автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.04, диссертация на тему:Обоснование основных параметров и режимов работы ковшовых каналоочистительных машин для зоны осушения

Министерство сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации

РГБ ОД

Московский государственный университет _

2 5 дпр 2000

нриродообустроиства

УДК 631.3 : 631.6 На правах рукописи

Абдулмажидов Хамзат Арсланбекович

Обоснование основных параметров и режимов работы ковшовых каналоочистительных машин для зоны осушсшш

Специальность: 05.20.04 - Сельскохозяйственные и мелиоративные машины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2000

Диссертация выполнена на кафедре мелиоративных и строительных мг шин Московского государственного университета природообустройства

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор МГУП Суриков В.В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Казаков B.C. кандидат технических наук, ст. научн. сотрудник Кокоз В. А.

Ведущая оргшшзация - Управление "Мосмелиоводхоз"

Защита состоится /£> qn^_2000 г. в 10 часов на заседании диссертацис ного совета К. 120.16.02. но присуждению ученых степеней Московского гос дарственного университета природообустройства. Ауд. 1/201

Адрес: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, д. 19, МГУП, диссертацис ный совет К.120.16.02.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МГУП.

Автореферат разослан 2000 г.

Ученый секретарь Диссертационного

совета, кандидат технических наук, доцент Сурикова Т.Н.

HШ.*т -08-5-023,0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследовании. Основа технической эксплуатации мелио->атишшх систем - это проведение необходимых работ по содержании) и ремонту их элементов с целью поддержания систем в работоспособном состоянии.

Очистка каналов осушительной системы от наносов - наиболее ответст-»енная и трудоемкая операция. Механизация проведения этих работ непростое с технологической стороны и дорогостоящее мероприятие, связанное с созданием I качественным изготовлением целого комплекса машш, способных проводить >емонтные работы в самых разнообразных естественно-производственных ус-ювиях. Особенно остро стоит вопрос с механизацией проведения текущих ремонтов, когда очистке подвергается только дно канала Эта операция, с точки фения эффективности работы системы, имеет решающее значение.

В нашей стране, начиная с 60-х годов, создано немало различных типов мелиоративных машин, в том числе очистных. За время их эксплуатации в достаточной мере определены их достоинства и недостатки, однако, в их оценке )ыявлено и немало противоречий. Сегодня, после почти десятилетнего переры-1а в выпуске каких-либо машин для мелиорации необходимо обосновать даль-гейшие шаги в этой области, а именно решить вопросы о возобновлении выпуска машин или замене их на новую технику, определив тем самым главные на-травления в конструкторских работах.

Цель и задачи исследований. Повышение эффективности механизации •ксплуатациошю-ремонтных работ на осушительных системах, обратив внима-гае на главные приоритеты: качество, производительность и стоимость работ.

Для достижения этой цели поставлены следующие задачи:

1. Охарактеризовать естественно-производственные условия зоны осуше-пм на примере функциональной классификации объектов осушительных сис-ем.

2. Провести анализ конструкций каналоочистительных машин с точ зрения их технологических возможностей.

3. Определить технико-эксплуатационные и экономические показате машин, предназначенных для очистки дна каналов при проведении текущих мотов.

4. Установить приоритеты машин в различных условиях эксплуатации.

5. Провести теоретические и экспериментальные исследования, поз: ляющие обосновать основные параметры рабочего органа в машинах с г: дольным движением ковша в жестких направляющих.

6.Предоожить и обосновать конструкционные схемы новых рабочих ор нов машин для рекомендации их выпуска в ближайшие годы.

Методика исследований. Решение поставленных задач было осущес лено посредством теоретических и экспериментальных исследований. Расче по технико-эксплуатационйым и экономическим показателям машин и устан лению приоритетов были выполнены с применением ЭВМ.

Научная новизна. На защиту выносятся следующие наиболее суще венные результаты, определяющие научную новизну:

1. Определение технико-эксплуатационных и экономических показателей налоочистителей.

2. Физическая модель рабочего органа с использованием теории приближен го физического моделирования (по В.И. Баловневу).

3. Экспериментальные исследования по обоснованию параметров рабочего гана каналоочистителя с продольным движением ковша в жестких напр ляющих.

4. Даны рекомендации по организации работ и рациональному использован машин.

5. Конструктивные схемы ковшей с уточненными параметрами предложенн для дальнейшей разработки в КБ. Обоснованность и достоверность научг

положений подтверждается теоретическими и экспериментальными исследованиями, а также официальными документами.

Практическая ценность работы.

1. Производственные организации получают возможность обоснованно выбирать типы каналоочистительпых машин в зависимости от условий эксплуатации и планировать рациональное использование их на объектах мелиоративных систем.

2. Землепользователи могут выбирать наиболее выгодные для своего хозяйства организационные варианты, т.е. приобретать ли очистные машины в собственность, использовать их на условиях аренды или поручить, на условиях подряда, провести все операции по уходу за сетью специализированным предприятиям.

3. Заводы-изготовители могут обоснованно планировать выпуск канало-очистительных машин, как но типам, так и по объемам.

4. Конструкторские организации получают подтверждение выбранных направлений и могут использовать их при создании новой техники.

Реализация результатов работы. Каналоочиститель с продольным движением ковша в жестких направляющих с измененными по результатам данной работы параметрами ковша одобрен МСХиП РФ.

Апробация и публикация результатов работы. Основные положения диссертации доложены и одобрены на научно-технических конференциях Московского государственного университета пр!гродообустройства в 1997, 1998 и 1999 годах. По теме диссертации опубликовано три статьи и подана заявка на предполагаемое изобретение ВНИИГПЭ.

Структура п объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка использовашюй литературы и приложений. Работа изложена на ЩЗ страницах машинописного текста и "3 страниц приложений, содержи] рисунков и таблиц. Список использованной лиге-ратуры включает 83 наименования, из них 2 на других языках

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертации, сформ; лирована цель и задачи исследований, кратко изложены основные результаты структура работы.

В первой главе рассматривается характеристика мелиоративных систе зоны осушения. Механизация эксплуатациошю-ремонтных работ на мелиор тивных системах является непростой проблемой. Трудности вызваны в перву очередь разнообразием естественно-производственных условий. Специфш географических зон, различия в геометрических размерах каналов, размещен) их на местности, удельные объемы заиления и наносов, плотность и характ< зарастания дна и откосов растительностью предопределяют комплексы спец алышх машин с широким диапазоном конструктивных схем и параметров р бочих органов. Совершенно очевидно, что при комплектовании парка должг учитываться все основные производственные и природные условия, и произв дена оценка влияния тех или иных факторов на технологические свойства оч стных машин. В данной работе поставлена задача, предложить и обоснова комплекс машин для проведения эксплуатационно-ремонтных работ на кан лах, обслуживающих мелиоративные системы в зоне осушения, поэтому сб( материалов по естественно-производственным условиям проведен именно ] этой зоне.

За основу был взят обширный материал, собранный кафедрой мелиор тивных и строительных машин МГУП в 1970...1975 г.г. по России, Белору сии и Латвии. На этой базе данных и произведены технико-экономичесю расчеты.

Практика содержания мелиоративных систем зоны осушения показы вас что эксплуатационные работы следует разграничить на ежегодные, называ мые "уходом" и ремонты, необходимость в которых возникает периодичен раз в несколько лет. Такие ремонты получили название "текущих".

Рассмотрим, в чем заключаются главные особенности решаемой задачи.

1. В существующих машинах в качестве главного параметра, определяю-[его типоразмер машины, выбрана глубина очищаемого канала. Это правомер-о для машин, предназначенных для строительства, реконструкции и капиталь-ых ремонтов. В этих случаях с увеличением глубины канала увеличивается и оъем удаляемого грунта, что в свою очередь отражается на производительно-ги, мощности, массе и стоимости машины. Так, используя примеры выполнен-ых конструкций машин, предназначенных для капитального ремонта каналов тубиной 1,5 м, к машинам для 3-х метровых каналов сопровождается 3...5 ратным увеличением их массы и стоимости.

Однако только при полной реализащш энергетических возможностей боге мощной и тяжелой машины и ее достаточной загрузке можно добиться при-млемой стоимости ее эксплуатации.

Совсем иная картина будет иметь место при попытке механизировать перации, входящие в номенклатуру работ по уходу. Например, при очистке на от наносов и заиления. Здесь глубина не может служить главной характе-тстикой канала, ибо пет прямой связи между этим параметром и удельными эъемами наносов. При одной и той же ширине каналов по дну или небольшой азнице в этих размерах, что характерно для осушительной сети, удельные объ-иы заиления каналов глубиной в 1 или 3 м могут оказаться примерно равными.

2. Средние удельные объемы ежегодных работ по удалению наносов эезвычайно малы и составляют у большинства каналов от 0,02 до 0,10 м3 на метре длины. Это соответствует толщине сгружки 5... 15 см.

Заметим также, что заиление и наносы распределяются по длине каналов эайне неравномерно. Для проводящей сети, например, максимальные объемы, >средоточены обычно в зонах, близких к устьям дрен или открытых осушители. В то же время в других частях каналов объемы наносов могут быть в не-солько раз меньше, а в отдельных случаях совсем незначительны. Такая же фтина наблюдается на каналах регулирующей сети, где необходимость в очи-тсе возникает главным образом на нижних отметках.

Согласно ОСТу 33-23-79 типоразмеры поперечных сечений каналов 01 тигельных систем на расходы до 10 м3/с соответствуют данным, приведенн] в таблице 1.

Типоразмеры поперечных сечений каналов осушительных систем Таблиц

Наименование каналов Строительная глубина, м Ширина канала по дну, м Коэффициент з; ложения откосе

1 .Каналы, выполненные общестроительными машинами

Проводящие Регулирующие Нагорные и нагорно-ловчие св. 0.8 до 1.5 св. 1,5 до 2,5 св. 1,5 до 3,0 0,4; 0,6; 0,8 0,6; 0,8; 1,0 0,6; 0,8; 1,0; 1,5 1,0; 1,5; 2,0 1,5; 2,0; 2,5 1,5,2,0; 2,5

2.Каналы, выполненные специализированными машинами

Регулирующие св. 0,8 до 1,0 св. 1,0 до 1,2 св. 1,2 до 1,7 0,25 0,25; 0,4; 0,6 0,25; 0,4; 0,6 • 1,0 1,0; 1,5

Выполненные осушительные каналы в определенной степени соотвег вуют указанному стандарту, однако, на разных системах разных зон наблю, ется больший разброс параметров и их соотношений.

Данные, собранные кафедрой мелиоративных и строительных мац МГУП, ВНИИГиМ и др. позволяют определить загрузку каналоочистительн машин и объемы необходимых работ (табл. 2).

Удельная протяженность каналов осушительных систем в зависимости от их назнг ния, на 1000 га осушенной площади Таблица

Типы каналов Системы, осушаемые закрытым дренажом (Смоленская обл.). Системы, осушаемые откр: тыми каналами (Белорусси

Водоприемники - 3,2 км

Магистральные каналы 2,5 км 10,1 км

Коллекторы и оградительные каналы 14,2 км 10,7 км

Осушители 1,2 км 31,0 км

Немаловажное значение при разработке конструктивных схем каналоочи-лтггелышх машин имеет такой размер канала как ширина по дну. Для большинства осушителей этот размер находится в пределах 0,4... 0,6 м.

Во второй главе рассматриваются мелиоративные машины, используемые на эксплуатаииошю-ремонтных работах в золе осушения. С 60-х годов, КБ и институты начали интенсивно создавать различные мелиоративные машины, в гом числе и каналоочистнтельные. А начиная с 1967... 1970 г.г. системы начали оснащаться специальными средствами механизации. Появились каналоочистнтельные машины ЭМ-152Б, ЭМ-202, Д-490, КОБ-1,5 и далее МР-7, МР-12, МР-14, МР-16, МР-19, КМ-82, РР-303. На базе ранее и ныне выпускаемых отечественных и зарубежных машин появилась возможность уточнить классификацию эксплуатационно-ремонтных машин по различным признакам (возможность движения рабочего органа — ковша по жестким направляющим, при такой конструкции рабочего органа достигается высокое качество работы):

1. По непрерывности процесса очистки:

а) цикличного действия;

б) непрерывного действия.

2. По базовым шасси:

а) на специальных самоходных шасси;

б) на колесных и гусеничных тракторах, в том числе болотоходных.

3. По расположению базового шасси и рабочего органа

относительно оси канала:

а) консольная схема навески рабочего органа при движении базового шасси по берме;

б) седлающая схема движения базового шасси при расположении рабочего органа по оси канала;

в) внутриканальная установка машины на дне канала.

4. По конструкции рабочего органа:

а) ковшовые (движение ковша в жестких направляющих);

б) многоковшовые;

в) скребковые;

г) фрезерные;

д) шнековые;

е) комбинированные.

Ковшовые очистители с продольным по оси канала движением

ковшей

Относительно низкая производительность одноковшовых экскаваторов ) считалась главным недостатком. Более существенным оценивали качество пр водимых работ, а именно значительные габаритные переборы грунта на р монтных работах. Габаритные переборы на различных каналах достига 12...20% от площади поперечного сечения. Необходимость проведения план ровочных операций после ремонта, дополнительная одерновка откосов, и уст новка в отдельных случаях креплений почти удваивали стоимость ремонта, все же простота конструкции ковшей и их высокая надежность, и ушшерсал ность предопределили поиск новых конструктивных решений очистных маин подобного типа. Главным направлением стали попытки придать ковшу пр дольное движение по оси канала.

За рубежом получило некоторое распространение другое решение. Фир? "Вегксп1^ег", например, установила экскаваторное оборудование обратной л паты на самоходное шасси, способное работать как по седлающей, так и вну риканальной схемам. В последнем случае колесная полноприводная маши) опирается на откосы. Для каналов мелкой сети такая схема работоспособг При больших глубинах могут возникать затруднения из-за недостаточного р диуса разгрузки.

Наиболее перспективной в этом случае, следует считать машину РР-30 конструкции Отраслевой научно-исследовательской лаборатории МГМИ. Пр дольное движение ковша здесь достигается его установкой на жесткую напра

тающую балку. Направляющая балка подвешена на спаренной стреле, а ковш приводится в движение двумя гидроцилиндрами в сочетании с 4-х кратными скоростными полиспастами. Этим достигается достаточно большой ход ковша, порядка 5...6 метров. В качестве базовой машины здесь использован трактор ДТ-75Б.

Механизированную очистку обычно проводят ранней весной или после уборки урожая, в другое время поля заняты посевами сельскохозяйственных культур. Относительно низкая производительность, как и у всякой машины цикличного действия, здесь компенсируется высоким качеством очистки, которое заключается в строго прямолинейном движении ковша с регулируемой толщиной стружки и возможностью использования сменных, различных по ширине ковшей, а также способностью каналоочистителя черпать грунт из-под воды. Каналоочиститель РР-303 может работать в любых условиях, в том числе на каналах, засоренных камнями, погребенной древесиной и другими включениями.

В третьей главе рассмотрен процесс резания и копания наносных грунтов в каналах ковшовыми рабочими органами. Дана характеристика грушам но происхождению и по трудности разработки. Рассмотрены резание и копание грунтов ковшовыми рабочими органами в работах таких авторов как Н.Г.Домбровский, В.П. Горячкин, А.Н. Зеленин, Д.И. Федоров и др.

Машины для земляных работ, использующие механический способ разрушения грунтов, работают по принципу их резания. Для большинства машин сопротивления грунтов резатпо составляют основную долго сопротивлений, действующих на рабочие органы. Кроме сопротивлений резанию, связанных с отделением режущими элементами стружки грунта от массива, на рабочих органах большинства землеройных машин возникают дополнительные сопротивления от трения рабочего органа по грунту, от призмы волочения, образующейся перед ковшом или отвалом, и сопротивления, связанные с процессом продвижения грунта при заполнении ковша грунтом. В зависимости от положения режущего инструмента в грунтовом массиве различают следующие разновидно-

сти резания: блокированное, с двумя поверхностями бокового среза, полублом ровашюе и свободное (именно достижение свободного резания взято за осно! предложенного нами нового рабочего органа).

Вместимость ковшей драглайна, прямой лопаты и ковшовых каналооч: стигелей можно определить по приближенным корреляционным зависимости! полученным на основании исследований и испытаний рабочих органов. Эти з висимости, в исследованиях Д.И. Федорова, связывают между собой рабоч! усилия, действующие в процессе копания, и емкость (вместимость) ковша. 3 висимость между наибольшим тяговым усилием Рт шзх и вместимостью q (м ковшей драглайна и каналоочистителя имеет вид:

РТ1ТСН«5,59Ч-0,06Ц2, (

а между средней величиной тягового усилия Ртср и вместимостью ковша Ртср«3,2Ц-0,014ч2 (

Эти приближенные формулы используются для определения вместим сти ковшей в диапазоне от 0,25 до 18 м3, но эти зависимости не учитыван толщину стружки, плотность и влажность грунта, их влияние исследовано п] экспериментах.

Среднее значение тягового усилия Рт ср характеризует энергоемкость пр цесса копания и наполнения ковша на всем участке пути копания и средний р жим работы двигателя. Зная для данного экскаватора расчетную величину на большего тягового усилия, можно определить требуемую вместимость ковша, окончательном виде после решения относительно я (м3) формула (1) для опр деления вместимости ковша ковшей, исходя из наибольшей расчетной велич ны тягового усилия Рттек (кН), будет иметь вид:

Я «45,6-^2090-16,5/;^ (

В работах Д.И. Федорова и других авторов большое внимание уделе] определению основных параметров рабочих органов отвального типа и ковш вого типа криволинейной формы. А вопросы определения основных оптимал ных параметров ковшей каналоочистителя прямоугольной формы движущих

то оси канала в жестких направляющих, т.е. ковша, работающего по схеме рабочий орган - струг, взаимосвязи наполняемости ковша и объема призмы волочения с длиной набора груота, возможности использования отбойной плиты или тругих дополнительных устройств для повышения эффективности работы кана-гоочистителя, были недостаточно исследованы. Именно решению этих задач посвящена диссертация.

В четвертой главе рассмотрены эксплуатационные, экономические, качественные показатели каналоочистительных машин и каналоочиститель с продольным по оси канала движением ковша в жестких направляющих.

Разнообразие естественно-производственных условий не исключает применение на эксплуатационно-ремонтных работах машин различных по технологическим особенностям, производительности и даже качеству выполняемых работ, однако основным критерием выбора той или иной машины все же является стоимость очистки.

Определены стоимость машино-часа различных каналоочистительных машин. Эти данные (в ценах 1998 г.) приведены в таблице 3.

Стоимость машино-часа работы каналоочистительных машин Таблица 3

Наимено- Балан- Услов. Годовые затраты Суммарн. Стоимость машино-

вание ма- совая скор. экстш. за- часа, руб.

шин стои- выполн. Амор Ст. амор- траты на Годовая загрузка ма-

мость, ремонта, тиза- тиз. в год, час рабо- шины, ч

руб. км/ч ЦИЯ,% руб./год ты, руб. 50 300 900

МР-14 130000 0,60 16 20800 24,55 440,5 93,8 47,6

(ДТ-75)

МР-16 360000 0,50 16 57600 31,01 1183,0 223,0 95,0

(Т-170Б)

КМ-82 117000 0,10 16 18720 23,95 398,3 86,3 44,7

(ЮМЗ)

1'Р-ЗОЗ 95000 0,25 16 15200 22,90 326,9 73,5 39,7

(ДТ-75Б)

Отнесем все эксплуатационные затраты на 1 га осушенной площади. Такой удельный показатель более полно отражает приоритет машин по сравнению со стоимостью 1 м3 удаленных наносов или стоимостью 1 км очищенного капа-

л а, позволяя учесть годовую загрузку машин и сопоставить доходы от прода выращенной с одного га сельхозпродукции с расходами на мелиорацию.

Расчетные зависимости стоимости эксплуатационных затрат показаны рисунке 1. Протяженность каналов, а значит объемы очистных работ, опреде. ны на основании средних данных Нечерноземной зоны России.

-«-МР-16 -в-МР-14 -*-КМ-82 —х- РР-303

1000 2000 3000

Площадь осушения, га

Рис. 1. Удельные затраты на 1 га осушенной площади при проведен очистных работ на системах, осушаемых закрытым дренажом при периодич! сти проведения текущих ремонтов 1 раз в три года.

На графиках рассмотрены системы площадью от 500 до 4000 га. Об] щает на себя внимание значительная разница в удельных затратах при испо. зовании машин на площадях до 1000 га и более 3000 га. Это объясняется бо] резким, на больших площадях, снижением затрат на амортизацию по сравнен! с долей прямых затрат на эксплуатацию машины (заработная плата, топли; смазка, ремонтные работы запчасти, сменная оснастка и др.). Из графиков т; же видно, преимущество, в стоимости проводимых очистных работ, каналоо1 стителя РР-303 с продольным движением ковша в жестких направляющих. Р

ница в затратах по сравнению с другими типами машин, а именно МР-14 и КМ-82 составляет 40...60%.

1. Каналоочистительная техника, поставленная на производство за последние 20...25 лет достаточно разнообразна и работоспособна. Однако практика использования этих машин на операциях по очистке дна каналов (текущие ремонты) и, проведенные в более позднее время многочисленные контрольные и приемочные испытания машин позволяют установить некоторые приоритеты.

В первую очередь это типы рабочих органов, которые можно классифицировать: по наибольшей универсальности - к ним относятся ковшовые машины и, в первую очередь одноковшовые экскаваторы; по наибольшей производительности - к этой группе машин следует отнести каналоочистители с многоковшовыми и фрезерными рабочими органами; по наименьшим капитальным затратам - здесь первое место за фрезерными машинами; по наилучшему качеству выполняемых работ на очистке дна каналов, бесспорно, выделяются каналоочистители с продольным движением ковша в жестких направляющих. Качественный уровень этих машин приближается к ручным работам, производимых русловыми ремонтерами. Между тем известно, что многие каналы проводящей сети, построенные 40...60 лет тому назад, обслуживание которых осуществлялось русловыми ремонтерами, функционируют без капитальных ремонтов до последнего времени. Это означает, что аналогичных результатов можно добиться при применении, например, каналоочистителя РР-303, что даст огромную экономию за счет продления срока службы каналов на осушенной площади.

2. Технологические возможности машин, хотя и являются существенными, но далеко не единственными факторами, влияющими на приоритетный выбор машин для той или иной осушительной системы. На окончательный выбор будет влиять совокупность всех технико-эксплуатационных и экономических показателей каждой из машин, наложенные на естественные и производственные условия объектов осушения, что и будет определено в дальнейшем.

3. Придавая особое значение такому фактору, как качество выполняемь работ все показатели машин с продольной очисткой каналов были проверены 1 результатам полевых испытаний каналоочистителя РР-ЗОЗ.

В пятой главе проведено экспериментальное исследование процесса коп ния. Цели экспериментальных исследований:

1. Определение усилий копания при работе модели ковша каналоочист теля для последующего установления вместимости ковшей в натуральную вел чину используя теорию моделирования.

2. Определение оптимальных геометрических параметров ковшей и свя: их с вместимостью и длиной набора грунта, а также причины использования места установки отбойной плиты.

3. Обоснование режимов работы каналоочистителя исходя из условий р боты при соответствующих толщинах стружки и ширине дна каналов.

При планировании и проведении исследований был использован мете лабораторного эксперимента, который позволяет проводить испытания в люб< время года с уменьшенной в несколько раз физической моделью, без моделир( вания и с моделированием физико-мехшшческих свойств среды; при этом во: можен последующий пересчет лабораторных данных применительно к натуре.

Программа экспериментальных исследований включала проведение лаб< раторных испы таний моделей и натурных образцов конструкции рабочего орг; на каналоочистителя с использованием теории моделирования. Программа экспериментальных исследований предусматривалось выполнение следующи работ:

1. Определение реакций грунта на рабочий орган (ковш) и на уменьши ную в 2,5 раза модель.

2. Определение зависимости наполняемости ковша от его хода при опр( деленной толщине стружки.

3. Выбор основных параметров ковша на основании полученных резугн татов испытаний и увязка их с ходом ковша и толщиной стружки.

Исследования физической модели рабочего органа каналоочистителя с целью получения необходимых данных для теоретических выкладок был использован грунтовый лоток со специальной тележкой в лаборатории кафедры мелиоративных и строительных машин МГУП. Для решения задачи по выбору режимов работы ковша каналоочистителя, обеспечивающих минимальные энергозатраты и максимальную техническую производительность при установленной отбойной плите и минимальном ходе, необходимо определить зависимость между наполняемостью ковша и его ходом. Объектом исследования в нашем случае является ковш каналоочистителя. В общем виде математическое описание процесса представляется зависимостью:

У = Ь0 + ЬА + Ь2Х2+ Ь3Х,Х2, (4)

где У - оценка значений функции отклика; Ь0, Ьь Ь2, Ь3 - оценки коэффициентов уравнения регрессии. Оценки У и Ь; имеют практическую ценность только тогда, когда они будут состоятельными, эффективными, несмещенными и достаточными. В нашем случае использована матрица планирования полного двухфакторного эксперимента (т.е. т = 2; 22 = 4, количество опытов равно четырем, таблица 4), в качестве переменных факторов будут: Хг толщина стружки (см); Х2 - влажность грунта (%).

Основные характеристики плана многофакторного эксперимента 21 Таблица 4

Уровень факторов X, (си) Х2(%)

Базовый 6,0 17 (16.. .17)

Верхний 8,0 20 (19...20)

Нижний 4,0 12 (12...13)

Испытания проводились с моделью ковша уменьшенной в 2,5 раза и ее параметры таковы: Ум = 0,014 м3; Ьм = 0,16 м; Ьм = 0,23; Ц, = 0,32 м. Для того чтобы иметь возможность наблюдать наполнение ковша, одна его боковая стенка изготовлена из оргстекла. Для определения усилий копания использовались гензодатчики, установленные на раме с моделью, от которых сигнал поступает к

усилителю и далее к самописцу. Максимальный масштабный коэффициент Ki 2,5 при приближенном физическом моделировании определен (по Баловне! В.И.) предельно допустимым минимальным объемом грунта, взаимодействун щего с оборудованием (дV = 200 d3, где d - размер фракции грунта), и точн стыо методов измерения. Величины Yicp и SJ найдены из трех параллельнь опытов (табл.5).

План многофакторного эксперимента 22 и результаты опытов Таблица

№ Хо X, Х2 X, х2 Yji Yu Y* icp s?

1 + - — + 2,375 2,413 2,460 2,416 1,816

2 + . + - - 2,669 2,701 2,763 2,711 2,285

3 + - + - 2,401 2,473 2,475 2,450 1,807

4 + + + + 2,680 2,773 2,916 2,790 2,058

После того как проведена оценка значимости коэффициентов регрессии помощью критерия Стьюдента, уравнение регрессии (рис. 2) примет вид:

У = 2,59 +0,15 X, (

Проверка гипотезы об адекватности результатов эксперимента получе ному уравнению регрессии осуществлена по Р - критерию Фишера, в результа которой установлено что уравнение адекватно описывает процесс.

1 4,0

1 3,8

| 3,6

0

* 3,4

V

с 3,2

1 3,0

2 4 6 8 10

Толщина стружки, см

Рис. 2. Зависимость усилия копания от толщины стружки в заданш пределах при влажности V/ = 12% и прочности С = 3 уд.

На основе результатов экспериментальных исследований т.е. после ощ деления усилий копания для модели и пересчета их на натуру, установлю

иестимости ковшей 0,25; 0,30 и 0,40 м3 (табл. 6), далее исходя из того что шрина по дну у большинства осушительных каналов (см. глава 1) лежит в ределах 0,4...0,6 м соответствешю установлена ширина ковшей 0,4; 0,5 и 0,6 [. Толщина стружки определена по средним значениям толщины наносов на не осушительных каналов. Поскольку вместимость и ширина ковшей опреде-ены, то остается обосновать и выбрать длину и высоту.

Параметры ковшей каналоочистителя Таблица 6

¡местимость, м3 Ширина ковша, м Толщина снимаемой стружки, м Требуемый ход ковша для его заполнения, м Длина ковша, м Высота ковша, м

0,25 0,4 0,10 0,20 0,30 6,25 3,12 2,0 1,010 0,61

0,5 0,10 0,20 0,30 5,0 2.5 1.6 1,010 0,495

0,6 0,10 0,20 0,30 4,2 2,1 1,4 1,010 0,412

0,30 0,4 0,10 0,20 0,30 7,5 3,7 2,5 1,075 0,697

0,5 0,10 0,20 0,30 6,0 3,0 2,0 1,075 0,558

0,6 0,10 0,20 0,30 5,0 2.5 1.6 1,075 0,465

0,40 0,4 0,10 0,20 0,30 10,0 5,5 3,3 1,180 0,847

0,5 0,10 0,20 0,30 8,0 4,0 2,6 1,180 0,677

0,6 0,10 0,20 0,30 6,6 3,3 2,2 1,180 0,564

Длина определена по известной формуле Н.Г. Домбровского: L=1,46^,

где q- вместимость ковша м3. Но в связи с тем, что каналоочиститель может работать с различными типами грунтов формула (5) претерпела небольшие к менения касающиеся типов грунтов:

L= 1,40...1,52

где к - глины - 0,80... 0,90; пески - 0,90... 0,95.

Длина и высота ковшей для соответствующей вместимости уточнены э периментальио, благодаря возможности наблюдения образования призмы во. чения и наполнения внутри модели ковша через прозрачную боковую creí (табл. 6). Высота ковша ограничена тем, что при копании в определенный ? мент наполнение по высоте прекращается и перед ковшом образовывас призма волочения.

В результате проведенных технологических исследований получены за) снмости (рис. 3) объема призмы волочения и наполняемости ковша от его хс (длины набора грунта) при различной толщине стружки.

■ ....................... Г ............!

( ЬЪ£М призмы В Уо от вместимо >лочения а ти ковша 3

2 > 4

—О-Тстр = 8 см —О—Тстр = 6 см —ú—Гетр = 4 см —О-Тстр = 2 см —О—Тстр = 8 см —О—Тстр = 6 см —й—Тстр = 4 см -О-Тстр = 2 см

Длина набора грунта, м

Рис. 3. Зависимости объема призмы волочения и наполняемости ков1 каналоочистителя от длины набора грунта при влажности = 10% и прочное

С=3 уд.

В ходе экспериментов установлено, что перед ковшом при копании образовывается призма волочения. Используя зависимости (рис. 3) можно выбрать и обосновать режимы работы каналоочлстителя, помимо того определить место установки отбойной плиты для полного заполнения ковша при минимальном ходе. К примеру, по зависимостям при толщине стружки 8 см и длине набора грунта 1,57 м наполняемость ковша равна 90%, а объем призмы волочения при той же длине равен 20%, тем самым, установив отбойную плиту имешго на этом расстоянии Б от ковша, можно достичь полное наполнение ковша и даже появление "шапки" объемом 10... 15% от вместимости ковша. Аналогично определяется расстояние 8 для соответствующих толщин стружки.

Также на основе проведенных экспериментальных исследований предложено новое техническое решение ковша каналоочистителя. Предлагаемый ковш каналоочистителя включает днище с режущей кромкой, боковые степки, заднюю стенку, причем перед ковшом в плоскости боковых стенок установлен дополнительный рабочий орган выполненный в виде дисков с возможностью свободного вращения вокруг своей оси; диски жестко связаны посредством кронштейнов с боковыми стенками. Такое конструктивное решение ковша позволяет повысить качество и производительность за счет уменьшения тяговых сопротивлений использованием дисков, с помощью которых достигается свободное резание. При работе нового ковша толщина стружки должна быть меньше радиуса дисков.

В шестой главе проведен расчет экономической эффективности от внедрения нового ковша с оптимизировшшыми параметрами по сравнению с базовым рабочим органом.

1. Выявлено назначение и область применения новой техники (НТ) т.е. ковш с дисками. Главные показатели каналоочистителя это высокая производительность и качество работ.

2. Для сравнения в качестве базисного варианта принят каналоочиститель на гусеничном ходу РР-ЗОЗ.

3. Выявлены конструктивно-эксплуатационные особенности новой техш ки (НТ). Целью создания нового рабочего органа каналоочистителя являете улучшите технико-эксплуатационных показателей путем повышения произве дителыюсти и надежности. Для реализации поставленных задач намечены от дующие мероприятия по улучшению конструкции:

а) применение базового трактора с уширенными гусеницами с целью ув! личения устойчивости каналоочистителя;

б) применение для очистки дна каналов новых ковшей с дополнительным рабочими устройствами, предложенных в данной работе, с целью уменьшен! тяговых сопротивлений и соответственно увеличения производительности;

в) сокращение продолжительности рабочего цикла с новым ковшом до 50 <

В ходе экономического расчета для базовой и новой техники определен!

годовая эксплуатационная производительность; цена единицы конечной пр( дукции, производимой каналоочистителем; количество машино-часов работ каналоочистителя; годовые текущие издержки потребителя. И на основе эт* данных определен прирост экономического эффекта за счет использования н вого ковша каналоочистителя 16076,2 рубля в год.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. В процессе испытаний подтверждено главное достоинство каналооч] стителя РР-ЗОЗ - высокое качество работ. Речь идет не только о проведении к ких либо доделочных операциях, но и о значительном продлении сроков слу> бы каналов до капитального ремонта. Выявлены преимущества в стоимоа проводимых очистных работ каналоочистителя РР-303 с продольным движен ем ковша в жестких направляющих. Разница в затратах по сравнению с други\ типами машин, а именно МР-14 и КМ-82 составляет 40... 60%.

2. Определены максимальные усилия копания для модели ковша канал очистителя при различных толщинах стружки с последующим пересчетом их ]

атуру, используя теорию физического моделирования. И на основе этих дан-ых установлены вместимости ковшей.

3. Определены основные оптимальные параметры ковшей каналоочисти-еля (ширина, длина и высота).

4. Подтверждена и необходимость в установке отбойной плиты, что, без-словно, будет способствовать лучшему наполнению ковша, и исключит прошение грунта в момент его подъема. Все это, несомненно, влияет на производи-елыюсть.

5. Определены зависимости наполняемости ковша и объема призмы воло-[ения от длины набора грунта, на основании которых можно определить место становки отбойной плиты.

6. На основании проведенных экспериментальных исследовашш предло-кено новое техническое решение рабочего органа каналоочистителя - ковш с юпользованием дисков для достижения свободного резания, что позволит зна-гительно снизить тяговые сопротивления. Помимо того диски разрезают расти-ельность и тем самым повышают наполняемость ковша.

7. Для очистки существующих осушительных каналов с шириной по дну ЮО и 600 мм целесообразно применять каналоочиститель РР-303 с оптимизиро-(анными параметрами и дополнительными устройствами предложенными в денной работе, за счет которых можно снизить сопротивления резанию и увели-[ить качество проводимых работ (т.е. приблизить параметры дна каналов к конструктивным).

Основные положения диссертации изложен 1,1 в следующих статьях:

1. Методика проведения лабораторных исследований по определению ос-ювных параметров ковша каналоочистителя. МГУП-М.: 1997 г., с. 148.

2. Обоснование геометрических параметров ковша каналоочистителя РР-¡03. МГУП-М.: 1998 г., с. 168.

3. Обоснование геометрических параметров ковшей каналоочистител? продольной очисткой дна каналов. МГУП-М.: 1999 г., с. 136.

4. Положительное решение на патент РФ. Суриков В.В., Абдулмажид Х.А. "Ковш каналоочистителя" № 99108582/03 (009269).-М.: ФИГ1С, 1999 г.

5. Повышение эффективности работы ковша каналоочистителя. МГУГ М.: 2000 г., (в печати).

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКА МЕЛИОРАТИВНЫХ

СИСТЕМ ЗОНЫ ОСУШЕНИЯ

1.1. Характеристика естественно-производственных условий зоны осушения.

1.2. Номенклатура мелиоративных каналов, их геометрические параметры и состояние.

1.3. Основные виды и причины дефектов осушительных каналов.

1.4. Проблемы, связанные с очисткой дна мелиоративных каналов и особенности ремонта каналов осушительных систем.

1.5. Ежегодные объемы работ.

1.6. Периодичность очистки каналов.

1.7. Требования, предъявляемые к очистным машинам.

Выводы по первой главе.

ГЛАВА 2. МЕЛИОРАТИВНЫЕ МАШИНЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННО-РЕМОНТНЫХ

РАБОТАХ В ЗОНЕ ОСУШЕНИЯ

2.1. Классификация эксплуатационно-ремонтных машин.

2.2. Анализ конструкций эксплуатационно-ремонтных машин.

2.3. Конструктивные и технологические особенности рабочих органов каналоочистительных машин.

2.3.1. Многоковшовый рабочий орган (каналоочистители типа ЭМ-152Б, ЭМ-202).

2.3.2. Скребковый рабочий орган (каналоочиститель типа Д-490).;.

2.3.3. Фрезерный рабочий орган (каналоочистители типа КОБ-1,5, МР-7, МР-14, М-16).

2.3.4. Ковшовые очистители.

2.3.5. Ковшовые очистители с продольным, по оси канала движением ковшей.

Выводы по второй главе.

ГЛАВА 3. ПРОЦЕСС РЕЗАНИЯ И КОПАНИЯ НАНОСНЫХ

ГРУНТОВ В КАНАЛАХ

3.1. Резание и копание грунтов ковшовыми рабочими органами.

3.2. Теоретические и экспериментальные исследования копания.

3.3. Влияние схемы взаимодействия рабочего органа с грунтом на усилие копания.

3.4. Оценка проведенных исследований и обоснование путей дальнейших действий направленных на усовершенствование и создание новых машин.

Выводы по третьей главе.

ГЛАВА 4. КАНАЛООЧИСТИТЕЛЬ С ПРОДОЛЬНЫМ, ПО ОСИ КАНАЛА, ДВИЖЕНИЕМ КОВША В ЖЕСТКИХ НАПРАВЛЯЮЩИХ, КАК ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ

4.1. Эксплуатационные, экономические, качественные показатели каналоочистительных машин и обоснование направленности исследований.

4.2. Определение технико-эксплуатационных и экономических показателей работы каналоочистителя РР-303.Щ

4.3. Обоснование геометрических параметров ковшей для очистки дна каналов проводящей сети.

Выводы по четвертой главе.

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ПРОЦЕССА КОПАНИЯ.

5.1. Методика исследования и применяемая аппаратура.

5.2. Планирование эксперимента.

5.3. Лабораторные исследования с модельными и натурными образцами ковшей.

5.4. Результаты исследований и сопоставление экспериментальных данных с расчетными.

Выводы по пятой главе.

ГЛАВА 6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КАНАЛООЧМСТИТЕЛЯ С НОВЫМИ КОНСТРУКТИВНЫМИ РЕШЕНИЯМИ

И ПАРАМЕТРАМИ КОВШЕЙ

6.1. Выявление назначения и области применения НТ.

6.2. Выбор базисного варианта.

6.3. Выявление конструктивно-эксплуатационных особенностей новой техники.

6.4. Исходные данные для расчета.

6.5. Определение цены единицы конечной продукции.

6.6. Определение годовой эксплуатационной производительности.

6.7. Определение годовых текущих издержек потребителя.

6.8. Определение хозрасчетного экономического эффекта.

АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Основа технической эксплуатации мелиоративных систем - это проведение необходимых работ по содержанию и ремонту их элементов с целью поддержания систем в работоспособном состоянии.

Очистка каналов осушительной системы от наносов - наиболее ответственная и трудоемкая операция. Механизация проведения этих работ непростое с технологической стороны и дорогостоящее мероприятие, связанное с созданием и качественным изготовлением целого комплекса машин, способных проводить ремонтные работы в самых разнообразных естественно-производственных условиях.

Особенно остро стоит вопрос с механизацией проведения текущих ремонтов, когда очистке подвергается только дно канала. Эта операция, с точки зрения эффективности работы системы, имеет решающее значение.

В нашей стране, начиная с 60-х годов, создано немало различных типов мелиоративных машин, в том числе очистных. За время их эксплуатации в достаточной мере определены их достоинства и недостатки, однако, в их оценке выявлено и немало противоречий. Сегодня, после почти десятилетнего перерыва в выпуске каких-либо машин для мелиорации необходимо обосновать дальнейшие шаги в этой области, а именно решить вопросы о возобновлении выпуска машин или замене их на новую технику, определив тем самым главные направления в конструкторских работах.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ. Повышение эффективности механизации эксплуатационно-ремонтных работ на осушительных системах, обратив внимание на главные приоритеты: качество, производительность и стоимость работ.

Для достижения этой цели поставлены следующие задачи:

1. Охарактеризовать естественно-производственные условия зоны осушения на примере функциональной классификации объектов осушительных систем.

2. Провести анализ конструкций каналоочистительных машин с точки зрения их технологических возможностей.

3. Определить технико-эксплуатационные и экономические показатели машин, предназначенных для очистки дна каналов при проведении текущих ремонтов.

4. Установить приоритеты машин в различных условиях эксплуатации.

5. Провести теоретические и экспериментальные исследования позволяющие обосновать основные параметры рабочего органа в машинах с продольным движением ковша в жестких направляющих.

6. Предложить и обосновать конструкционные схемы новых машин для рекомендации их выпуска в ближайшие годы.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ. Решение поставленных задач было осуществлено посредством теоретических и экспериментальных исследований. Расчеты по технико-эксплуатационным и экономическим показателям машин и установлению приоритетов были выполнены с применением ЭВМ.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. На защиту выносятся следующие наиболее существенные результаты, определяющие научную новизну:

1. Постановка задачи и результаты расчетов по определению технико-эксплуатационных и экономических показателей каналоочистителей.

2. Предложена физическая модель рабочего органа с использованием теории приближенного физического моделирования (по В.И. Баловневу).

3. Результаты экспериментальных исследований по обоснованию параметров рабочего органа каналоочистителя с продольным движением ковша в жестких направляющих.

4. Даны рекомендации по организации работ и рациональному использованию машин.

5. Предложены, для дальнейшей разработки в КБ, конструктивные схемы ковшей с уточненными параметрами. Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается теоретическими и экспериментальными исследованиями, а также официальными документами.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ.

1. Производственные организации получают возможность обоснованно выбирать типы каналоочистительных машин в зависимости от условий эксплуатации и планировать рациональное использование их на объектах мелиоративных систем.

2. Землепользователи могут выбирать наиболее выгодные для своего хозяйства организационные варианты, т.е. приобретать ли очистные машины в собственность, использовать их на условиях аренды или поручить, на условиях подряда, провести все операции по уходу за сетью специализированным предприятиям.

3. Заводы-изготовители могут обоснованно планировать выпуск каналоочистительных машин, как по типам, так и по объемам.

4. Конструкторские организации получают подтверждение выбранных направлений и могут использовать их при создании новой техники.

5. Планирующие организации смогут обосновать финансирование землепользователей в виде выдачи кредитов, организации прокатных пунктов или создании специализированных эксплуатационно-ремонтных станций ведущих работы на условиях подряда.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Каналоочиститель с продольным движением ковша в жестких направляющих с измененными по результатам данной работы параметрами одобрен МСХиП РФ.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации доложены и одобрены на научно-технических конференциях Московского государственного университета природообустройства в 1997, 1998 и 1999 годах. 8

ПУБЛИКАЦИИ. Тезисы докладов научно-технических конференций проходивших в МГУП 1997 - 1999 годах.

1. Методика проведения лабораторных исследований по определению основных параметров ковша каналоочистителя. Тезисы докладов научно-технической конференции. МГУП-М.: 1997 г., с. 148.

2. Обоснование геометрических параметров ковша каналоочистителя РР-303. Тезисы докладов научно-технической конференции. МГУП -М.: 1998 г., с.168.

3. Обоснование геометрических параметров ковшей каналоочистителя с продольной очисткой дна каналов. Тезисы докладов научно-технической конференции. МГУП-М.: 1999 г., с. 136.

4. Положительное решение на патент. Суриков В.В., Абдулмажидов Х.А. "Ковш каналоочистителя", № 99108582/03 (009269). - М.: ФИПС, 1999 г.

5. Повышение эффективности работы ковша каналоочистителя РР-303.(В печати).

1. ХАРАКТЕРИСТИКА МЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ ЗОНЫ

ОСУШЕНИЯ

Механизация эксплуатационно-ремонтных работ на мелиоративных системах является непростой проблемой. Трудности вызваны в первую очередь разнообразием естественно-производственных условий. Специфика географических зон, различия в геометрических размерах каналов, размещение их на местности, удельные объемы заиления и наносов, плотность и характер зарастания дна и откосов растительностью предопределяют комплексы специальных машин с широким диапазоном конструктивных схем и параметров рабочих органов.

Мелиоративные организации являются составной частью общей системы, образующей природно-хозяйственный комплекс мелиорации и водного хозяйства, входящий в систему более высокого порядка - агропромышленный комплекс.

В рамках глобальной проблемы АПК страны главная задача всего комплекса мелиорации и водного хозяйства может быть сформулировано как "повышение плодородия почв без нанесения ущерба окружающей среде". При этом требования, предъявляемые к мелиоративной технике предназначенной для выполнения системных целей мелиоративной сферы АПК также должны носить системный характер.

Для мелиоративной техники эти требования можно записать в следующем виде:

- эколого-технические и технологические требования, заключающиеся в достижении техникой установленных качественных показателей выполнения работ в рамках общей технологической цепи мелиоративных предприятий, с учетом достижения как количественных, так и соблюдения экологических требований с целью исключения неблагоприятных антропогенных воздействий на окружающую среду;

- эксплуатационные требования, заключающиеся в улучшении основных показателей машин, в первую очередь за счет роста производительности машин и сокращения обслуживающего персонала.

Положение усугубляется различным состоянием каналов: деформированным профилем, изменением уровня воды в течение сезона - от паводка до полного высыхания, засоренностью русла камнями и погребенной древесиной. Наконец, затрудняют механизированную очистку многочисленные сооружения на каналах: мосты, затворы, водовыпуски и т.п. Нередко затруднены подходы к каналам. Это может носить постоянный характер, например, близость лесного массива, строений и т.д. и временный. В последнем случае ограничения, как правило, связаны с посевами, когда запахиваются дороги вдоль каналов и бермы вплоть до самых бровок.

Совершенно очевидно, что при комплектовании парка должны учитываться все основные производственные и природные условия, и произведена оценка влияния тех или иных факторов на технологические свойства очистных машин.

Прежде всего, необходимо различать зоны орошения и осушения. Различия зон, с точки зрения механизации [37] достаточно велики. Это относится к номенклатуре эксплуатационных операций, конструктивным формам каналов, соотношению их геометрических размеров, удельным объемам очистки, видам растительности, засоряющим русла и дополнительным ограничениям, связанным с шириной дамб, подходам к каналам, наличием креплений и антифильтрационных покрытий и т.д.

Очевидно, что необходимо располагать двумя комплексами машин - для зоны осушения и для зоны орошения.

Разумеется, что отдельные машины или рабочие органы каждой из систем могут оказаться достаточно идентичными, но в целом следует ожидать создание совершенно самостоятельных комплексов.

В данной работе поставлена задача, предложить и обосновать комплекс машин для проведения эксплуатационно-ремонтных работ на каналах, обслуживающих мелиоративные системы в зоне осушения, поэтому сбор материалов по естественно-производственным условиям проведен именно по этой зоне.

За основу был взят обширный материал, собранный кафедрой мелиоративных и строительных машин МГУП в 1970. 1975 г.г. по России, Белоруссии и Латвии. На этой базе данных и произведены технико-экономические расчеты.

Практика содержания мелиоративных систем зоны осушения показывает, что эксплуатационные работы следует разграничить на ежегодные, называемые "уходом" и ремонты, необходимость в которых возникает периодически раз в несколько лет. Такие ремонты получили название "текущих".

Название "уход" получило [69] распространение в те же годы, когда практически все ежегодные работы выполнялись вручную, силами русловых ремонтеров. Ручной труд обеспечивал очень тщательное проведение работ и по окашиванию, и по удалению наносов со дна канала с восстановлением дернового покрова на поврежденных участках откосов. Если говорить о каналах регулирующей и проводящей сетей, то при ручном обслуживании другие ремонты как текущий, так и капитальный сводились к минимуму и составляли за сезон 1,5.3,0% от всех объемов. Причем эти цифры складывались, главным образом, из аварийных объемов в результате обрушений, оползней, завалов после интенсивных паводков, ливневых дождей и т.п.

Опыт работы русловых ремонтеров показал, что если операции ухода за каналами проводятся особенно тщательно, как это имело место в ряде областей России и Прибалтике, необходимость в капитальных ремонтах каналов практически отпадает.

Годовые задания русловых ремонтеров в зоне осушения состояли из обслуживания 8. 12 км каналов и сооружений на них. В обслуживание входило: очистка русла, скашивание и удаление растительности, ремонт креплений и одерновки, а также работы (плотницкие, бетонные, земляные), связанные с ремонтом сооружений и дорог. Разнообразие операций, выполняемых русловыми ремонтерами, создает немалые трудности попыткам механизировать их труд. Какая-то часть работ, безусловно, останется за ручным трудом, однако главные и наиболее трудоемкие операции технического ухода за каналами необходимо полностью механизировать. Оптимальное решение этой проблемы и должно в значительной степени снизить расходы на эксплуатацию осушительных систем.

Однако, на сегодняшний день эту проблему нельзя считать окончательно решенной. Несмотря на обширную номенклатуру новых каналоочистительных машин выпускаемых серийно, несмотря на непрерывный количественный рост очистной техники, эксплуатационники продолжают настаивать на создании новых конструкций и типоразмеров машин, ссылаясь на производственные и экономические соображения.

Рассмотрим, в чем заключаются главные особенности решаемой задачи.

1. В существующих машинах в качестве главного параметра, определяющего типоразмер машины, выбрана глубина очищаемого канала. Это правомерно для машин, предназначенных для строительства, реконструкции и капитальных ремонтов. В этих случаях с увеличением глубины канала увеличивается и объем удаляемого грунта, что в свою очередь отражается на производительности, мощности, массе и стоимости машины. Так, используя примеры выполненных конструкций машин, предназначенных для капитального ремонта каналов глубиной 1,5 м, к машинам для 3-х метровых каналов сопровождается 3.5 кратным увеличением их массы и стоимости. Однако только при полной реализации энергетических возможностей более мощной и тяжелой машины и ее достаточной загрузке можно добиться приемлемой стоимости ее эксплуатации.

Совсем иная картина будет иметь место при попытке механизировать операции, входящие в номенклатуру работ по уходу. Например, при очистке дна от наносов и заиления. Здесь глубина не может служить главной характеристикой канала, ибо нет прямой связи между этим параметром и удельными объемами наносов. При одной и той же ширине каналов по дну или небольшой разнице в этих размерах, что характерно для осушительной сети, удельные объемы заиления каналов глубиной в 1 или 3 м могут оказаться примерно равными.

2. Средние удельные объемы ежегодных работ по удалению наносов чрезвычайно малы [69, 34] и составляют у большинства каналов от 0,02 до о

0,10 м на 1 метре длины. Это соответствует толщине стружки 5. 15 см. Понятно, что такие каналоочистительные машины как многоковшовые экскаваторы поперечного копания типа ЭМ-152, ЭМ-202 или роторный МР-16 на этих работах окажутся не эффективными и дорогостоящими.

Расчеты показывают, что оптимальные мощности машин для очистки дна осушительных каналов лежат в интервалах - для каналов регулирующей сети -10. 14 кВт, а для проводящей сети - 18.25 кВт.

Заметим также, что заиление и наносы распределяются по длине каналов крайне неравномерно. Для проводящей сети, например, максимальные объемы, сосредоточены обычно в зонах, близких к устьям дрен или открытых осушителей. В то же время в других частях каналов объемы наносов могут быть в несколько раз меньше, а в отдельных случаях совсем незначительны. Такая же картина наблюдается на каналах регулирующей сети, где необходимость в очистке возникает главным образом на нижних отметках. Использование в таких условиях мощных высокопроизводительных очистных машин обязательно приведет к большим потерям, связанным не только с недогрузкой машин, но и увеличением транспортных (холостых) пробегов.

3. Одной из главных операций ухода является скашивание растительности с откосов, дна и берм каналов. Есть мнение, что проведение этих операций может быть осуществлено каналоочистительными машинами землеройного типа, используемых как базовые шасси, путем навески сменных рабочих окашивающих органов. Такие органы, в свое время, предусматривались на каналоочи-стителях ЭМ-202. Были и попытки совместить косилку с одноковшовым экскаватором. Это выполнено в частности на машине КМ-82. Расчеты показывают, что путь этот не самый лучший.

4. Естественно-производственные условия мелиоративных систем настолько разнообразны, особенно это касается геометрических размеров каналов, что решать проблемы очистки можно только комплексом машин различных типоразмеров. Поэтому, прежде всего, следует обозначить главные зоны и характеристики их естественно-производственных условий.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. В процессе испытаний подтверждено главное достоинство каналоочистителя РР-303 - высокое качество работ. Речь идет не только о проведении каких либо доделочных операциях, но и о значительном продлении сроков службы каналов до капитального ремонта. Выявлены преимущества в стоимости проводимых очистных работ каналоочистителя РР-303 с продольным движением ковша в жестких направляющих. Разница в затратах по сравнению с другими типами машин, а именно МР-14 и КМ-82 составляет 40. 60%.

2. За два с лишним года эксплуатации каналоочистителя на системах "Ярославмелиорация" не произошло ни одной существенной поломки машины, что, безусловно, подтверждает ее исключительную надежность.

3. Определены максимальные усилия копания для модели ковша каналоочистителя при различной толщине стружки с последующим пересчетом их на натуру, используя теорию физического моделирования. И на основе этих данных установлены вместимости ковшей.

4. Определены основные оптимальные параметры ковшей каналоочистителя (ширина, длина и высота).

5. Подтверждена и необходимость в установке отбойной плиты, что, безусловно, будет способствовать лучшему наполнению ковша, и исключит просыпание грунта в момент его подъема. Все это, несомненно, скажется и на производительности.

6. Определены зависимости наполняемости ковша и объема призмы волочения от длины набора грунта, на основании которых можно определить место установки отбойной плиты.

7. На основании проведенных экспериментальных исследований предложено новое техническое решение рабочего органа каналоочистителя - ковш с использованием дисков для достижения свободного резания, что позволит значительно снизить тяговые сопротивления и повысить качество проводимых

142 работ. Кроме того, диски разрезают растительность и дерн и тем самым повышают наполняемость ковша.

8. Для существующих осушительных каналов с шириной по дну 400 и 600 мм целесообразно применять каналоочиститель РР-303 с оптимизированными параметрами и дополнительными устройствами (дисками), предложенными в данной работе. За счет снижения тяговых сопротивлений можно повысить производительность и качество очистки (т.е. максимально приблизить параметры очищаемых каналов к конструктивным). Для каналов с шириной по дну 800 мм и более рекомендуется использовать ковш шириной 400 мм в два прохода.

9. В ходе экономического расчета для базовой и новой техники определены: Годовая эксплуатационная производительность; цена единицы конечной продукции, производимой каналоочистителем; количество машино-часов работы каналоочистителя; годовые текущие издержки потребителя. И на основе этих данных определен прирост экономического эффекта за счет использования нового ковша каналоочистителя 16076,3 рубля.

143

1. A.c. № 606941 (СССР). Ковш землеройно-транспортной машины. Гантман В.Б., Леонтьев Ю.П., Андросов В.В., Васильев А.В.-Опубл. 15.05.78. Б.№ 18.

2. A.c. № 569688 (СССР). Ковш планировщика. Андросов В.В., Васильев A.B., Гантман В.Б. и Леонтьев Ю.П. Опубл. 25.08.77. Б. № 31.

3. A.c. № 610929 (СССР). Ковш экскаватора-драглайна. Манакин А.П., Анто нов В.А., Алексеенко A.EL, Сахаров E.H. и Скляров В.Н. Опубл. 15.06.78. Б. № 22.

4. A.c. № 676693 (СССР). Ковш экскаватора драглайна. Демин A.A., Кочетов E.H., Балаховский М.С. и Кузнецова Н.И. Опубл. 30.07.79. Б.№ 28.

5. A.c. № 941464 (СССР).Способ очистки каналов. Бадаев Л.И., Кременецкий H.H., Мишин В.А., Орлова М.М. и Бородулина Л.Т.- Опубл. В Б.И., 1982 г., Б. № 25.

6. Агароник М.Я. Исследование и определение параметров ковшей обратных лопат экскаваторов с гидравлическим приводом. Дис. канд. техн. наук.-М.: ВНИИСтройдормаш, 1974 г.

7. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. Изд.2, Наука,-М.:1976 г., 276 с.

8. Айзенпггок И.Я. Физическая теория резания грунтов. В сб.: Резание грунтов, АН СССР, 1952 г.

9. Артемьев К.А. Теория резания грунтов землеройными машинами. -Новосибирск, 1978 г.-ЮЗ с.

10. Ю.Базарбаев Т.Б. Исследование и обоснование основных параметров рабочего органа для очистки внутрихозяйственных каналов. -Автореф. дис. канд. техн. наук. -Ташкент, 1975 г.-23 с.

11. Баловнев В.И. Вопросы подобия и физического моделирования землеройно -транспортных машин. -М.: ЦНИИТЭСтроймаш, 1968 г. 89 с.

12. Баловнев В.И. Новые методы расчета сопротивлений резания грунтов. -М.: Росвузиздат,1963 г. 96 с.

13. Баловнев В.И. Моделирование процессов взаимодействия со средой рабочих органов дорожно строительных машин. - М.: В.Ш., 1981 г. - 335 с.

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

15. Баловнев В.И. Физическое моделирование резания грунтов. -М.: Машиностроение, 1969 г. -159 с.

16. Баловнев В.И., Федоров Д.И. Разработка грунтов землеройными машинами под водой. Строительные и дорожные машины, 1979 г., № 5, с.5-7.

17. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. -М.: Колос, 1973 г. -199 с.

18. Вентцель Е.С. Исследование операций. М.: Издательство советского радио, 1972 г.-551 с.

19. Ветров Ю.А. К вопросу об определении сопротивления грунтов резанию. -Строительные и дорожные машины, 1957 г. № 1

20. Ветров Ю.А. Расчет сил резания и копания грунтов. Киев: Киевский университет, 1965 г. -168 с.

21. Ветров Ю.А. Резание грунтов землеройными машинами. -М.: Машиностроение , 1971 г.-360 с.

22. Волков Д.П., Крикун В.Я., Тотолин П.Е. и др. Машины для земляных работ. -М.: Машиностроение, 1992 г. 448 с.

23. Гидротехника и мелиорация. Работы молодых ученых. М.: Колос, 1968 г.

24. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. -М.: Высшая школа, 1997 г. 479 с.

25. Горячкин В.П. Собрание сочинений. Том 2.- М.: Колос, 1968 г. 455 с.

26. Добронравов С.С., Сергеев В.П. Строительные машины. М.: Высшая школа. 1981 г.-320 с.

27. Домбровский Н.Г. Сопротивление грунта копанию при работе одноковшового экскаватора. В кн.: Резание грунтов. -М.: АН СССР, 1951 г., с. 42-75.

28. Домбровский Н.Г., Картшевелишвшш Ю.Л., Гальперин М.И. Строительные машины. Часть 1. -М.: Машиностроение, 1967 г. 391 с.

29. Зеленин А.Н. Основы разрушения грунтов механическими способами. -М.: Машиностроение, 1968 г. 370 с.

30. ЗО.Зеленин А.Н. Основы физической теории резания грунтов экскавационными машинами. В кн.: Резание грунтов .- М.: АН СССР, 1954 г., с 104-134.

31. Зеленин А.Н. Физические основы теории разрушения грунтов. -М.: АН СССР, 1950 г.-354 с.32.3еленин А.Н., Баловнев В.И., Керов И.П. Машины для земляных работ. М.: Машиностроение, 1975 г. - 422 с.

32. Зеленин А.Н., Карасев Г.Н., Красилышков Л.В. Лабораторный практикум по резанию грунтов. -М.: Высшая школа, 1969 г. 310 с.

33. Иванов Е.С., Ачкасов Г.П. Организация и технология ремонтных работ на мелиоративных системах. -М.: Колос, 1997 г. 256 с.

34. Инструкция по определению экономической эффективности новых строительных, дорожных, мелиоративных машин, противопожарного оборудования, лифтов, изобретений и рационализаторских предложений. -М.: ЦНИИ-ТЭСтроймаш, 1978 г. 253 с.

35. Канторер С.Е. Строительные машины и экономика их применения. -М.: Высшая школа, 1973 г. 528 с.

36. Костяков А.Н. Основы мелиорации. 6-е изд. доп. и переработ. -М., Сельхоз-гиз, 1960 г., 620 с.

37. Крылов A.M., Семашко B.C., Панкрашин П.В. Методы определения емкости ковшей одноковшовых экскаваторов. Строительные и дорожные машины, 1977 г., № 5,- с.6.

38. Кузин Ф.А. Кандидатская диссертация. Методика написания, правила оформления и порядок защиты. -М.: Ось-89,1998 г. 208 с.

39. Летошнев М.Н. Сельскохозяйственные машины. Сельхозгиз, 1955 г. 20с.

40. Листопад Г.Е., Шаршак В.К., Сконодобов В.В. Мелиоративные орудия для устройства временной оросительной сети (теория и расчет). М.: Агропром-издат, 1986 г. - 128с.

41. Марченко В.П. Некоторые результаты лабораторных исследований процесса и рабочих органов для подводной разработки грунтов. В кн.: Гидромеханизация при разработке тяжелых грунтов. -М., ЦНИИТЭСтр., 1968 г., с. 144154.

42. Машины для земляных работ. Под ред. докт. техн. наук Ветрова Ю.А. Киев, "Вища школа", 1976 г.

43. Машины и оборудование для строительства мелиоративных систем. Отраслевой каталог. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1986 г. - 212 с.

44. Мелиоративные и строительные машины. Васильев Б.А., Мер И.И. и др. -М.: Агропромиздат, 1986 г. 431 с.

45. Мелиоративные машины. Под ред. канд. техн. наук И.И. Мера. М.: Колос, 1980 г.-346 с.

46. Методические указания по определению экономической эффективности новой строительной, дорожной и мелиоративной техники. НПО по строительному и дорожному машиностроению. -М.: 1990 г.

47. Моисеенко В.Г. Проявление масштабного эффекта при резании грунтов. Сб.'Торные, строительные и дорожные машины", вып.4,- Киев, Техника, 1966 г.

48. Нгуен Суан Фонг. Исследование сопротивления копанию грунтов повышенной влажности ковшом обратной лопаты. Дис. канд. техн. наук. -М.: МИ-СИ, 1969 г.

49. Недорезов И. А. Повышение производственного потенциала земляных машин на основе создания новых рабочих органов. Дис. докт. техн. наук. -М.: ЦНИИС, 1972 г. - 336 с.

50. Недорезов И.А. Распределение грунтов по трудности разработки землеройными машинами. Строительные и дорожные машины , 1973 г., № 7, с.5-6.

51. Недорезов И.А. Худайберенов М.Ч. Ковш обратной лопаты для очистки бетонных поверхностей каналов от наносных грунтов. Строительные и дорожные машины, 1983 г., № 6, с.11-12.

52. Павлов В.П. Исследование и оптимизация конструктивно технологических параметров обратной лопаты экскаваторов с гидравлическим приводом. Дис. канд. техн. наук. -М.: МАДИ, 1982 г. - 213 с.

53. Павлов В.П., Живейнов H.H., Карасев Г.Н. Проектирование одноковшовых экскаваторов с применением ЭВМ и САПР. Изд-во Красноярского университета. Красноярск, 1988 г. -188 с.

54. Палеха М.М. Исследование процесса очистки осушительных каналов шнеко-роторным рабочим органом на полях добычи торфа. Автореф. дис. канд. техн. наук. - Калинин, 1975 г. - 21 с.

55. Патент № 2010922 (РФ). Ковш экскаватора — драглайна. Мордухович И.Л., Кабанов В.И., Скубаев В.И., Беляков H.H. и Расторгуев B.C. Опубл. 15.04.94. Б. №7

56. Петров Л.И. Исследование и обоснование параметров и режимов работы комбинированного фрезерно роторного рабочего органа к каналоочисти-тельным машинам. - Автореф. дис. канд. техн. наук. - Ленинград, Пушкин, 1980 г. - 18 с.

57. Практикум по мелиоративным машинам. Под ред. канд. техн. наук Ю.Г. Ре-вина. -М.: Колос, 1995 г. 288 с.

58. Пустыльник Е.И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. -М.: Наука, 1968 г. 288 с.

59. Ребеко JI.B., Кириллов Г.В. Определение емкости ковша гидравлического экскаватора с учетом устойчивости при копании. Строительные и дорожные машины, 1977 г., № 7, с.23-24.

60. Ребров A.C. К вопросу повышения производительности одноковшовых строительных экскаваторов. C6.IX ВНИИСтройдормаш. -М.: Машгиз. 1954 г.

61. Руднев В.К. Исследование процесса резания и определение рациональной формы режущей кромки в случае полусвободного резания грунтов. Дис. канд. техн. наук. Харьков, 1956 г. 200 с.

62. Руднев В.К. О коэффициенте сопротивления грунта резанию и мощности, расходуемых при резании грунта вскрышным роторным экскаватором. -В сб.: Горные, Строительные и дорожные машины. Вып.1, Киев, 1965 г.

63. Сельскохозяйственные гидротехнические мелиорации. Богушевский A.A., Голованов А.И., Кутергин В.А. и др. Под ред. Маркова Е.С. М.: Колос, 1981 г. -375 с.

64. Система машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства на 1986 -1995 годы. Часть III, мелиорация. -М.: АгроНИИТЭШТО, 1988 г.

65. Скокан А.И., Гриф М.И., Каран Д.И. Планирование экспериментальных исследований в дорожном и строительном машиностроении. М.: ЦНИИТЭ-Строймаш, 1974 г. - 74 с.

66. Справочник мелиоратора. -М.: Россельхозиздат, 1976 г.

67. Справочник по механизации мелиоративных работ. Под ред. канд. техн. наук Томина Е.Д. -М.: Колос, 1974 г. -375 с.

68. Суриков В.В. Мелиоративные работы зимой. М.: Колос, 1980 г. - 270 с.

69. Турецкий P.JI. Механизм процесса резания грунта и структурные формулы усилия резания. Механизация и электрификация сельского хозяйства. Сб. трудов ЦНИИМЭСХ нечерноземной зоны СССР, вып. ХШ, Минск, 1976 г., с. 190-206.

70. Уродов В.И. Физические основы глубокого резания грунтов. Минск: Наука и техника, 1972 г. - 225 с.

71. Уродов В.И. Физические особенности теории глубокого резания почвогрун-тов. Витебск, 1974 г. - 75 с.

72. Федоров Д.И. Рабочие органы землеройных машин. М.: Машиностроение, 1977 г.-288 с.

73. Холодов A.M., Руднев В.К. О возможности снижения сопротивления копанию грунтов. Строительные и дорожные машины, 1971 г., № 9, с.23-24.

74. Хомяков А.Т. Изыскание и исследование рабочего органа каналоочиститель-ной машины для регулирующей открытой осушительной сети. -Автореф. дис. канд. техн. наук. -Минск, 1969 г. 27с.

75. Худайберенов М.Ч. Исследование процесса резания наносных отложений при очистке бетонированных каналов. -В сб. Мелиорация орошаемых земель в Туркменистане. -Ашхабад, 1978 г., с. 197-200.

76. Худайберенов М.Ч. Обоснование конструкции и параметров ковшового рабочего органа экскаватора для разработки заросших наносных грунтов на бетонных поверхностях. Дис. канд. техн. наук. -Ашхабад, 1983 г.

77. Царевский В.М. Гидромеханизация мелиоративных работ. -М.: Сельхозгиз, 1969 г.-136 с.

78. Шаршак В.К., Сконодобов В.В. Рекомендации к проектированию рабочих органов мелиоративных почвообрабатывающих машин. -Новочеркасск, ЮжНИИГиМ, 1977 г. 44 с.

79. Шаталов A.A. Исследование процесса подводного резания связных грунтов шельфовой зоны. Дис. канд. техн. наук. -Одесса, ОИСИ, 1980 г. - 195 с.

80. Dinglinger Е. Uber dem Grabenwiederstand beim Graben. Fordertechnick und Frachtwerkehr, 1929, Bd 22, № 2-10.

81. Rathje J. Der Schurfwiederstand beim Schrapperbetrieb. Fordertechnick und Frachtwerkehr, 1932, Bd 25, № 5.