автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Определение параметров и режимов работы сегментного рабочего органа для статического уплотнения грунтов в труднодоступных местах

г

ЧЬ** АЛДПЦ

МОСКОВСКИЙ

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукопиоа

АЛИМОВ Бохадшр Джура евич

I

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ СЕГМЕНТНОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА ДЛЯ СТАТИЧЕСКОГО УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВ В ТРУДНОДОСТУПНЫХ МЕСТАХ

05.05.01 - Дорожные в отроагельныэ наивны

Автореферат

диосартации на ооиокавве ученой отепенв кандидата технвчеоквх наук

J

Г "1

Работа выполнена в Таикентокоы авгоыобильно-дорожном ннотитуте.

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доценг А.Б.Ермилов

Официальные оппоненты - доктор гехничеоких наук,

профеооор И.А.Недорезов

кандидат гехничеоких наук, доценг Г.В.Куотарев

Ведущая организация - Центральный научно-иооледовательокий

инотитут организации, механизации и гехничеокой помощи отроительотву

Защита ооотоитоя .1992 г. в /^чаоов

на заоедании специализированного Совета К-053.30.11 в Мооков-окоы ордена Трудового Красного Знамена автоыобильно-дорожноы ивотатуте по адреоу: 125829, Мооква, ГСП-47, Ленинградокий проопекг, 64, МАДИ, ауд. Чс. .

С диооертацией можво озвакомитьой в библиотеке МАДИ.

Автореферат разоолан " $ " и40НЛ 1992 г.

Отзывы предотавлять в двух экземплярах о подпиоьв, заверенной печать».

Телефон для оправок 155-03-28.

Ученый оекретарь специализированного Совета К-053.30.II

кандидат технических наук, доцент Г.С.Мирзоян

I__I

г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современное состояние отечественной экономики предполагает коренное обновление гэхники я технологических процессов во всех отраслях производства. Такое обновление может осуществляться путем строительства новых производог^ венных предприятий о современными технологическими линиями, что требует больших капиталовложений, или полную или частичную реконструкцию и совершенствование действующих предприятий, машинного парка а оборудования. При проведении строительно-монтажных работ в условиях действующих предприятий значительная чаоть объема земляных работ выполняется в строго ограниченных в пространстве стесненных условиях и труднодоступных местах. К таким работам отнооягся устройство оснований под фундаменты, прокладка инженерных коммуникаций и пр. При этом уплотнение грунтов обратных заоыпок.занимает важное место в технологическом процесое строительства, от Качественного выполнения которого зависит срок службы сооружаемых объектов. В связи о этим являотоя актуальной проблема уплотнения грунтов в груднодоогуп-ных местах.

Нелью работы является определение рациональных параметров, режимов работы и эффективности сегментного рабочего органа для отатического уплотнения грунтов в труднодоступных местах.

Методы исследований. Для реализации поставленной цели работы в чаота тооретичеоких исследований иопользовалиоь следующие методы: •

математическое а физическое моделирование рабочих процессов взаимодействия уплотняющего сегментного органа о грунтом ;

машинный эксперимент на ПЭВМ типа IBM PC/XT/AT по разработанным математическим моделям ;

ыногофакторное планирование и статиогичеокая обработка экспериментальных данных.

В экспериментальных исследованиях применялись современные методы моделирования и измерений параметров рабочего про. цесса уплотнения грунта сегментным рабочим органом.

Объект исследования: при проведении исследований использовалась физические «асатабные модели сегментного рабочего органа.

L J L3J

г п

Положения, защищаемые в работа, их научная новизне:

анализ принципиально нового процеооа отатичеокого уплогне-аая грунта знакопеременный угловым перемещением оегыевсного рабочего органа ;

результаты теоретических иооледований по определение рациональных параметров и режимов работы уплотняющего оегментного рабочего органа (статичеокая пригрузка, радиуо кривизны образующей поверхности оегмента, частота качаний рабочего органа) ;

результаты теоретьчеоких и экспериментальных исследований по определению влияния параметров оегыентного рабочего органа в режимов его рабосы на эффективность процеооа уплотнения грунтов ;

методики физического моделирования в инженерного расчета рациональных параметров и режимов работы оегментного рабочего органе ;

рекомендации по выбору рациональной конструктивной схемы оегыентного уплотнителя ; '

методика оценки и прогнозирования эксплуатационной производительности при выполнении раооредоточенных объемов работ.

Практическое значение работы определяется возможностью Механизации ручного груда, повышением производительности и онижением удельных 8атрат при уплотнении грунтов обратной за-оыпкн в труднодоступных местах ; отатячеокиы режимом уплотнения, обеспечивающим сохранность зданий и сооружений; методикой физичеокого моделирования процоооов отатичеокого уплотнения грунтов, позволяющой существенно уменьшить трудовые и материальные затраты при проведении экспериментальных исследований; методикой расчета и рекомендациями но выбору конструкции, определению рациональных параметров и режимов работы уплотняющего оегментного рабочего органа; конструкцией экспериментального стенда для лабораторных исследований процеооов уплотнения грунтов обратной заошши в труднодоступных меотах.

Реализация работы. Результаты исследований переданы в ЩШ01.ТГП для внедрения при формировании походных требований на оборудование для уплотнения грунтов в огесненных условиях строительства. Методика физичеокого моделирования процесса отатичеокого уплотнения грунта используется в учебном и науч-но-исследовательоком процессах Московского и Ташкентского ав-1-4-1 1_ J

'"тоаобально-дорожных институтов. Экспериментальное стендовое оборудование, методики экспериментальных исследований иопользу-'ются в учебной и научно-исследовательском процесоах ТАДИ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на 48-й, 49-й и 50-й научно-методичеоких п научно-исследовательских конференциях МАДИ в 1990-1992 гг. и на конференциях ТАДИ в 1987-1990 гг. Диссертация в целом заслушана и одобрена на заоеданаях кафедр дорожно-отроательных ыашан ШЛИ и ТАДИ в 1992 г.

Публикации. По материалам диооертации опубликовано 6 ота-тей, 5 изобретений защищены авторскими свидетельствами, зарегистрировано I решение Гоокомизобретений о признанна заявка изобретением.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения п пята глав, ооновных выводов по результатом исследований а приложений. Содержание работы изложено на 305 отрана-цах, из них 184 отраницы машинописного текста, 90 рисунков, 6 таблиц, список литературы и приложение на 39 отраницах.

Автор выражает овою благодарность канд.техн.наук, доценту С.Т.Муоаеву за практическую помощь, оказанную в работе.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, определена цель исследования, приведена общая характеристика работы и ооновныв положения, выносимые на защиту.

В первой главе дпосертаций проведен анализ технологий уплотнения грунтов в труднодоступных местах строительства, раЬ-сиотрены конструкции и патентно-технические решения в области нашив для уплотнения грунтов в стесненных условиях строительства, оделан обзор и анализ исследований по взаимодействию уплотняющих рабочих органов с грунтом.

Среднегодовой объем грунтов, подлежащих уплотнении в отесненных условиях, составил в 1980-х годах 587,8 млн.мэ,г.9. 36,9$ от всего объема обратных засыпок. Наибольший объем -32,7$ приходится на траншеи, сооружаемые при прокладке трубопроводов. Из общего объема на ручное уплотнение приходится 7% (при наибольшем удельном объеме- трудоемкости работ) ; на руч-

I__I

L5J

I— •—■1

нов механизированное 71,752 и полностью механизированное 21,3^; наибольший объем ручного труда приходится на уплотнение грунта 'в пазухах между отенками котлована и опорами (20,7 млн.м3). Нормативные требования СН 536-81 строго ограничивают применение грнугоушютняющих машин динамического действия вблизи инжбнерных сооружений. Это обстоятельство определяет целесообразность реали вации преимуществ статического метода уплотнения. Принципиальными недостатками статического укатывания, ограничивающими использование гладких вальцоь в труднодоступных местах, являются необходимость большого перемещения оси вращения вальца, практически равного длине уплотняемой поверхности, и недоуплотнение грунта на границах ревероирования движения вальца. Статическое уплотнение грунта прецеооирующим коническим элементом реализуется пози-ционно, при отсутствии переносного движения рабочего органа, однако такой рабочий орган не обеспечивает качественное уплотнение грунтов в выемках прямоугольного горизонтального сечения, а переменная кривизна коничеокой поверхности но обеспечивает постоянного по площади давления не уплотняемый материал, что онижает качество и эффективноеть уплотнения. Наиболее универсальным и эффективным для уплотнения грунтов в стеоненных уоловиях является качагощийоя сегментный рабочий орган о цилиндрической образующей поверхностью, в котором рационально сочетаются положительные качеотва опоообов отатического укатывания и прецеосиру-ющего уплотнения без недостатков, присущих этим способам. Однако процесс уплотнения таким рабочим органом исследован канд. техн.наук В.Н.Каледой только применительно к л;еотким бетошшм смесям; конструктивные схемы известных сегментных рабочих органов и их параметры не являютоя рациональными, но определены родимы уплотнения грунта, обоопечпвающие максимальные качество и эффективность при минимальных энергозатратах.

Изучению процессов уплотнения и деформации грунтов при воздействии рабочих органов и движителей дорокно-отроитолышх машин посвящены работы отечественных ученых В.И.Баловнева, Б.И. Зыкова, И.А.Недорезова, Г.Н.Попова, Н.Л.Ульянова, Н.Я.Хархуты, А.М.Холодова, Н.П.Вощинина, Л.М.Бобылева, Я.А.Калужского, О.Ю. Коротина, В.И.Крутова, П.И.Маркова, А.Н.Перменова, А.И.Путка, Н.Н.Шестопалова и др., а также ряда зарубежных исследователей. Результаты этих работ нашли отражение в современных конструкци-1-6-1 . 1_ J

г 1

ях ыаиин для уплотнения грунтов. В то же время оотаютоя недостаточно пэученныив отдельные аопекты отатичеокого уплотнения грунтов: преобладает эмпиричеокий подход к анализу этого про-цзооз; отсутствуют аналитические завиоимоотв, позволяющие определить. рациональную глубину и эффективность уплотнения; недостаточно проработаны методика физичеокого моделирования п вопрооы уплотнения грунтов в труднодоотупных меотах.

В ооответотвип о поотавленной целью работы были ©формулированы о решены оледущие задачи:

провести оналатачоокио исследования процесса уплотнения грунта оегиентнш! рабочим органом ;

разработать методику физического моделирования процесса пзавыодейотвия сегментного рабочего органа о уплотняемым грунтом;

разработать рациональные конструкции сегментных рабочих органов для уплотнения грувтов в труднодоступных квотах ;

разработать методику экспериментальных вослодованай а аз-готовагь экспериментальное оборудование ;

пропеота экспериментальные исследования по выявлению влияния пораыотроп а разиков оборудования на эффзкгавноогь уплогнвния ; "

разработать ыотоднку расчета в рекомендации по выбору конструктивных схеи, рациональных параметров а режимов работы груигоуплотаявдбго оборудоваввя о сегментнш рабочий органом ;

оцепить еффоктнпнооть работы грунтоуплотняпцах мааан о сегментный рабочим органом.

Во второй глаш выполнен синтез конструкции уплотняющего оборудования э вздо цилиндрачеокого согмента (оегмантной ила оокхорной частя цилиндрического вальца), онабяенного приводом воаврзтно-поогупателыюго углового перемещения.

Сегментный уплотязтоль Срао. I) содержит приводной двигатель I, корпуо 2, парпирный четырехзвэнный механизм а рабочий орган в виде цилиндрического оегменга 3. Шарнирный четы-рохзвенный Механизм включает кривошип 4, тягу 5, коромысло 6 и рычаг 7 а смонтирован в корпусе с возможностью перемещения ворхней чаотп в вертикальных направляющих 8 н нижней части в горизонтальных направляющих 9. Коромысло 6 соосно и яосгко закреплено на согконтном рабочем органе 3. Крутящий момент !_ J •

h

Рио. I. Схема оегыевгного рабочего.органа и взаиыо-дейогвна его о грунгои

LeJ

двигателя перэдаотоя на кривошип 4, который поородотвоы тяги ¡Р поворачивает в вертикальной плоокоота коромыоло 6 о цилиндриче-окиа овгквнгоа 3. При этом оегмоигный рабочий оргаа поворачива-етоя вокруг оои поворота коромыола 6, возмоанооть перемещения которого в горизонтальных направляющих 9 обеопечивает перекатывание рабочего органа по уплотняемой поверхности без проокальзы-вания. Полнояоворотиое вращение кривошипа осуществляет знакопеременное циклическое движение качевдегооя сегментного рабочего органа, который укатывает грунт на определенном участке, являв-щемоя разверткой цшшндрачеокой образующей поверхности рабочего органа. Компактное пополнение оегыевтного уплотнителя обео-почивает его использование в качеотве сменного оборудования к одноковшовым гидравлпчооким экскаваторам или другом мобильным машинам о гидравлическими манипуляторами, что обеспечивает позиционную работу сегментного рабочего органа.

Прз оооледованаа кинематики оегментвого рабочего органа определены геометрические параметры шарнирного четырехзввнного механизма привода, которые обеопачивают равномерное отклонение ооа поворота сегментного рабочего органа. При этом получены эаэвоимооти:

где а,3,С,с1 - длины кривошипа, короиыола, тягп а рычага, соединявшего оси кривошипа и коромысла ; уЗ - угол медду рычагом п коромыолом а крайних его положениях. Максимальный ход оси поворота оегнента обеопечавэетоя при уоловия И/с1 я 0,457, где й - радзуо кривизны образующей поверхности сегмента. Определена аналитическая зависимость угла поворота н окороота качания сегментного рабочего органа в ш-рвметричеокой форме от угловых параметров вращения приводного

ЕаЛЗ: % « ;

где - угол качания короиыола относительно рычага механизма привода ; $ - параметрический угол ;

</3 * яге ссб['-в +Чв*-4Ас')/2А];

1-^ • . и1.).

А - к?[(кг - СОЩ)г+ $<г>гя] ;

В ■ (1 - К2 СОЛ Я) (Кг - се*Я) > С « (1- К2 сазу,)2- л/ ; к,-6/й; Кг* ¿/а,

Анализ полученных выражений для угла поворота сегментного рабочего органа показывает, что качание пооледнего относительно оои симметрии уплотнителя происходит при равномерном отклонении. Линейные параметры механизма привода, в чаотыооти длина рычага, предотавленная в виде соотношения к2=с1/с1 , при выполнении уо-ловпй а<$<с1<С и Я/с1 * 0,457 не оказывает существенного влияния на угловые параметры качения сегментного рабочего органа. Увеличение линейного параметра коромыола, представленного в виде соогиоиенвя , при уоловии а<й оопровозушот-

ся уменьшенном максимального значения угла ^ качания оегмен-та, что, в овои очередь, может привеотп к уменьшении гсхипчео-кой производительности при уплотнении грунта оогыентныы рабочим органом.

Аналитическое выражение окорооти качания сегментного рабочего органа получено в виде мгновенного передаточного отношения:

!Ь

V

где (к, $1пу3 - (к2 - сощ + )• * й/а.

Угловая окороогь качания сегментного рабочего оргаиа при первой (прямом) проходе имоет равномерное, гарконичоокое изменение относительно оои симметрии уплотняемой поверхности, а при втором (обратном) проходе это равномерность нарушаетоя. На изменение окороогв в течение цикла влияет соотношение Кг*ё/а ; о уменьиением Л> увеличивается амплитуда изменения во времени окорооти качания овгкента. Влияние соотношения Кг * ¿/а в пределах = 0,457 мало отражается на изменении угловой

окорооти и)к качания оегмента.

1~жи 1_ J

г Л

В оонову теоретических иооледований процесоо взаиыодейот-.¿яя сегментного рабочего органа о уплотняемым грунтом положены наследования Я.С.Агейкина, определяющие нвооотвоготвие векторов нормальной реакции при контакте цилиндрической поверхности о 1>руптоы а векторов перемещений элементов данной поверхности при ов перекатывании. Воледотвио этого возникают сдвиговые п вяэко-плаотичоокио деформации грунта в направлении движения рабочего органа. Для реологичеокой модели грунта как упруговязко-плаога-Чоокой ореды получонц аполитические выражения распределения 1сом-такгных напряжений по дуге погружения образующей поверхноогв оегментного рабочего органа в грунт; для плаотичвокой деформации _

а для упругой деформации

ру » £у/>; - я 2 - ск?) ■ ]/(н '+Ьг) >

гдо £,£;/- подула деформации а упругооти ; ¿/¡.¡х - пути перемещения элемента образующей поверхноогв оегмента, определяемые величинами погружения Н а обратимой деформации ; у -текущий угол поворота огноонтельно вертикальной оои оегмента ; А(Г - конечная толщина уплотняемого олоя грунта ; / - коэффициент трения грунта по рабочему органу; X'- вроия упругого поолодойствпя.

Получены аналптичоокио выражения, позволяющие определить необходимое для уплотнения грунта отатичеокоа уоилие при заданных •параметрах и режимах^аботы сегментного рабочего органа:

Р« ВЦ (/РСо$у>с/у> + / Ру ему с/и)) ,

гдо В - ширина сегментного рабочего органа ; - углы

погружения относительно вертикальной оса оегмента, опроделяамно величинами погружения Н и обратимой деформации н' .

Момент сил сопротивления перекатыванию оегментного рабочего, органа: ^ • ^

Мс - Вк2[/Р5ту>с!ф - /ру +

+ УР О' * // % (*- созУ) с/а, 7.

- J в У ЬШ

Г *~1

Определение глубины уплотнения грунта оегмантным рабочим

. органом оеодилооь к определению конечной плотнооти грунта по глубине уплотненного ыаооива, позволяющей найти максимальную глубину слоя уплотненного маооива, в пределах которого плотность грунта ооответотвуег стандартной величине:

А Е/[£ ' ш /\к,,+f-cosy)* х

№ • -- 0 У Г Cos?(t-h+i-cos?)-Sioftex -Stn?) J y, j

' V{Kh v- 1-cosy)2+(Kx -Sm</>)2 ' J J ' где рн - начальная плотнооть грунта ; р - коэффициент концентрации напряжений; ; X - расстояние от рассматриваемой точки до вертикальной оои сегмента; Kf,* h/R 5 Л ~ глубина заложения рассматриваемой точки.

В результате теоретических исследований разработана методика физичеокого моделирования процесса уплотнения грунта оегмантным рабочим органом, получен' комплеко определяющих критериев подобия: Г *

с ' с£ ; г ; * *г' е ; tr'Wë** fn ;

IL-™2 /Г-. а Г . * п Пгех

м " ТГ' ' * ' ' w. : ' JrgT' Gc . Ju)* . Jd)$ . A Ш> M* 1 Gcf где С - контактные напряжения ; С - внутреннее оцепление;

ё- коэффициент динаыичеокой вязкооти ; г/"- переносная линейная скорость оегмента ; £ - линейный параметр сегмента ; - коэффициент изменения вязкооти ; jo - коэффициент внутреннего трения ; J>2 - коэффициент внешнего грёния ; é - относительная деформация грунта; Г- касательные напряжения; /п - коэффициент сопротивления перекатывания; if1- коэффициент проскальзывания рабочего органа ; V- мощноогь процесса уплотнения ; G - модуль одвигэ грунта ; кт - коэффициент уплотнения грунта ; /7* - количество качаний рабочего органа ; /ТУ«* - техническая производительность ; Gc - маоса рабочего органа ; J- момент инерции рабочего органа ; Mit - момент холостого хода ; tùK - угловая окорооть холоотого хода ; А - коэффициент конструктивного подобия. На основании системы критериев подобая получаны формулы перехода от параметров модели к параметрам натурного рабочего

L12J ' L J

г П

органа.

В третьей главе приведена методика экспериментальных исследований процеооа уплотнения грунта оегментным рабочий органом, которые включали:

1. Многофакгорные экспериментальные исследования для определения зависимости эффективности уплотнения грунта от изменения определяющих параметров и режимов работы сегментного рабочего органа.

2. Однофакторные экспериментальные иооледовакия для определения влияния начальной плотности грунта на эффективность уплотнения.

3. Экспериментальные исследования для выявления статистической закономерности распределения плотпоотя грунта по уплотненной поворхаоотп.

Объектом экспериментальных иооледований являлась физичеокая модель овгуеитного рабочего органа, установленная на экспериментальной отенде для изучения процеооа уплотнения грунта. Стенд оонащен датчиками: момента сил сопротивления перекатыванию оег-ыентпого рэбочого органа; чаоготы качаний рабочего органа; вертикальных перечпщений рабочего органа.

Целью экспериментальных последованпй явилооь определение ' влияния на процесс уплотнения основных параметров и режимов работы согмситного рабочего органа: вертикальной отагичеокой при-грузки;!радиуса кривизны образующей поверхности оегментнох-о ра--бочего органа; чаототн качаний рабочего органа-. Физнко-механиче-■ окпо характеристика грунта-суглинка была приняты аналогичными грунту натуры, соотвегогзущеиу наиболее вероятному грунтовому фону в уоловиях зкоплуатацаа. 3 качоотве показателей эффективности процеооа уплотнения пргшоиалпсь глубина уплотнения, коэффициент изменения плогноота, момент сопротивления перекатыванию рабочего органа, производительность, удельная энергоемкость.

В четвертой глане приведены результаты экспериментальных иооледований оегаентного рабочего органа. Получены зависимости основных показателей эффективности процесса уплотнения от изменения иачальной плотноога грунта.-Увеличение начальной плотности грунта приводит к парэболичеококу роогу глубины уплотнения и технической производительности, экоп.оьендаалыюку снижению мо, цента привода поворота рабочего органа л Удельной энергоемкости ■ 1.13]

Пфоцеооа в примерно линейному падению коэффициента изменения 1 плогнооти грунта. Одновременное увеличение радиуоа кривизны образующей поверхности рабочего органа обеспечивает роот глубины уплотнения и интегрального по уплотняемому маосиву коэффициента В81генения плогнооти грунта, а также повышение технической производительности и снижение удельной энергоемкости.

Внутрицикловое изменение момента привода имеет ооиыметрич-во-оинуооидальный характер, оинхронно аналогичному изменению угловой окорооти относительного поворота рабочего органа при постоянной угловой окорооти приводного вала, что характеризует овнуооидальное внутрицикловое изменение кощноотн привода.

В результате реализации многофакторного эксперимента подучены регреооионные завиоимооти в натуральной виде:

глубина уплотнения

Н » -50,667+0,055Р - 162,763/? - 401,2/? , им ;

коэффициент изменения плогнооти

Кшяш 0,0658+0,0001Р +0,0959/?+0,00270Г+0,4001/? +

+ 0,0004 и)1 ;

убмент привода

М - -26,122+0,0185Р +152,002/? +2,505и) +151,693R* -

-0,0026Ри) , Ны;

техническая производительность

/7 » -4,9569-0,0023Р +10,4253/? +0,4358 О? +

+0,00000039 Р *+12,3737 R *+0, 0099 *-0,715 R и) , ыа/ч;

удельная энергоемкооть

/V = 562,6-0,187P-6051,1/? +121,4 Rи) , кДя/ц3,

где Р - отатическая пригрузка, Н; R - радиуо кривизны обра-зущей поверхности сегментного рабочего органа, м; и) - частота качаний оегментного рабочего органа,

На глубину уплотнения грунта оегментным рабочим органом оказывают независимое и парное влияние параметры Р и R ; < увеличением этих параметров возрастает глубина уплотнения. На коэффициент изменения плогнооти грунта, момент сопротивления вращению приводного вала и техническую производительность аналогичное влияние оказывает, наряду о параметрами Р и R , угловая окорость и) приводного вала. Удельная энергоемкость LI4J ■ L ' J

г

Pao. 2. Зависимость удельной энергоемкооти от радиуоа кривизны сегмента и частоты качания

Срио. 2) линейно зависит от R и и) , причем о увеличением при-грузки Р удельная энергоемкость уменьшается, а при увеличении радиуоа R уменьшается при ей < 4,98 о--1- н увеличивается при и) > 4,98 Учитывая определяющее влияние радиуса кривизны и окорости на производительность процесса уплотнения грунта, рациональной MO.'XLO принять скорость и) = 4,98 при которой с увеличением fí удельная энергоемкость остается неизменной, но увеличивается глубина уплотнения грунта и производительность.

Стагистичеокий характер распределения плотности грунта по длине уплотняемой поверхности находится в зависимости конечной плотности грунта от изменения угловой окорости tú , определяемой в пределах Цикла качания параметрами многозвенного механизма привода.

L J

Э пятой глава выполнен анализ эффективности уплотняющего ^ # оегыентного рабочего оборудования и разработаны методические рекомендации по его проектированию. Определена максимально возможная прагрузка на оегментный рабочий орган, передаваемая от багзовой машины, с учетом таких условий эксплуатации как геометрические размеры труднодоступных сооружений, в которых производится уплотнение грунта. Разработана блок-схема алгоритма расчета параметров машины с уплотняющим сегментным рабочим органом м определения режимов уплотнения грунта, практическом реализация которого позволяет оптимизировать величины этих параметров и режимов работы по показателям эффективности уплотнения грунта о учетом условий эксплуатации при использовании в качестве аппарата оптимизации основных положений теоретического анализа рабочего процесса сегментного рабочего органа и результатов его экспериментальных исследований.

Для анализа эффективности уплотняющего сегментного рабочего оборудования исследовано использование машины по времени в течение омены при раосредоточенных объемах работ но уплотнению .грунтов. Сменная производительность машины имеет обратную ступенчатую экспоненциальную зависимость от средней дальности пробега между объектами и аналогичную прямую экспоненциальную зависимость, о учетом крягнооти объемов, от величины относительного ореднего объема работ по уплотнению грунтов. Экономическая эффективность разработанного сегментного уплотнителя имеет зависимость , аналогичную сменной производительности от параметров раооредоточенных объектов. Даны рекомендации по проектированию оборудования о оегментным рабочим органом для уплотнения грунтов в труднодоступных местах.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

I. Статическое воздействие сегментного рабочего органа с цилиндрической образующей поверхностью, совершающего переносное касательное движение и относительное знакопеременное качение по поверхности грунта, является универсальным и безопасным способом уплотнения грунта в стесненных условиях строительства. Сегментный рабочий орган целесообразно использовать я качестве сменного навесного оборудования к гидравлическим экскаваторам и мобильным машинам с рабочими оргаиами-маннпуляторамн.

и J

Г 2. Глубина уплотнения грунта зависит от радиуса кривизны"*"1 образующей поверхности и определяется решением плоокой задачи опрокидывания этой поверхности в сторону перенооного движения рабочего органа относительно мгновенной оои, расположенной на границе контакта рабочего оргвна о горизонтальной плоокоотыо качения. Направления деформации грунта и действия контактных напряжений определяются траекториями перемещения элементарных учаотков образующей поверхности рабочего органа относительно мгновенной оои опрокидывания по циклоиде, а суммарное отатичео-кое уоилие уплотнения - интегралом контактных давлений по площади криволинейной поверхности контакта рабочего органа о груа-тои.

3. Момент сопротивления вращению приводного вала изменяется оинхронно о изменением угловой скорости относительного пово-

'рота рабочего органа при постоянной окорооги приводного вала, что характеризует оинусоидальное внутрицикловое изменение мощ-нооти привода.

4. Для моделирования процеооа отатичеокого уплотнения грунта определяющими являютоя критерии подобия, включающие поверхностные оилы контактного давления оегментного рабочего органа на грунт, нормальные и касательные напряжения внутри грунта и силы вязкого сопротивления выдавливанию грунта рабочим органом. Вертикальная отатичеокая нагрузка инвариантна маоое рабочего органа и пропорциональна квадрату линейного масштаба моделирования, а момент сопротивления повороту, мощность и производительность процеооа уплотнения - кубу этого масштаба, прячем процеоо коделируетоя в натуральном масштабе времена. При моделировании без изменения овойогв уплотняемого грунта его деформация и глубина уплотнения пропорциональны линейному масштабу; сохраняется авгомодельнооть количоогва циклических воздействий рабочего органа на грунт и коэффициента уплотнения.

5. Увеличение начальной плотности грунта приводит к параболическому росту глубины и технической производительности процесса уплотнения грунта сегментным рабочим органом, онижению момента вращения приводного вала, удельной энергоемкости процесса и коэффициента изменения плотнооги грунта, что необходимо учитывать при выборе режима уплотнения и нормировании данного вида работ. •

и

6. На глубину уплотнения грунта оегментным рабочим органом указывают независимое и парное влияние величина отатичаокой при-грузки в радиуо кривизны образующей поверхности; на коэффициент пзменения плотности грунта, момент сопротивления вращению приводного вала, техническую производительность и удельную энергоемкость процесса уплотнения аналогичное влияние, оказывает также угловая скорость приводного вала. При угловой скорости, равной 4,98 о"*, удельная энергоемкость но зависит от радиуоа кривизны рабочего органа, что является критерием оптимальиооти данной величины угловой скорооти. Целесообразно использование рабочего органа о максимальным радиксом кривизны, совместимым о технологическими условиями проведения робот.

7. Статичеокая пригрузка на сегментный рабочий орган со отороны базового гидравлического экскаватора существенно зави-оит от вылета рабочего органа, определяемого глубиной положения уплотняемой поверхности грунта в сооружении.

8. Результаты исследований позволяют рекомендовать следующие параметры и режимы работы уплотняющего сегментного рабочего органа к гидравлическому экскаватору 30-2621; радиуо кривизны образующей поверхности 0,32 м; ширина рабочего органа 0,4 м; угловая скорость приводного вала 4,98 с"*; мощность гидромтгора привода 1,5 кВт. При этом обеопечиваегся глубина уплотнения 0,15 м и техническая производительность 20 м3/ч. При раоотояниа между рассредоточенными объектами работ 2...3 км и относительном среднем объеме работ 0,1 эксплуатационная производительность составит 8 м3/ч, а приведенные удельные затраты 0,025 руб/м3, что может обеспечить годовой экономический эффект на одну машину 879 руб. в ценах 1991 г. Результаты выполненных исследований переданы для внедрения в ЦНИИОМТП.

Публикации по материалам диссертации:

1. Ермилов А.Б., Алимов Б.Д. Сегментный рабочий орган для уплотнения грунтов в стесненных условиях строительства // Механизация строительства, 1992. - J'--2. - С. 19-21.

2. Муоаев Л.К., Ермилов А.Б., Алиг/оп БД. К вопросу процесса уплотнения грунтов при укатке в труднодоступных местах // Рабочие процессы дорожно-строительных машин и повышение эффективности их использования: Сб. науч.тр./ ТашПИ, - Ташкент, 1988.,-

Liaj l j