. Основы разрушения грунтов механическими способами. М., Машиностроение, 1975, 376 с.

21. Ветров Ю.А. Машины для земляных работ. Киев, Вища школа, 1981.384 с.

22. Федоров Д.И. Рабочие органы землеройных машин. М., Машиностроение, 1990, 280 с.

23. Недорезов И.А., Прокофьев В.П. Антимонов В.П. Перспективы развития ротационных рабочих органов канало-кюветокопателей. М., ЦНИИТЭС строймаш, 1979, 46 с.167

24. Недорезов И.А. Перспективы развития рабочих органов землеройных машин. «Транспортное строительство», 1990, No8, с. 39-41.

25. Недорезов И.А. Исследования машин для землеройных работ. М., Транспорт, 1984,134 с.

26. Недорезов И.А. Статистические модели нагрузок землеройных машин. «Строительные и дорожные машины», 1996, № 4, с. 31 32.

27. Кудрявцев Е.М. Основы автоматизации проектирования машин: Учеб. для вузов.-М.: Машиностроение, 1993. 334с.

28. Эксплуатация дорожных машин: Учебник для вузов. /A.M. Шейнин, Б.И. Филиппов, В.А. Зорин и др.; под ред. A.M. Шейнина.-М.: Транспорт, 1992. -328с.

29. Далин А.Д., Павлов П.В. Ротационные грунтообрабатывающие и землеройные машины. М., Машгиз, 1950.

30. Лукьянов А.Д. Определение мощности на фрезерование сплошной торфяной залежи.-Труды ВНИИТП, вып. 41, 1978-с 60-65.

31. Блохин В.Н. Определение некоторых кинематических параметров и энергетических показателей комбинированного рабочего органа фрезы. Ягодоводство в Нечерноземье. 1993г.

32. Казаков В.И. Обоснование технологических параметров процесса фрезерования почвы с древесными включениями на нераскорчёванных вырубках. Автореферат. Воронеж, ВНИИЛМ, 1982.

33. Вековешников О.А. О видах нагрузки на фрезы для сплошного фрезерования. -Труды КПИ, вып. 17, 1974. с 38-42.

34. Попович В.М. Выбор конструкции и обоснование основных параметров рабочего органа машины для фрезерования грунта вместе с древесиной. Диссертация. ВНИИЗеммаш, Л., 1988.

35. Акинин Р.Б. Обоснование структурной схемы машины для снятия загрязнённого слоя грунта с древесными включениями. Труды ЦНИИС, вып. №205. -М.: ЦНИИС. с 110 - 116.

36. Ларгин И.Ф. Торфяные месторождения и их разведка. М.: Недра, 1977. — 264 с.

37. Выгодский М.Я., Справочник по высшей математике. 11-е изд., М.: Наука, 1975.-870 с.

38. Роджерс Д., Адаме Дж. Математические основы машинной графики.// Пер. с англ. Ю.П. Кулябича, М.: Машиностроение, 1980.

39. Акинин Р.Б. Имитационное моделирование процесса взаимодействия резцов фрезы с грунтом, содержащим древесные включения. Сборник научных трудов молодых специалистов, вып. №216. М.: ЦНИИС, 2003. -с 40 - 48.

40. Рекс Жешке Толковый словарь стандарта языка Си. //Пер. с англ. В.К. Потоцкого. С-Питербург. «ПИТЕР», 1994.

41. Ларгин И.Ф. Исследования древесного яруса верховых болот. /Труды института леса АН СССР. М.: изд-во АН СССР, 1953, т 13.

42. Шикин Е.В., Боресков А.В., Компьютерная графика. Полигональные модели. М.: Диалог-МИФИ, 2000.

43. Попович В.М. Современные фрезерные машины в комплексе машин для расчистки закустаренных земель. Л., ВНИИЗеммаш, 1986.

44. Сухарев Э.А., Медвидь С.Ф. Математическое моделирование технологических процессов мелиоративных машин. -К.: УМК ВО, 1993. -160с.

45. Робототехнические системы и комплексы. Под ред. И.И. Мачульского. М.: Транспорт., 1999169

46. Боресков А.В., Шикин Е.В., Шикина Г.Е. Компьютерная графика: первое знакомство. М.: Финансы и статистика., 1996.

47. Выгодский М.Я. Справочник по элементарной математике., М.: Наука., 1973.

48. Биладинский В.Л., Динамическое разрушение грунтов. Изд-во Киевского ун-та, 1971.

49. Домбровский Н.Г. Сопротивление грунта копанию при работе одноковшового экскаватора. Резание грунтов. Сборник статей. Изд. АН СССР. М., 1951г.

50. Недорезов И.А. Исследование копания грунта отвалами автогрейдера. Диссертация. МАДИ. 1958.

51. Бершадский A.JI. Расчет режимов резания древесины. М.: Лесная промышленность. 1967.

52. Лукьянов А.Д., Пятковский В.К. Способы освоения закустаренных земель. М.: Колос. 1979.

53. Недорезов И.А., Тургумбаев Ж.Ж. Моделирование разрушения грунта под гидростатическим давлением. /Б.: "Кыргызстан", 2000. 153с.

54. Баловнев В.И. Моделирование процессов взаимодействия со средой рабочих органов дорожно-строительных машин. — М.: Машиностроение, 1994.-432 е.: ил.

55. Акинин Р.Б. Экспериментальные исследования процесса фрезерования грунта, содержащего древесные включения. Сборник научных трудов молодых специалистов, вып. №216. М.: ЦНИИС, 2003. - с 25 - 39.

56. Тензометрия в машиностроении. Справочное пособие. Под ред. канд. техн. наук Р.А. Макарова. М., «Машиностроение», 1975.

57. Тензометрия машин пищевых производств. Кацнельсон М.У. и др. М., «Машиностроение», 1968, 215 стр.

58. Безопасность труда на производстве. Исследования и испытания. Справочное пособие. Коллектив авторов. Под ред. проф. Б.М.170

59. Злобинского. М., «Металлургия», 1976, 400с.

60. Лихачев B.C. Испытание тракторов. Учебное пособие для вузов. М., «Машиностроение», 1974, 288с.

61. Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. М.: Мир. 1974.

62. Акинин Р.Б., Точкин А.В. Цифровые методы регистрации и обработки данных при испытании СДМ. Механизация строительства №8, 2002, стр 9-11.

63. Крейтовая система LTC. Руководство пользователя. М., О ЗАО «L-card».

64. ПОС (пакет обработки сигналов)., Руководство пользователя., НПП «МЕРА», 1995.-257с.

65. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. —- М.: "Наука", 1976. — 279с.

66. Тихомиров В.Б. Планирование и анализ эксперимента. М.: "Легкая индустрия", 1974. — 262 с.

67. Веденяпин Г.В., Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. Третье издание, дополненное и переработанное. М., «Колос», 1973г.

68. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул: Учеб. пособие. М.: Высш. школа, 1982. - 224 е., ил.

69. Фёдоров Д.И., Бондарович Б.А., Перепонов В.И. Надёжность металлоконструкций землеройных машин. Методы оценки и расчёта. М.: «Машиностроение», 1971, 216 с.

70. Успасский П.П. Древесина и её обработка. Справочная книга авиационного инженера и техника. М.: «ОБОРОНГИЗ», 1946, 412 с.

71. Самсонов Л.Н. Фрезерование торфяной залежи.-М.: «Недра», 1985, 211с.

72. Лебедев Н.И. Объёмный гидропривод машин лесной промышленности. Учебное пособие для вузов.-2-е изд., перераб. и доп.-М.: Лесн. Пром-сть, 1986.-296 с.171

73. Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин: Справочник М.: Машиностроение, 1983. - 301 е., ил.

74. Данилов Ю.А., Кирилловский Ю.Л., Колпаков Ю.Г. Аппаратура объёмных гидроприводов: Рабочие процессы и характеристики. М.: Машиностроение, 1990. -272 е.: ил.

75. Свешников В.К. Станочные гидроприводы: Справочник. 3-е изд., пере-раб. и доп. - М.: Машиностроение. 1995. - 448с.:ил.(Б-ка конструктора).

76. Динамика гидропривода. Колл. авторов. Под ред. В. Н. Прокофьева. М., «Машиностроение», 1972, 292 стр.

77. Исследования и оптимизация гидропередач горных машин. Коллективная монография. М., «Наука», 1978, с 196.

78. Манжосов В.К., Абдраимов С., Невенчанная Т.О. Крутильные колебания в трансмиссиях буровых машин. Фрунзе-«Илим», 1982, с 168.

79. Кочнева Л.Ф. Внутреннее трение в твёрдых телах при колебаниях. М.: Наука, 1979.

80. Мачульский И.И., Киреев B.C. Подъёмно-транспортные и погрузо-разгрузочные машины на железнодорожном транспорте: Учебник для вузов-М.: Транспорт. 1989. 319с.

81. Спиваковский А.О., Дьячков В.К. Транспортирующие машины: Учебное пособие для машиностроительных вузов,- 3-е изд., перераб. М.: Машиностроение, 1983 - 487с, ил.

82. Гарбузов 3. Е. и др. Землеройные машины непрерывного действия, М.-Л., изд. «Машиностроение». 1965, 276 с, ил.

83. Маммаев З.М. Исследование активного рабочего органа для строительства каналов с пологими откосами. Диссертация. ВНИИ ГиМ, М., 1965.

84. Недорезов И.А. Повышение производительного потенциала землеройных машин на основе создания новых рабочих органов. Докторская диссертация., М.: ЦНИИС, 1973.

85. ГУП г. Москвы «Экспертно-инновационный центр по делам гражданской обороны и чрезвычайным ситуациям»113054, г Москва, ул. Бахрушина, д. 28, корп. 1

86. Зав отделением средств комплексной механизации, доктор техн. наук Недорезов Игорь Андреевичруководитель разработки), тел.180-14-25

87. Младший научн. сотрудник отделения средств комплексной механизации (КМ)

88. Акинин Роман Борисович, тел.180-94-07

89. Заместитель 1 "енерального директора по научной работе Главный инженер1. А.А. Цернанп