автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Повышение эффективности грунтопрокалывающей установки за счет применения зубчато-реечного механизма подачи

На правах рукописи

Каменский Михаил Николаевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГРУНТОПРОКАЛЫВАЮЩЕЙ УСТАНОВКИ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ ЗУБЧАТО-РЕЕЧНОГО МЕХАНИЗМА ПОДАЧИ

05.05.04-Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины

4856439

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

О з ь;др 2011

Орел-2011

4856439

Работа выполнена в Новомосковском институте (филиале) Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева».

Защита диссертации состоится «25» марта 2011 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.182.07

при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Государственный университет - учебно-научно-производственный комплекс»

по адресу: 302030, г. Орел, ул. Московская, д. 77, ауд. 426.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГОУ ВПО «Государственный университет - учебно-научно-производственный комплекс»

Отзывы на автореферат направлять в диссертационный совет по адресу: 302020, г. Орел, ул. Наугорское шоссе, д. 29

Автореферат разослан и опубликован на сайте www.ostu.ru «16» февраля 2011 г.

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент Лукиенко Леонид Викторович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

Мартюченко Игорь Гаврилович

кандидат технических наук Кравченко Валерий Анатольевич

Ведущая организация: ООО «Скуратовский опытно-

экспериментальный завод»

Учёный секретарь диссертационного совета

Севостьянов А.Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В связи с ростом городского строительства прокладка и ремонт подземных инженерных коммуникаций проводится в стесненных условиях. Возрастающая сложность проведения таких работ с внешней экскавацией грунта при ужесточении экологических требований обуславливает применение бестраншейных технологий (метод прокола и горизонтального направленного бурения).

Повышение эффективности применения установок для реализации бестраншейных технологий прокладки инженерных коммуникаций, в значительной степени зависит от усилия, развиваемого механизмом подачи. Применяемые в настоящее время цепные и гидравлические механизмы имеют ряд недостатков: различная величина усилия при работе штоковой и поршневой полостей гидроцилиндров, нарушение шага цепи из-за износа звеньев, возможность травмирования обслуживающего персонала при разрыве цепи, незначительная надёжность и большие габариты вспомогательного оборудования.

Повышение эффективности разрабатываемых установок предполагает устранение указанных недостатков. Использование зубчато-реечных передач, получивших распространение, например, для перемещения подъёмных установок, очистных комбайнов в сложных подземных условиях, позволит повысить эффективность работы проектируемого механизма грунтопрокалывающей установки при обеспечении безопасности персонала Необходимость обеспечения малых габаритов требует проведения исследований по определению рациональной компоновки и параметров передачи с учётом взаимодействия с опорно-направляющим устройством. Кроме того, известные методы проектирования не позволяют достоверно оценить влияние геометрических параметров на нагруженность элементов механизма подачи, а также сопоставить возможные варианты конструкции без проведения экспериментальных исследований. Это влечёт за собой необоснованное увеличение металлоёмкости и снижение срока службы вновь проектируемых зубчато-реечных передач.

В связи с этим в диссертационной работе решается актуальная научно-техническая задача обоснования рациональных параметров зубчато-реечного механизма подачи для повышения эффективности грунтопрокалывающей установки.

Диссертационная работа соответствует научному направлению кафедры «Техническая механика» НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева - «Разработка методов повышения технического уровня технологических машин», утвержденному решением Ученого Совета НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева 26.02.2010 г. (протокол № 6) и выполнена в рамках аспирантского плана научно-исследовательской работы.

Цель работы. Совершенствование метода проектирования зубчато-реечного механизма подачи и обоснование его параметров, обеспечивающих повышение эффективности применения грунтопрокалывающей установки.

Идея работы. Повышение эффективности грунтопрокалывающей установки достигается за счет снижения удельных энергозатрат на проведение прокола посредством научно обоснованного выбора усилия, развиваемого зубчато-реечным механизмом подачи, с учетом типа грунта и особенностей трассы прокола, а также дополнительных качественных характеристик проектируемой передачи.

Задачи исследования:

- провести обзор и анализ конструкций прокалывающих установок, механизмов подачи и проведенных ранее исследований;

- разработать математическую модель зубчато-реечного механизма подачи с учётом особенностей применения грунтопрокалывающей установки;

- обосновать рациональную компоновку и параметры механизма подачи грунтопрокалывающей установки;

- провести исследование нагруженности зубчато-реечного механизма подачи при осуществлении прокола в фунтах с коэффициентом крепости по шкале М.М. Протодьяконова/= 0,3...0,7 в условиях умеренного климата;

- разработать методику расчёта геометрических, кинематических и силовых параметров зубчато-реечного механизма подачи грунтопрокалывающей установки.

Метод исследования. В работе использован комплексный метод исследования, включающий научный анализ и обобщение опыта проектирования и эксплуатации грунтопрокалывающих установок, методы теории плоских зацеплений, векторных контуров, теории устойчивости, сопротивления материалов и математического моделирования. Практическая часть работы базируется на исследовании твердотельных моделей с помощью метода конечных элементов, реализованного в современном программном продукте АРМ \УтМасЬте.

На защиту выносятся наиболее значимые положения диссертационного исследования, составляющие научную новизну работы:

• усовершенствованная математическая модель зубчато-реечного механизма подачи, учитывающая при определении усилия подачи тип грунта и особенности трассы прокола, а также дополнительные качественные характеристики проектируемой передачи;

• установленные зависимости ускорения скольжения и результаты исследований;

• скорректированные дополнительные ограничения синтеза, учитывающие скорость и ускорение скольжения, а также условие пересопряжения зубьев в движителе зубчато-реечного механизма подачи грунтопрокалывающей установки;

• наиболее рациональная, с точки зрения формирования трассы прокола, компоновка движителя зубчато-реечного механизма подачи грунтопрокалывающей установки;

• рекомендации по выбору конструктивных параметров зубчато-реечного механизма подачи, обеспечивающие повышение эффективности применения грунтопрокалывающей установки.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована корректностью постановки задач, базируется на анализе современного состояния методов расчета тяжело нагруженных зубчато-реечных передач, применением современных математических методов с использованием ЭВМ, соответствием результатов теоретических исследований с результатами расчетов и экспериментов, полученными другими авторами (расхождение не превышает 7%), а также внедрением результатов работы в промышленность.

Научное значение работы заключается в установлении основных закономерностей взаимодействия пары колесо-рейка, разработке математической модели и зависимостей, позволяющих обоснованно выбрать наиболее рациональные параметры зубчато-реечного механизма подачи грунтопрокалывающей установки.

Практическое значение работы: предложена конструкция грунтопрокалывающей установки, отличающаяся применением зубчато-реечного механизма подачи, позволяющая снизить удельные энергозатраты на проведение прокола (положи-

тельное решение о выдаче патента на полезную модель № 2010130056); разработана «Методика расчёта геометрических, кинематических и силовых параметров зубчато-реечного механизма подачи грунтопрокалывающей установки» и программное обеспечение с возможностью визуализации результатов расчёта, что расширяет возможности проектировщика при оценке различных геометрических характеристик передачи за счёт введения дополнительных показателей качества и позволяет снизить сроки выполнения проектных работ.

Реализация выводов и рекомендаций: «Методика расчета геометрических, кинематических и силовых параметров зубчато-реечного механизма подачи грунтопрокалывающей установки» внедрена в ООО «Скуратовский опытно-экспериментальный завод» (г. Тула); результаты аналитических исследований использованы ООО «БЕЛРА-Центр» (г. Тула) при создании установок горизонтального прокола; основные положения диссертационной работы и разработанное учебное пособие «Проектирование и конструирование машин для бестраншейной прокладки труб» используются в учебном процессе Тульского государственного университета при чтении курсов «Бурильные машины и установки» и «Проектирование и конструирование горных машин и комплексов»; математическая модель и программное обеспечение по расчету параметров зубчато-реечных передач используются в учебном процессе кафедры «Техническая механика» НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на научных конференциях: Международных: «Математические методы в технике и технологиях» (Ростов-на-Дону, 2007), «Интеграция науки и производства» (Тамбов, 2008), МКХТ (Москва

2008, 2009); «Гагаринские чтения» (Москва, 2008, 2009), «Неделя горняка» (Москва

2009, 2010), «Повышение ресурсо- и энергоэффективности: наука, технология, образование» (Москва, 2009); «МИКМУС» (Москва, ИМАШ РАН, 2009, 2010), 5-й Конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики (Тула,

2009); Всероссийских: «Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности и экологии» (Тула, 2008), «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (Воркута, 2008,2009), «Научный потенциал молодёжи - будущее России» (Муром, 2009), «Молодежь XXI века - будущее Российской науки» (Ростов-на-Дону, 2009), «Будущее машиностроения России» (Москва, 2009,

2010), «Инновации. Интеллект. Культура» (Тюмень, 2009); научно-практических: «Научных конференциях профессорско-преподавательского состава и сотрудников НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева» и «Научно-технических конференциях молодых ученых, аспирантов, студентов» (Новомосковск, 2007-2010).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 13 научных работ (2,99 п.л.\1,36 п.л. - доля соискателя), из них 2 работы (0,56 п.л.\0,22 пл.) в журналах, включённых в перечень ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 разделов и заключения, изложенных на 185 страницах машинописного текста, содержит 90 рисунков, 12 таблиц, список использованной литературы из 108 наименований и 6 приложений.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, представлена общая характеристика работы, сформулированы цель работы и задачи исследований.

В первой главе выполнен обзор и анализ состояния вопроса, систематизирован опыт применения, создания и исследования грунтопрокалывающих установок, а также анализ известных математических моделей.

В результате анализа конструкций грунтопрокалывающих установок вьивле-но, что гидравлические и цепные механизмы подачи обладают рядом недостатков: различная величина усилия при работе штоковой и поршневой полостей гидроцилиндров; повышенные требования к чистоте рабочей жидкости и проблемы утечек из-за низкого ресурса уплотнителей; ограниченное использование в холодное время года; относительно низкая скорость подачи исполнительного органа; значительные габариты вспомогательного оборудования; цепная передача требует высокой точности изготовления, монтажа и непрерывного смазывания; износ звеньев приводит к провисанию цепи, ударным нагрузкам и неравномерности подачи исполнительного органа; возможность травмирования персонала при разрыве цепи.

Технология проведения прокола (рис. 1) состоит из подготовки стартового/и приёмного 2 котлованов, крепления их боковых стенок, монтажа прокалывающей установки 3 в стартовом котловане 7, прокола пилотной скважины 4, расширения скважины обратным ходом с использованием риммера 5 и протягивания трубы 6.

Анализ результатов исследований, выполненных Бреннером В.А., Воронцовым Д.С., Головиным К.А., Ешуткиным Д.Н., Кантовичем Л.И., Мартюченко И.Г., Меньшениным С.Е., Пушкарёвым А.Е., Рогачёвым A.A., Сагиновым A.C., Сарыче-вым В.И. и другими учёными позволил установить, что вопросам исследования точности прокалываемой трассы инженерных коммуникаций при реализации бестраншейных технологий уделено достаточное внимание. Между тем, исследований по применению в грунтопрокалывающих установках зубчато-реечных механизмов подачи, обеспечивающих снижение удельных энергозатрат на проведение прокола при обеспечении необходимого и достаточного усилия подачи, практически не проводилось.

Анализ подобных механизмов, используемых для перемещения тяжело нагруженных машин, показал, что в исследованиях Бойко Н.Г., Гельфанда J1.M., Го-дынского Э.Г., Горбатова П.А., Коновалова В.Т., Лимаренко Г.Н., Лукиенко Л.В., Лукиенко В.Г., Сидорова П.Г., Смирнова С.Н., Полосатова Л.П., и других учёных разработаны методы оценки и выбора конструктивных схем, а также расчёта кинематических параметров и нагруженности реечных передач. Применяемые для этого математические модели, не позволяют провести сравнительный анализ различных геометрических характеристик передачи без проведения экспериментальных исследований. Значения интенсивности изнашивания получены для ограниченного количества материалов и при смене материалов, из которых будут изготовлены проектируемые элементы механизма подачи, необходимо проведение экспериментов, что связано со значительными материальными, трудовыми и временными затратами.

Рис.1. Схема проведения прокола

Наличие ряда конструктивных особенностей и специфических условий эксплуатации делает актуальным обоснование выбора наиболее рациональной компоновки зубчато-реечного механизма подачи грунтопрокалывающей установки.

Во второй главе на основе анализа конструкций разработана структура грунтопрокалывающей установки, включающая: исполнительный орган, электродвигатель, подвижную раму, редуктор, отличающаяся применением зубчато-реечного механизма подачи, состоящего из смонтированных на выходных валах редуктора приводных зубчатых колес движителя, расположенных в горизонтальной плоскости, обкатывающихся по реечному ставу, закреплённому на базовой платформе. Постоянство межосевого расстояния в паре колесо-рейка обеспечивается за счет опорно-направляющего устройства.

Для обоснованного выбора рациональных параметров зубчато-реечного механизма подачи грунтопрокалывающей установки на основе решения задачи многокритериального синтеза разработана усовершенствованная математическая модель, описывающая момент пересопряжения зубьев в паре зубчатое колесо-рейка, отличающаяся выбором усилия подачи за счет сравнения необходимого усилия прокола и возможного усилия, развиваемого механизмом подачи, а также учётом усовершенствованных показателей качества работы передачи и прочностных ограничений при использовании современных методов расчёта и программного обеспечения.

Исходными данными для моделирования являются характеристики грунта, необходимый диаметр трассы прокола, материал, из которого изготовлены элементы передачи, шаг зацепления рейки, необходимое межосевое расстояние, диаметр цевки, углы давления на входе и выходе из зацепления, высота зуба рейки, угол зацепления, радиус галтелей сопряжения, ширина зуба рейки на вершине, рабочий участок на профиле зуба рейки, угол трения в зацеплении колесо-рейка, коэффициент трения опор машины о направляющие.

Разработанная математическая модель зубчагго-реечного механизма подачи грунтопрокалывающей установки структурно состоит из следующих основных частей: определение усилия прокола, геометрии зацепления, выбора наиболее рациональных геометрических параметров движителя на основе проверки соответствия качественным показателям скорости, ускорения и удельного скольжения в зацеплении, а также интерференции, и определения необходимой и достаточной металлоемкости на основе изучения напряженно-деформированного состояния выбранного конструктивного варианта.

Одним из основных ограничений синтеза проектируемой передачи, определяющих эффективность принимаемых конструкторских решений, является скольжение в зацеплении колесо-рейка. Предпочтительным для решения этой задачи, с учётом возможностей современных ЭВМ, является численная реализация метода векторных контуров (рис. 2). При этом план скоростей представляет собой треугольник, одной из граней которого является вектор скорости скольжения, на величину которого определяющее влияние оказывает угол поворота колеса относительно линии межосевого расстояния, радиус окружности, на которой расположены центры профилей, радиус кривизны профилей зубьев и другие геометрические параметры взаимодействующих элементов передачи.

гк - радиус, определяющий положение точки контакта, мм; Я/ - высота точки контакта зуба колеса с зубом рейки, мм; г,1п2 - радиус центров профиля зуба колеса, мм; <Р/ - угол поворота приводного колеса, рад; а - угол наклона профиля зуба рейки, рад; со - угловая скорость вращения колеса, с"1; г„2 - радиус профиля зуба колеса, мм; Р)- окружная скорость колеса, мм/с;

Ф - межосевое расстояние, мм; ¥„ - скорость подачи, мм/с; Рр - шаг зацепления, мм. ..

Рис. 2. Расчётная схема к определению скорости скольжения в зацеплении

Основные зависимости математической модели для определения скорости скольжения в зацеплении (1) имеют вид: (2) - зубчатая рейка, (3) - цевочная рейка:

ги, = № + у?-гуву1ахр 0). К=а[а,Г2р - 2Р -г„п2с°Щ -г„2ыпа

у\ = ®гк

Ч>2 - агссоэ

а\>2р Гп2

-/•„,5111 а -Я,

'та

Р = --а- агат соз(р, - а)

2 I гк )

гк = V^„2 + & - 2гт2гп2 *Н<Р/ - а)'

V - оАа - г V „.Л; (ак2р ~ (^2 + И^пО^Л у„ - а>\Рм2р го »ту,)) > = агсзш-\ <Рг = агссоэ ---

ч гп2+ г0 ) \ гцп2

щ2 + г»2 ~ 2г„„2г„2 ™{<Р/ -Г/У'

(2

(3

Р = ~у,~ агат^-^2- СОБ^,- - у,)

Графики скорости скольжения и боковых зазоров в паре колесо-зубчатая рейка, представленные на рис. 3 позволяют при проектировании наиболее рационально выбирать значения радиуса профиля зуба колеса при обязательном контроле боковых зазоров на входе и выходе из зацепления.

Применение зубчатых реек позволяет значительно поднять эффективность механизма подачи грунтопрокалывающей установки, так как удельное скольжение (рис. 4) по зубу в зубчатой рейке в 8 раз ниже удельного скольжения по цевке для цевочной рейки. При этом коэффициент удельного скольжения по зубу рейки должен быть Я<2, по зубу колеса Л<3-

-I—г

30 32 34 36 38 40 42 44 46

¡ 50 52 54 56 56 60 62 64 66 63 70 72 74 76 78 80 82 84 Радиус профиля, мм

Рис. 3. Зависимость скорости скольжения и боковых зазоров в зацеплении от радиуса профиля колеса для пары «колесо-зубчатая рейка»

Для расширения возможностей сравнения различных вариантов на стадии проектирования в работе предложено использовать критерий ускорения скольжения, которое при перемещении зуба колеса по рейке всегда вызывает повышенное истирание материала в полюсе зацепления, тогда как скорость скольжения не позволяет это оценить. Следовательно, введение я? -0,5 -0.5 -0,4 -0,3 -oj -о,1 о 0,1 oj »,< о в процесс проектирования передачи Угол поворота, рад сравнительного анализа по критерию

Рис.4. Зависимость удельного скольжения ускорения скольжения позволит вы-от угла поворота колеса брать геометрические параметры пе-

редачи, обладающей минимальным изнашиванием при эксплуатации. Для определения ускорения скольжения в зацеплении предложены зависимости:

и = - К, eos ^ + (К, - eos + V* sin fl&J; ¿ - yi + - Р

- для зацепления зубчатое колесо-зубчатая рейка:

dK dip

*¡L =

dq>

"щ2 -

dip

цп2 ii2

coslo-a I

í

rhi -

V2

гпг ~ гЧп2

sin(<p-a)

sin(p-cr)-

r»2 -2гщ2г„г$т{<р-а) r,,„2r„2 cos 2(<P-a)

'w2 ■

^шлгп2sin iv-a)

-для зацепления зубчатое колесо-цевочная рейка: dV„ _ ~ <»г0гЦ112 sin q>; gvx _ ~ ®гцп1гп1С cos D ; d<P ro+r„2 dp

+ 'л 2 - 2гчп2гп2 sin D

C = l-

rm2™4>

V

¡Ьъ+глТА"»

2р ~'цп2 1

>р)2

ар

= С-1+-

1цги

( 2 . - Гцп2Гп2СОЪ В эш О----

гцп2 + г%2-2гцп2гп25тП

О = (р-атсвт-с—2-

П)+гП2

Анализ представленных выражений показывает, что величина скорости и ускорения скольжения зависит только от геометро-кинематических характеристик передачи. При увеличении числа зубьев приводного колеса г2 с 7 до 11 скорость скольжения изменяется на 10%, тогда как ускорение скольжения - на 36%. При этом выбор радиуса профиля зуба колеса в диапазоне 45...60 мм позволяет избежать смены направления ускорения скольжения и улучшить условия работы передачи. Таким образом, показатель ускорения значительно более чувствителен к изменению геометрических параметров передачи, чем скорость скольжения и не должен превышать С/<|70| мм/с2.

В работе впервые предложены зависимости по проверке проектируемой передачи на отсутствие интерференции:

пара колесо-зубчатая рейка

пара колесо-цевочная рейка

здесь га2, г0 — радиусы окружности вершин и цевки; у2 - угол давления на входе в зацепление; т2 - угловой шаг колеса.

Установлено, что выполнение этих условий обеспечивает отсутствие интерференции в проектируемой передаче при обеспечении требуемых показателей качества.

Для обоснования рациональной компоновки механизма подачи была принята одномассовая расчётная схема установки с учётом действующих внешних сил, жёсткости и диссипативных потерь в опорно-направляющем устройстве, которая адекватно отображает реальные процессы работы, так как исследуемая конструкция симметрична относительно продольной оси, а распределённые по базовой платформе массы редуктора и электродвигателя приведены к центру тяжести установки с использованием стандартных методов.

Уравнение, характеризующее колебания установки при компоновке движителя в вертикальной плоскости имеет вид: йгх _ (к . ... где т - масса установки, Н; Р - сила тяжести уста-

р-сх-Ч'-4ГВ**ар* ( ) новки,Н; с-жёсткостьопоры, кН/м; у/ - диссипативные потери в опоре, кН-с/м; В - радиальная составляющая усилия на движителе, Н; р - частота вынужденных колебаний, с"1.

При исследовании устойчивости установки принято, что сила сопротивления среды и угловая скорость вращения приводного колеса - постоянны.

Представленное неоднородное дифференциальное уравнение второго порядка описывает вынужденные колебания машины, обусловленные изменением радиального усилия в движителе за фазу#зацепления. Анализ уравнения (4) позволяет сделать вывод, что при размещении передачи в вертикальной плоскости, неизбежны значительные колебания (до 28 мм при различной жёсткости опор), обусловленные действием радиальной составляющей усилия в зацеплении. Поэтому, наиболее ра-

циональным является расположение передачи колесо-рейка в горизонтальной плоскости. При этом исключается влияние силовой нагруженности механизма подачи на формирование трассы прокола.

В третьей главе теоретически обоснованы рациональные параметры зубчато-реечных механизмов подачи, отличающиеся выбором необходимого усилия подачи на основе учёта типа грунта и особенностей трассы прокола, а также введением дополнительных показателей качества передачи и прочностных ограничений обусловленных необходимостью минимизации размеров механизма подачи.

В результате исследований определено, что для работы грунтопрокалываю-щей установки в грунтах с коэффициентом крепости по шкале М.М. Протодьяконова /= 0,3...0,7 в условиях умеренного климата усилие подачи составляет 400 кН при длине трассы прокола от 27 до 50 м на глубине 3 м в глинистых породах при различных параметрах прокалывающего става. При этом удельные энергозатраты на проведение прокола для установки, принятой за базовую, составляют - 0,37 кВт/м, тогда как для предлагаемой установки - 0,26 кВт/м, что эффективнее на 30%.

Для анализа прочностных характеристик тягового органа и опорно-направляющего устройства использован метод конечных элементов, реализованный в CAD/CAE САПР АРМ WinMachine, который позволяет оценить распределение напряжений по всей конструкции рейки и опорно-направляющего устройства.

Для исследования избран наиболее сложный случай, когда нагрузка приложена у верхнего сопряжения прямолинейного участка зуба рейки с переходной галтелью. Для оценки действующего напряжения в зубчатой рейке предложена зависимость:

F , . 6F(l-lX6h{bn+bA)-h{3bn+2bA)) г 1 Фп + ь&) 1(зьп [h2 +12ь2)+ 2йд (h2 + т2 J>д + ъп Г1 m J (5)

где F- нагрузка на зуб рейки; h, Ьп, Ьл - геометрические параметры зуба рейки; I - длина рейки; b,, b2 - расстояния до центра тяжести зуба рейки.

В качестве креплений рассмотрены две шарнирно неподвижные опоры по краям секции рейки. Моделирование процесса перемещения зубчатого колеса по рейке при различной жёсткости опор позволило установить характер распределения

напряжений в рейке (рис. 5) и диапазон их изменения (до 22%), наиболее рациональную величину галтелей (23 мм при шаге зацепления 138 мм, высоте зуба рейки 75 мм и угле профиля зуба рейки 8°) и предложить критерий, к минимизации которого необходимо стремиться при проектировании механизма подачи:

Ла = а~ а,]00% атш

где а„ш„ ami„ - максимальные и минимальные эквивалентные напряжения в элементах рейки, МПа.

Рис. 5. Распределение эквивалентных напряжений в зубчатой рейке

Установлено, что при продольной жёсткости опор С,= 100 Н/мм нагруженными являются зуб, к которому приложено усилие подачи и основания двух соседних зубьев по направлению этого усилия и противоположно ему. Увеличение продольной жёсткости опор в 5 раз приводит к снижению площади распространения эквивалентных напряжений в опорах рейки в два раза.

Определено, что при усилии подачи до 200 кН в качестве тягового органа целесообразно применять цевочные рейки. Аналитические исследования по определению загруженности цевок показали, что для улучшения качественных показателей работы передачи (целесообразно принять диаметр цевки 50 мм при шаге зацепления 100 мм. Наиболее предпочтительным является установка шарнирно подвижных опор под пятыми цевками с краёв при фиксации верхней полки рейки посредством шарнирно неподвижных опор. Это позволит повысить коэффициент запаса устойчивости рейки в 1,7 раза при увеличении толщины её борта с 14 до 16 мм. Расчётные зависимости имеют вид:1

(6) т ,8)

здесь Е - модуль упругости первого рода; Л,;„ - минимально возможный момент инерции исследуемой системы; ¡л - коэффициент приведения длины; Т7 - приложенная нагрузка; ^ - распределенная нагрузка; I - длина цевки; с10 - диаметр цевки; ат-предел текучести материала цевки; Ь, А - ширина и толщина борта рейки.

Для изучения нагруженности цевочных реек проведен сравнительный анализ перемещении в элементах рейки, в зависимости от места приложения нагрузки с учётом веса машины, приходящегося на рейку и без него. Результаты исследования показали, что при проектировании тяговых органов необходимо разгружать рейки от восприятия веса машины, вводя дополнительные опорные направляющие. Это позволит снизить напряжения в элементах рейки на 42%.

Анализ напряжённо-деформированного состояния приводных зубчатых колес с использованием твердотельных моделей показал, что с увеличением радиуса сопрягающих галтелей при построении впадины колеса с 9 до 13 мм происходит снижение эквивалентных напряжений на 19%.

Силовую нагруженность в опорно-направляющем устройстве определим по зависимости, построенной на использовании принципа Даламбера:

к=Ж,Р+ф}+с2„р +

А<Рп,р-у\г<<« со *<Р+Г* ^п^+эт^ - у\х0-Рр-со5у)+г

(9)

Гл,р //Хцп---У '! / ' / А"0 'р

где Рщ, - сила трения скольжения в опоре; Ф - сила инерции Даламбера; Спр - приведенная сила тяжести машины, приходящаяся на одну опору; М2 - крутящий момент на валу приводного колеса движителя; (р„,р - угол трения; гт - радиус круга трения.

Результаты проведённых исследований (рис. 6) показали, что стремление при проектировании передачи к снижению углов давления приводит к значительному росту выталкивающих радиальных составляющих усилий в зацеплении, что отрицательно скажется на работоспособности опорно-направляющего устройства. Поэтому, выбор углов давления в проектируемой передаче весьма важен и при этом необходимо учитывать условия работы опорно-направляющего устройства.

Графики на рис. 6 построены при следующих исходных данных: шаг зацепления Рр= 100 мм; диаметр цевки ¿0=50 мм; число зубьев колеса радиус профиля зуба колеса г„г=50 мм; угол давления на выходе из зацепления у/=2°. Анализ графиков позволяет сделать вывод: при проектировании возможен выбор варианта, при котором радиальная составляющая усилия в зацеплении будет иметь минимальное значение и, следовательно, нагрузка на опорно-направляющее устройство также бу-

стоимости материала и коэффициента запаса прочности. Этому соотношению в значительной степени соответствует сталь 35 ХГСА, обеспечивающая коэффициент запаса 2,2. Увеличение количества легирующих элементов приводит к росту коэффициента запаса прочности на 29%, однако, при этом стоимость стали повышается на 53,8%, что не рентабельно.

В четвёртой главе разработана методика инженерного расчета геометрических, кинематических и силовых параметров зубчато-реечного механизма подачи грунтопрокалывающей установки и программа в среде МаШсас! 13, отличающаяся возможностью выбора характеристик механизма с учётом параметров опорно-направляющего устройства, позволяющая произвести сравнительную оценку различных геометрических характеристик передачи без проведения экспериментальных исследований за счёт применения расширенного блока качественных показателей, включающего расчётные зависимости для определения скольжения и ускорения скольжения, а также интерференции в проектируемой передаче.

Для реализации методики необходимо рассчитать усилие прокола; определить геометрические и кинематические характеристики зубчато-реечного механизма подачи и опорно-направляющего устройства, проверить их работоспособность по качественным показателям и по прочностным параметрам. При расчёте определяются геометрические характеристики, качественные показатели, проверяется силовая на-груженность передачи по коэффициентам запаса прочности и запаса усталости, рассчитываются параметры опорно-направляющего устройства. В результате выполненных исследований разработаны новые технические решения, направленные на повышение эффективности грунтопрокалывающей установки.

Сопоставительный анализ экономической эффективности производства цевочной и зубчатой реек показал, что зубчатая рейка по целому ряду критериев значи-

дет минимальна.

Для обеспечения необходимых прочностных характеристик опорно-направляющего устройства разработаны твердотельные модели и проведены исследования, которые показали, что не целесообразно назначать толщину опоры менее 16 мм.

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Угол давления на входе, град

Рис.б.Зависимость скорости скольжения и радиального усилия на входе в зацепление от угла давления

Для выбора материала при изготовлении элементов движителя предложено использовать соотношение

тельно эффективнее цевочной. Например, момент сопротивления сечения зуба в 6,5 раз больше цевки; потребность в электроэнергии для производства зубчатой рейки на 93% ниже цевочной; затраты на режущий инструмент в 2,8 раза больше для изготовления цевочной рейки, чем для производства зубчатой.

«Методика расчета геометрических, кинематических и силовых параметров зубчато-реечного механизма подачи грунтопрокалывающей установки» внедрена в ООО «Скуратовский опытно-экспериментальный завод» и используется при проектировании зубчато-реечных механизмов подачи грунтопрокалывающих установок.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

В диссертации дано новое решение актуальной научно-технической задачи, состоящее в разработке математической модели и методики инженерного расчета, предназначенных для повышения эффективности и обоснования параметров зубчато-реечного механизма подачи грунтопрокалывающей установки.

Основные научные и практические результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований заключаются в следующем:

1. Для устранения недостатков, присущих цепным и гидравлическим механизмам подачи машин для бестраншейной прокладки труб разработана оригинальная конструктивная схема грунтопрокалывающей установки с применением зубчато-реечного механизма подачи (положительное решение на ПМ № 2010130056).

2. Разработана усовершенствованная математическая модель зубчато-реечного механизма подачи грунтопрокалывающей установки, учитывающая при определении усилия подачи тип грунта и особенности трассы прокола, а также дополнительные качественные характеристики проектируемой передачи: скорость, ускорение и удельное скольжение в зацеплении. Это расширяет возможности конструктора по выбору наиболее рациональных геометрических параметров за счет управления на стадии проектирования указанными характеристиками.

3. В результате анализа предложенных зависимостей скорости, ускорения и удельного скольжения в зацеплении от угла поворота колеса установлено, что применение зубчатых реек позволяет значительно поднять эффективность механизма подачи грунтопрокалывающей установки, так как удельное скольжение по зубу в зубчатой рейке в 8 раз ниже удельного скольжения по цевке для цевочной рейки. В результате многовариантных расчётов показано, что коэффициент удельного скольжения по зубу рейки должен быть Л<2, по зубу колеса Л<3, а ускорение скольжения {/<|70| мм/с2. При этом необходимо стремиться к увеличению радиуса профиля зуба колеса, принимая его в диапазоне 45...60 мм, что позволяет избежать смены направления ускорения скольжения и улучшить условия работы передачи.

4. Для определения наиболее рациональной компоновки движителей было проведено изучение устойчивости грунтопрокалывающей установки, которое показало, что при расположении приводной пары зубчатое колесо-рейка в вертикальной плоскости из-за радиальной составляющей усилия в движителе (до 60 кН) работа машины сопровождается колебаниями до 28 мм, что недопустимо. Поэтому предложено размещать приводную пару в горизонтальной плоскости для исключения влияния силовой нагруженности механизма подачи на формирование трассы прокола.

5. На основе сопоставления необходимого усилия подачи исполнительного органа, учитывающего типа фунта и особенности трассы прокола, с возможным усилием, показано, что зубчато-реечный механизм подачи грунтопрокалывающей установки обеспечивает длину трассы прокола от 27 до 50 м на глубине 3 м при усилии подачи 400 кН в глинистых породах при различных параметрах прокалывающего става. При этом по критерию удельных энергозатрат на проведение прокола предлагаемая установка на 30% эффективнее базовой.

6. При проектировании механизма подачи грунтопрокалывающей установки необходимо обеспечить минимизацию относительной разности действующих напряжений Ла< 20%. Увеличение радиуса галтелей зубчатой рейки с 6 до 23 мм приводит к снижению эквивалентных напряжений на 35% при сохранении качественных характеристик работы передачи. При увеличении радиуса сопрягающих галтелей при построении впадины приводного колеса с 9 до 13 мм происходит снижение эквивалентных напряжений на 19%. Для выбора материала при изготовлении элементов движителя предложено использовать соотношение стоимости материала и коэффициента запаса прочности. Этому соотношению в наибольшей степени соответствует сталь 35 ХГСА.

7. Определено, что в качестве тягового органа целесообразно применять цевочные рейки при усилии подачи до 200 кН. Наиболее целесообразным способом закрепления цевочных реек является размещение опор под пятыми цевками с краю для нижней полки рейки при фиксации по краям верхней полки при помощи шар-нирно неподвижных опор. При этом коэффициент запаса устойчивости возрастает в 1,7 раза при увеличении толщины борта рейки с 14 до 16 мм. Разгрузка рейки от восприятия веса машины позволит снизить напряжения в её элементах на 42%. Для обеспечения необходимых прочностных характеристик не целесообразно назначать толщину опорно-направляющего устройства менее 16 мм.

8. Разработанные программы для реализации усовершенствованной математической модели в среде Mathcad 13 позволяют провести многовариантный расчёт геометрических характеристик, кинематических и силовых параметров зубчато-реечного механизма подачи грунтопрокалывающей установки и представляют результаты в виде графиков изменения во времени анализируемых факторов переданы в ООО «Скуратовский опытно-экспериментальный завод» и используются кафедрой Техническая механика НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева в учебном процессе.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Каменский, М.Н. О применении качественных показателей при исследовании тяжело нагруженных зубчато-реечных передач / JI.B. Лукиенко, Т.В. Ковалева, М.Н. Каменский // Известия ТулГУ. Технические науки. - Тула, 2010. -Вып. 1.-С. 3-8.

2. Каменский, М.Н. Совершенствование тяжело нагруженных зубчато-реечных систем перемещения с помощью программных продуктов НТЦ «АПМ» / Л.В. Лукиенко, М.Н. Каменский // САПР и графика. - М., 2009. - №9 (155). -С. 108-110.

3. Каменский, М.Н. Выбор экологически сберегающих технологий строительства подземных коммуникаций / М.Н. Каменский, Л.В. Лукиенко // Математические методы в технике и технологиях: сб. трудов XX Международной научной конференции. - Ростов-на-Дону, 2007. - Т. 10. -С.161-164.

4. Каменский, М.Н. Выбор параметров систем подачи машин для бестраншейной прокладки труб / М.Н. Каменский, JIB. Лукиенко // Труды Новомосковского института РХТУ им. Д.И. Менделеева. Серия «Инженерная механика, материаловедение и надёжность оборудования». - Новомосковск, 2008. -№7(20). - С. 36-38.

5. Каменский, М.Н. О выборе системы подачи исполнительного органа машин для бестраншейной прокладки труб / Л.В. Лукиенко, М.Н. Каменский // Интеграция науки и производства: сб. материалов 1-й Международной научно-практической конференции. - Тамбов, 2008. - С. 100-101.

6. Каменский, М.Н. Влияние ускоренного скольжения на процесс изнашивания зубьев в зацеплении / М.Н. Каменский // XI научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов, студентов. - Новомосковск, 2009. - 4.2. - С. 18-19.

7. Каменский, М.Н. К вопросу определения параметров прочности тягового органа машин для бестраншейной прокладки труб / Л.В. Лукиенко, Л.Д. Воробьёва, М.Н. Каменский // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности: межвузовский сб. научных работ. - М.: Машиностроение, 2009. - Вып. 6. - С. 138-140.

8. Каменский, М.Н. Обоснование компоновки зубчато-реечной системы подачи на забой исполнительного органа машин для бестраншейной прокладки труб / М.Н. Каменский, Л.В. Лукиенко // Будущее машиностроения России: сб. трудов 2-ой Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов. - М., 2009. - С. 175-176.

9. Каменский, М.Н. К вопросу снижения контактных напряжений в зацеплении колесо-рейка в машинах для бестраншейной прокладки труб / М.Н. Каменский, Л.В. Лукиенко // Инновации. Интеллект. Культура. Материалы XVII Всероссийской научно-практической конф. молодых ученых и студентов. - Тюмень, 2009. - С. 59-60.

10. Каменский, М.Н. К определению рациональных параметров движителей зубчато-реечной системы подачи машин для бестраншейной прокладки труб / Л.В. Лукиенко, М.Н. Каменский, К.А. Головин, А.Е. Пушкарев // 5-я Международная конференция по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики. - Тула, 2009. -Т.1.-С. 169-174.

11. Каменский, М.Н. О необходимости комплексного подхода при проектировании систем перемещения с использованием тяжело нагруженных зубчато-реечных передач / М.Н. Каменский, Л.В. Лукиенко // Избранные труды XXI Международной инновационно-ориентированной конференции молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения. - М., 2010. - С. 48-55.

12. Каменский, М.Н. Применение вычислительного эксперимента для обоснования рациональных параметров тяжелонагруженных зубчато-реечных систем перемещения / Л.В. Лукиенко, Л.Д. Воробьёва, М.Н. Каменский // Будущее машиностроения России: сб. трудов 3-ей Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов. - М„ 2010. - С. 229-230.

13. Каменский, М.Н. К вопросу определения скорости и ускорения скольжения в зубчато-реечных передачах / Л.В. Лукиенко, М.Н. Каменский // Труды Новомосковского института РХТУ им. Д.И. Менделеева. Серия «Инженерная механика, материаловедение и надёжность оборудования». - Новомосковск, 2010. - №8. - С. 48-52.

Подписано в печать 14.02.2011 г. Формат 60х84'/16 Усл. печ.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 996/823 ГОУ ВПО «Российский химико-технологический университет им. ДИ. Менделеева» Новомосковский институт. Издательский центр.301650, Новомосковск, Тульская обл., ул. Дружбы, 8

Введение

1 Бестраншейная прокладка инженерных коммуникаций:. состояние вопроса

1.1 Способы и средства бестраншейной прокладки коммуникаций и область их практического применения

1.2 Анализ конструктивных схем и механизмов подачи установок для бестраншейной прокладки коммуникаций

1.3 Обзор результатов исследований и методов расчёта

1.4 Цель и задачи исследований

2 Аналитическая модель механизма подачи грунтопрокалывающей установки

2.1 Структура установки. Механизм подачи

2.2 Модель механизма подачи «зубчатое колесо - цевочная рейка»

2.3 Исследование силовой нагруженности передачи «колесо - цевочная рейка»

2.4 Модель механизма подачи «зубчатое колесо - зубчатая рейка»

2.5 Определение качественных показателей зацепления механизма подачи

2.6 Оценка устойчивости грунтопрокалывающей установки Выводы

3 Напряженно-деформированное состояние элементов механизма подачи

3.1 Определение необходимого усилия прокола

3.2 Анализ напряженно-деформированного состояния приводного зубчатого колеса движителя

3.3 Анализ напряженно-деформированного состояния зубчатой рейки

3.4 Анализ напряженно-деформированного состояния цевочной рейки

3.5 Анализ напряженно-деформированного состояния 132 опорно-направляющего устройства

3.6 Экспериментальные исследования напряженно- 136 деформированного состояния реечной секции

Выводы

4 Методика расчёта геометрических, кинематических и силовых 143 параметров зубчато-реечного механизма подачи грунтопрокалывающей установки

4.1 Назначение методики

4.2 Методика расчета

4.3 Программа реализации методики расчёта параметров зубчато- 156 реечного механизма подачи грунтопрокалывающей установки

4.4 Обоснование экономической эффективности применения 159 зубчато-реечного механизма подачи в грунтопрокалывающей установке

4.5 Практические предложения 165 Заключение 171 Список использованных источников 175 Приложения 186 Приложение 1 187 Приложение 2 188 Приложение 3 189 Приложение 4 190 Приложение 5 191 Приложение

Актуальность темы. В связи с ростом городского строительства прокладка и ремонт подземных инженерных коммуникаций проводится в стесненных условиях. Возрастающая сложность проведения таких работ с внешней экскавацией грунта при ужесточении экологических требований обуславливает применение бестраншейных технологий (метод прокола и горизонтального направленного бурения).

Повышение эффективности применения установок для реализации бестраншейных технологий прокладки инженерных коммуникаций, в значительной степени зависит от усилия, развиваемого механизмом подачи. Применяемые в настоящее время цепные и гидравлические механизмы имеют ряд недостатков: различная величина усилия при работе штоковой и поршневой полостей гидроцилиндров, нарушение шага цепи из-за износа звеньев, возможность травмирования обслуживающего персонала при разрыве цепи, незначительная надёжность и большие габариты вспомогательного оборудования.

Повышение эффективности разрабатываемых установок предполагает устранение указанных недостатков. Использование зубчато-реечных передач, получивших распространение, например, для перемещения подъёмных установок, очистных комбайнов в сложных подземных условиях, позволит повысить эффективность работы проектируемого механизма грунтопрокалывающей установки при обеспечении безопасности персонала. Необходимость обеспечения малых габаритов требует проведения исследований по определению рациональной компоновки и параметров передачи с учётом взаимодействия с опорно-направляющим устройством. Кроме того, известные методы проектирования не позволяют достоверно оценить влияние геометрических параметров на нагруженность элементов механизма подачи, а также сопоставить возможные варианты конструкции без проведения экспериментальных исследований. Это влечёт за собой необоснованное увеличение металлоёмкости и снижение срока службы вновь проектируемых зубчато-реечных передач.

В связи с этим в диссертационной работе решается актуальная научно-техническая задача обоснования рациональных параметров зубчато-реечного механизма подачи для повышения эффективности грунтопрокалывающей установки.

Диссертационная работа соответствует научному направлению кафедры «Техническая механика» НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева -«Разработка методов повышения технического уровня технологических машин», утвержденному решением Ученого Совета НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева 26.02.2010 г. (протокол № 6) и выполнена в рамках аспирантского плана научно-исследовательской работы.

Цель работы. Совершенствование метода проектирования зубчато-реечного механизма подачи и обоснование его параметров, обеспечивающих повышение эффективности применения грунтопрокалывающей установки.

Идея работы. Повышение эффективности грунтопрокалывающей установки достигается за счет снижения удельных энергозатрат на проведение прокола посредством научно обоснованного выбора усилия, развиваемого зубчато-реечным механизмом подачи, с учетом типа грунта и особенностей трассы прокола, а также дополнительных качественных характеристик проектируемой передачи.

Метод исследования. В работе использован комплексный метод исследования, включающий научный анализ и обобщение опыта проектирования и эксплуатации грунтопрокалывающих установок, методы теории плоских зацеплений, векторных контуров, теории устойчивости, сопротивления материалов и математического моделирования. Практическая часть работы базируется на исследовании твердотельных моделей с помощью метода конечных элементов, реализованного в современном программном продукте АРМ \¥тМасЫпе.

На защиту выносятся наиболее значимые положения диссертационного исследования, составляющие научную новизну работы:

• усовершенствованная математическая модель зубчато-реечного механизма подачи, учитывающая при определении усилия подачи тип грунта и особенности трассы прокола, а также дополнительные качественные характеристики проектируемой передачи;

• установленные зависимости ускорения скольжения и результаты исследований;

• скорректированные дополнительные ограничения синтеза, учитывающие скорость и ускорение скольжения, а также условие пересопряжения зубьев в движителе зубчато-реечного механизма подачи грунтопрокалывающей установки; наиболее рациональная, с точки зрения формирования трассы прокола, компоновка движителя зубчато-реечного механизма подачи грунтопрокалывающей установки; рекомендации по выбору конструктивных параметров зубчато-реечного механизма подачи, обеспечивающие повышение эффективности применения грунтопрокалывающей установки.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована корректностью постановки задач, базируется на анализе современного состояния методов расчета тяжело нагруженных зубчато-реечных передач, применением современных математических методов с использованием ЭВМ, соответствием результатов теоретических исследований с результатами расчетов и экспериментов, полученными другими авторами (расхождение не превышает 7%), а также внедрением результатов работы в промышленность.

Научное значение работы заключается в установлении основных закономерностей взаимодействия пары колесо-рейка, разработке математической модели и зависимостей, позволяющих обоснованно выбрать наиболее рациональные параметры зубчато-реечного механизма подачи грунтопрокалывающей установки.

Практическое значение работы: предложена конструкция грунтопрокалывающей установки, отличающаяся применением зубчато-реечного механизма подачи, позволяющая снизить удельные энергозатраты на проведение прокола (положительное решение о выдаче патента на полезную модель № 2010130056); разработана «Методика расчёта геометрических, кинематических и силовых параметров зубчато-реечного механизма подачи грунтопрокалывающей установки» и программное обеспечение с возможностью визуализации результатов расчёта, что расширяет возможности проектировщика при оценке различных геометрических характеристик передачи за счёт введения дополнительных показателей качества и позволяет снизить сроки выполнения проектных работ.

Реализация выводов и рекомендаций: «Методика расчета геометрических, кинематических и силовых параметров зубчато-реечного механизма .подачи грунтопрокалывающей установки» внедрена в ООО «Скуратовский опытно-экспериментальный завод» (г. Тула); результаты аналитических исследований использованы ООО «БЕЛРА-Центр» (г. Тула) при создании установок горизонтального прокола; основные положения диссертационной работы и разработанное учебное пособие «Проектирование и конструирование машин для бестраншейной прокладки труб» используются в учебном процессе Тульского государственного университета при чтении курсов «Бурильные машины и установки» и «Проектирование и конструирование горных машин и комплексов»; математическая модель и программное обеспечение по расчету параметров зубчато-реечных передач используются в учебном процессе кафедры «Техническая механика» НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на: Международных научных конференциях: «XX Математические методы в технике и технологиях» (Ростов-на-Дону, 2007), «Интеграция науки и производства» (Тамбов, 2008), МКХТ (Москва, 2008, 2009), «XXXIV, XXXV Гагаринские чтения» (Москва, 2008, 2009), «Неделя горняка-2009, 2010» (Москва, МГТУ), «Повышение ресурсо- и энергоэффективности: наука, технология, образование» (Москва, 2009); «МИКМУС» (Москва, ИМАШ РАН, 2009, 2010), 5-й Конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики (Тула, 2009);

Всероссийских научных конференциях: «Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности и экологии» (Тула, 2008), «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (Воркута, 2008, 2009), «Всероссийские научные Зворыкинские чтения. Научный потенциал молодёжи - будущее России» (Муром, 2009), «Молодежь XXI века - будущее Российской науки» (Ростов-на-Дону, 2009), «Будущее машиностроения России» (Москва, 2009, 2010), «Инновации. Интеллект. Культура» (Тюмень, 2009); научно-практических конференциях: «XXVI, XXVII Научная конференция профессорско-преподавательского состава и сотрудников НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева» (Новомосковск, 2007, 2009), I МНТК «Инженерная механика и материаловедение» (Новомосковск, 2008), «XI, XII Научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов, студентов» (Новомосковск, 2009, 2010).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 13 научных работ (2,99 п.л.\1,36 пл. - доля соискателя), из них 2 работы (0,56 п.л.\0,22 п.л.) в журналах, включённых в перечень ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 разделов и заключения, изложенных на 185 страницах машинописного текста, содержит 90 рисунков, 12 таблиц, список использованной литературы из 108 наименований и 6 приложений.

141 Выводы

1. На основе сопоставления необходимого усилия подачи исполнительного органа, учитывающего тип грунта и особенности трассы прокола, с возможным усилием, показано, что зубчато-реечный механизм подачи грунто-прокалывающей установки обеспечивает длину трассы прокола от 27 до 50 м при проведении прокола на глубине 3 м при усилии подачи 400 кН в глинистых породах при различных параметрах прокалывающего става. По критерию удельных энергозатрат на проведение прокола предлагаемая грунтопро-калывающая установка эффективнее базовой на 30%.

2. Определены закономерности изменения напряжений в элементах механизма подачи грунтопрокалывающей установки в зависимости от различных параметров и показано, что определяющее влияние на напряженно-деформированное состояние зубчато-реечного механизма оказывает усилие подачи, параллельное продольной оси реек.

3. Установлено, что при проектировании приводных колёс двиэкителеи необходимо стремиться к увеличению радиуса профиля зуба колеса, что в свою очередь приводит к снижению эквивалентных напряжений. При увеличении радиуса сопрягающих галтелей при построении впадины колеса с 9 до 13 мм происходит снижение эквивалентных напряжений на 19%. Для выбора материала при изготовлении элементов движителя предложено использовать соотношение стоимости материала и коэффициента запаса прочности:. Этому соотношению в наибольшей степени соответствует сталь 35 XI "СА- ГОСТ 4543-71.

4. При проектировании механизма подачи грунтопрокалывающей установки необходимо обеспечить минимизацию относительной разности действующих напряжений Лег < 20%. Анализ напряженно-деформированного состояния зубчатой рейки при помощи метода конечных элементов доказал, что увеличение радиуса галтелей с 6 до 23 мм приводит к снижению эквивалентных напряжений на 35% при сохранении качественных характеристик работы передачи.

5. Определено, что в качестве тягового органа целесообразно применять цевочные рейки при усилии подачи до 200 кН. Проведенный анализ продольной устойчивости цевочных реек показал, что наиболее целесообразным способом их закрепления является размещение опор под пятыми цевками с краю для нижней полки рейки при фиксации по краям верхней полки при помощи шарнирно неподвижных опор. При этом коэффициент запаса устойчивости возрастает в 1,7 раза при увеличении толщины борта рейки с 14 до 16 мм. Также необходимо разгружать рейку от восприятия веса машины за счёт введения дополнительных опорных поверхностей, что приводит к снижению напряжений в элементах рейки на 42%.

6. Проведенные аналитические исследования нагруженности опорно-направляющего устройства, отличающиеся учетом влияния скорости скольжения и радиальной составляющей усилия в движителе, позволяют выбрать конструктивный вариант, при котором радиальная составляющая усилия будет иметь минимальное значение, что положительно отразится на его нагруженности. Установлено, что стремление при проектировании передачи к снижению углов давления приводит к значительному росту выталкивающих радиальных составляющих усилий в зацеплении, что отрицательно скажется на работоспособности опорно-направляющего устройства. Поэтому, выбор углов давления в проектируемой передаче весьма важен и при этом необходимо учитывать условия работы опорно-направляющего устройства, а также не целесообразно назначать толщину опоры менее 16 мм.

I 143

4 МЕТОДИКА РАСЧЁТА ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ, КИНЕМАТИЧЕСКИХ

И СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ЗУБЧАТО - РЕЕЧНОГО МЕХАНИЗМА ПОДАЧИ ГРУНТОПРОКАЛЫВАЮЩЕЙ УСТАНОВКИ

4.1 Назначение методики

Настоящая методика предназначена для расчёта геометрических, кинематических и силовых параметров зубчато-реечного механизма подачи грун-топрокалывающей установки, отличается возможностью выбора характеристик механизма с учётом параметров опорно-направляющего устройства. Методика позволяет произвести сравнительную оценку различных геометрических характеристик передачи без проведения экспериментальных исследований за счёт применения расширенного блока качественных показателей, включающего расчётные зависимости для определения скорости и ускорения скольжения, а также интерференции в проектируемой передаче.

Для реализации методики необходимо рассчитать усилие прокола; определить геометрические и кинематические характеристики зубчато-реечного механизма подачи и опорно-направляющего устройства, проверить их работоспособность по качественным показателям и по прочностным параметрам.

В результате расчёта определяются геометрические характеристики (радиус профиля зуба колеса, радиус окружности, на котором расположены центры профилей, радиус окружности вершин, радиус впадин, радиус окружности центров впадин), качественные показатели (коэффициент запаса профиля, скорость скольжения, ускорение скольжения, проверка передачи на условие отсутствия интерференции); проверяется силовая нагруженность передачи по коэффициентам запаса прочности и запаса усталости; рассчитываются параметры опорно-направляющего устройства.

Настоящая методика ориентирована на специалистов в области анализа нагрузок дорожных машин. В то же время приводятся сведения теоретического и практического характера, облегчающие работу с используемыми программами, а также некоторый справочный материал.

Исходными данными для расчета являются: характеристики грунта, шаг зацепления в паре «зубчатое колесо-рейка»; угол зацепления в паре «зубчатое колесо-рейка»; высота зуба рейки; ширина зуба рейки по вершине; высота головки зуба рейки; радиус скругления вершин зубьев рейки; радиус скругления ножек зубьев рейки; толщина зубьев зубчатого колеса и рейки; радиусы профилей зубчатого колеса; межосевое расстояние в паре «зубчатое колесо-рейка»; минимальное значение зазоров в зацеплениях; крутящий момент на выходном валу редуктора; частота вращения выходного вала редуктора; коэффициенты трения, модули упругости, коэффициенты Пуассона. В таблице 4.1 представлены условные обозначения основных параметров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная диссертация является научной квалификационной работой, в которой на основе выполненных автором теоретических и экспериментальных исследований содержится новое решение актуальной научной задачи обоснования рациональных параметров зубчато-реечного механизма подачи грунтопрокалывающей установки на основе математически смоделированного процесса его работы, что позволило снизить потребление электроэнергии, а также разработать методику расчёта геометрических, кинематических и силовых параметров зубчато-реечного механизма подачи грунтопрокалывающей установки, позволяющую конструктору принять обоснованные решения и повысить тем самым эффективность её применения. Основные выводы, научные и практические результаты сводятся к следующему:

1. Проведенный анализ вариантов различных конструктивных решений механизмов подачи грунтопрокалывающих установок позволил выявить недостатки, присущие цепным и гидравлическим механизмам подачи, а также обосновать целесообразность применения зубчато-реечных механизмов и разработать оригинальную конструктивную схему грунтопрокалывающей установки, на которую получено положительное решение ФГУ ФИПС о выдаче патента на полезную модель № 2010130056.

2. Уточнена математическая модель, описывающая рабочие параметры механизма подачи, обладающая единым методическим подходом, позволяющая сократить затраты на проектирование за счет замены физических экспериментов вычислительными благодаря предложенным зависимостям для определения качественных показателей проектируемых движителей скорости, ускорения и удельного скольжения в зацеплении.

3. Определены зависимости, позволяющие оценить величины скорости, ускорения и удельного скольжения в зацеплении, расширяющие возможности конструктора по выбору наиболее рациональных геометрических параметров за счет управления на стадии проектирования этими характеристиками в зубчато-реечной передаче грунтопрокалывающей установки. Анализ зависимости удельного скольжения от угла поворота колеса позволил установить, что удельное скольжение по зубу в зубчатой рейке в 8 раз ниже удельного скольжения по цевке для цевочной рейки. Таким образом, применение зубчатых реек позволяет значительно поднять эффективность механизма подачи грунтопрокалывающей установки.

4. Анализ модели позволяет утверждать, что создание зубчато-реечного механизма подачи грунтопрокалывающей установки возможно на основе метода математического моделирования с обязательным учетом параметра ускорения скольжения в зацеплении колесо — рейка. В результате многовариантных расчётов показано, что коэффициент удельного скольжения по зубу рейки должен быть /1<2, по зубу колеса Л<3, а ускорение скольжения £/<|70| 2 ■ мм/с . При этом выбор радиуса профиля зуба колеса в диапазоне 45.60 мм позволяет избежать смены направления ускорения скольжения и улучшить условия работы передачи.

5. Для определения наиболее рациональной компоновки приводной пары зубчатое колесо — рейка было проведено изучение устойчивости грунтопрокалывающей установки, которое показало, что при расположении движителя в вертикальной плоскости работа установки сопровождается колебаниями до 28 мм из-за радиальной составляющей усилия (до 60 кН). Это отрицательно влияет на нагруженность опорно-направляющего устройства механизма подачи, так как выталкивающие радиальные усилия в зацеплении приводят к значительному росту напряжений в обратных захватах опорно-направляющего устройства. Поэтому предложено размещать приводную пару в горизонтальной плоскости, что позволит исключить влияние силовой нагруженности механизма подачи на формирование трассы прокола.

6. На основе сопоставления необходимого усилия подачи исполнительного органа, учитывающего тип грунта и особенности трассы прокола, с возможным усилием, показано, что зубчато-реечный механизм подачи грунтопрокалывающей установки обеспечивает длину трассы прокола от 27 до 50 м при проведении прокола на глубине 3 м при усилии подачи 400 кН в глинистых породах при различных параметрах прокалывающего става. По Критерию удельных энергозатрат на проведение прокола предлагаемая грунтопро-калывающая установка эффективнее базовой на 30%.

7. Определены закономерности изменения напряжений в элементах механизма подачи грунтопрокалывающей установки в зависимости от различных параметров и показано, что определяющее влияние на напряженно-деформированное состояние зубчато-реечного механизма оказывает усилие подачи, параллельное продольной оси реек.

8. Установлено, что при проектировании приводных колёс движителей необходимо стремиться к увеличению радиуса профиля зуба колеса, что в свою очередь приводит к снижению эквивалентных напряжений. При увеличении радиуса сопрягающих галтелей при построении впадины колеса с 9 до 13 мм происходит снижение эквивалентных напряжений на 19%. Для выбора материала при изготовлении элементов движителя предложено использовать соотношение стоимости материала и коэффициента запаса прочности. Этому соотношению в наибольшей степени соответствует сталь 35 ХГСА ГОСТ 4543-71.

9. При проектировании механизма подачи грунтопрокалывающей установки необходимо обеспечить минимизацию относительной разности действующих напряжений Лет < 20%. Анализ напряженно-деформированного состояния зубчатой рейки при помощи метода конечных элементов показал, что увеличение радиуса галтелей с 6 до 23 мм приводит к снижению эквивалентных напряжений на 35% при сохранении качественных характеристик работы передачи.

10. Определено, что в качестве тягового органа целесообразно применять цевочные рейки при усилии подачи до 200 кН. Проведенный анализ продольной устойчивости цевочных реек показал, что наиболее целесообразным способом их закрепления является размещение опор под пятыми цевками с краю для нижней полки рейки при фиксации по краям верхней полки при помощи шарнирно неподвижных опор. При этом коэффициент запаса устойчивости возрастает в 1,7 раза при увеличении толщины борта рейки с 14 I до 16 мм. Также необходимо разгружать рейку от восприятия веса машины за счёт введения дополнительных опорных поверхностей, что приводит к снижению напряжений в элементах рейки на 42%.

11. Проведенные аналитические исследования нагруженности опорно-направляющего устройства, отличающиеся учетом влияния скорости скольжения и радиальной составляющей усилия в движителе, позволяют выбрать конструктивный вариант, при котором радиальная составляющая усилия будет иметь минимальное значение, что положительно отразится на его нагруженности. Установлено, что стремление при проектировании передачи к снижению углов давления приводит к значительному росту выталкивающих радиальных составляющих усилий в зацеплении, что отрицательно скажется на работоспособности опорно-направляющего устройства. Поэтому, выбор углов давления в проектируемой передаче весьма важен и при этом необходимо учитывать условия работы опорно-направляющего устройства, а также не целесообразно назначать толщину опоры менее 16 мм.

12. Методика расчета геометрических, кинематических и силовых параметров зубчато-реечного механизма подачи грунтопрокалывающей установки внедрена в ООО «Скуратовский опытно-экспериментальный завод» и используется при проектировании зубчато-реечных механизмов подачи грун-топрокалывающих установок; результаты аналитических исследований использованы ООО «БЕЛРА-Центр» при создании установок горизонтального прокола; основные положения диссертационной работы и разработанное учебное пособие «Проектирование и конструирование машин для бестраншейной прокладки труб» используются в учебном процессе Тульского государственного университета для студентов, обучающихся по направлению 150400 «Технологические машины и оборудование» при чтении курсов «Проектирование и конструирование горных машин и комплексов» и «Бурильные машины и установки», математическая модель и программное обеспечение по расчету параметров зубчато-реечных передач используются в учебном процессе кафедры «Техническая механика» Новомосковского института РХТУ им. Д.И. Менделеева.

1. ИнжеСтрой: сайт. URL: http.V/www.ingestroy.ru/view/document/besransh

2. Дорожные машины и производственная база строительства: учеб. пособие / Е.И. Захаров и др.. Тула: Изд-во Тул. гос. ун-та, 2008. 606 с.

3. Спецстрой К: сайт. URL: http://specstroika.ru/feautures.html

4. Каменский М.Н. Применение методов бестраншейной прокладки подземных коммуникаций // XXVI научная конференция профессорско-преподавательского состава и сотрудников НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева. Новомосковск, 2007. 4.2. С.78.

5. Лукиенко Л.В., Каменский М.Н. Выбор экологически сберегающих технологий строительства подземных коммуникаций // Математические методы в технике и технологиях: сб. трудов XX Международной научной конференции. Ростов-на-Дону, 2007. Т. 10. С. 161 164 .

6. Худин Ю.Л., Маркман Ю.В., Вареха Ж.П. Разрушение горных пород комбинированными исполнительными органами. М.: Недра, 1978. 224 с.

7. Высокопроизводительные гидропневматические ударные машины для прокладки инженерных коммуникаций / Д.Н. Ешуткин и др.. М.: Строй-издат, 1990. 171 с.

8. Рыбаков А.П. Основы бестраншейных технологий (теория и практика). М.: ПрессБюро №1, 2005. 304 с.

9. Кершенбаум Н.Я., Минаев В.И. Проходка горизонтальных и вертикальных скважин ударным способом. М.: Недра, 1984. 245 с.

10. Гидропневмоударные системы исполнительных органов горных и строительно-дорожных машин / A.C. Сатинов и др.. М.: Машиностроение, 1980. 200 с.

11. Теоретические основы создания гидроимпульсных систем ударных органов машин / A.C. Сатинов и др.. Алма-Ата, 1985. 256 с.

12. Лукиенко Л.В., Каменский М.Н. О выборе системы подачи исполнительного органа машин для бестраншейной прокладки труб // Интеграция науки и производства: сб. материалов 1-й Международной научно-практической конференции. Тамбов, 2008. С. 100-101.

13. Рогачёв A.A. Обоснование конструктивных параметров и режимов работы исполнительного органа управляемой прокалывающей установки: дис. . канд. техн. наук. Тула, 2007. 139 с.

14. Воронцов Д. С. Обоснование принципиальной схемы и конструктивных параметров грунтопроходчика: дис. . канд. техн. наук. Новосибирск, 2005. 123 с.

15. Меныпенин С.Е. Структура и рациональные параметры головного снаряда установок для бестраншейной направленной прокладки скважин. Автореферат дис. . канд. техн. наук. Новочеркасск, 2004. 20 с.

16. МГСН 6.01-03. ТСН 40-303-2003 г. Москвы. Бестраншейная прокладка коммуникаций с применением микротоннелепроходческих комплексов и реконструкция трубопроводов с применением специального оборудования. М., 2004.

17. Ушаков Л.С., Котылев Ю.Е., Кравченко В.А. Гидравлические машины ударного действия. М.: Машиностроение, 2000. 416 с.

18. Горбунов В.Ф., Лазуткин А.Г., Ушаков Л.С. Импульсный гидропривод горных машин. Новосибирск: Наука, 1986. 197 с.

19. Бесцепные системы подачи очистных комбайнов / Ю.Н. Семёнов и др.. М.: Недра, 1988. 152 с.

20. Бойко Н.Г. Динамика очистных комбайнов. Донецк: Изд-во ДНТУ, 2004. 206 с.

21. Силовые зубчатые трансмиссии угольных комбайнов. Теория и проектирование/П.Г. Сидоров и др.. М.: Машиностроение, 1995. 296 с.

22. Браун Э.Д., Евдокимов Ю.А., Чичинадзе A.B. Моделирование трения и изнашивания в машинах. М.: Машиностроение. 1982. 191 с.

23. Маурин H.H. Комплексное решение задач распределения удельных нагрузок и напряжений в прямозубых передачах. Автореферат дис. . канд. техн. наук. М., 1986. 16 с.

24. Стационарные и тормозные режимы работы бесцепных систем перемещения очистных комбайнов / В.А. Бреннер и др.. Тула: Изд-во Тул. гос. ун-та, 2007. 220 с.

25. Литвин Ф.Л. Теория зубчатых зацеплений. М., Наука, 1968. 584 с.

26. Часовников Л.Д. Передачи зацеплением. М.: Машиностроение, 1969. 351 с.

27. Булгаков Э.Б. Высоконапряжённые зубчатые передачи. Геометрическая теория. Расчёт. М.: Машиностроение, 1969. 104 с.

28. Александров В.М., Ромалис В.Л. Контактные задачи в машиностроении. М.: Машиностроение, 1986. 176 с.

29. Смирнов С.Н. Разработка методов исследования и проектирования зубчато-реечных систем подачи, обеспечивающих повышение эффективности очистных комбайнов: дис. . докт. техн. наук. Тула, 1991. 572 с.

30. Повышение прочности и долговечности горных машин / A.B. Докукин и др.. М.: Машиностроение, 1982. 224 с.

31. Бреннер В.А., Лукиенко Л.В. Повышение ресурса бесцепных систем подачи угледобывающих комбайнов. Новомосковск: НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2004. 204 с.

32. Когаев В.П., Дроздов Ю.Н. Прочность и износостойкость деталей машин. М.: Высшая школа, 1991. 319 с.

33. Серенсен C.B., Когаев В.П., Шнейдерович P.M. Несущая способность и расчёт деталей машин на прочность. М.: Машиностроение, 1975. 488 с.

34. Гриб B.B. Решение триботехнических задач численными методами. М.: Наука, 1982. 112 с.

35. Горобец И.А. Оптимизация профиля зубьев движителей механизма перемещения очистных комбайнов // ИВУЗ, Горный журнал. 1992. №5. С. 77 82.

36. Молдавский Л.А., Финкельштейн 3.JL, Верклов Б.А. Виды повреждений и долговечность трансмиссий горных машин. М.: Недра, 1981. 192 с.

37. Ковалева Т.В. Совершенствование методов проектирования и обоснование параметров зубчато-реечных систем подачи очистных комбайнов. Автореферат дис. . канд. техн. наук. Тула, 1998. 17 с.

38. Методы повышения долговечности деталей машин / В.Н. Ткачёв и др.. М.: Машиностроение, 1971. 272 с.

39. Красников Ю.Д., Солод C.B., Хазанов Х.И. Повышение надёжности горных выемочных машин. М.: Недра, 1989. 215 с.

40. Надёжность машин / Д.Н. Решетов и др.. М.: Высшая школа, 1988. 238 с.

41. Проников A.C. Надёжность машин и механизмов. М.: Наука, 1978. 560 с.

42. Исследование в области создания бесцепных систем подачи выемочных комбайнов. Отчет № 75-363. Тула, ТулПИ. 1985. 132 с.

43. Лимаренко Г.Н. Реечные передаточные механизмы поступательных приводов автоматизированных машин. Автореферат дис. . докт. техн. наук. Красноярск, 2010. 34 с.

44. Каменский М.Н. Повышение эффективности использования машин для бестраншейной прокладки труб // XXXIV Гагаринские чтения. Тезисыдокладов Международной молодежной научной конференции. М., 2008. №3. С. 48-50.

45. Кудрявцев В.Н. Планетарные передачи. Справочник. Л.: Машиностроение, 1977. 536 с.

46. Шелофаст В.В. Основы проектирования машин. М.: АПМ, 2004. 472 с.

47. Годынский Э.Г. Обоснование и разработка метода оптимального проектирования зубчато-реечных систем подачи, обеспечивающего повышение технического уровня очистных комбайнов: дис. . канд. техн. наук. Тула, 1989. 272 с.

48. Ишунькин Д.Г. Разработка метода прогнозирования ресурса зубчато-реечных систем подачи высокопроизводительных очистных комбайнов: Дис. . канд. техн. наук. Тула, 2003, 200 с.

49. Полосатов Л.П., Сидоров П.Г. Теория синтеза цевочных зацеплений колёсных движителей угольных комбайнов // ИВУЗ, «Горный журнал». 1989. №4. С. 84-88.

50. РТМ 12.44.058-85 Комбайны очистные. Бесцепные системы подачи. Расчёт параметров движителей. Методика. М., 1985. 43 с.

51. Бойко Н.Г., Горобец И.А., Костюков В.М. Кинематика зацепления зубьев движителя бесцепной системы подачи очистных комбайнов // Известия ВУЗов. Горный журнал. 1988. №9. С. 79-82.

52. РД 12.16.239-91. Комбайны очистные. Бесцепные системы подачи. Расчёт геометрических параметров движителей. Методика. М., 1991. 43 с.

53. Исследование цевочного движителя БСП / В.Г. Лукиенко и др.. // Подъёмно-транспортные машины. Тула, 1979. С. 154- 159.

54. Смирнов С.Н., Годынский Э.Г. Геометрия цевочного зацепления бесцепных систем подачи выемочных машин // Сб. Исследование и совершенствование способов средств осушения и очистной выемки шахт Подмосковного бассейна. Тула, 1980. С. 153 160.

55. Лукиенко В.Г., Смирнов С.Н., Ткачёв А.Ю. Методика определения КПД движителей БСП очистных комбайнов // Механизация горных работ. Межвузовский сборник научных трудов. Кемерово, 1986. С. 30 33.

56. Горные машины для подземной добычи угля / П.А. Горбатов и др.. Донецк: Норд Компьютер, 2006. 669 с.

57. Лукиенко Л.В., Ковалева Т.В., Каменский М.Н. О применении качественных показателей при исследовании тяжело нагруженных зубчато-реечных передач // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула, 2010. Вып. 1. С. 3 8.

58. Теория механизмов и машин: уч. пособие / М.З. Коловский и др.. М:: Академия, 2008. 560 с.

59. Гавриленко В.А. Основы теории эвольвентой зубчатой передачи. М.: Машиностроение, 1969. 432 с.

60. Теория механизмов: учеб. пособие для втузов / В.А. Гавриленко. М.: Высшая школа, 1973. 511 с.

61. Лукиенко Л.В., Каменский М.Н. Определение ускоренного скольжения в зацеплении // XXVII научная конференция профессорско-преподавательского состава и сотрудников НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева. Новомосковск, 2009. 4.2. С. 80-81.

62. Каменский М.Н. Влияние ускоренного скольжения на процесс изнашивания зубьев в зацеплении // XI научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов, студентов. Новомосковск, 2009. 4.2. С. 18-19.

63. Бертяев В.Д. Теоретическая механика на базе Mathcad. Практикум. СПб.: БХВ Петербург, 2005. 752 с.

64. Васильев Н.В. Закрытая прокладка трубопроводов. М: Недра, 1964. 264 с.

65. Сулакшин С.С. Техника и технология направленного бурения скважин. М.: Недра, 1967. 310 с.

66. Зеленин А.Н. Основы разрушения грунтов механическими методами. М.: Машиностроение, 1968. 375 с.

67. Белецкий Б.Ф. Технология и механизация строительного производства. М.: Феникс, 2004. 752 с.

68. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений: учеб. пособие. М.: Недра, 1994. 382 с.

69. Прохоров Н.И., Панин А.Н., Огер А.Д. Расчет усилия прокола. Известия Тульского государственного университета. Серия «Геомеханика. Механика подземных сооружений». Тула, 2003. Вып. 1. С. 228 233.

70. Гольдштейн М.Н. Механические свойства грунтов. М.: Стройиздат,1971.367 с.

71. Цытович H.A. Механика грунтов. М.: Госстройиздат, 1963. 636 с.

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

73. Бреннер В.В., Воронов Ю.В. Математические методы для системотехников. Теория планирования эксперимента. Тула: ТулПИ, 1987. 99 с.

74. Замрий A.A. Проектирование и расчёт методом конечных элементов трёхмерных конструкций в. среде АРМ Structure3D. М.: АПМ, 2004. 252 с.

75. Лукиенко Л.В., Каменский М.Н. Совершенствование тяжело нагруженных зубчато-реечных систем перемещения с помощью программных продуктов КГЦ «АПМ». САПР и графика. М.:, 2009. №9 (155). С. 108 -110.

76. Каменский М.Н. Лукиенко Л.В. Критерий выбора материалов для изготовления тяжело нагруженных деталей машин // XII научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов, студентов. Новомосковск, 2010. 4.2. С. 80.

77. Конструкционные материалы: Справочник / Б.Н. Арзамасов и др.. М.: Машиностроение, 1990. 688 с.

78. Стренг Г., Фикс Дж. Теория метода конечных элементов. М.: Мир, 1977. 349 с.

79. Розин Л.А. Стержневые системы как системы конечных элементов. Л.: Изд-воЛГУ, 1976. 232 с.

80. Алексеев Д.А. Исследование напряженно-деформированного состояния зуба колеса с помощью МКЭ // XXXV Гагаринские чтения. Тезисы докладов Международной молодежной научной конференции. М., 2009. №.3. С. 3-4. ■

81. Алексеев Д.А. Сравнение схем напряженно-деформированного состояния при, анализе МКЭ зубчатых передач // XXXV Гагаринские чтения. Тезисы докладов Международной молодежной научной конференции. М., 2009. №.3. С. 4-5.

82. Биргер И.А., Мавлютов P.P. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1986. 560 с.

83. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: Наука. 1986. 512 с.

84. Каменский М.Н. Об исследовании нагруженности тягового органа машин для бестраншейной прокладки труб // XXXV Гагаринские чтения. Тезисы докладов Международной молодежной научной конференции. М., 2009. №.3. С. 31-33.

85. Каменский М.Н., Лукиенко Л.В. К определению минимальных габаритов системы подачи исполнительного органа машин для бестраншейной прокладки труб // Успехи в химии и химической технологии: Сб. научных трудов. М., 2008. Том XXII, №10 (90). С. 90 92.

86. Лукиенко Л.В., Каменский М.Н. Обоснование параметров тягового органа машин для бестраншейной прокладки труб // XXVII научная конференция профессорско-преподавательского состава и сотрудников НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева. Новомосковск, 2009. 4.2. С. 81.

87. Каменский М.Н. Исследование параметров прочности тягового органа машин для бестраншейной прокладки труб // XI научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов, студентов. Новомосковск, 2009. 4.2. С. 19-20.

88. Носенко С.И. Разработка методов расчёта тяговых органов бесцепных систем подачи очистных комбайнов, обеспечивающих повышение прочности и снижение металлоёмкости реечных ставов: дис. . канд. техн. наук, Тула, 1991. 245с.

89. Смирнов А.П. Компьютерное моделирование измерительных процессов. Практикум в среде MathCAD на примерах из механики и оптики. СПб: СПбГУИТМО, 2006. 101с.

90. Расчеты экономической эффективности новой техники: справочник / К.М. Великанов и др.. Л.: Машиностроение, 1990. 448 с.