автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Обоснование оптимальных параметров винтовых анкеров и редуктора привода вращения

На правах рукописи

Лебедев Сергей Владимирович

ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВИНТОВЫХ АНКЕРОВ И РЕДУКТОРА ПРИВОДА ВРАЩЕНИЯ

05.05.04 - Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 ИЮН 2012

Новочеркасск - 2012

005046066

Работа выполнена в Балаковском институте техники, технологии и управления (филиале) ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А.» на кафедре «Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины» Балаковского института техники, технологии и управления (филиала) ФГБОУ ВПО «СГТУ им. Гагарина Ю.А.» Кобзев Анатолий Петрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Машины и оборудование предприятий стройиндустрии» Шахтинского института (филиала) ФГБОУ ВПО «ЮРГТУ (НПИ)» Евстратов Владимир Александрович;

доктор технических наук, профессор кафедры «Машины природообустройст-ва» ФГБОУ ВПО «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» Максимов Валерий Павлович.

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет».

Защита диссертации состоится «05» июля 2012 г. в 12.00 на заседании диссертационного совета Д 212.304.04 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» по адресу: 346428, г. Новочеркасск Ростовской области, ул. Просвещения, 132, ауд. 149 главного корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)».

Автореферат разослан «30» мая 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совет доктор технических наук, профессор

В.С. Исаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Винтовые анкеры в последние годы находят широкое применение для закрепления оттяжек опор линий электропередачи и радиомачт, закрепления грунтовых откосов, подпорных стенок, а также для монтажных работ и для стабилизации строительных машин на время выполнения технологических операций. Общим недостатком, сдерживающим расширение области применения винтовых анкеров, являются большие крутящие моменты завинчивания их в грунт, а следовательно, высокая энергоемкость процессов завинчивания.

Также можно отметить отсутствие отечественных малогабаритных машин малой и средней мощности, использование которых целесообразно для завинчивания небольших винтовых анкеров, а также для работ в стесненных условиях. Эффективным решением данной проблемы является оснащение базовых машин легким и малогабаритным навесным оборудованием для завинчивания анкеров. Кроме того, современные строительные машины могут быть оснащены оборудованием для экспресс-анализа несущей способности винтовых анкеров сразу после погружения.

Поскольку винтовые анкеры имеют сравнительно низкие скорости завинчивания в грунт, механизмы завинчивания требуют применения редукторов с очень большими передаточными отношениями. При этом к навесным механизмам завинчивания предъявляются требования малых габаритов и массы при высоком коэффициенте полезного действия. В этом случае весьма эффективным решением является применение многоступенчатых планетарных редукторов, но при проектировании таких редукторов возникает многовариантная задача выбора числа ступеней, распределения общего передаточного отношения между ступенями и выбора параметров каждой ступени с учетом указанных выше критериев, которая может быть наилучшим образом решена только методами многокритериальной оптимизации.

В связи с вышесказанным аюуальными являются задачи исследования на оптимальность параметров винтовых анкеров и редукторов приводов вращения, направленные на снижение энергоемкости процесса завинчивания винтовых анкеров в грунт.

Цель работы - снижение энергоемкости процесса завинчивания винтовых анкеров в грунт за счет оптимизации параметров винтовых анкеров и редуктора привода вращения.

Для достижения поставленной цели должны быть решены следующие задачи:

1. Провести анализ существующих машин и оборудования для завинчивания винтовых анкеров в грунт.

2. Разработать математические модели процессов взаимодействия винтовых анкеров с грунтом.

3. Провести экспериментальные исследования процессов взаимодействия винтовых анкеров с грунтом и оценку адекватности полученных математических моделей.

4. Разработать математическую модель оптимизации винтовых анкеров, методику и алгоритм определения оптимальных параметров винтовых анкеров по критерию минимальной энергоемкости завинчивания их в грунт.

5. Разработать методику и алгоритм определения оптимальных параметров редуктора привода вращения по критериям максимального коэффициента полезного действия и минимальных массы и габаритных размеров.

Объект исследования - технологическая система «рабочее оборудование машины - винтовой анкер - грунт».

Предмет исследования - процессы взаимодействия элементов данной системы при завинчивании и выдергивании винтового анкера.

Методы исследования. Задачи диссертационного исследования решены на основе методов математического моделирования процесса завинчивания винтового анкера в грунт с использованием научных положений теоретической механики, теории эвольвент-ного зубчатого зацепления, теории планетарных зубчатых передач, дифференциальной геометрии и механики грунтов, теории оптимизации, а также математической статистики при обработке экспериментальных данных.

Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждается корректностью допущений, принимаемых при разработке расчетных схем и математических моделей, применением современных апробированных методов исследования, численным анализом полученных результатов с использованием ЭВМ и программных продуктов для выполнения расчетов и обработки результатов экспериментальных данных, удовлетворительной сходимостью результатов теоретического и экспериментального исследований.

На защиту выносятся следующие основные научные положения, формирующие научную новизну работы:

1. Математическая модель процесса взаимодействия винтового анкера с грунтом при завинчивании, включающая аналитические зависимости для определения крутящего момента завинчивания винтового анкера в грунт, осевых сил реакции грунта, осевой силы пригруза, отличающиеся более полным учетом всех геометрических параметров винтового анкера и стандартных физико-механических характеристик фунта.

2. Аналитическая зависимость для определения предельной выдергивающей силы при осевом нагружении винтового анкера, впервые полученная теоретическим путем с учетом стандартных физико-механических характеристик грунта.

3. Алгоритм определения оптимальных параметров винтовых анкеров по критерию минимальной энергоемкости завинчивания их в грунт с применением модифицированного метода Хука-Дживса, отличающийся тем, что процедура исследования построена как составной циклический процесс с различным для каждого параметра шагом, который включает в себя поэтапную одномерную оптимизацию целевой функции в направлении возможных изменений варьируемых параметров; при этом во избежание разрыва целевой функции проверку ограничений предложено выполнять в отдельных подпрограммах.

4. Алгоритм определения оптимальных параметров редуктора привода вращения по критериям максимального коэффициента полезного действия и минимальных массы и габаритных размеров с применением принципа Парето и модифицированного метода целевого программирования для сужения области возможных решений, отличающийся тем, что позволяет для планетарных передач типа 2к-к с одновенцовым сателлитом определять оптимальные величины коэффициентов смещения зубчатых колес, а также включает в себя процедуру выбора оптимального числа ступеней редуктора и оптимального распределения общего передаточного отношения по отдельным ступеням.

Практическая значимость работы заключается в разработке методик определения оптимальных параметров винтовых анкеров и редуктора привода вращения, позволяющих уменьшить энергоемкость процесса завинчивания винтовых анкеров в грунт, и в определении теоретическим способом предельной выдергивающей силы при осевом нагружении винтового анкера.

Реализация результатов работы. На ЗАО "Научно-производственная фирма «Авангард-Ф»", г. Саратов, внедрена методика определения оптимальных параметров винтовых анкеров из условия минимальной энергоемкости завинчивания их в грунт. Результаты диссертационной работы используются также в учебном процессе при изучении дисциплины «Строительные и дорожные машины», в курсовом проектировании при подготовке инженеров по специальности «Наземные транспортно-технолопгческие средства».

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Подъёмно-транспортные, строительные и дорожные машины» Балаковского института техники, технологии и управления СГТУ в 2010-2012 гг.; на II Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии, системы автоматизированного проектирования и автоматизация» (Саратов, 2010); на научно-практической конференции молодых ученых (Балаково, 2011); на XXIV Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2011); на III Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии, автоматизация, системы автоматизированного проектирования промышленных систем и строительных объектов» (Саратов, 2011); на V международной научно-практической Интернет-конференции «Молодежь. Наука. Инновации» (Пенза, 2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, из них 7 работ опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 156 наименований, приложений. Общий объём диссертации составляет 206 страниц, в том числе 81 рисунок и 11 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и цель диссертационной работы, поставлены задачи, приведена общая характеристика работы с формулировкой её научной новизны и практической значимости.

В первой главе проведен аналитический обзор машин и оборудования, применяющихся для завинчивания винтовых анкеров в грунт, который позволил сделать вывод об отсутствии малогабаритных машин малой и средней мощности в отечественном машиностроении. Выявлена рациональная структура навесного механизма вращения, состоящего из гидромотора или электродвигателя и соосного планетарного редуктора, отличающегося высоким к.п.д. и малыми габаритами. Также выполнен анализ конструкций винтовых анкеров, позволивший выявить основные их конструктивные особенности и провести простейшую классификацию.

Установлено, что одним из основных недостатков существующих машин и оборудования, применяющегося для завинчивания винтовых анкеров в грунт, является высокая энергоемкость процесса завинчивания. Снижение энергоемкости может быть достигнуто проведением оптимизационных исследований параметров винтовых анкеров по критерию минимальной энергоемкости завинчивания их в грунт, а также параметров редуктора привода вращения по критерию максимального к.п.д. при учете критериев минимальных габаритных размеров и массы.

Также был проведен анализ научных исследований, посвященных взаимодействию винтовых анкеров с грунтом. Вопросами исследования и создания винтовых анкеров и свай, а также машин и оборудования для погружения их в грунт, занимались многие отечественные ученые и их коллективы: В.Д. Абезгауз, ЛЯ. Богорад, В.Н. Железков, М.Д. Иродов, Б.Ю. Калинович, В.Т. Коломейцев, ЮЛ. Левицкий, ДА. Лозовой, Л.Г. Мариупольский, И.Г. Марпоченко, ВА. Пенчук и др. Анализ работ вышеперечисленных исследователей показывает, что в основном они носили экспериментальный характер и были направлены на изучение взаимодействия с грунтом винтовых анкеров в процессе работы в сооружении, т.е. на определение влияния на их несущую способность различных факторов. Меньшую долю составляют экспериментальные и теоретические работы, связанные с исследованием влияния различных факторов на сопротивления погружению винтовых ан-

керов в грунт. Анализ существующих зависимостей показывает, что они не в достаточной мере учитывают влияние фшико-механических свойств грунтов и геометрических параметров винтовых анкеров на сопротивления завинчиванию их в грунт.

Таким образом, оптимизация параметров винтовых анкеров и редуктора привода вращения является актуальной задачей, позволяющей снизить энергоемкость процесса завинчивания винтовых анкеров в грунт и расширить технические возможности машин данного назначения.

Вторая глава посвящена разработке математических моделей процессов взаимодействия винтовых анкеров с грунтом с последующей разработкой методики и алгоритма определения оптимальных параметров винтовых анкеров, обеспечивающих минимальную энергоемкость завинчивания их в грунт.

Поскольку винтовые анкеры характеризуются большим числом геометрических параметров, большинство из которых взаимно увязаны, и при их выборе необходимо учитывать значительное количество ограничений, проектирование анкеров выполняется, как правило, на базе известных конструкций с учетом рекомендаций по выбору геометрических параметров, полученных на основе данных об эксплуатации винтовых анкеров. Однако с учетом современного уровня развития ЭВМ стало возможным ставил, задачу оптимального проектирования винтовых анкеров. Поскольку основным недостатком винтовых анкеров и машин для завинчивания винтовых анкеров в грунт является высокая энергоемкость завинчивания, актуальным является вопрос подбора таких параметров анкеров, при которых обеспечивается наименьшая энергоемкость процесса завинчивания.

Основным фактором, определяющим энергоемкость завинчивания винтовых анкеров в грунт, является величина крутящего момента, необходимого на преодоление сопротивлений грунта внедрению элементов анкера. Процесс взаимодействия элементов винтового анкера с грунтом весьма сложен и многообразен, поэтому при разработке математических моделей и принятии расчетных схем были приняты следующие общие допущения:

- осевое перемещение винтового анкера за один оборот завинчивания в грунт равно геометрическому шагу винтовой лопасти;

- грунт изотропен и является однородной средой, сплошным образом заполняющей пространство вокруг винтового анкера;

- винтовой анкер - недеформируемое тело, характеризуемое линейными и угловыми параметрами;

- нормальное давление грунта равномерно распределено по поверхности винтовой лопасти;

- коэффициент/трения о грунт поверхностей всех элементов анкера одинаков и постоянен.

В работе рассматривается конструкция винтового анкера, доказавшая свою эффективность и получившая широкое распространение в строительстве и строительных машинах (рис. 1). Такая конструкция позволяет завинчивать анкер практически во все типы пластичных

1рунгов без разрушения естественной структуры фунтов Рис' Общ»* расчетная схема

и без необходимости приложения к анкеру дополнигель- видового анкера: 1 - ствол; ,.„-„ ________ __конусный наконечник;

нога осевого пригруза. ,

г э — винтовая лопасть

Основными параметрами винтового анкера латаются: диаметр ствола с/, диаметр Д шаг / и толщина 5Л винтовой лопасти, угол 2а, конусности и число витков лк заходной части винтовой лопасти, число витков па цилиндрической (несущей) части винтовой лопасти, угол 2ак конусности (или высота /гк) конусного наконечника ствола, начальный радиус г{ винтовой лопасти.

Величина крутящего момента М завинчивания винтового анкера в грунт складывается из моментов, необходимых на преодоление сопротивлений внедрению в грунт отдельных его элементов:

Л/ = Л/»+Л/;+Л/)ф+Л/к + Мст, (1)

где А/® - момент сопротивления на верхней поверхности винтовой лопасти;

Мнл - момент сопротивления на нижней поверхности лопасти (в случае погружения анкера без дополнительного притруза данной составляющей можно пренебречь); Л/ф - момент сопротивления внедрению кромки винтовой лопасти; Мк - момент трения конусного наконечника о грунт; Мст - момент сопротивления на боковой поверхности ствола анкера. В установившемся режиме завинчивания в грунт без активного осевого пригруза наблюдается равновесия осевых сил, действующих на отдельные элементы анкера:

Са+^л ^кр+^к+^сг, (2)

где С„ - сила тяжести анкера;

/""л - сила на верхней поверхности винтовой лопасти;

- сила сопротивления внедрению кромки винтовой лопасти; ^ - сила сопротивления внедрению конусного наконечника; Га - сила сопротивления на боковой поверхности ствола анкера. В результате разработки математической модели были получены аналитические зависимости для всех составляющих крутящего момента и осевых сил, учитывающие геометрические параметры винтового анкера и физико-механические свойства грунта.

Момент и осевая сила сопротивления внедрению кромки винтовой лопасти (рис. 2):

М^ = /(ёГт-созе + <1ЛГ-г-5те) = 9-1е2ал-{А-п^+В-п* +С-ик), (3) ь

^■Ф = =/?'-"к> (4)

где д - удельная сила внедрения кромки в грунт;

ик — число витков конической (заходной) части лопасти;

^«л 2

. 2к-/-гх2 /-12 _

2„

"л ^ал Зл г\- начальный радиус конической (заходной) части лопасти.

Момент и осевая сила сопротивления внедрению конусного наконечника винтового анкера в грунт (рис. 3):

Рис. 2. Расчетная схема для определения сопротивлений на кромке винтовой лопасти

0.5 а

/ (Г-СУпЪ-Г

2лгАг

эш от „

4тг/<тг

Бт2аг

3[ 2

\4{0,25с12+к2)г +\/-к- +к2а/-1ёаК)2-1ф,25с!2+к2 + (5)

у1о,25с12 +к2 -к-/ЛёаК *-(1-/-1вагк)

0.5^

2тгг(1г 2тгстг

Бша,. сое а,.

4о,25с12 + к2 -к

^0,25^+к2

(б)

где Л

2л-созак '

аг - радиальное напряжение на поверхности конусного наконечника.

Рис. 3. Расчетная схема для определения сопротивлений на конусном наконечнике

Момент и осевая сила сопротивления на боковой поверхности ствола (рис. 4)

а I п2^

где /с

мст=Яс1г.созр-- = 1 у -К/,, Л).

(8)

,-=£•/,- - средняя величина удельного сопротивления на стволе анкера для 1-го □я фунта;

слоя фунта;

/,- - расчетное сопротивление /-го слоя фунта на боковой поверхности ствола при

работе анкера, принимаемое согласно СНИП 2.02.01-85 в зависимости от типа и свойств фунта и глубины его залегания;

к - коэффициент условий работы; £ = 1,0 для мастичных фунтов (глины и суглинки малой и средней плотности с консистенцией 4 > 0,4) и ¿ = 0,8 для плотных фунтов (глины и суглинки с консистенцией < 0,4); Л, - мощность г-го слоя фунта, м.

Рис. 4. Расчетная схема для определения сопротивлений на стволе винтового анкера Момент сопротивления и осевая сила на рабочей поверхности винтовой лопасти (рис. 5):

5 12 Г1 12

Л

Ф2+7] -(Ф, •

о 6

.Рв

Ф2-

Л

^ шш

■(Ч>з-Я>2)К (9)

Гл = jJcW.ccsp-dT.smp=А .1?-{■^•(^-Ф?)--^-

-Я-И)}

2 1-(Фз-Ф12)+-

82 6

■(Фз-Ф2)К (Ю)

-Г-Ъф-ф

■(ф4-фз),

где р„ - удельное давление грунта на поверхность лопасти, определяемое из условия (2) с учетом (4), (6), (8), (10);

Ф1 - полярный угол лопасти, соответствующий началу конической лопасти на конусном наконечнике (ф| ф 0 вследствие того, что вершина конуса, описанного вокруг кромки лопасти, не совпадает с острием конусного наконечника ствола); Ч>2 - полярный угол лопасти, соответствующий переходу конической лопасти с конусного наконечника на цилиндрическую часть ствола;

Фз - полярный угол лопасти, соответствующий переходу конической лопасти в цилиндрическую (несущую) лопасть.

Рис. 5. Расчетная схема для определения момента сопротивления и осевой силы на рабочей поверхности винтовой лопасти анкера

Для обеспечения процесса завинчивания анкера без нарушения естественной структуры грунта необходимо выполнение требований отсутствия буксования анкера в грунте и «проскальзывания» (погружения без вращения). Выполнение первого условия в некоторых случаях невозможно без приложения к анкеру осевой силы Q дополнительного при-груза, развиваемого машиной. Выбор минимальной осевой силы пригруза Qm,„ необходимо производить из условия, чтобы осевая сила, передаваемая верхней поверхностью винтовой лопасти анкера на грунт, не превышала осевой силы сопротивления грунта срезу по граничным поверхностям винтовой лопасти, или

Qmin>^Kp+FK+F„-Ga-Fcp, (11)

где Fqр - осевая сила сопротивления грунта срезу по граничным поверхностям лопасти.

Для определения F^ была составлена расчетная схема (рис. 6) и на основе известной зависимости Кулона для напряжений сдвига грунта и теоретических зависимостей Ф.К. Лапшина и Л.С. Лапидуса для нормальных радиальных напряжений в уплотненном грунте вокруг цилиндрического тела, вдавливаемого в грунт, получено аналитическое выражение:

^ср = ЯТК -СО^Л + ЯТД =

ьз 2

4С-С05ф'(1-Ц )

1-соза

•(1 + зтф)-7с-с-^' ^ х

Л--(0,25О2 -г,2),

2^ал 1 + 5 где Е - модуль деформации груша в зоне среза; с - удельное сцепление грунта; <р - угол внутреннего трения грунта; ц - коэффициент поперечного расширения грунта;

5 = tg2 ( 45° - - коэффициент активного сопротивления грунта.

Рис. 6. Расчетная схема к определению сопротивлений грунта срезу по граничным поверхностям винтовой лопаста

Максимально допустимое значение осевой силы дополнительного пригруза определяется из условия отсутствия «проскальзывания» анкера в грунте:

Отах ^к.л. + ^ср (13)

где ■/гСр - осевая сила сопротивления грунта срезу по граничной цилиндрической поверхности лопасти;

=

4С'С03ф-(1-Ц )

2

• (1 + БШ ф) • К ■ С ■ г ■ Иц

(14)

к л ■ суммарная осевая сила сопротивления внедрению конусного наконечника ствола и винтовой лопасти;

В2

ъ+ъ л. аз)

4 эта.

Для проектирования специального оборудования строительных машин, предназначенного для экспресс-анализа несущей способности винтовых анкеров сразу после их по-

гружения в грунт, необходимы зависимости, позволяющие определить предельное значение выдергивающей силы при осевом нагружении винтового анкера. На основании известных сведений из теории предельного напряженного состояния грунтов о том, что несущая способность винтового анкера глубокого заложения определяется сопротивлением грунта перемещению уплотненного ядра, имеющего форму усеченного кругового конуса с углом конусности 2ая ~ 90° (рис. 7), предложена аналитическая зависимость, позволяющая рассчитать предельную выдергивающую силу при осевом нагружении анкера:

0,5 d „ , г? г /пи ■ ni .2nrar Fd = j (Л -sina„ +R -cosa,,)—-= Ал

где

0,5 о ат"я

Я 9 2 Ал = — • (£> -с1 ) - рабочая площадь несущего витка винтовой лопасти; р - давление обжатия уплотненного ядра окружающим грунтом;

К

Р-

1 +

tg<P

tga*

+ C-COSCC.

(16)

р=

к4с-соа))-(1-|д

При инженерном проектировании винтовых анкеров возникает многовариантная задача выбора их геометрических параметров с целью обеспечения требуемой несущей способности, прочности, надежности и технологичности конструкции при минимальной энергоемкости процесса завинчивания их в грунт. Поскольку винтовые анкеры характеризуются большим числом геометрических параметров (многие из которых взаимно увязаны) и при их выборе необходимо учитывать значительное количество ограничений, эффективное проектирование винтовых анкеров должно выполняться с применением совместного исследования всех параметров на оптимальность.

Оптимизация параметров винтовых анкеров проводится по единому критерию, поэтому в качестве целевой функции будет выступать энергоемкость Е^ процесса завинчивания винтового анкера в грунт:

Рис. 7. Расчетная схема к определению предельной выдергивающей силы при осевом нагружении винтового анкера глубокого заложения

£зав = ■у • I M¡h¡ =F(d, Д f, Vi .я, ,Яц, 8л ),

(18)

где

средняя величина

/ - осевое погружение анкера за один оборот;

крутящего момента для /-го слоя грунта;

А,- - толщина г-го слоя грунта.

Как показано выше, величина крутящего момента М завинчивания винтового анкера в грунт является функцией глубины погружения, стандартных физико-механических характеристик грунта и геометрических параметров анкера, из которых независимыми являются: числа витков конической ик и цилиндрической пи частей винтовой лопасти, диаметры ствола с1 и винтовой лопасти Д шаг / и толщина §л винтовой лопаста, высота кони-

ческош наконечника ствола hK, начальный радиус г у конической части винтовой лопасти (через них однозначно рассчитываются остальные параметры).

Для того чтобы рационально назначить варьируемые при оптимизации параметры, были проанализированы все ограничения, имеющиеся при решении оптимизационной задачи. Общими ограничениями являются:

- обеспечение требуемой несущей способности винтового анкера;

- обеспечение прочности элементов конструкции анкера;

- обеспечение углов подъема винтовой лопасти, не превышающих угла трения поверхности винтовой лопасти о грунт.

Кроме того, в качестве дополнительных ограничений были приняты диапазоны рациональных значений геометрических параметров, полученных на основе рекомендаций В.Н. Жеяезкова и ЛЛ. Богорада к проектированию винтовых анкеров, за пределами которых нецелесообразно проводить поиск оптимума. Поскольку все диапазоны линейных параметров определяются по отношению к диаметру d ствола, были введены безразмерные коэффициенты:

KDd=—j' K,d= — ; Khd=-^\ Krd =-i. (19)

Исходя из того, что несущая способность анкера определяется расчетной площадью Ап несущего витка винтовой лопасти, для диаметра ствола было получено выражение:

d = J 4А2л • (20)

b-{K2Dd-1)

Таким образом, при исследовании целевой функции Е^ на экстремум, задаваясь значениями коэффициентов (19), можно однозначно найти все линейные геометрические параметры винтового анкера. Числа витков лк и пп могут свободно варьироваться в пределах заданных диапазонов. В отличие от действительных значений параметров, варьирование безразмерных коэффициентов (19) может производиться независимо друг от друга и без риска нарушения простых ограничений на параметры. При этом минимально необходимые толщины лопасти 5Л и ствола 5СТ можно подобрать из условий обеспечения прочности ствола на растяжешге и кручение и лопасти на изгиб при заданных значениях вышеперечисленных параметрах, поэтому 8Л и 5СТ следует отнести к числу зависимых варьируемых параметров.

Таким образом, целевая функция является однозначной функцией варьируемых параметров:

■£зав = FiKDd,Kld,Khd,Krd,nu,nK,bJl), (21)

а оптимизация геометрических параметров винтовых анкеров является задачей нелинейного программирования с ограничениями.

Учитывая сложность и специфику задачи, а также то, что целевая функция определена как результат сложной цепи расчетов полученной математической модели, можно считать, что для решения данной задачи более удобными и эффективными окажутся численные методы оптимизации 0-го порядка (методы прямого поиска), не требующие вычисления производных целевой функции.

Алгоритм выбора оптимальных параметров составлен по модульному принципу и состоит из основной программы МРА и подпрограмм (процедур) FBP, Fthick, FIS, Fscan. Принципиальная схема алгоритма представлена на рис. 8.

Исходными данными на проектирование винтового шгкера являются: величина требуемой несущей способности; физико-механические характеристики грунта по слоям (вид грунта (глинистый или песчаный), разновидность глинистых грунтов по пластичности

(глина, суглинок, супесь); объемный вес у; показатель текучести Д глинистого грунта; угол <р внутреннего трения; удельное сцепление с; модуль деформации Е; расчетное сопротивление^ грунта на боковой поверхности ствола анкера; коэффициент/трения поверхностей анкера о грунт); глубина погружения к несущего витка лопасти анкера; материал винтового анкера и его свойства.

^ Начало

Рис. 8. Принципиальная схема алгоритма оптимального проектирования винтового анкера

Основная программа МРА является управляющей и строится по модифицированному методу Хука-Дживса, отличающегося тем, что во избежание разрыва целевой функции проверка всех ограничений выполняется в подпрограммах. После того, как на основании исходных данных будут определены значения всех параметров и целевой функции в глобальной нулевой базовой точке в процедуре FBP, вызывается процедура FIS исследования поведения целевой функции в окрестности базовой точки путем варьирования параметров Кш, пю па с заданными из основной программы шагами. Оператором сравнения определяется убывание целевой функции по сравнению с её базовым значением. Если убывания нет; то глобальная базовая точка не изменяется и вдвое уменьшаются шаги движения по всем параметрам, после чего снова производится исследование целевой функции на экстремум. Если функция уменьшилась, то значения параметров и целевой функции сохраняются и принимаются за новую глобальную базовую точку. Затем происходит исследование с уменьшенным вдвое шагам. Исследование прекращается, когда шаг исследования окажется меньше наперёд заданной малой величины. Таким образом, в результате исследования получаются значения геометрических параметров винтового анкера, обеспечивающие минимальную энергоемкость процесса завинчивания его в грунт.

Разработанный алгоритм оптимального проектирования имеет ряд особенностей. В алгоритм метода Хука-Дживса вводится модификация, заключающаяся в том, чтобы вместо изменения всех параметров «по образцу», процедуру исследования строить как составной циклический процесс с различным для каждого параметра шагом, который включает в себя поэтапную одномерную оптимизацию целевой функции в направлении возможных изменений каждого из варьируемых параметров АГд* пи. Исследование проводится до тех пор, пока оно даёт убывание локального базового значения целевой функции. Предлагается шаги параметров последовательно уменьшать в основной программе, а при каждом вызове подпрограммы FIS исследования работать с постоянными, но различными для каждого параметра шагами. Это позволяет сократить число итераций и более точно подойти к точке оптимума.

Вследствие тесной взаимосвязи ограничений, налагаемых на выбор параметров Ktd, Khd, Krd, находить их оптимальные значения и производить проверку ограничений предлагается в отдельной процедуре Fscan, построенной по методу сканирования с отсеканием конфигураций, не проходящих по ограничениям. При этом наименьшие толщины лопасти 8Л и ствола 5СТ для каждой конфигурации параметров КDd, Ktd, Кhd, Krd, иц, ик подбираются из условий обеспечения прочности в отдельной процедуре Fthick.

Третья глава посвящена разработке методики и алгоритма оптимального проектирования редуктора привода вращения машины для завинчивания винтовых анкеров в грунт по критериям максимального к.п.д. и минимальных габаритных размеров и массы.

Для навесного механизма вращения выбрана рациональная структура редуктора (рис. 9), представляющего собой одну или несколько соосных планетарных передач (ступеней), каждая их которых выполняется по схеме 2k-h типа А (т.е. с одновенцовым сателлитом), наилучшим образом отвечающего указанным критериям и режиму работы машины.

Проектирование планетарных зубчатых передач представляет собой многовариантную задачу выбора основных параметров, удовлетворяющей требуемым

Рис. 9. Общая схема привода механизма вращения

кинематическим и динамическим условиям. Важнейшей задачей яатяется выбор количества ступеней и распределение общего передаточного отношения редуктора по ступеням. Кроме того, при выборе наилучшего варианта приходится учитывать много различных взаимно противоречивых критериев.

Поскольку редукторы механизмов вращения винтовых анкеров относятся к силовым передачам, предназначенным для ежедневной многочасовой работы, важнейшим критерием качества данных редукторов является к.п.д. Помимо этого, для навесного оборудования весьма важными являются критерии массы и габаритов механизма завинчивания. Таким образом, задача проектирования редуктора механизма вращения является многокритериальной и может быть качественно решена только с применением методов многокритериальной оптимизации.

Вопросам многокритериальной оптимизации планетарных зубчатых передач с применением методов Парето и целевого программирования посвящены работы Н.М. Черновой, однако в них не рассматривались планетарные передачи 2к-И типа А с одновен-цовыми сателлитами, а также не рассматривались вопросы определения оптимальных коэффициентов смещения зубчатых колес и оптимального распределения общего передаточного отношения по ступеням многоступенчатого редуктора, что является особенно актуальным при решении поставленных задач.

В качестве компонентов векторного критерия АХ) оптимальности приняты следующие основные характеристики редуктора: коэффициент полезного действия т| (взятый со знаком «-»), масса тя и габаритные размеры (7 редуктора:

Л{Х) = ~Ч> /200 = тя, /3(Х) = О. (22)

Таким образом, цель оптимального проектирования редуктора механизма завинчивания заключается в минимизации целевой функцииХД) = (/¡(А), /г(Х), /г(Х)) на множестве X возможных решений задачи.

Область X возможных решений задачи формируется на основе исходных данных путем изменения количества ступеней редуктора, изменения разбивки общего передаточного отношения по ступеням, варьирования чисел зубьев и коэффициентов смещения зубчатых колес каждой ступени при ограничениях, наложенных на точность получения передаточного отношения редуктора, на качественные и прочностные характеристики каждой проектируемой планетарной ступени, а также с учетом известных условий соосности, сборки и соседства

Из области X возможных решений выбирается множество Парето-оптимальных решений Р/Х) согласно условию:

Р]{Х) = {х* е Х\не существует такого х е X, что/(х) </(**), (23)

причем хотя бы для одного критерия это неравенство строгое}.

Для выбора из множества Р/Х) Парето-оптимальных решений подмножества Бе1(Х) наилучших решений (в идеальном случае - одного решения) применяется модификация метода целевого программирования. Сначала на основе множества Р[(Х) формируется так называемый идеальный вектор и, состоящий из минимальных значений компонентов векторного критерия

и= (/,„/ь„,/]™)- (24)

Для каждого решения х, е Р/Х) е ^рассчитывается метрика р(х;), представляющая собой неотрицательное число и выражающая расстояние критериального вектора у(х;) до идеального вектора и. Величина метрики для каждого решения г, в данном случае определяется по формуле:

3 /".. - л .

/ л V У ^ 1Ш1Л ____

Р(*у) = £-ТТ-¡—• (25)

/=1 ¡У/шш|

В качестве оптимального выбирается решение, расположенное как можно ближе к идеальному вектору U, т.е. решение, имеющее наименьшую метрику р. Возможны случаи, когда несколько решений получат одинаковые значения метрики р(х,). Тогда окончательное решение по выбору наилучшего варианта остается за конструктором.

Для решения задачи оптимального проекгарования многоступенчатого планетарного редуктора разработана методика и алгоритм. Алгоритм построен по модульному принципу и включает в себя основную программу MPR, которая является управляющей, и подпрограмм ST, SaveR, SaveSTJ, ParR, ParST, GeomR, Module, Massjxilc, Eff_calc, PS, Parelo Scan, Vector, Metric, Search Opt. Принципиальная схема алгоритма представлена на рис. 10.

^ Начало ^

Ограничения

/ —7

/ рсхан р«0оты, / / мирим /

Базы данных

Выбор 10а«Чегтв»

1 •» -п «rycetn: 1 релупор*

2 7 t -0

оо«тупсн«ы редуктор*

1

Выгрр числа cxtcuktoi

£ 0,04. ;"<. • i » '" уедем* еоосност». cSopts, Выбор чвлп svGlci ■ шее и*дойв1уяга»

I

[гслреиняя 1 vi острены чубьеа, Bbifjp «оффиидентр»

ихдоЯ ступени

P.! -J V.', -0,18; »^0.75

Ч» (ОТ ГЭВ 310-76)

Бы5ор CT«RaspTBi)n> долбя»« идя aipc^inia imit гаутрегопи« кбиня

СТ СЧВ 277-76. ГОСТ *>23*0.

•Popwopi'iune earner« П »per o-ve гн моль on ревшВ

Arj-Zi/CfUUsUl*))

Выбор опгнкалмюга репе»

параметре i са{>м1Д»ш.>п t>rniпа

Конец ^

Рис. 10. Принципиальная схема алгоритма оптим&аьного проектирования многоступенчатого планетарного редуктора

Исходными данными для работы алгоритма являются: режим работы привода вращения, крутящий момент на выходном валу редуктора Л/вых (определяемый крутящим моментом М завинчивания винтового анкера), частота вращения выходного вала пвык (определяемая требуемой частотой вращения анкера), общее передаточное отношение и редуктора, марка стали зубчатых колес, способ обработки поверхностей зубьев колес.

Для формирования области X возможных решений задачи, т.е. массива параметров (П, mR, G, (za)„ (Zj,),, (zb)j, (x„)„ (xg)„ (x4)„ (4,,),) вариантов редукторов, для которых выполняются все ограничения, внешний цикл алгоритма в основной программе MPR построен на изменении количества планетарных ступеней к^ „ и изменении передаточных отношений Uj каждой ступени. Оптимальные значения чисел зубьев, коэффициентов смещения и модуля зубчатых колес, количество сателлитов, а также величина к.п.д., массы и габаритных размеров каждой ступени определяются подпрограммой ST и её процедурами при условии обеспечения передаточного отношения, выполнения условий соосности, сборки и соседства, условий отсутствия интерференции в станочных и эксплуатационных зацеплениях колес, условия по минимальному коэффициенту перекрытия в зацеплениях, прочностных ограничений.

После формирования области X возможных решений основная программа MPR обращается к подпрограмме PS для отыскания оптимального варианта редуктора в области возможных решений. Подпрограмма PS является управляющей для нескольких процедур и работает следующим образом. На полученной области возможных решений X с помощью процедуры Pareto_Scan формируется область Р/Х) Парето-оптимальных решений по условию (23). Затем на множестве Р/Х) с помощью процедуры Vector формируется идеальный вектор U согласно условию (24). Далее вызывается процедура Metric, служащая для расчета значений метрики р по формуле (25) для каждого Парето-оптимального решения. Завершается работа подпрограммы PS отысканием оптимального варианта решения, имеющего минимальное значение метрики р (процедура Search Opt) и передачей данных в вызывающую программу.

На заключительном этапе работы основной программы MPR для оптимального варианта редуктора производится расчет всех геометрических параметров ступеней редуктора (процедура GeomR).

В четвертой главе представлена методика и программа проведения экспериментов, описано оборудование и характеристика грунтовых условий, приведены результаты экспериментальных исследований.

Основной целью экспериментальных исследований являлось определение крутящего момента завинчивания винтовых анкеров в грунт и предельной выдергивающей силы при осевом нагружении анкера и проверка адекватности полученных аналитических зависимостей (1)-(10) и (16). Экспериментальные исследования проводились в полевых условиях на нескольких площадках естественного грунта в осенний период. Основные физико-механические и классификационные характеристики грунтов определялись в соответствии с требованиями соответствующих ГОСТов.

Дтя экспериментальных исследований были изготовлены два винтовых наконечника (рис. 11 а) со следующими основными параметрами:

- диаметр несущего витка лопасти D = 100 мм;

- диаметр ступицы винтового наконечника d= 22 мм;

- шаг винтовой лопасти t = 30 и 40 мм;

- угол конусности заходной части винтовой лопасти 2а, = 100°;

- угол конусности наконечника ступицы 2ак = 50°.

Также были изготовлены два тяжа длиной 0,6 и 1,0 м с приваренным шестигранником под ключ и рымом. Винтовой анкер в сборе показан на рис. 116.

Рис. 11. Винтовые анкеры: а-винтовые наконечники; б-винтовой анкер в сборе

Завинчивание винтовых анкеров в грунт с измерением крутящего момента производилось вручную при помощи тарированного динамометрического ключа Для проведения исследований процесса выдергивания винтовых анкеров из фунта была изготовлена специальная экспериментальная установка (рис. 12, 13). Выдергивание анкеров производилось с помощью реечного домкрата, а измерение осевого усилия выдергивания - тарированным динамометром. Для измерения величины перемещения винтового анкера в процессе выдергивания из грунта на опоре домкрата закреплялась металлическая линейка и индикатор часового типа.

Рис. 12. Схема экспериментальной установки: Рис, 13. Общий вид экспериментальной установки 1 — домкрат реечный; 2 — поперечные швеллеры; 3 — балки; 4 - комовые опоры; 5 - винтовой анкер; 6 — соединительные элементы (скобы, петли, талрепы); 7 - динамометр; 8 — индикатор часового типа; 9 — линейка

Программа исследований предусматривала две серии экспериментов.

Первая серия проводилась с целью сопоставления данных по величине крутящего момента, определенных с помощью аналитических выражений (1)-(10), с данными, полученными в ходе экспериментов. После обработки результатов первой серии экспериментов получен ряд зависимостей, представленных в виде диаграмм (рис. 14) изменения крутящего момента по глубине завинчивания анкера, для различных грунтовых условий. Среднее квадратичное отклонение экспериментальных значений для данных опытов не превышает 4,5 Нм. На графиках также представлены расчетные значения крутящего момента, определенные по предлагаемым аналитическим зависимостям (1)-(10).

М, Нм

О 10 20 30 40 50 60 70 S0 90

V,

Оч \ >н / Л

L\ /

лл N

чч to

/

N \

\ к * 1 1

\

—о—согласно эксперименту ~-*--по предлагаемый зависимостям

1. Глина полутвердая (4 = 0,13; к = 24 %; р = 1,9 г/см3; е = 0.80; с= 130 кПа; ф = 20°; £=30 МПа;/ = 0,58)

2. Песок мелкий (Jü = 0,95; w = 3,8 %:р = 1,62 г/см!; е = 0,70; с - 4 кПа; <(> = 34"; £=35 МПа;/-0,72)

I. Глина полутвердая (/¿= 0,15; и> = 25 %; р = 1,95 г/см1; е = 0,79; с= 135 кПа; ф = 21°;£=32 МПа; / = 0,58)

2. Песок мелкий (/„ = 0,99; w = 5,0 %; р = 1,68 T/cmj; е = 0,67; с = 4 кПа; <р = 35°; £= 36 МПа; /=0,72)

Рис. 14. Сопоставление расчетных и экспериментальных значений крутящего момента погружения винтового анкера (О = 100, г/= 22 мм, / = 30 мм) в глинистом (1) и песчаном (2) грунте

Вторая серии экспериментов была направлена на определение предельного значения выдергивающей силы при осевом нагружении винтового анкера глубокого заложения с целью сопоставления с расчетными значениями, полученными по аналитическому выражению (16). После обработки результатов экспериментов получен ряд диаграмм изменения усилия выдергивания винтового анкера от перемещения для различных грунтовых условий (рис. 15). Среднее квадратичное отклонение экспериментальных значений для данных опытов не превышает 159,4 Н. Затем значения, вычисленные по предлагаемому аналитическому выражению (16), сравнивались с максимальными значениями осевой выдергивающей силы, определенными по соответствующим диаграммам.

Проведенные экспериментальные исследования подтвердили достоверность теоретически полученных зависимостей в различных грунтовых условиях. Отклонения расчетных значений от экспериментальных данных не превышают 20% для крутящего момента и 14% для предельной осевой выдергивающей силы.

Суглинок пол мвсрлый ¡1 = 0.03

IV-20,6%

р= 1.9Г/СМ! е = 0.65 с = 48 кПа <р« 18* £ = 22 МПа

Величина предельной осевой выдергивающей силы анкера:

- по аналитической зависимости (20)-4469 Н;

- согласно эксперименту - 3920 Н.

Ра,В.

Рис. 15. Зависимость осевой выдергивающей силы от перемещения анкера в глинистом грунте (глубина погружения лопасти А = 0,6 м; параметры анкера Л = 100 мм, </= 22 мм, 1 = 30 мм)

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В диссертации решена научно-практическая задача по снижению энергоемкости процесса завинчивания винтовых анкеров в грунт за счет оптимизации параметров винтовых анкеров и редуктора привода вращения. Результаты решения этой задачи представлены в следующих выводах.

1. На основании анализа состояния вопроса выявлены наиболее перспективные конструкции винтовых анкеров, определена рациональная структура механизма завинчивания в виде гидромотора (или электродвигателя) с многоступенчатым планетарным зубчатым редуктором, ступени которого выполняются по схеме 2к-И типа А (с одновенцовым сателлитом).

2. В результате проведения теоретических исследований получены аналитические зависимости (1Н17), позволяющие определил, крутящий момент, необходимый на завинчивание винтового анкера в грунт; осевые силы реакции грунта, действующие на анкер при завинчивании; необходимую осевую силу пригруза для завинчивания анкера; предельную выдергивающую силу при осевом нагружении винтового анкера, отличающиеся более полным учетом геометрических параметров винтового анкера и физико-механических свойств грунта. Численный анализ полученных теоретических зависимостей показал, что при прочих равных условиях зависимость крутящего момента М от диаметра Б и шага (винтовой лопасти, а также от коэффициента/трения анкера о фунт, нелинейная. Наибольшее влияние на величину крутящего момента М оказывает диаметр с1 ствола и угол заострения 20* конусного наконечника ствола. В зависимости от геометрических параметров анкера и грунтовых условий оптимальная величина угла заострения 2ак'"п конуса ствола варьируется в диапазоне 40.. .60°.

3. Экспериментальные исследования подтвердили адекватность полученных аналитических зависимостей. Установлено, что величины крутящего момента, необходимого

А

А

/

у

/

0 1000 2000 3000 4000

для завинчивания винтовых анкеров в грунт на требуемую глубину, отличаются от расчетных значений не более чем на 20%, причем погрешность снижается с увеличением глубины завинчивания. Величина предельной осевой силы, необходимой для выдергивания винтовых анкеров, отличается от расчетных значений не более чем на 14%.

4. Разработана математическая модель оптимизации, а также методика и алгоритм определения оптимальных параметров винтовых анкеров по критерию минимальной энергоемкости процесса завинчивания их в фунт с применением модифицированного метода Хука-Дживса. В алгоритм метода Хука-Дживса введена модификация, заключающаяся в том, чтобы вместо изменения всех параметров «по образцу», процедуру исследования строить как составной циклический процесс с переменным для каждого параметра шагом, который включает в себя поэтапную одномерную оптимизацию целевой функции в направлении возможных изменений варьируемых параметров. Вследствие тесной взаимосвязи офаничений, налагаемых на выбор параметров, предложено проверку офаничений производить в отдельных подпрограммах, построенных на основе метода сканирования.

5. Разработана методика и алгоритм определения оптимальных параметров редуктора привода вращения по критериям максимального коэффициента полезного действия и минимальных массы и габаритных размеров на основе принципа Парето с применением модифицированного метода целевого профаммирования для сужения области возможных решений. Полученный алгоритм отличается тем, что позволяет для многоступенчатых редукторов, составленных из планетарных передач типа 2k-h с одновенцовым сателлитом, определять оптимальное число ступеней и выполнять оптимальное распределение общего передаточного отношения редуктора по ступеням, а также определять оптимальные величины коэффициентов смешения зубчатых колес.

6. Оценка эффективности применения разработанных методик оптимального проектирования показала: а) оптимизация параметров винтовых анкеров с диамефами винтовой лопасти 500 мм и ствола 168 мм по критерию минимальной энергоемкости завинчивания при глубине пофужения 3 м позволяет снизить энергоемкость на 12,3 % при завинчивании анкеров в плотный водонасыщенный песчаный фунт и на 14,3 % - в полутвердую тяжелую глину по сравнению с базовым винтовым анкером ВАС-50; б) многокритериальная оптимизация планетарного редуктора привода вращения позволила на 1,4% повысить к.п.д. редуктора и на 19,5 % уменьшить его массу по сравнению с базовым серийным планетарным редуктором 5П-125М-160-12000.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Научные издании из перечня ВАК РФ

1. Лебедев, C.B. Оптимизационные исследования механизма главного подъема полярного крана КМ 320/160/2x70 Балаковской АЭС / Н.М. Чернова, C.B. Лебедев // Известия ТулГУ. Технические науки. - 2009. - Вып. 2 (часть 1). - С. 267-273.

2. Лебедев, C.B. Момент и сила сопротивления внедрению кромки лопасти конического винтового якоря в грунт / Вестник СГТУ. - 2010. - №3(48). - С. 60-64.

3. Лебедев, C.B. Сопротивление внедрению конусного наконечника винтовой сваи в грунт / Н.Е. Ромакин, СЛ. Лебедев // Строительные и дорожные машины. - 2011. - №2. -С. 36-39.

4. Лебедев, C.B. Момент и сила на поверхности лопасти конического винтового якоря / Вестник машиностроения. - 2011. - №5. - С. 6-9.

5. Лебедев, C.B. Крутящий момент завинчивания конического винтового якоря в фунт / Вестник СГТУ. - 2011. - №2(55). - Вып. 1. - С. 79-87.

6. Лебедев, C.B. Сопротивление завинчиванию винтовой сваи в грунт / Н.Е. Рома-кин, С.В.Лебедев// Строительные и дорожные машины. -2011.-№9. - С. 37-42.

7. Лебедев, C.B. Определение необходимой осевой силы пригруза, развиваемой машиной для погружения винтовых якорей в грунт / Мир транспорта и технологических машин.-2012.-№1(36).-С. 71-79.

Работы, опубликованные в международных сборниках

8. Lebedev, S.V. Torque and Axial Force at the Surface of a Blade in a Conical Helical Anchor / Russian Engineering Research. - 2011. - Vol. 31. - No. 5. - pp. 424-427. - ISSN 1068-798X (© Allerton Press, Inc., 2011).

9. Лебедев, C.B. Математическая модель определения крутящего момента завинчивания винтовых свай в грунт / Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-24 : сборник трудов XXIV международной научной конференции, г. Киев, 31 мая-2 июня 2011 г. : в 10 т. -Киев, 2011. - Т. 5. - С. 124-126.

Работы, опубликованные в региональных сборниках

10. Лебедев СВ. Оптимальный угол заострения ступицы винтового якоря / «Информационные технологии, САПР и автоматизация» : сборник научных трудов И Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 80-летаю Саратовского государственного технического университета. - Саратов, 2010. - С. 141-147.

11. Лебедев C.B. К определению параметров рабочего органа машины для завинчивания винтовых якорей в грунт / «Информационные технологии, автоматизация, САПР промышленных систем и строительных объектов» : сборник научных трудов III Всероссийской научно-технической конференции. - Саратов, 2011. - С. 93-98.

Лебедев Сергей Владимирович

ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВИНТОВЫХ АНКЕРОВ И РЕДУКТОРА ПРИВОДА ВРАЩЕНИЯ

Автореферат

Подписано в печать 29.05.2012. Формат 60x84 '/16. Бумага офсетная. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,5. Тираж 120 экз. Заказ 48-4718. Отпечатано в ИД «Политехник» 346428. г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132

Введение.

1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследований.

1.1. Обзор и анализ машин и оборудования для завинчивания винтовых анкеров в грунт.

1.2. Обзор применения винтовых анкеров в строительстве и строительных машинах.

1.3. Обзор и анализ конструкций винтовых анкеров.

1.4. Обзор и анализ исследований процессов взаимодействия винтовых анкеров с грунтом.

1.5. Выводы по главе. Цель и задачи исследований.

2. Оптимизация параметров винтовых анкеров.

2.1. Теоретические исследования процессов взаимодействия винтового анкера с грунтом.

2.1.1. Определение сопротивлений завинчиванию винтового анкера в грунт.

2.1.2. Обоснование условий завинчивания винтового анкера в грунт.

2.1.3. Определение предельной выдергивающей силы при осевом нагружении анкера.

2.2. Методика определения оптимальных параметров винтовых анкеров.

2.2.1. Целевая функция оптимального проектирования винтовых анкеров

2.2.2. Анализ ограничений и выбор варьируемых параметров.

2.2.3. Выбор метода оптимизации.

2.2.4. Алгоритм определения оптимальных параметров винтовых анкеров

2.3. Выводы по главе.

3. Обоснование оптимальных параметров редуктора привода вращения машин для завинчивания винтовых анкеров в грунт.

3.1. Обоснование выбора типа редуктора привода вращения.

3.2. Выбор критериев оптимальности и метода оптимизации многоступенчатого планетарного редуктора.

3.3. Анализ варьируемых параметров и ограничений, налагаемых на их конфигурации.

3.4. Алгоритм определения оптимальных параметров многоступенчатого планетарного редуктора привода вращения.

3.5. Выводы по главе.

4. Экспериментальные исследования взаимодействия винтового анкера с грунтом.

4.1. Цель и задачи экспериментальных исследований.

4.2. Оборудование и методика экспериментальных исследований.

4.3. Результаты экспериментальных исследований.

4.4. Выводы по главе.

Винтовые анкеры в последние годы находят широкое применение для закрепления оттяжек опор линий электропередачи и радиомачт, закрепления грунтовых откосов, подпорных стенок, а также для монтажных работ и для стабилизации строительных машин на время выполнения технологических операций. Общим недостатком, сдерживающим расширение области применения винтовых анкеров, являются большие крутящие моменты завинчивания их в грунт, а следовательно, высокая энергоемкость данных процессов.

Также можно отметить отсутствие отечественных малогабаритных машин малой и средней мощности, использование которых целесообразно для завинчивания небольших винтовых анкеров, а также для работ в стесненных условиях. Эффективным решением данной проблемы является оснащение базовых машин легким и малогабаритным навесным оборудованием для завинчивания анкеров. Кроме того, современные строительные машины могут быть оснащены оборудованием для экспресс-анализа несущей способности винтовых анкеров сразу после погружения.

Поскольку винтовые анкеры имеют сравнительно низкие скорости завинчивания в грунт, механизмы завинчивания требуют применения редукторов с очень большими передаточными отношениями. При этом к навесным механизмам завинчивания предъявляются требования малых габаритов и массы при высоком к.п.д. В этом случае весьма эффективным решением является применение многоступенчатых планетарных редукторов, но при проектировании таких редукторов возникает многовариантная задача выбора числа ступеней, распределения общего передаточного отношения между ступенями и выбора параметров каждой ступени с учетом указанных выше критериев, которая может быть наилучшим образом решена только методами многокритериальной оптимизации.

В связи с вышесказанным актуальными являются задачи исследования на оптимальность параметров винтовых анкеров и редукторов приводов вращения, направленные на снижение энергоемкости процесса завинчивания винтовых анкеров в грунт.

Объектом исследования является технологическая система «рабочее оборудование машины - винтовой анкер - грунт». Предмет исследования - процессы взаимодействия элементов данной системы при завинчивании и выдергивании винтового анкера.

Целью работы является снижение энергоемкости процесса завинчивания винтовых анкеров в грунт за счет оптимизации параметров винтовых анкеров и редуктора привода вращения.

Для достижения поставленной цели должны быть решены следующие задачи:

1. Провести анализ существующих машин и оборудования для завинчивания винтовых анкеров в грунт.

2. Разработать математические модели процессов взаимодействия винтовых анкеров с грунтом.

3. Провести экспериментальные исследования процессов взаимодействия винтовых анкеров с грунтом и оценку адекватности полученных математических моделей.

4. Разработать математическую модель оптимизации винтовых анкеров, методику и алгоритм определения оптимальных параметров винтовых анкеров по критерию минимальной энергоемкости завинчивания их в грунт.

5. Разработать методику и алгоритм определения оптимальных параметров редуктора привода вращения по критериям максимального коэффициента полезного действия и минимальных массы и габаритных размеров.

Методы исследования.

Задачи диссертационного исследования решены на основе методов математического моделирования процесса завинчивания винтового анкера в грунт с использованием научных положений теоретической механики, теории эволь-вентного зубчатого зацепления, теории планетарных зубчатых передач, дифференциальной геометрии и механики грунтов, теории оптимизации, а также математической статистики при обработке экспериментальных данных.

Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждается корректностью допущений, принимаемых при разработке расчетных схем и математических моделей, применением современных апробированных методов исследования, численным анализом полученных результатов с использованием ЭВМ и программных продуктов для выполнения расчетов и обработки результатов экспериментальных данных, удовлетворительной сходимостью результатов теоретического и экспериментального исследований.

На защиту выносятся следующие основные научные положения, формирующие научную новизну работы:

1. Математическая модель процесса взаимодействия винтового анкера с грунтом при завинчивании, включающая аналитические зависимости для определения крутящего момента завинчивания винтового анкера в грунт, осевых сил реакции грунта, осевой силы пригруза, отличающиеся более полным учетом всех геометрических параметров винтового анкера и стандартных физико-механических характеристик грунта.

2. Аналитическая зависимость для определения предельной выдергивающей силы при осевом нагружении винтового анкера, впервые полученная теоретическим путем с учетом стандартных физико-механических характеристик грунта.

3. Алгоритм определения оптимальных параметров винтовых анкеров по критерию минимальной энергоемкости завинчивания Pix в грунт с применением модифицированного метода Хука-Дживса, отличающийся тем, что процедура исследования построена как составной циклический процесс с различным для каждого параметра шагом, который включает в себя поэтапную одномерную оптимизацию целевой функции в направлении возможных изменений варьируемых параметров; при этом во избежание разрыва целевой функции проверку ограничений предложено выполнять в отдельных подпрограммах.

4. Алгоритм определения оптимальных параметров редуктора привода вращения по критериям максимального коэффициента полезного действия и минимальных массы и габаритных размеров с применением принципа Парето и модифицированного метода целевого программирования для сужения области возможных решений, отличающийся тем, что позволяет для планетарных передач типа 2к-к с одновенцовым сателлитом определять оптимальные величины коэффициентов смещения зубчатых колес, а также включает в себя процедуру выбора оптимального числа ступеней редуктора и оптимального распределения общего передаточного отношения по отдельным ступеням.

Практическая значимость работы заключается в разработке методик определения оптимальных параметров винтовых анкеров и редуктора привода вращения, позволяющих уменьшить энергоемкость процесса завинчивания винтовых анкеров в грунт, и определении теоретическим способом предельной выдергивающей силы при осевом нагружении винтового анкера.

Реализация результатов работы.

На ЗАО "Научно-производственная фирма «Авангард-Ф»", г. Саратов, внедрена методика определения оптимальных параметров винтовых анкеров из условия минимальной энергоемкости завинчивания их в грунт.

Результаты диссертационной работы используются также в учебном процессе при изучении дисциплины «Строительные и дорожные машины», в курсовом проектировании и самостоятельной работе при подготовке инженеров по специальности «Наземные транспортно-технологические средства».

Апробация работы.

Основные положения работы докладывались и обсуждались на:

- заседаниях кафедры «Подъёмно-транспортные, строительные и дорожные машины» Балаковского института техники, технологии и управления СГТУ в 2010-2012 гг.;

- П Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии, системы автоматизированного проектирования и автоматизация» (Саратов, 2010);

- научно-практической конференции молодых ученых (Балаково, 2011); XXIV Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2011);

- III Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии, автоматизация, системы автоматизированного проектирования промышленных систем и строительных объектов» (Саратов, 2011);

- V международной научно-практической Интернет-конференции «Молодежь. Наука. Инновации» (Пенза, 2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, из них 7 работ опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Отдельные этапы диссертационного исследования выполнялись в рамках г/б НИР кафедры «Подъёмно-транспортные, строительные и дорожные машины» Балаковского института техники, технологии и управления ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А.» по аналитической ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 гг.)» (мероприятие 2: «Проведение фундаментальных исследований в области естественных, технических и гуманитарных наук. Научно-методическое обеспечение развития инфраструктуры вузовской науки» (приказ СГТУ №88-П от 28.01.2009 г.) по теме «Развитие теории оптимального проектирования подъёмно-транспортных, строительных и дорожных машин».

4.4. Выводы по главе

1. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили адекватность теоретически полученных аналитических зависимостей в различных грунтовых условиях. Отклонения расчетных значений от средних экспериментальных данных не превышают 20% для крутящего момента завинчивания винтового анкера в грунт (причем погрешность снижается с увеличением глубины завинчивания) и 14% для предельной выдергивающей силы при осевом нагружении винтового анкера.

2. Среднее квадратичное отклонение экспериментальных значений для опытов по определению крутящего момента не превышает 4,5 Н-м, для опытов по определению предельной осевой выдергивающей силы - 159,4 Н.

3. В ходе проведения экспериментальных исследований подтвердилась возможность завинчивания винтовых анкеров в грунт без приложения к ним дополнительного осевого пригруза.

4. Эксперименты подтверждают, что при выдергивании винтового анкера на поверхности несущего витка лопасти образуется конусообразное сильно уплотненное грунтовое ядро с углом конусности 2ая = 80. .90°.

5. Определение предельной выдергивающей осевой силы винтовых анкеров производилось при относительной глубине заложения лопасти кЮ > 6, поэтому предлагаемую зависимость (3.136) можно считать пригодной только для винтовых анкеров глубокого заложения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации решена научно-практическая задача по снижению энергоемкости процесса завинчивания винтовых анкеров в грунт за счет оптимизации параметров винтовых анкеров и редуктора привода вращения. Результаты решения этой задачи представлены в следующих выводах.

1. На основании анализа состояния вопроса выявлены наиболее перспективные конструкции винтовых анкеров, определена рациональная структура механизма завинчивания в виде гидромотора или электродвигателя с многоступенчатым планетарным зубчатым редуктором, ступени которого выполняются по схеме 2к-к типа А (с одновенцовым сателлитом).

2. В результате проведения теоретических исследований получены аналитические зависимости, позволяющие определить крутящий момент завинчивания винтового анкера в грунт; осевые силы реакции грунта, действующие на анкер при завинчивании; необходимую осевую силу пригруза для завинчивания анкера; предельную выдергивающую силу при осевом нагружении винтового анкера, отличающиеся более полным учетом геометрических параметров винтового анкера и стандартных физико-механических свойств грунта. Численный анализ полученных теоретических зависимостей показал, что в общем случае зависимость крутящего момента М от диаметра £) и шага / винтовой лопасти, а также от коэффициента / трения анкера о грунт, близка к линейной. Наибольшее влияние на величину крутящего момента М оказывает диаметр с1 ствола и угол заострения 2ак конусного наконечника ствола. В зависимости от геометрических параметров анкера и грунтовых условий оптимальная величина угла заострения 2акопт конуса ствола варьируется в диапазоне 40. .60°.

3. Экспериментальные исследования подтвердили адекватность полученных аналитических зависимостей. Величины крутящего момента, необходимого для завинчивания винтовых анкеров в грунт на требуемую глубину, отличаются от расчетных значений не более чем на 20%, причем погрешность снижается с увеличением глубины завинчивания. Величина предельной осевой силы выдергивания винтовых анкеров отличается от расчетных значений не более чем на 14%.

4. Разработана методика и алгоритм определения оптимальных параметров винтовых анкеров по критерию минимальной энергоемкости процесса завинчивания их в грунт с применением модифицированного метода Хука-Дживса. В алгоритм метода Хука-Дживса введена модификация, заключающаяся в том, чтобы вместо изменения всех параметров «по образцу», процедуру исследования строить как составной циклический процесс с переменным для каждого параметра шагом, включающий в себя поэтапную одномерную оптимизацию целевой функции в направлении возможных изменений варьируемых параметров. Вследствие тесной взаимосвязи ограничений, налагаемых на выбор параметров, предложено проверку ограничений производить в отдельных подпрограммах, построенных по методу сканирования.

5. Разработана методика и алгоритм определения оптимальных параметров редуктора механизма завинчивания по критериям максимального коэффициента полезного действия и минимальных массы и габаритных размеров на основе принципа Парето с применением модифицированного метода целевого программирования для сужения области возможных решений. Полученный алгоритм отличается тем, что позволяет для многоступенчатых редукторов, составленных из планетарных передач типа 2k-h с одновенцовым сателлитом, определять оптимальное число ступеней и выполнять оптимальное распределение передаточного отношения редуктора по ступеням, а также определять оптимальные величины коэффициентов смещения зубчатых колес.

6. Оценка эффективности применения разработанных методик оптимального проектирования показала: а) оптимизация параметров винтовых анкеров с диаметрами винтовой лопасти 500 мм и ствола 168 мм по критерию минимальной энергоемкости завинчивания при глубине погружения 3 м позволяет снизить энергоемкость на 12,29 % при завинчивании анкеров в плотный водонасыщенный песчаный грунт и на 14,31 % - в полутвердую тяжелую глину по сравнению с базовым винтовым анкером ВАС-50; б) многокритериальная оптимизация планетарного редуктора привода вращения позволила на 1,4 % повысить к.п.д. редуктора и на 19,5 % уменьшить его массу по сравнению с базовым серийным редуктором 5П-125М-160-12000.

1. Скрягин, JI.H. Якоря. 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Транспорт, 1979. -379 с.

2. Кобзев, А.П. Развитие теории оптимального проектирования тяжелых козловых монтажных кранов: дис. . докт. техн. наук : 05.05.05. Саратов, 1996. -405 с.

3. Железков, В.Н. Винтовые сваи в энергетической и других отраслях строительства. СПб. : Прагма, 2004. - 128 с.

4. Пенчук, В.А. Особенности и достоинства технологии сооружения фундаментов на микросваях в сложных геологических условиях Украины / В.А. Пенчук, В.В. Овсянкин // В1сник ДонбаськоТ нащонально1 академп бущвництва i архггектури. 2010. -№3(83). - С. 180-186.

5. Power-installed foundations, guy-anchors and installing equipment / Bulletin 01-9707. -Rev.3/07. Centralia, 2007. -16 p. - Режим доступа: www.vickars.com/pdi701 -9707.pdf

6. Пенчук, B.A. Винтовые сваи и анкеры для опор. Киев : Буд1вельник, 1985.-96 с.

7. ВСН 39-1.9-003-98. Конструкции и способы балластировки и закрепления подземных газопроводов. М.: ОАО «Газпром», 1998.

8. СП 107-34-96. Свод правил по сооружению линейной части газопроводов. Обеспечение устойчивости положения газопроводов на проектных отметках. -М.: РАО «Газпром», 1996.

9. ТУ 51-348-70. Технические условия на конструкцию, изготовление поставку устройств анкерных и анкеров винтовых. М. : ВНИИСТ магистральных трубопроводов, 1970. - 20 с.

10. Марьянчик, Я.Е. Закрепление трубопровода винтовыми анкерными устройствами на трассе Вынгапур-Челябинск / Я.Е. Марьянчик, И.Н. Шнекторов // Механизация строительства трубопроводов и газонефтепромышленных сооружений. 1979.-№1. - С. 14-22.

11. Р 412-81. Рекомендации по проектированию и строительству морских подводных нефтегазопроводов. М. : ВНИИСТ магистральных трубопроводов, 1981.

12. Водный транспорт леса: Справочник. М.: Гослесбумиздат, 1973. - 405 с.

13. Митрофанов, A.A. Лесосплав. Новые технологии, научное и техническое обеспечение: монография. Архангельск: Изд-во Арханг. гос. техн. ун-та, 2007.- 492 с.

14. Чернова, Н.М. Оптимальное проектирование планетарных зубчатых передач грузоподъемных машин : дис. . канд. техн. наук : 05.05.04. Балаково, 2002.- 148 с.

15. Anchoring. Bilfinger Berger Spezialtiefbau GmbH. Режим доступа: www.foundation-engineering.bilfinger.com

16. Ground Screws et alia. Anchors Away / С. Griffin, В. McLeod // MBOA, April 12, 2005. Режим доступа: www.ee.umanitoba.ca

17. Правила по охране труда в лесозаготовительном, деревообрабатывающем производствах и при проведении лесохозяйственных работ. М.: МГУЛ, 1999.- 497 с.

18. Чернова, Н.М. Развитие теории оптимального проектирования механизмов грузоподъемных кранов пролетного типа : дис. . докт. техн. наук : 05.05.04. -Саратов, 2009. 509 с.

19. Руководство по методам полевых испытаний несущей способности свай и грунтов. М.: ВНИИСТ, 1979. - 68 с.

20. Винтовые сваи и анкеры в электросетевом строительстве / В.Н. Железков, В.И. Чернецкий, A.M. Астафьев // Энергетическое строительство. 1990. - № 12.-С. 24-26.

21. Вишневский, П.Ф. Современные методы анкерного крепления в строительстве. М. : Воениздат, 1981. - 248 с.

22. Богорад, Л.Я. Винтовые сваи и анкеры в электросетевом строительстве. -М.: Энергия, 1967. 200 с.

23. Руководство по проектированию и устройству фундаментов мачт и башен линий связи из винтовых свай. М. : Стройиздат, 1965. - 40 с.

24. Бейлин, И .Я. Винтовые якорные и анкерные опоры. М., 1972. - 33 с.

25. Пенчук, В.А. Применение винтовых якорей на ремонтно-строительных и монтажных работах / В.А. Пенчук, А.П. Захарченко // Кокс и химия. 1975. -№ 6. - С. 48-50.

26. Рекомендации по проектированию и устройству строительно-монтажных анкеров. М. : ВНИИмонтажспецстрой, 1971. - 14 с.

27. Мартюченко, И.Г. Буровой инструмент с тяговым винтовым наконечником / Вестник Саратовского государственного технического университета. 2006. -№ 12. - С. 45-49.

28. Винтовые сваи и анкеры в строительстве / В.П. Чернюк, В.Н. Пчелин, В.Н. Черноиван. Минск : Ураджай, 1993. - 177 с.

29. Установки для погружения винтовых анкеров и свай малых диаметров / В.Н. Железков, А.Д. Ларионов, Г.Ю. Чижас, Б.А. Трофимов. Энергетическое строительство. - 1990. - № 2. - С. 21-23.

30. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. Введ. 1996-07-01 постановл. Минстроя России от 20 февраля 1996 г. № 18-10. - М.: Изд-во стандартов, 1996.

31. Enbridge Saves Using Screw-Anchor Buoyancy Control Technique In Wet Muskeg / R. Doering, R. Robertson // Pipeline & Gas Journal. 2003. - Vol. 230. -№8.-pp. 72-73. .

32. Левицкий, Ю.Н. Исследование работы винтовых анкерных устройств для строительно-монтажных механизмов с целью определения основных параметров: автореф. дисс. . канд. техн. наук : 05.184. -М., 1972. 19 с.

33. Технические указания по проектированию и устройству фундаментов опор мостов на винтовых сваях (ТУВС-55). М.: Изд-во Минтрансстроя СССР, 1955. - 77 с.

34. Опыт применения винтовых свай в основаниях опор мостов / Н.М. Бибина, Г.С. Шпиро // Труды ВНИИ транспортного строительства. Основания и фундаменты. -Вып. 13 (1955). -М. : Трансжелдориздат, 1955.

35. СНиП П-Б.5-62. Свайные фундаменты из забивных свай. Нормы проектирования. М. : Стройиздат, 1962. - 12 с.

36. Цюрюпа, И.И. Инженерные сооружения на винтовых сваях / И.И. Цюрюпа, И.М. Чистяков. М. : Трансжелдориздат, 1958. - 78 с.

37. Лозовой, Д.А. Разрушение мерзлых грунтов. Саратов: Изд-во Сарат. унта, 1978.- 184 с.

38. Коломейцев, В.Т. К расчету винтовых якорных систем плавучих буровых установок / Речной транспорт (XXI век). 2009. - №4. - С. 74-79.

39. СП 50-102-2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов. Одобр. для прим. постановл. Госстроя России № 96 от 21.06.2003. М., 2004.

40. Производство свайных работ на вечномерзлых грунтах / Ю.М. Гончаров, Ю.О. Таргулян, С.Х. Вартанов. Л.: Стройиздат, 1980. - 160 с.

41. Беляев, В.В. Мобильные установки завинчивания винтовых свай / В.В. Беляев, C.B. Лобанов // Строительные и дорожные машины. 2002. - № 6. - С. 20-22.

42. Иродов, М.Д. Машина M3C-13 для погружения свай / Механизация строительства. 1960. - № 9.

43. ООО «МонтажСтройСвязь». Машина для завинчивания свай МЗС-219. -Режим доступа: www.mss-omsk.ru/mzs-219.html

44. РД 39Р-00147105-029-02. Инструкция по балластировке трубопроводов с применением винтовых анкерных устройств с повышенной удерживающей способностью. Уфа : ГУП «ИПТЭР», 2002.

45. ЗАО «Геомаш-Центр». Буровая установка АЗА-З. Режим доступа: www.geomash.ru/ishop/boringplant/aza3

46. Определение несущей способности пирамидальных свай / Ф.К. Лапшин, A.M. Исаев // Труды ЛИСИ. Механика грунтов, основания и фундаменты. -Вып. 1 (116).-Л., 1976.

47. A.c. 863767 СССР. Винтовая свая / В.А. Пенчук, А.И. Тимошко, Ю.С. Жемчужников. Опубл. 1981, Бюл. № 34.

48. Установка СП-59 для статического зондирования грунта / Г.И. Сизов, В.Н. Вязовкин, Г .Я. Клебанов, В.И. Гвоздик // Строительные и дорожные машины. -1975.-№ 1.-С. 4-6.

49. Справочник по математике (для научных работников и инженеров) / Г. Корн, Т. Корн. М. : Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1973. - 832 с.

50. Сапьянов, В.Ю. Выбор оптимальных схем металлоконструкций тяжелых козловых кранов : дис. . канд. техн. наук : 05.05.04. Саратов, 2008. - 175 с.

51. Encyclopedia of Anchoring. Anchors and Anchor Tools. Section В / Rev. 1/12. режим доступа: www.abchance.com/resources/literature/encyclopedia/049401B.pdf

52. Design, Installation and Testing of Helical Piles & Anchors / A. Donald, P.E Deardorff // FPA Seminar, April, 2009. Режим доступа: www.foundationperformance.org/pastpresenMions/DeardorfflîresSlides-8Aprô9.pdf

53. Helical Foundations for Telecom Structures / Bulletin 02-0101. Rev.5/04. -Режим доступа: www.abchance.com/resources/literature/02-0101.pdf

54. Митрофанов, A.A. К определению несущей способности винтовых якорей / Лесной журнал. 2001. - № 2.

55. Далматов, Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты (включая специальный курс инженерной геологии). 2-е изд., перераб. и доп. - JI. : Строй-издат. Ленингр. отд-ние, 1988. - 415 с.

56. Chance. Helical Tieback Anchors / Bulletin 31-0502. Rev. 8/08. - 2008. - Режим доступа: www.abchance.com/resources/technical/3 l-0502.pdf

57. АЗМ-Стройдормаш. Манипуляторы для погружения винтовых свай. УБМ-85. Режим доступа: www.azm-sdm.ru/product/279/283

58. Стройдормаш. Бурильные машины и оборудование. Режим доступа: biz.mediaweb.ru/fscripts/file.cgi?id=1224

59. History repeats. Screw piles come of age again / A.J. Lutenegger, J. Kempker. // Structural Engineer. - 2009. - № 1. - pp. 26-29. - Режим доступа: www. foundationtechnologies. com/ documents/HelicalPile Artical41420090001 .pdf

60. Chance. Power-installed Foundations, Guy Anchors and Installing Equipment / Bulletin 01-9707. Rev. 3/07. - pp. 12-13. - Режим доступа: www.abchance.com/resources/technical/01-9707.pdf

61. Метелюк, H.C. Сваи и свайные фундаменты : справочное пособие / Н.С. Метелюк и др. К. : Бyдiвeльник, 1977. - 256 с.

62. Chance. Installing Tools for Helical Anchors and Piles / Bulletin 01-0203. Rev. 6/09. -pp. 3-4. - Режим доступа: www.abchance.com/resources/technical/01-0203.pdf

63. Пенчук, В.А. Исследование и создание винтовых якорных опор, применяемых для стабилизации строительных машин: автореф. дис. . канд. техн. наук : 05.05.04. М., 1979. - 19 с.

64. Полтавцев, И.С. Специальные землеройные машины и механизмы для городского строительства / И.С. Полтавцев, В.Б. Орлов, И.Ф. Ляхович. К.: Буд1вельник, 1977. - 136 с.

65. Тимошенко, B.K. Влияние формы наконечников на усилие прокола / Строительство трубопроводов. 1968. - №4.

66. Тимошенко, В.К. Определение формы наконечника, обеспечивающей минимальное усилие прокола / Строительство трубопроводов. 1969. - №3.

67. Ромакин, Н.Е. Параметры рабочего инструмента для статического прокола грунта / Н.Е. Ромакин, Н.В. Малкова // Строительные и дорожные машины. -2007.-№11.-С. 31-33.

68. Флорин, В.А. Основы механики грунтов. Т. 1. М.: Госстройиздат, 1959. - 357 с.

69. Ветров, Ю.А. Сопротивление грунтов резанию. К.: Вища шк. при Киев, ун-те, 1962.-78 с.

70. Иродов, М.Д. Применение винтовых свай в строительстве. М.: Стройиз-дат, 1968. - 146 с.

71. Рекомендации по проектированию и устройству фундаментов пленочных теплиц из винтовых свай. Орёл: Гипронисельпром, 1977. - 31 с.

72. Пенчук, В.А. Влияние формы лопасти на процесс разрушения грунта винтовым якорем / В.А. Пенчук, Д.Г. Белицкий // Вюник Донбасько!' нацюнально1 академй' буд1вництва i архггектури. 2009. - № 6(80). - С. 149-155.

73. Кананян, A.C. Экспериментальные исследования работы анкерных фундаментов / Основания и фундаменты. 1963. - № 53. - С. 19-41.

74. Болдырев, Г.Г. Устойчивость и деформируемость оснований анкерных фундаментов. М. : Стройиздат, 1987. - 80 с.

75. Проектирование свайных фундаментов в условиях слабых грунтов / Б.И. Далматов, Ф.К. Лапшин, Ю.В. Россихин // Под ред. Б.И. Далматова. Л. : Стройиздат. Ленингр. отд-ние, 1975. - 240 с.

76. Цытович, H.A. Механика грунтов. М. : Высш. шк., 1979. - 272 с.

77. Митрофанов, A.A. Научное обоснование и разработка экологически безопасного плотового лесосплава. Архангельск: АГТУ, 1999. - 268 с.

78. Митрофанов, A.A. Методика расчета анкеров, заглубляемых в грунт / A.A. Митрофанов, К.А. Морозов // Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: Сб. науч. тр. АГТУ. Архангельск, 1997. -Вып. 2. - С. 52-58.

79. Сергеев, В.П. Строительные машины и оборудование: Учебник для вузов. М. : Высш. шк., 1987. - 376 с.

80. Шенк, X. Теория инженерного эксперимента / Пер. с англ. Е.Г. Коваленко; Под ред. Н.П. Бусленко. М. : Мир, 1972. - 381 с.

81. Пенчук, В.А. Исследование и создание винтовых якорных опор, применяемых для стабилизации строительных машин: дис. . канд. техн. наук: 05.05.04.-М., 1979.-202 с.

82. СНиП П-Б.5-67*. Свайные фундаменты. Нормы проектирования. М. : Стройиздат, 1971.

83. СНиП II-17-77. Часть II. Нормы проектирования. Глава 17. Свайные фундаменты. Утв. постановл. Госстроя СССР № 197 от 09.12.1977. - М. : Стройиздат, 1978.-45 с.

84. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. Утв. постановл. Госстроя СССР № 243 от 20.12.1985. - Введ. в действие 01.01.1987. - М., 1995.

85. Meyerhof, G.G. Bearing Capacity and Settlement of Pile Foundations / Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE. 1976. - Vol. 102. - № GT3. -pp. 195-228.

86. Федоров, Д.И. Рабочие органы землеройных машин. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989. - 368 с.

87. Двайт, Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы. Изд. 5-е / Пер. с англ. Н.В. Леви. // Под ред. К.А. Семендяева. - М. : Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1978. - 228 с.

88. Бронштейн, И.Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов / И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. 13-е изд., испр. - М. : Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. - 544 с.

89. Погорелов, A.B. Дифференциальная геометрия. 5-е изд. - М. : Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1969. - 176 с.

90. Лапшин, Ф.К. Расчет свай по предельным состояниям. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1979. - 152 с.

91. Цытович, H.A. Механика грунтов (краткий курс) : Учебник для строит, вузов. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1983. - 288 с.

92. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Наука, 1976. - 279 с.

93. Батищев, Д.И. Методы оптимального проектирования. М. : Радио и связь, 1988.- 128 с.

94. Шуп, Т. Решение инженерных задач на ЭВМ. Практическое руководство. -М.: Мир, 1986.-238 с.

95. Современные свайные фундаменты мостов / Н.П. Андреев, Н.М. Колоколов. М.: Изд-во Министерства коммунального хозяйства РСФСР, 1955.

96. Мину, М. Математическое программирование. Теория и алгоритмы / Пер. с фр. А.И. Штерна. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990. - 488 с.

97. Численные методы в инженерных исследованиях / В.Е. Краскевич, К.Х Зеленский, В.И. Гречко. К.: Вища школа, Головное изд-во, 1986. - 263 с.

98. Кобзев, А.П. Оптимальное проектирование тяжелых козловых кранов. -Саратов: изд-во Сарат. ун-та., 1991. 160 с.

99. Зубов, А.П. Разработка методики оптимального проектирования пролетного строения решетчатых козловых кранов : дис. . канд. техн. наук : 05.05.04.1. Саратов, 2005. 145 с.

100. Direct search of numerical and statistical problems / R. Hooke, T.A. Jewes // J. Assn. Сотр. Mach. 1961. - № 8. - pp. 212-229.

101. Банди, Б. Методы оптимизации. Вводный курс. М. : Радио и связь, 1988. - 128 с.

102. Нинул, А.С. Оптимизация целевых функций: Аналитика. Численные методы. Планирование эксперимента. М. : Издательство Физико-математической литературы, 2009. - 336 с.

103. Васильев, Ф.П. Методы оптимизации. М. : Изд-во «Факториал Пресс», 2002. - 824 с.

104. Методы оптимизации: Учеб. для вузов / А.В. Аттетков, С.В. Галкин, B.C. Зарубин; Под ред. B.C. Зарубина, А.П. Крищенко. 2-е изд., стереотип. - М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 440 с.

105. Лесин, В.В. Основы методов оптимизации / В.В. Лесин, Ю.П. Лисовец. -М. : Изд-во МАИ, 1995. 341 с.

106. Базара, М. Нелинейное программирование. Теория и алгоритмы / М. Базара, К. Шетти. М. : Мир, 1982. - 584 с.

107. Практическая оптимизация / Ф. Гилл, У. Мюррей, Ф. Райт. М. : Мир, 1985.-509 с.

108. Watson, Т.В. Fundamentals of Helical Anchors/Piles. A SunCam online continuing education course. Режим доступа: www.suncam.com/courses/100226-01.html

109. Pack, J.S. Practical Design and Inspection Guide for Helical Piles and Helical Tension Anchors. Режим доступа: www.helipile.com/pdf/DesignGuide4Rev2.pdf

110. Наставление по испытаниям грунтов в массивах. М. : ВНИИ транспортного строительства, 1981.

111. РСН 33-70. Инструкция по испытанию грунтов статическим зондированием. Утв. Госстроем РСФСР 29 июля 1970 г. - М., 1970.

112. Рябов, Г.А. Мелиоративные и строительные машины. М.: Колос, 1968. - 368 с.

113. Трофименков, Ю.Г. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов / Ю.Г. Трофименков, JI.H. Воробков. 2-е издание. - М. : Стройиздат, 1981.

114. Рекомендации по применению и совершенствованию полевых методов исследования грунтов на основе обобщения опыта работы трестов инженерно-строительных изысканий / А.М. Крестовская, Т.А. Кудинова. М. : Стройизыскания, 1978.

115. А.с. № 503812 СССР, МКИ3 В 66 С 23/78. Опорное устройство грузоподъемной машины / В.И. Папазов, В.А. Пенчук, В.Т. Лагутин, Н.П. Шестак; опубл. 25.02.76, Бюл. № 7.

116. А.с. № 606804 СССР, МКИ3 В 66 С 23/78. Выносная опора грузоподъемной машины / В.А. Пенчук, Р.К. Прилепский, А.В. Баранчиков, И.Г. Хайлов; опубл. 15.05.78, Бюл. № 18.

117. А.с. № 678145 СССР, МКИ3 Е 02 D 7/20. Сваевдавливающая установка / В.А. Пенчук, А.И. Тимошко; опубл. 05.08.79, Бюл. № 29.

118. А.с. № 514931 СССР, МКИ3 Е 02 D 7/22. Устройство для погружения винтовых свай и анкеров / В.Д. Абезгауз, В.А. Пенчук; опубл. 25.05.76, Бюл. № 19.

119. Планетарные передачи. Справочник / Под ред. В.Н. Кудрявцева и Ю.Н. Кирдяшева. Д.: Машиностроение, 1977. - 536 с.

120. Кремер, Н.Ш. Теория вероятностей и математическая статистика: Учеб. для вузов. М. : ЮНИТИ-ДАНА, 2000. - 543 с.

121. Eskridge. Anchor Drive Product Spécifications. Режим доступа: www.eskridgeinc. сот/ anchordrives/anchorprodspecs .html

122. Pengo. Anchor Drives. Révolution Sériés. Режим доступа: www.pengoattachments.com/productImages/files/533/RevolutionDrivesChart.pdf

123. Autoguide Equipment. Auger Powerhead Range. Режим доступа: www.autoguideequipment.co.ulc/manuals/029-Powerheads2.pdf

124. Закрепление опор BJI с применением винтовых анкеров и свай / Л.И. Ка-чановская, В.Н. Железков, В.В. Мищенко // Электрические станции. 2001. -№9.-С. 41-45.

125. Рудин, С.Н. Монтажные мачты и краны / С.Н. Рудин. 2-е изд. - М.; Свердловск : Машгиз, 1962. - 104 с. - (Б-ка слесаря-монтажника; вып. 4).

126. Феодосьев, В.И. Сопротивление материалов: Учеб. для вузов. 10-е изд., перераб. и доп. - М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. - 592 с. (Сер. Механика в техническом университете; Т.2).

127. Мартюченко, И.Г. Развитие научных основ создания винтовых рабочих органов машин для разработки мерзлых грунтов : дис. . докт. техн. наук : 05.05.04. Саратов, 2006. - 359 с.

128. Eskridge. Service Manual 1400 Series Digger models. Режим доступа: www.eskridgeinc. com/diggers/smdigger/1400155-5498E5 - AA.pdf

129. Кудрявцев, B.H. Планетарные передачи. M.-JI. : Машгиз, 1960. - 282 с.

130. Руденко, Н.Ф. Планетарные передачи. М. : Машгиз, 1947. 756 с.

131. Кирдяшев, Ю.Н. Проектирование сложных зубчатых механизмов / Ю.Н. Кирдяшев, А.Н. Иванов. JI. : Машиностроение, 1973. - 351с.

132. Заблонский, К.И. Планетарные передачи. Вопросы конструирования / К.И. Заблонский, И.П. Горобец. Киев : Техника, 1972. - 148 с.

133. Передачи зубчатые планетарные с цилиндрическими колесами: Схемы алгоритмов для расчета на ЭВМ несущей способности передач основных типов: Методические рекомендации MP 233-87. M. : ВНИИНМАШ. ГОССТАНДАРТ, 1987. - 180 с.

134. Кирдяшев, Ю.Н. Многопоточные передачи дифференциального типа. JI. : Машиностроение, 1981. -232 с.

135. Передачи зубчатые планетарные с цилиндрическими колесами : Расчет на прочность передач основных типов : Методические рекомендации MP 104-84. -M. : ВНИИМАШ. ГОССТАНДАРТ, 1987. 180 с.

136. Решетов, JI.H. Детали машин: Расчет и конструирование. Т.З. / Под ред. Н.С. Ачеркана. М. : Машиностроение, 1964. - 471 с.

137. Венцель, Е.С. Исследование операций: задачи, принципы, методология. -М. : Дрофа, 2004. 207 с.

138. Жилинскас, А. Поиск оптимума: компьютер расширяет возможности / А. Жилинскас, В. Шалтянис. М. : Наука, 1989. - 128 с.

139. Чернова, Н.М. Оптимизационные исследования механизма главного подъема полярного крана КМ 320/160/2x70 Балаковской АЭС / Н.М. Чернова, С.В. Лебедев // Известия ТулГУ. Технические науки. 2009. - Вып. 2 (часть 1). - С. 267-273.

140. Сигов, И.В. Планетарные редукторы. К. : Техника, 1964. - 172 с.

141. Ткаченко, В.А. Планетарные механизмы (оптимальное проектирование). -Харьков: Издательский центр ХАИ, 2003. 446 с.

142. Optimization Procedure for Complete Planetary Gearboxes with Torque, Weight, Costs and Dimensional Restrictions / U. Kissling, I. Bae // Applied Mechanics and Materials. 2011. - Vol. 86. - pp. 51 -54.

143. Effects of Planetary Gear Ratio on Mean Service Life / M. Savage, K.L. Ruba-deux, H.H. Сое // NASA Technical Memorandum. 1996. - № 107275. - 9 p.

144. Методика оптимизации многоступенчатого планетарного механизма по критерию массы / В.Т. Абрамов, А.Н. Гетя, В.А. Матусевич, А.В. Шехов // Вестник национального технического университета «ХПИ». 2009. - № 20. - С. 10-19.

145. Ногин, В.Д. Проблема сужения множества Парето: подходы к решению / Искусственный интеллект и принятие решений. 2008. - № 1. - С. 98-112.

146. Ногин, В.Д. Принятие решений в многокритериальной среде: количественный подход. М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2002. - 144 с.

147. Зубчатые передачи : Справочник / Е.Г. Гинзбург, Н.Ф. Голованов, Н.Б. Фирун, Н.Т. Халебский; Под общ. ред. Е.Г. Гинзбурга. 2-е изд., перераб. и доп. - Л. : Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1980. - 416 с.

148. Расчет деталей машин на ЭВМ: Учеб. пособие для машиностр. вузов / Д.Н. Решетов, С.А. Шувалов, В.Д. Дудко и др.; Под ред. Д.Н. Решетова и С.А. Шувалова. М. : Высш. шк., 1985. - 368 с.

149. Тюремнов, И.С. Гидравлический привод строительных, дорожных, подъемно-транспортных и коммунальных машин : учебное пособие. В 2 ч. Ч. 2. Подбор гидрооборудования и расчет. Ярославль : Изд-во ЯГТУ, 2009. - 63 с.

150. Редукторы, мотор-редукторы планетарные, модернизированные, корпусные. Серия 5М: каталог / НТЦ «Редуктор». СПб., 2010 - 83 с. - Режим доступа: www.reduktomtc.ru