автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Разработка конструкции и обоснование параметров рабочего органа для бурения скважин в мерзлых грунтах

На правах рукописи

ИМ/

ЛИНЬКОВ Сергей Александрович

РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ОРГАНА ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН В МЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ

05.05.04 — Дорожные, строительные и подъсмно-транспортные машины

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Омск 2007

003069487

Работа выполнена в Тюменском государственном архитектурно-строительном университете (ТюмГАСУ, г Тюмень) и Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ, г Омск)

Научный руководитель

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Никифоров Юрий Петрович

доктор технических наук, Пономаренко Юрий Евгеньевич

доктор технических наук, профессор Галдин Николай Семенович

кандидат технических наук, Кузик Владимир Леонидович

Ведущая организация

Федеральное государственное унитарное предприятие Конструкторское бюро транспортного машиностроения, г Омск

Защита состоится «2&_» КАЯ_ 2007 года в часов на

заседании диссертационного совета ВАК РФ Д 212 250 02 при Сибирской государственной автомобилыю-дорожной академии (СибАДИ) по адресу 644080, г Омск, проспект Мира, 5, зал заседаний

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии

Отзывы в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета Телефон для справок (3812) 65-01-45, факс (3812) 65-03-23

Автореферат разослан «ЗД » 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

Захаренко А В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В промышленном строительстве значительную долю составляют земляные работы, которые происходят в сложных условиях К таким условиям, в первую очередь, относятся работы, производимые на мерзлых грунтах Сезонное промерзание грунтов наблюдается на территории, занимающей около 40% всей площади России, где толщина сезонного промерзания достигает 0,8 - 3,5 м На остальной территории залегают толщи многолетнемерзлых грунтов Физико-механические свойства мерзлых грунтов и их высокая прочность, соизмеримая с прочностью рабочих органов машин, затрудняют применение известных технологий и оборудования для разработки этих грунтов Производство таких работ требует применения машин и оборудования повышенной мощности и соответственно повышенных энергетических затрат

Существующий парк землеройных машин, в том числе и бурильных, в большей своей части мало соответствует указанным условиям проведения работ Поэтому поиск путей повышения эффективности разработки мерзлых грунтов является актуальной проблемой современного строительного производства

Одним из эффективных направлений повышения производительности землеройной техники является совершенствование конструкций рабочих органов на основе анализа закономерностей их взаимодействия с разрабатываемым грунтом

В процессе работы землеройных машин наибольшая часть энергии затрачивается на резание грунта Поэтому снижение энергоемкости резания грунта путем совершенствования рабочих органов и создания принципиально новых является актуальной проблемой, направленной на техническое перевооружение парка землеройных машин и повышение его производительности при относительно малых материальных затратах

Целыо данной работы является повышение эффективности бурения скважин в мерзлых грунтах путем создания и внедрения новой конструкции рабочего органа бурильной машины

Объект исследования — конструктивно-технологическая система «рабочий орган бурильной машины — мерзлый грунт»

Предмет исследования - закономерности взаимосвязи физико-механических параметров мерзлого грунта с конструктивно-технологическими параметрами рабочего органа бурильной машины

Основная идея состоит в повышении эффективности бурения скважин в мерзлых грунтах за счет применения в исследовании теории механики хрупкого разрушения грунтов методом крупного скола

ч

Задачи исследования:

1 Выявление особенностей влияния физико-механических характеристик мерзлых грунтов на характер их разрушения при резании

2 Исследование закономерностей резания мерзлого грунта одиночным резцом и группой резцов

3 Выбор и обоснование оптимальной формы резца для бурильного рабочего органа

4 Разработка методики выбора параметров и расчета конструкции рабочего органа бурильной машины

5 Разработка конструкции, изготовление и внедрение в производство рабочего органа для бурения скважин в мерзлых грунтах

Методика исследования носит комплексный характер, содержит как теоретические, так и экспериментальные исследования В теоретической части использованы методы системного анализа, теории резания грунта, теоретической механики и других фундаментальных наук Экспериментальные исследования основаны на использовании современной контрольно-измерительной аппаратуры и статистической обработки результатов экспериментов.

Научная новизиа:

• Установлена закономерность процесса разрушения мерзлого грунта крупным сколом в зависимости от его хрупкости

• Исследованы и обоснованы параметры блокированного резания, как одиночного резца, так и группы резцов при резании мерзлых грунтов

• Установлены зависимости, определяющие силовые параметры и энергоемкость резания при хрупком разрушении мерзлого грунта крупным сколом, при резании одиночным резцом и группой резцов

Достоверность научных положений, изложенных в работе, подтверждается экспериментальными исследованиями в лабораторных и полевых условиях, с использованием современного оборудования и необходимым объемом экспериментальных данных, а так же результатами производственных испытаний изготовленных образцов бурильных головок на строительных площадках Крайнего Севера (г Новый Уренгой)

Практическая значимость — заключается в создании методики выбора параметров и расчета конструкции бурильной головки, обеспечивающими минимальный энергетический процесс — крупный скол элементов разрушения мерзлых грунтов В результате разработана, испытана и внедрена опытная бурильная головка с цилиндрическими резцами для неглубокого бурения прочных мерзлых грунтов

Личный вклад автора заключается в формулировании общей идеи работы ее цели и задач, в выполнении теоретических и большей части экспериментальных исследований, анализе и обработке результатов, а так же внедрении в производство разработанной конструкции бурильной головки

На защиту выносятся:

• Особенности разрушения мерзлого грунта при воздействии на него режущего рабочего органа,

• Теоретические и экспериментальные исследования работы одиночного резца и группы резцов при резании мерзлого грунта методом крупного скола,

• Методика выбора оптимальных параметров и расчета конструкции бурильного рабочего органа вращательного типа и его режущих элементов, осуществляющих разрушение мерзлого грунта методом крупного скола,

• Новая конструкция рабочего органа бурильной машины (решение о выдаче патента на изобретение, заявка №2005126937/03(03 0253))

Апробация работы. Основные разделы диссертации докладывались на международной конференции «Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях», 2002 год, на 1Г, III, IV конференциях молодых ученых и аспирантов, Тюмень, 2002, 2003, 2004 год, на Международной научно-практической конференции «Дорожно-транспортный комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура», Омск, 2003 год, на Всероссийской научно-технической конференции «Роль механики в создании эффективных материалов, конструкций и машин XXI века», Омск, 2006 год

Реализация результатов работы. По предложенной методике разработана резцовая бурильная головка, испытана в филиале №2 ОАО «Стройтрансгаз» г Новый Уренгой, и рекомендована к внедрению в производство Новизна конструкции бурильной головки подтверждена патентом РФ на изобретение. Результаты исследований также используются в учебном процессе ТюмГАСУ

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в десяти статьях (одна из них в журнале, рекомендованном ВАК РФ) По теме исследований получено решение о выдаче патента на изобретение

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка литературы и приложений Объем диссертационной работы составляет в целом 181 страница основною текста, в том числе 6 таблиц, 69 рисунков, список литературы из 130 наименований и приложения на 8 страницах

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, излагаются цель исследования, научная новизна, практическая ценность, а так же основные положения, выносимые на защиту

В первой главе приведен обзор бурильных машин и их рабочих органов, используемых для проходки скважин при строительных работах На основе анализа их работы установлено, что для бурения скважин в мерзлых грунтах,

перспективны машины вращательного бурения с округляющими или крестовыми формами режущей головки К достоинствам вращательного бурения следует отнести, прежде всего, простоту и маневренность в работе, низкую энергоемкость проходки скважин и высокую производительность работ

Также представлен обзор исследований посвященных резанию и хрупкому разрушения грунтов, и созданию машин и оборудования для разработки мерзлых грунтов

Рассмотрены работы В Д Абезгауза, ИЛ Айзенштока, О Д Алимова, К А Артемьева, В Л Баладинского, В И Баловнева, И Г Басова, Б А Бондаревича, А А Вайнсона, Ю А Ветрова, Д П Волкова, М И Гальперина, Н Г Гаркави, В П Горячкина, Н Г Домбровского, А М Завьялова, А Н Зеленина, И А Недорезова, Ю П Никифорова, А Ф Николаева, В В Ничке, В К Руднева, Д И Федорова, А И Федулова, Л А Хмары, Н А Цытовича, Г П Черепанова и других исследователей Обоснованию параметров и режимов работы рабочих органов бурильных машин посвящены работы О Д Алимова, В С Владиславлева, Л Т Дворникова, А С Кадырова, Б А Катанова, В Я Кутузова, М И Смородинова, А П Суханова, В В Харченко

Обзор существующих исследований выявил отсутствие теоретических и экспериментальных данных по разрушению мерзлого грунта крупным сколом бурильными рабочими органами, что указывает на необходимость проведения дополнительных теоретических и экспериментальных исследований по данному вопросу и поиску новых конструктивных решений

Было установлено, что резание грунта резцами бурильной машины осуществляется методом фрезерования, который требует большой работы разрушения на единицу проходки

На основании проведенного обзора и анализа работ перечисленных авторов были сформулированы цель и задачи исследований, а так же установлено, что наиболее эффективное решение проблемы может быть направлено на создание новых рабочих органов, интенсифицирующих процесс разрушения мерзлого грунта крупным сколом в системе «рабочий орган бурильной машины - мерзлый грунт»

Вторая глава посвящена исследованиям особенностей поведения мерзлых грунтов при их разрушении В ней дается характеристика наиболее часто встречаемых в практике мерзлых грунтов Дана блок-схема взаимодействия параметров мерзлого грунта и их влияния на характер разрушения

Особое внимание уделено прочностным показателям мерзлых грунтов сопротивлению на одноосное сжатие, сопротивлению на растяжение и сдвиг Так как эти показатели очень важны для дальнейших теоретических исследований, а данных по их значениям чрезвычайно мало, то был проведен

целый ряд лабораторных исследований по определению этих показателей и их зависимости от температуры, для исследуемых мерзлых грунтов

За определяющий показатель было принято сопротивление мерзлого грунта на одноосное сжатие (а0) и установлены корреляционные зависимости с сопротивлениями на разрыв (ар) и срез (гср)

<тр = (0,033 0,05 )сг0, (1)

тср = (0,08 0,2)о-0 (2)

Меньшие значения применимы для глинистых и суглинистых мерзлых грунтов, а большие - для песчаных и мерзлых супесчаных грунтов

При анализе процесса разрушения мерзлых грунтов доказана правомерность применения теории упругости, особенно около контактной зоны Тем самым решается первая стадия процесса — определение напряжения в зоне резания, а на второй стадии - процесса отделения элемента разрушения, применима теория механики хрупкого разрушения Хрупким разрушением обычно называют разрушение, при котором пластическое течение материала настолько мало, что наблюдаемые остаточные деформации ничтожно малы За основополагающий фактор хрупкого разрушения был выбран показатель отношения максимального касательного напряжения к наибольшему нормальному напряжению в данной точке тела, при условии что напряженное состояние в процессе деформации не претерпевает изменения (по теории Давиденкова-Фридмана)

т = ТгР т® !а„ па, (3)

Определение показателя т лабораторным путем длительный и трудоемкий процесс

В работе предложен простой экспресс — метод определения показателя т способом рыхления мерзлого грунта навесным рыхлителем Первоначально производится проходка борозды при максимально заглубленной стойке рыхлителя, и делаются замеры образующихся элементов разрешения по сторонам стойки (боковых развалов) Затем замеряется ширина и высота элемента На рис 1 приведена схема к определению показателя «/к» экспресс — методом Высота элемента Ь равна высоте отрыва элемента от массива Иотп Элементарное вычисление без лабораторных исследований дает показатель «т»'

= * = /- (4)

т В

Исследование показателя хрупкости т показали его зависимость от температуры, влажности и гранулометрического состава мерзлого грунта

Анализ процесса хрупкого разрушения, при резании мерзлого грунта, позволил выдвинуть рабочую гипотезу о резании «крупным сколом» Крупный скол мерзлого т рунта происходит при определенных параметрах блокированного резания (глубина резания, ширина резца, шаг расстановки

резцов), в зависимости от физико-механических характеристик грунта, и характеризуется максимальной зоной разрушения, особенно по боковым поверхностям резца (боковым развалам), образующихся за счет отрыва элемента грунта от массива

Третья глава посвящена теоретическим исследованиям взаимодействия резца с мерзлым грунтом при резании крупным сколом

Анализ работы бурильных установок показывает, что основным для них является блокированное, полублокированное и повторно-блокированное резание

Рассмотрено блокированное резание одиночным резцом, как наиболее энергоемкое Определены геометрические характеристики зоны разрушения после прохода резца (рис 1) Характерные зоны следа разрушения 1-2-3 — боковые развалы, образующиеся в основном за счет деформации отрыва, 2-3— 3-2 - зона среза перед передней гранью резца, 3-3-4-4 - зона смятия фунта в

Общая площадь поперечного сечения

+ (5)

где Р„ = Ыг - лобовая площадь резца, - общая площадь зоны

разрушения, <р- коэффициент, учитывающий величину боковых развалов

Установлено, что угол а, равен = \/т, следовательно, ширина бокового развала В = ткотр , где Иотр - высота зоны отрыва боковых развалов Тогда, Рб р = И^трт, следовательно

Ыкр ~ЬИ + Ь1трт (6)

Обозначим отношение глубины резания к ширине через 8 = /г/Ь

Подставляя все данные в равенство, получим отношение общей глубины резания к глубине зоны отрыва

^ ~ (7)

(3-1

Из данной зависимости можно сделать вывод, что данное отношение зависит от физико-механических характеристик, состава мерзлого грунта и параметров резания

Отношение А/й^ -> 1 при условии максимального значения и

определенного (оптимального) значения 8тт

Коэффициент <ртгх, учитывающий максимальные размеры боковых развалов площади разрушения, получается при определенном отношении глубины к ширине рыхления, которое обозначим как ¿>опт = А„„т/6

При значениях <р = и имеем резание мерзлого грунта

«крупным сколом»

Составляющие общей площади разрушения при блокированном резании (рис 1) будут равны

Площадь отрыва, для оптимальных параметров резания, когда \пт = Ьёапт

и <р = <рт„, определяется по формуле

= 1) (8) Площадь среза перед лобовой площадью резца

РсР = Р„=Ъг6опт (9)

Площадь зоны смятия мерзлого грунта перед резцом

рсм = рп-Ктрь (Ю)

В соответствии с формулой 6 имеем

^отр

а, следовательно, площадь смятия равна

V т

(12)

V т

В зависимости от величины данных площадей и прочностных показателей мерзлого грунта ( о„, Ор, тср) определится общее сопротивление резанию

Р = Р + Р + Р = -Р сг+Рг + Р а =

об опгр ср см отр р срср см о

= о.Ъг8„

0,04 -1)+0,04и + (1- ^^ (13)

V 5™т J

Также был проведен анализ конструкций существующих резцов, используемых в бурильных головках, который показал на их

неудовлетворительную работу при резании по окружности, что подтверждается рядом исследований (Б А Катанова) Поэтому был предложен цилиндрический резец с нижней конической частью

Расчеты показали, что зона смятия цилиндрического резца меньше, чем зона смятия прямоугольного резца, при Ь--Ы

Удельная энергоемкость резания может быть определена по формуле

Э

п

■ Ll

к, ''

(14)

где Лг— мощность, расходуемая на резание, П — производительность резца или группы резцов при непрерывном движении,^ — скорость движения резца, Раб — общее сопротивление резанию, 1<\,с, — площадь поперечного сечения, образующаяся при проходе резца

Подставляя ранее полученные значения Р0б и Роб, получим -для блокированного резания

(15)

4>т

где а„ - предел прочности на одноосное сжагие, Ъ - ширина резания, к - коэффициент блокировки (для полублокированного резания 0,65), ботт1 - оптимальное отношение глубины к ширине резания, 1гоп„, = Ъдопт - высота зоны отрыва, характеризующая величину элементов разрушения, С учетом этих величин имеем

(16)

Э, = -

-для полублокированного резания

<Рт

0,65(Х„

(17)

На рис 2 представлена зависимость = /(и0 для мерзлого песчаного грунта с температурой от -9 до -16 °С и влажностью 16—17%

Рис. 2 Зависимость удельной энергоемкости от показателя хрупкости мерзлого грунта «т»

Анализ зависимости Э„, = /(»0 показывает на то, что при резании мерзлого грунта крупным сколом имеет место минимальное значение энергоемкости Данное значение получается при максимальной величине получаемых элементов разрушения

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям блокированного резания мерзлых грунтов

Разработана общая методика исследований, которая предусматривает исследование процесса разрушения при резании мерзлого грунта и получение зависимостей определяющих этот процесс показатель т=г^/'сг,,, коэффициент

<Ртах (характеризующий зону разрушения), оптимальное отношение глубины к ширине резания 30пт, и шаг расстановки резцов 7'("ри резании группой резцов) Эксперименты проводились как в лабораторных условиях (резание подготовленных образцов грунтов, замороженных в морозильной камере), так и в полевых условиях (использование одностоечного рыхлителя КотаШ* П-355)

Данным исследованиям предшествовало планирование эксперимента с установлением необходимого числа опытов Полученные результаты обрабатывались методами математической статистики

Определение показателя т производилось предложенным экспресс — методом, т е показатель т определялся как отношение горизонтального размера бокового элемента разрушения к его высоте

Исследование показателя т в зависимости от температуры мерзлого грунта показало, что он зависит как от температуры, так и от состава грунта, и записывается в виде

т=(0,83 1,17)4?С (18)

Меньшие значения характерны для мерзлых глинистых грунтов, а большие - для мерзлых песчаных грунтов

При резани» одиночным резцом, производились замеры поперечной площади образующегося следа разрушения, при различных отношениях ЫЬ д Опыты показали, что показатель изменения площади — коэффициент г/>-при определенных значениях <5 имеет максимальные значения Величина (рмах зависит от состава грунта и показателя хрупкости т Чем больше хрупкость мерзлого грунта (с ростом т), тем большие значения имеет коэффициент (рыах Обработка экспериментальных данных дает зависимость уиах-/(т) в виде <Рмах=2т, а оптимальное соотношение ёопт, при котором у>= получаем в виде

(1опт т(1+т)/2 (19)

Введение данных показателей в теоретические зависимости позволяет получить необходимые расчетные величины параметров резания

При определении расстояния между соседними резцами, с учетом

блокировки, имеем значение шага резания, равное Г = Ьт]—-" —— , или

V т

подставляя значения, 6опт и имеем

Т^Ьт^Щ^ (20)

Лабораторные и полевые исследования показали хорошую сходимость данной зависимости с опытными данными

В результате проведения первого этапа экспериментальных исследований мы получили следующие зависимости по определению параметров зоны разрушения при блокированном резании (табл 1), в зависимости от показателя хрупкости т

Таблица 1

Зависимости для определения параметров зоны разрушения_

Кг Наименование показателя Зависимость для расчета

1 Максимальный коэффициент, <рта1 *Ртах = 2т

2 Оптимальное отношение глубины к ширине резания, 5,тт _т(\ + т) опт 2

3 Оптимальная глубина резания, h[mm 7 Ьт( 1 + т) опт ^

4 Высота зоны отрыва, Иотр 1(т + У)(2т -1) Н->-Ч 7

5 Высота зоны смяаия, Лс„ Ъ = Ъ — ъ с м опт отр

6 Максимальный шаг резания, Т Т-Ът^+^-Ъ

7 Площадь зоны отрыва, Ь"отр Ротр = 0,5Ь2т(1+ т)(2т-1)

В Площадь зоны среза, К,, Рср = 0,5/>2тя(1 + т)

9 Площадь зоны смятия, /'*„, = ¿2[0>5т(' + т) ~ /О + м)(2т -1)|

10 Общее сопротивление резанию, Роб Ро6 = 0,65<то62от(1 + т)

11 Удельная энергоемкость резания, Л-1 п 0,33сг„ т

При втором этапе экспериментальных исследований, были определены силовые и энергетические характеристики процесса резания мерзлых грунтов (Р„п, Рвош) Определение силовых зависимостей производилось методами тензометрии с усилительными и записывающими приборами Для испытаний

был изготовлен, предложенный в работе, цилиндрический резец с углом при вершине 20° Погрешность в измерении силы резания составила в пределах 13% Резание производилось одиночным резцом с шагом между отдельными резцами, равным Т=(1 4)к

Исследовалось влияние показателя хрупкости т на сопротивление резанию Полученные осциллограммы указывают на наличие промежуточных пиков при сколе грунта перед резцом, меньших максимального значения Это подтверждают теоретические выводы о наличии промежуточных сколов грунта перед резцом, от одного крупного скола до другого крупного скола

Одним из важнейших параметров при проектировании рабочего органа бурильной машины является подача рабочего органа на один оборот

Величина подачи зависит от такого параметра, как сопротивление вдавливанию резца в мерзлый грунт Проведенные эксперименты по вдавливанию жесткого пуансона в мерзлый грунт на машине Р-5 показали, что удельное усилие вдавливания зависит от отношения глубины вдавливания Ь к диаметру пуансона с/ На рис 3 представлен график зависимости удельного усилия вдавливания Р=/(И/ф

Аналитически зависимость для удельного сопротивления вдавливанию при М/ > 1 можно записать в виде /'„,, = 0,з(Л/с/), а осевое усилие на резце в виде зависимости

Ла*4,5а-„ (21)

\Щ'

о ---------,

О 0 5 1 15 2 25 3 35 4 45

ш

Рис. 3 Изменение удельного давления при вдавливании цилиндрического резца в зависимости от отношения И/й в мерзлый песчаный грунт (,-3"С, о>=14 . 16%), ♦— </ = 5 мм, в-<*= 10 мм, А- </= 15 мм

Пятая глава. На основании результатов проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработана методика по выбору параметров и режимов работы бурильной головки при резании мерзлых грунтов, а так же расчету и проектированию образца бурильной головки с цилиндрическими резцами крупного скола

Бурильная головка является сложной системой с большим числом параметров и воздействующих на нее величин На рис 4 приведена блок-схема взаимозависимости параметров бурильной головки и внешних факторов, влияющих как на параметры, так и на режимы работы

Вид резцов

г

х

Параметры бурильной головки

Диаметр

Параметры мерзлого

ГТ№НТЯ

Технотогичсские и силовые зависимости

4 4 4

■я Б

* £ о Т. к ГГ IX % § С

=г а п г к ё. К = &

Размеры прод) кта разрушения

Способ удаления шлама

Рис.4 Блок-схема выбора параметров и режимов работы бурильной головки

Для расчета опытного образца бурильной головки с цилиндрическими резцами крупного скола принимаем следующие исходные данные

1 Параметры бурильной головки диаметр бурильной головки Д высота бурильной головки Н, количество консолей для расстановки резцов, тип забурника

2 Вид резцов режущие элементы цилиндрические, с конической нижней частью — два ряда, диаметр резцов первого ряда с1/, второго ряда (12

3 Параметры мерзлого грунта задаются по прочностным показателям (сг р > тср , & о ) которые выражены через показатель хрупкости мерзлого грунта т

4 Способ удаления шлама шнековая очистка скважины

На первом этапе выбирается вид резцов, рассчитывается их размер и количество, а так же производится их расстановка на консоли бурильной головки

Для расчета резцов первого ряда (рис 5), в соответствии с зависимостями, приведенными в таблице 1 автореферата, определяются оптимальная глубина резания Л0Л1Я, высота отрыва элемента мерзлого грунта

при крупном сколе На, резцов I

максимальный шаг между резцами Т, количество т(1+т)

А"-. = 4-

(22)

7(24)

,,=0,5 О/Т,, (25)

Для уменьшения неразрушенного целика мерзлого грунта между резцами возможна корректировка Т]

Располагать резцы в первом ряду следует так, чтобы первый резец находился у периферии головки и далее в соответствии с шагом, учитывая расстояние до оси бура

Аналогично расчету параметров резцов первого ряда, производится расчет параметров резцов второго ряда (рис 6)

резцы 1"°ряда

Так как резец второго ряда должен проходить между проходами резцов первого ряда, то шаг резцов второго ряда принимаем равным шагу резцов первого ряда Т), со сдвигом на 'А шага

Выдвижение резцов второго ряда относительно резцов первого ряда

Ь = Кпт~Кпт (26)

Фактически, учитывая, что резцы второго ряда производят неблокированное резание, а повторно-блокированное (полублокированное), то выдвижение резцов А возможно уменьшить

В соответствии с исследованиями, влияние угла заточки на общее сопротивление резанию P„g будет минимальное при углах 20° — 30° Для заточки резцов принимаем угол 30", тогда угол при вершине конуса а будет равен 60"

На втором этапе производится расчет технологических и силовых параметров, таких как частота вращения бурильной головки, подача на один резец, усилие подачи, скорость бурения, крутящий момент, мощность затрачиваемая на бурение скважины и мощность двигателя

При бурении мерзлого грунта одним из важнейших моментов является подача на один резец, т е скорость бурения (проходки скважины)

Скорость подачи и„ на один оборот бурильной головки определим по формуле

т( 1 + т)

Ч, = '

(27)

где пб - частота вращения бурильной головки зависит от показателя хрупкости т, и определяется по зависимости (рис 7) П6,с-'

гвв

10

0,53

■ 0 16

т

Рис. 7 Зависимость частоты вращения бурильной головки от показателя хрупкости мерзлого грунта «т»

Скорость резания соответственно равна Общая скорость бурения

vp = лОпб

о, = и п.

(28) (29)

Скорость вращения бурильной головки существенно зависит от вида мерзлого грунта и его физико-механических характеристик (показатель т)

С увеличением хрупкости мерзлого грунта, а следовательно, и с увеличением прочностных показателей (сг р, г ^ , <т а ), скорость вращения резко снижается, так как растут усилия на режущих элементах головки, что требует увеличения мощности на резание.

Крутящий момент на рабочей головке бура определяется исходя из диаметра бурения Д шага между резцами Т и, соответственно, количества резцов Для каждого резца определяется конкретный радиус его вращения Общий крутящий момент

{г^-пТ), (30)

где — общее суммарное сопротивление резанию мерзлого грунта Графическое определение крутящего момента представлено на рис 8

м

М,

«ь

а.

»>

ТРоС Л-

0 Т 2Т иТ т

Рис 8 Зависимость крутящего момента от шага расстановки резцов При блокированном резании общее сопротивление резанию определиться по формуле

Роб = 0,65 &„(1{т (1 + т )

(31)

Определив крутящий момент на головке бурильной коронки, можно определить мощность, затрачиваемую на резание мерзлого грунта

(32)

(33)

(34)

Яре =ирРед

На подачу буровой головки затрачивается усилие

Р* = 4.5а.,

а соответствующая мощность будет равна

N вд ~ и под Рвд

Суммарная мощность при бурении скважины.

(35)

С учетом мощности, идущей на перегрузку № = 1 ДА7,,.. В общем случае номинальная мощность двигателя Л^ должна быть больше или равна сумме

мощностей, затрачиваемых на процесс резания Л^ на трение режущего органа Л'„,, на преодоление сопротивления штыба (разрушенного грунта) и трения в приводе:

N + N + N

^ ■-=■, (36)

1

где г? - к.п.д. привода.

По предложенной методике разработана конструкция бурильной головки(рис. 9) и изготовлен её экспериментальный образец (рис.Ю)

вид А

Рис.9. Общий вид спроектированной экспериментальной головки

Рис. 10. Эксперимент/мыши образец бурильной головки

Рис. 12. Общий вид бурильной машины МБШ-425 с опытным образцом бурильной ¿олпвки Сравнительные данные испытаний типового и опытного образцов бурильных головок приведены в таблице 2.

Таблица 2

Показатель Ед. ИЗМ. Типовая бурильная головка Опытный образец бурильной головки

Скорость проходки скважины м/ч 30 50

Производительность м7ч 94,2 157

Энергоемкость проходки скважины квт/м3 0,08 0,052

Примечание: данные получены для мерзлых среднезернистых и крупнозернистых песков ст - 3 -8...-¡5"С , ь>=14...17%)

По результатам полевых испытаний экспериментального образца бурильной головки с цилиндрическими резцами было составлено техническое задание для изготовления опытного образца бурильной головки на предприятии ОАО «завод Тюменьгазсгроймаш» г.Тюмень (рис. 11), и произведены его испытания на строительных площадках Крайнего Севера (рис.12).

Рис.11. Конструкция опытного образца бурильной головки

Испытания типового и опытного (работающего крупным сколом грунта) образцов бурильных головок показали, что при работе опытного образца происходит снижение энергоемкости в 1,5 раза и повышение производительности в 1,6 раза, что подтверждено соответствующим актом испытаний

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

На основании выполненного исследования предложено научно-обоснованное решение задачи создания оптимального рабочего органа для проходки скважин в мерзлом грунте и получены следующие основные результаты

1 Для проходки скважин в мерзлых грунтах, без значительного содержания каменистых включений наиболее целесообразно применять бурильные машины вращательного действия с округляющими или крестовыми формами режущей головки Установлено что резание грунта резцами бурильной машины осуществляется методом фрезерования, который требует большой работы разрушения на единицу проходки Повышение эффективности бурения скважин в мерзлых грунтах можно достигнуть за счет применения в исследовании теории механики хрупкого разрушения грунтов методом крупного скола

2 Установлено что основным показателем, определяющим напряженное состояние мерзлого грунта и возможность наступления того или иного вида разрушения, является отношение (показатель) сопротивления срезу к сопротивлению отрыва /и=тсртах/етртах Для прочностных показателей мерзлого грунта получена корреляционная связь между пределами прочности на разрыв <тр и срез тс/, с пределом прочности мерзлого грунта на одноосное сжатие <т0, а именно (тр=(0,033 0,05)ао, гср=(0,08 0,2)а„ Численное значение показателя хрупкости /и находится в пределах от 1 до 4 Зависимость показателя хрупкости /и от температуры мерзлого грунта имеет вид ш~(0,83 1,17) , меньшие значения характерны для мерзлых глинистых грунтов, а большие - для мерзлых песчаных грунтов

3 Установлены зависимости (табл 1) определяющие процесс блокированного резания и оптимальные режимы образования максимальной площади зоны разрушения мерзлых грунтов от его прочностных характеристик

4 Обоснованы оптимальные параметры резания мерзлого грунта одиночным резцом и группой резцов, из условия получения максимальной зоны разрушения и минимальной энергоемкости резания Предложена и экспериментально проверена конструкция цилиндрического резца, с конической режущей головкой, хорошо работающего при резании по окружности

5 Разработана методика выбора параметров и расчета конструкции рабочего органа бурильной машины Изготовлена, испытана и внедрена бурильная головка, оснащенная цилиндрическими резцами, которая дала существенное снижение энергоемкости (в 1,5 раза) и повышение производительности (в 1,6 раз) по сравнению с типовым оборудованием МБШ-425 Новизна конструкции бурильной головки защищена решением о выдаче патента РФ на изобретение

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1 Линьков, С А Снижение энергозатрат при использовании землеройных машин [Текст] / H H Карнаухов, В В Конев, С А Линьков // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (Сибресурс-6-2000) Доклады 6°" Международной научно-практической конференции, Тюмень, 2000 г / Отв ред В H Масленников -Томск Томск гос ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2000 г -С 82-83

2 Линьков, С А Критерии, определяющие эффективность разработки мерзлых грунтов [Текст] / Ю П Никифоров, С А Линьков, И Ю Орлов // Строительный вестник №4 / - Тюмень ТюмГАСА, 2001 г —С 25-26

3 Линьков, С А Оптимизация параметров и технологии работы бульдозерно-рыхлительного агрегата при разработке мерзлых грунтов [Текст] / Ю П Никифоров, С А Линьков, И Ю Орлов // Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях Материалы Международной Научно-практической конференции ч 3 —Тюмень ТюмГНГУ, 2002г —С 4146

4 Линьков, С А Энергозатраты на рыхление мерзлых грунтов [Текст] / Ю П Никифоров, С А Линьков, И Ю Орлов // Сборник материалов научно-практической конференции преподавателей, молодых ученых, аспирантов ТюмГАСА/ Под общей редакцией д т н , профессора В M Чикишева, к т н , доцента А П Малышкина -М 2002г -С 171-174.

5 Линьков, С А Выбор параметров и шага резцов, оснащающих бур при бурении мерзлых грунтов [Текст] / С А Линьков, Ю П Никифоров // Дорожно-транспортный комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура Материалы Международной научно-практической конференции — Омск СибАДИ, 2003г -Книга2 -С. 256-258

6 Линьков, С А Определение степени блокировки при резании мерзлого грунта одиночным резцом [Текст] / Ю П Никифоров, С А Линьков // Сборник материалов 111 научной конференции молодых ученых, аспирантов и соискателей ТюмГАСА/ Под общей редакцией дтн, профессора А Ф Шаповала, д ф-м н профессора А Г Кутушева —Тюмень 2003г -С 59-60

7 Линьков, С А Основные показатели, определяющие процесс бурения мерзлых грунтов крупным сколом [Текст] / С А Линьков // Сборник материалов научной конференции, молодых ученых, аспирантов и соискателей ТюмГАСА / Под общей редакцией дтн , профессора А Ф Шаповала, д ф-м н профессора А Г. Кутушева —Тюмень ИПЦ «Экспресс», 2004г—С 117-119

8 Линьков, С А О характере износа элементов машин, контактирующих с мерзлым грунтом [Текст] / Ю П Никифоров, С А Линьков, В А Зезюлин // Эксплуатация и обслуживание транспортно-технологических машин Межвузовский сборник научных трудов Выпуск 2 / -Тюмень 2005г — С 80-84

9 Линьков, С А Оптимальная расстановка резцов в рядах на режущих гранях бурильной головки [Текст] / С А Линьков // Роль механики в создании эффективных материалов, конструкций и машин XXI века / Труды Всероссийской научно-технической конференции — Омск СибАДИ, 2006г -С 258-261

10 Линьков, CAO физико-механических характеристиках разрушения мерзлых грунтов [Текст] / В А Зезюлин, С А Линьков // Омский научный вестник №8 (44) - Омск ОмГТУ, 2006г -С 75-77

11 Головка для бурения неглубоких скважин в мерзлых грунтах / С А Линьков, Ю П Никифоров, Ш M Мерданов, А А Иванов, RU // Заявка №2005126937/03(030253) от 25 08 2005г Решение о выдаче патента на изобретение №21-948 от 31 05 2006г

Подписано к печати 20 04 2007 г

Заказ №88 Тираж 120 экз Формат 60x90 1/16 Бумага писчая Отпечатано на дупликаторе Уел п л 1.39 Уч -шд 1.33

Отпечатано в ПО УМУ СибАДИ 644080, г Омск, пр Мира, 5

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ РЕЗАНИЯ МЕРЗЛОГО ГРУНТА, СОСТОЯНИЯ И РАЗВИТИЯ БУРИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ.

1.1. Теория и практика резания мерзлых грунтов.

1.2. Классификация и анализ существующих бурильных машин для проходки скважин в мерзлых грунтах.

1.3. Область применения бурильных машин и оборудования.

1.4. Объект, цель и задачи исследований.

2. ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ ПРИ ИХ РАЗРУШЕНИИ.

2.1. Общая характеристика мерзлых грунтов подвергающихся исследованиям.

2.2. Сопротивление мерзлых грунтов сжатию, растяжению и сдвигу.

2.3. Характеристика рабочего органа бурильной машины.

2.4. Характеристика процесса взаимодействия рабочего органа с грунтом.

2.5. Экспресс - методы определения показателя хрупкости разрушения.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РЕЗЦА С МЕРЗЛЫМ ГРУНТОМ ПРИ РЕЗАНИИ КРУПНЫМ СКОЛОМ.

3.1. Общая характеристика процесса.

3.2. Блокированное резание одиночным резцом.

3.3. Геометрические характеристики зоны разрушения.

3.4. Определение составляющих общего сопротивления резанию при блокированном резании мерзлых грунтов.

3.5. Влияние степени блокировки при блокированном и полублокированном резании.

3.6. Силы трения при резании мерзлого грунта крупным сколом.

3.7. Шаг расстановки резцов в ряду.

3.8. Энергоемкость процесса резания мерзлых грунтов крупным сколом.

3.9. Выбор и обоснование формы резца.

3.10. Силовые зависимости повторно-блокированного и полублокированного резания.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ БЛОКИРОВАННОГО РЕЗАНИЯ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ.

4.1. Общая методика, планирование и обработка результатов экспериментальных исследований.

4.2. Экспериментальные исследования показателей, характеризующих резание мерзлых грунтов.

4.3. Исследование влияния параметров блокированного резания на шаг резания.

4.4. Экспериментальные исследования по определению усилия вдавливания штампа в мерзлый грунт.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ВЫПОЛНЕНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.1. Методика выбора параметров и режимов работы бурильной головки при резании мерзлых грунтов крупным сколом.

5.1.1. Бурильная головка. Сложная структурная схема.

5.1.2. Определение крутящего момента на бурильной головке.

5.1.3. Шаг резцов на режущей грани бурильной головки.

5.2. Расчет и проектирование опытного образца бурильной головки.

5.2.1. Исходные данные для расчета экспериментального образца бурильной головки.

5.2.2. Расчет параметров резцов первого ряда.

5.2.3. Расчет параметров резцов второго ряда.

5.2.4. Конструкция и общий вид экспериментальной бурильной головки.

5.2.5. Определение скорости подачи, числа оборотов и мощности на привод бурильной головки.

5.2.6. Определение эффективности использования бурильной головки, работающей методом крупного скола при разрушении мерзлого грунта.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

Актуальность работы. В промышленном строительстве значительную долю составляют земляные работы, которые происходят в сложных условиях. К таким условиям, в первую очередь, относятся работы, производимые на мерзлых грунтах. Сезонное промерзание грунтов наблюдается на территории, занимающей около 40% всей площади России, где толщина сезонного промерзания достигает 0,8 - 3,5 м. На остальной территории залегают толщи многолетнемерзлых грунтов.

Интенсивность роста и использование нефтегазового потенциала страны ведет к увеличению общей протяженности трубопроводных магистралей, расширению географических зон их строительства, существенному возрастанию диаметров. Особое место в государственных планах отводится дальнейшему развитию Западной Сибири, где более 50 % трасс газо- и нефтепроводов проходят по районам вечной мерзлоты.

Физико-механические свойства мёрзлых грунтов и их высокая прочность, соизмеримая с прочностью рабочих органов машин, затрудняют применение известных технологий и оборудования для разработки этих грунтов. Производство таких работ требует применения машин и оборудования повышенной мощности и соответственно повышенных энергетических затрат.

Существующий парк землеройных машин, в том числе и бурильных, в большей своей части мало соответствует указанным условиям проведения работ. Поэтому поиск путей повышения эффективности разработки мерзлых грунтов является актуальной проблемой современного строительного производства.

Ускорение темпов строительства невозможно без полной механизации строительных операций, повседневного совершенствования существующей техники, а также поиска новых методов строительства и разработки на их основе новых конструкций рабочих органов строительных машин.

Особое место в необходимом планированном ускорении темпов строительства принадлежит надземным сооружениям, трудоемкость возведения которых составляет 80 % от общих затрат труда при стоимости строительно-монтажных работ около 50 % от общей стоимости этих работ по данному объекту (включая линейную часть). При строительстве компрессорных и насосных станций, стальных резервуаров и других сооружений необходимо выполнять большой объем свайных работ. В настоящее время свайные фундаменты получают преимущественное распространение при возведении жилых, гражданских и промышленных зданий. Магистральные и местные трубопроводы в условиях Крайнего Севера и субполярных областей Восточной Сибири во многих случаях также возводятся на свайных основаниях.

Экономическая целесообразность применения свайных фундаментов по сравнению с ленточными, объясняется значительным сокращением объема земляных работ и снижением расхода бетона, уменьшением осадки зданий и сокращением грузоперевозок, снижением, трудовых затрат и стоимости самих фундаментов почти в 2 раза. Например, в строительстве гражданских и промышленных зданий и сооружений применение свайных фундаментов (из готовых железобетонных свай длиной 4—8 м) вместо монолитных и блочных позволяет в 1,5—2 раза уменьшить объемы земляных работ, исключить водоотлив в водонасыщенных грунтах, полностью механизировать работы по устройству фундаментов, упростить их выполнение в зимнее время и значительно сократить сроки строительства.

Несмотря на технико-экономические преимущества свайных фундаментов, темпы их внедрения сдерживаются вследствие недостатка в современном высокопроизводительном оборудовании, которое бы обеспечило высокую производительность и наименьшую трудоемкостью операций по разработке скважин под сваи в мерзлых грунтах.

Одним из эффективных направлений повышения производительности землеройной техники является совершенствование рабочих органов на основе анализа закономерностей их взаимодействия с разрабатываемым грунтом.

В процессе работы землеройных машин наибольшая часть энергии затрачивается на резание грунта. Поэтому снижение энергоемкости резания грунта путем совершенствования рабочих органов и создания принципиально новых является актуальной проблемой, направленной на техническое перевооружение парка землеройных машин и повышение его производительности при относительно малых материальных затратах.

Целью данной работы является повышение эффективности бурения скважин в мерзлых грунтах путем создания и внедрения новой конструкции рабочего органа бурильной машины.

Объект исследования - конструктивно-технологическая система «рабочий орган бурильной машины - мерзлый грунт».

Предмет исследования - закономерности взаимосвязи физико-механических параметров мерзлого грунта с конструктивно-технологическими параметрами рабочего органа бурильной машины.

Основная идея состоит в повышении эффективности бурения скважин в мерзлых грунтах за счет применения в исследовании теории механики хрупкого разрушения грунтов методом крупного скола.

Задачи исследования:

1. Выявление особенностей влияния физико-механических характеристик мерзлых грунтов на характер их разрушения при резании.

2. Исследование закономерностей резания мерзлого грунта одиночным резцом и группой резцов.

3. Выбор и обоснование оптимальной формы резца для бурильного рабочего органа.

4. Разработка методики выбора параметров и расчета конструкции рабочего органа бурильной машины.

5. Разработка конструкции, изготовление и внедрение рабочего органа для бурения скважин в мерзлых грунтах.

Методика исследования носит комплексный характер, содержит как теоретические, так и экспериментальные исследования. В теоретической части использованы методы системного анализа, теории резания грунта, теоретической механики и других фундаментальных наук. Экспериментальные исследования основаны на использовании современной контрольно-измерительной аппаратуры и статистической обработки результатов экспериментов.

Научная новизна:

• Установлена закономерность процесса разрушения мерзлого грунта крупным сколом в зависимости от его хрупкости.

• Исследованы и обоснованы параметры блокированного резания, как одиночного резца, так и группы резцов при резании мерзлых грунтов.

• Установлены зависимости, определяющие силовые параметры и энергоемкость резания при хрупком разрушении мерзлого грунта крупным сколом, при резании одиночным резцом и группой резцов.

Достоверность научных положений, изложенных в работе, подтверждается экспериментальными исследованиями в лабораторных и полевых условиях, с использованием современного оборудования и необходимым объемом экспериментальных данных, а так же результатами опытного внедрения изготовленных образцов бурильных головок на строительных площадках Крайнего Севера (г.Новый Уренгой).

Практическая значимость - заключается в создании методики выбора и расчета конструкции бурильной головки с оптимальными параметрами, обеспечивающими минимальный энергетический процесс крупный скол элементов разрушения при резании мерзлых грунтов. В результате разработана, испытана и рекомендована к внедрению опытная бурильная головка с цилиндрическими резцами для неглубокого бурения прочных мерзлых грунтов.

Личный вклад автора заключается в формулировании общей идеи работы её цели и задач, в выполнении теоретических и большей части экспериментальных исследований, анализе и обработке результатов, а так же внедрении в производство разработанной конструкции бурильной головки.

На защиту выносятся:

• Особенности разрушения мерзлого грунта при воздействии на него режущего рабочего органа;

• Теоретические и экспериментальные исследования работы одиночного резца и группы резцов при резании мерзлого грунта методом крупного скола;

• Методика выбора оптимальных параметров и расчета конструкции бурильного рабочего органа вращательного типа и его режущих элементов, осуществляющих разрушение мерзлого грунта методом крупного скола;

• Новая конструкция рабочего органа бурильной машины (патент РФ на изобретение, RU 2298636 С1, МПК Е21В 10/43, от 25.08.2005г.).

Апробация работы. Основные разделы диссертации докладывались на международной конференции «Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях», 2002 год; на II, III, IV конференциях молодых ученых и аспирантов, Тюмень, 2002, 2003, 2004 год; на Международной научно-практической конференции «Дорожно-транспортный комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура», Омск, 2003 год; на Всероссийской научно-технической конференции «Роль механики в создании эффективных материалов, конструкций и машин XXI века», Омск, 2006 год.

Реализация результатов работы. По предложенной методике разработана резцовая бурильная головка, испытана в филиале №2 ОАО «Стройтрансгаз» г.Новый Уренгой, и рекомендована к внедрению в производство. Новизна конструкции бурильной головки подтверждена патентом РФ на изобретение. Результаты исследований также используются в учебном процессе ТюмГАСУ.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в десяти статьях (из них одна в журнале, рекомендованном перечнем ВАК РФ). По теме исследований получено решение о выдаче патента на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка литературы и приложений. Объем диссертационной работы составляет в целом 181 страница основного текста, в том числе 6 таблиц, 69 рисунков, список литературы из 130 наименований и приложения на 8 страницах.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

На основании выполненного исследования предложено научно-обоснованное решение задачи создания оптимального рабочего органа для проходки скважин в мерзлом грунте и получены следующие основные результаты:

1. Для проходки скважин в мерзлых грунтах, без значительного содержания каменистых включений наиболее целесообразно применять бурильные машины вращательного действия с округляющими или крестовыми формами режущей головки. Резание грунта резцами бурильной машины осуществляется методом фрезерования, который требует большой работы разрушения на единицу проходки. Повышение эффективности бурения скважин в мерзлых грунтах достигается за счет применения в исследовании теории механики хрупкого разрушения грунтов методом крупного скола.

2. Установлено что основным показателем, определяющим напряженное состояние мерзлого грунта и возможность наступления того или иного вида разрушения, является отношение (показатель) сопротивления срезу к сопротивлению отрыва: т=тсртах/артах. Для прочностных показателей мерзлого грунта получена корреляционная связь между пределами прочности на разрыв ар и срез тср с пределом прочности мерзлого грунта на одноосное сжатие <т0, а именно: ор=(0,033 .0,05)оо, тср=(0,08.0,2)оо. Численное значение показателя хрупкости m находится в пределах от 1 до 4. Зависимость показателя хрупкости m от температуры мерзлого грунта имеет вид m=(0,83.1,17)^-t"\c, меньшие значения характерны для мерзлых глинистых грунтов, а большие - для мерзлых песчаных грунтов.

3. Установлены зависимости определяющие процесс блокированного резания и оптимальные режимы образования максимальной площади зоны разрушения мерзлых грунтов от его прочностных характеристик (табл. 4.1, стр.118).

4. Обоснованы оптимальные параметры резания мерзлого грунта одиночным резцом и группой резцов, из условия получения максимальной зоны разрушения и минимальной энергоемкости резания. Предложена и экспериментально проверена конструкция цилиндрического резца, с конической режущей головкой, хорошо работающего при резании по окружности.

5. Разработана методика выбора параметров и расчета конструкции рабочего органа бурильной машины. Изготовлена, испытана и внедрена бурильная головка (для МБШ-425), оснащенная цилиндрическими резцами, которая дала существенное снижение энергоемкости (в 1,5 раза) и повышение производительности (в 1,6 раз) по сравнению с типовым оборудованием МБШ-425. Новизна конструкции бурильной головки защищена патентом РФ на изобретение.

1. Абезгауз В. Д. Режущие органы машин фрезерного типа для разработки горных пород и грунтов. -М.: Машиностроение, 1965. -247с.

2. Аверин Н. Д., Далии А. Д., Домбровский Н. Г. и др. Резание грунтов.-М.: Изд-ва АН СССР, 1951.- 158с.

3. Аверин Н. Д., Петере Е. Р., Шинкевич Н. А. Новая машина для разработки мерзлых грунтов // Механизация строительства. -1954. -№7. -С. 4-7.

4. Айзеншток И.Я. К построению физической теории резания грунтов // Резание грунтов. -М.: изд. АН СССР, 1951. С. 25-31.

5. Акимов Л. Д., Амосов Н. Г., Бадьин Г. М., Евдокимов В. А. и др. Технология строительного производства в зимних условиях. -Л.: Стройиздат, 1984.-264с.

6. Алексеев Н. А., Рахматулин X. А., Сагомонян А. Я. Об основных уравнениях дннамнкн грунтов // ПМТФ. -1963. -№2. С. 42-51.

7. Алексеева Т. В., Артемьев К. А., Бромберг А. А. и др. Дорожные машины, ч. 1. Машины для земляных работ. -М.: Машиностроение, 1972. -504с.

8. Алимов О. Д. и др. Бурильные машины, -М.: Госгортехиздат, I960.- 190с.

9. Артемьев К. А. Теория резания грунтов землеройно-транспортными машинами. СибАДИ. -Омск: ОмПИ, 1989. 80с.

10. Артемьев К. А. Теория резания грунтов землеройными машинами. СибАДИ. -Новосибирск: 1978. 104с.

11. Артемьев К. А., Алексеева Т. В., Белокрылов В.Г. и др. Дорожные машины, ч. 2. Машины для устройства дорожных покрытий. -М.:

12. Машиностроение, 1982. 397с.

13. Артемьев К. А., Гришнин И. И., Матюшенко О. П. К выбору формы лезвия буровых коронок для мерзлого грунта. // Строительные и дорожные машины. -1970. -№ 6. С. 12-18.

14. Архипов Н. В., Никифоров Ю. П. Исследование режимов горизонтального бурения мерзлых грунтов // Нефтепромысловое строительство. -1974. -№ 4. С. 14-16.

15. Бадьин Г. М. Механизация свайных работ в зимних условиях. -JL: Стройиздат, 1987.- 184с.

16. Баландин В. П. Машины и оборудование для разработки мерзлых грунтов. -М.: Обзор, 1964. 234с.

17. Баловнев В. И. Моделирование процессов взаимодействия со средой рабочих органов дорожно-транспортных машин. -М.: Высшая школа, 1981.-335с.

18. Баловнев В. И. Новые методы расчета сопротивлений резанию грунтов. -М.: Высшая школа, 1963. 187с.

19. Баловнев В. И., Хмара JI. А. Интенсификация земляных работ в дорожном строительстве. -М.: Транспорт, 1983. 184с .

20. Беленький С. Б., Дикман JL Г., Косоруков И. И. и др. Проектирование и устройство свайных фундаментов. -М.: Высшая школа, 1983.-328с.

21. Бельтюков И. Ю. Грейферное и бурильное оборудование на напорной штанге гидравлического экскаватора // Строительные и дорожные машины. -2003. -№10. С. 8-10.

22. Берестов Е. И., Стригоцкая А. П. Аналитическая модель косого резания грунта// Строительные и дорожные машины. -2004. -№6. -С. 33-36.

23. Берновский Ю. Н., Захарчук Б. 3., Ровинский М. И., Телушкин В. Д., Фиглин И. 3., Шлойдо Г. А. Машины для разработки мерзлых грунтов. -М.: Машиностроение, 1973.-210с.

24. Берон А. И., Казанский А. С., Лейбов Б. М., Позин Е. 3. Резание углей. -М.: Госгортехиздат, 1962. -439с.

25. Бобылев Л. М., Бобылев А. Л., Прохоренко Г. К. и др. Новый способ проходки скважин в грунте // Строительные и дорожные машины. -1998.-№7.-С. 8-12.

26. Ветров Ю. А. Машины для земляных работ. -Киев: Высшая школа, 1976.-367с.

27. Ветров Ю. А. Расчеты сил резания и копания грунтов. -Киев: Изд-во Киевского университета, 1965. 168с.

28. Ветров Ю. А. Резание грунтов землеройными машинами. -М.: Высшая школа, 1971.-360с.

29. Ветров Ю. А. Сопротивление грунтов резанию. -Киев: Изд. Киевского университета. 1962. -143с.

30. Ветров Ю. А., Баладинский В. Л. Машины для специальных земляных работ. -Киев: Вища школа. 1980.- 192с.

31. Ветров Ю. А., Баладинский В. Л., Баранников В. Ф., Кукса В. П. Разрушение прочных грунтов. -Киев: Буд1вельник, 1972. 213с.

32. Ветров Ю. А., Кисленко А. А. Сопротивление резанию мерзлого грунта // Строительные и дорожные машины. -1961. -№ 10. С. 7-8.

33. Ветров Ю. А., Пристайло Ю. П. Закономерности энергоемкости резания грунтов // Горные строительные и дорожные машины. -Вып. 27. -1979.-С. 3-9.

34. Волков Д. П. Проблемы динамики, прочности, долговечности и надежности строительных и дорожных машин // Строительные и дорожные машины. -1993. -№5. С. 4-9.

35. Волков Д. П., Николаев С. Н. Надежность строительных машин и оборудования. -М.: Высшая школа, 1979. 398с.

36. Галин Л. А. Контактные задачи теории упругости. -М.: Геотехиздат. 1953. 387с.

37. Гальперин М. И., Абезгауз В.Д. Разработка мерзлых грунтов при механизированном рытье траншей. -М.: Геополитиздат. 1964. -108с.

38. Ганичев И. А. Устройство искусственных оснований и фундаментов. 3-е изд., переработ, и доп. -М.: Стройиздат, 1981. - 543с.

39. Ганичев И. А., Анатольевский П. А„ Шнееров О. М. Производство буровых работ в строительстве. -М.: Высшая школа, 1966. 130с.

40. Гаркави Н. Т., Аринченков В. И., Карпов В. В. и др. Машины для земляных работ. -М.: Высшая школа, 1982. 330с.

41. Гилета В. П., Смоляницкий Б. Н. Проходка скважин с частичной экскавацией грунта // Строительные и дорожные машины. -2001. -№ 4. С. 7-9.

42. Гоберман JI. А., Степанян К. В., Яркин А. А., Заленский В. С. Теория, конструкция и расчет строительных и дорожных машин. -М.: Машиностроение, 1979. 407с.

43. Гончаров Ю. М., Таргулян Ю. О., Вартанов С. X. проиводство свайных работ на вечномерзлых грунтах. 2-е изд., перераб. и доп. -JL: Стройиздат, 1980. - 160с.

44. Горячкин В. П. Собрание сочинений, т. 3, 4. -М.: Сельхозгиз. 1940. -239с.

45. Домбровский Н. Г. Сопротивление грунтов копанию при работе одноковшового экскаватора. Сб. Резание грунтов. -М.: Изд. АН СССР. 1951. -С. 10—18.

46. Домбровский Н. Г., Панкратов С. А. Землеройные машины. -М.: Машиностроение, 1961.-290с.

47. Дорофеев В. Ю. Установки горизонтального шнекового бурения // Строительные и дорожные машины. -2003. -№ 6. С. 38-44.

48. Епифанов С. П., Казаринов В. М., Малолетков Е. К. Строительные машины. Общая часть. 2-е изд. перераб. и доп. -М.: Стройиздат, 1981. 107с.

49. Завьялов А. М. Возможный подход к описанию динамикипроцесса копания грунта землеройными машинами // Известия вузов. Строительство и архитектура. -1985. -№2. С. 118-121.

50. Завьялов А. М. Основы теории взаимодействия рабочих органов дорожно-строительных машин со средой: Дис.д-ра техн. наук. -Омск, 1999. -252с.

51. Завьялов А. М. Основы теории взаимодействия рабочих органов дорожно-строительных машин с грунтом // Монография. Деп. в объединении МАШМИР -22.02.92. -№6. С. 92 - 87.

52. Завьялов А. М., Малых Д. А. Математическая модель взаимодействия рабочего оборудования подкапывающей машины с грунтом // Строительные и дорожные машины. -2004. -№ 6. С. 33-36.

53. Зеленин А. Н. Основы разрушения грунтов механическими способами. -М.: Машиностроение, 1968. -376с.

54. Зеленин А. Н., Баловнев В. И., Керов И. П. Машины для земляных работ. -М.: Машиностроение, 1975. 420с.

55. Зеленин А.Н. Состояние и перспективы развития машин для разработки мерзлых грунтов // Строительные и дорожные машины. -1961. -№ 10.-С. 7-9.

56. Зеленин А.Н. Физические основы теории резания грунтов. Изд. АН СССР. -М.: 1959. -232с.

57. Зеленин А.Н., Шлойдо Г.А. Навесные рыхлители для рыхления грунтов // Строительные и дорожные машины. -1965. -№ 4. С. 11-13.

58. Иофик В. 3., К вопросу идентификации процессов резания грунтов // Строительные и дорожные машины. -1997. -№ 2. С. 7-12.

59. Карандеев К.Б. Специальные методы электрических измерений. -М.: Госэнергоиздат, 1963.-344с.

60. Катанов Б. А. Буровой инструмент для мерзлых грунтов // Строительные и дорожные машины. -2001. -№ 1. С. 8-11.

61. Катанов Б. А. Эффективные долота для бурения скважин // Строительные и дорожные машины. -1998. -№ 4. С. 10-13.

62. Кахимов Б. А., Самохин М. С. Режущий буровой инструмент, -М.: Машиностроение, 1976.- 168с.

63. Киселев Б. Н. Некоторые закономерности статического внедрения клина в мерзлый грунт. Труды УПИ, -Свердловск: -1963. -№ 128. -С. 5-9.

64. Кичигин А. Ф., Игнатов С. Н., Лазуткин А. Г., Янцен И. А. Механическое разрушение горных пород комбинированным способом. -М.: Недра, 1972.-256с.

65. Ковязин А. А., Чернышов А. Ю., Бурильно-свайная машина БМ-811// Строительные и дорожные машины. -2003. -№3. -С. 18-20.

66. Кононыхин Б. Д. О проблеме идентификации землеройных процессов // Строительные и дорожные машины. -1997. -№ 10. -С. 23-29.

67. Крикун В. Я. Расчет сопротивления грунта резанию и копанию при переменной толщине стружки // Строительные и дорожные машины. -2001. -№ 2.- С. 42-44.

68. Кузин Э. Н. Перспективы развития строительных и дорожных машин//Строительные и дорожные машины, -1985. -№2. -С. 2-3.

69. Линьков С. А. Никифоров Ю. П. Зезюлин В. А. О характере износа элементов машин, контактирующих с мерзлым грунтом. Эксплуатация и обслуживание транспортно-технологических машин: Межвузовский сборник научных трудов. Выпуск 2. -Тюмень: -2005г. С. 80-84.

70. Линьков С. А. Никифоров Ю. П. Орлов И. Ю. Критерии, определяющие эффективность разработки мерзлых грунтов / Строительный вестник №4 / Тюмень: ТюмГАСА, -2001г. - С. 25-26.

71. Линьков С. А., Зезюлин В. А. О физико-механических характеристиках разрушения мерзлых грунтов. / Омский научный вестник №8 (44). Омск: ОмГТУ, -2006г. - С. 75-77.

72. Лозовой Д. А. Разрушение мерзлых грунтов. -Саратов. Изд-во Сарат. ун-та, 1978.- 184с.

73. Лозовой Д. А., Запускалов В. А., Трушин Ю. М., Покровский А. А. Зимняя эксплуатация землеройных машин. -Саратов: Приволжское книжное издательство, 1972. 174с.

74. Лозовой Д. А., Трушин Ю. М., Запускалов В. А., Покровский А. А. Машины для разработки мерзлых грунтов в строительстве. -Саратов: Приволжское книжн. изд-во, 1968. 234с.

75. Недорезов И. А. Прогрессивные методы разработки мерзлых грунтов. -М.: Транспорт, 1969. 45с.

76. Недорезов И. А., Федоров Д. И. Разрушение мерзлого грунта активным рабочим органом // Механизация строительства. -1965. -№ 11.— С. 7-9.

77. Недорезов И. А., Федоров Д. И., Федулов А. И., Хамчуков Ю. М. Резание и ударное разрушение грунтов. -Новосибирск: «Наука», 1965. -134с.

78. Некрасов С. С. Сопротивление хрупких материалов резанию. -М.: Машиностроение. 1971.- 183с.

79. Никифоров Ю. П. О влиянии прочностных показателей мерзлых грунтов на характер разрушения // Труды Тюменского индустриального института, -1969. -Вып. 10. С. 18-21.

80. Никифоров Ю. П. О характере и некоторых зависимостях процесса рыхления мерзлых грунтов // Известия высших учебных заведений. Строительство и архитектура. -1967. -№ 8. С. 84-89.

81. Никифоров Ю. П. Основные факторы и зависимости, определяющие хрупкое резание грунтов // Сб. Исследования и испытания дорожных и строительных машин. -Новосибирск. -1978. С. 143-147.

82. Никифоров Ю. П. Теория и практика совершенствования рабочих органов для разрушения мерзлых грунтов. Дис. д-ра. техн. наук. -М.: 1999. -210с.

83. Никифоров Ю. П. Хрупкое разрушение неоднородных тел. Международная итернет-конференция // Технологические комплексы оборудования предприятий строительных материалов. -Белгород. -2003. С. 117-119.

84. Палий П. А., Корнеев П. А. Справочник. Буровые долота. -М.: Недра, 1971.-443с.

85. Пекарская Н. К. Прочность мерзлых грунтов при сдвиге и ее зависимость от текстуры. -М.: Изд. АН СССР, 1963. -102с.

86. Пенчук В. А., Пенчук В. В. Пассивные и активные рабочие органы землеройных машин // Строительные и дорожные машины. -2003. -№9. -С. 36-38.

87. Перетолчин В. А. Вращательное и шарошечное бурение скважин на карьерах. -М.: Недра, 1983. -175с.

88. Протодьяконов М. М. Тодер Р.Н. Исследование процесса разрушения угля методом крупного скола. -М.: Госгортехиздат. 1960. -280с.

89. Протодьяконов М. М. Физико-механические свойства горных пород и физика явлений при разработке месторождений. — В кн.: Разрушение и механика горных пород. -М.: 1962. -261с.

90. Растегаев И. К. Машины для вечномерзлых грунтов. -М.: Машиностроение, 1986.-216с.

91. Растегаев И. К. Специфика разработки вечномерзлых грунтов. -Красноярск: изд-во КрасГУ, 1979. 84с.

92. Растегаев И. К. Технология и механизация работ по строительству свайных фундаментов на вечномерзлых грунтах. -JL: Стройнздат, 1980. -128с.

93. Румянцев Р.А., Оноцкий М.И. Машины для бурения скальных и мерзлых грунтов. -М.: Транспорт, 1975. -101с.

94. Сосунов Г. И. Теоретические и экспериментальные исследования по разрушению горных пород механическим способом. -М.: Московский горный институт. 1959. -201с.

95. Суворов А. В., Левинзон А. Л. Машины для свайных работ / Под ред. С.П. Епифанова и др. 2-е изд., переработ, и доп. -М.: Стройиздат, 1982. -150с.

96. Суриков В. В. Механика разрушения мерзлых грунтов. -Л.: Стройиздат, 1978.-128с.

97. Тарасов В. Н., Коваленко М. В. Механика копания грунтов основанная на теории предельных состояний. // Строительные и дорожные машины. -2000. -№7. С. 38-44.

98. Тарасов В. Н., Кузнецов С. М. Расчет параметров прочности грунта// Строительные и дорожные машины. -2001. -№ 12. С. 14-16.

99. Тарновский Ю.К. Механизированная разработка грунта в зимнее время.-М.: Стройиздат, 1969.-152с.

100. Телушкин В. Д., Винокуров В. А., Ряхин В. А. и др. Строительные и дорожные машины для районов с холодным климатом. -М.: Машиностроение, 1978.-197с.

101. Трупак М. Г. Замораживание грунтов в строительной индустрии. -М.: Стройиздат. 1948.-52с.

102. Тяжелов В. П., Шнипко Е. В. Производство земляных работ в зимнее время. -М.: Машиностроение, 1958. -190с.

103. Уткин В. А., Пономаренко Ю.Е. Строительство фундаментов мостовых опор на буровых сваях. -Омск: Изд-во СибАДИ. 2006. -180с.

104. Федоров Д. И. Рабочие органы землеройных машин. 2-е изд., переработ, и доп. -М.: Машиностроение, 1990. -368с.

105. Федоров Д. И., Бондарович Б.А. Надежность рабочего оборудования землеройных машин. -М.: Машиностроение, 1991. -279с.

106. Федорова Д. И. Машины для земляных работ. Тр. ЦНИИС. Вып. 79. 1973. -176с.

107. Хархута Н. Я., Капустин М. И., Семенов В. П., Эвентов И.М. Дорожные машины. Теория, конструкция и расчет. Изд. 2-е доп. и переработ. -Д.: Машиностроение, 1976. -472с.

108. Хмара JI. А. Тенденции совершенствования специализированного навесного землеройного оборудования к тракторам и экскаваторам // Строительные и дорожные машины. -1998. -№ 3. С. 5-9.

109. Хмара JI. А., Главацкий К. И. Эффективность рыхлителя с траекторносмещенными зубьями // Строительные и дорожные машины. -1998.-№10.-С. 2-5.

110. Холодов А. М. Проектирование машин для земляных работ. -Харьков: Вища школа, 1986.-272с.

111. Хрущев М. М. Некоторые современные металловедческие вопросы в области изучения изнашивания металлов. МиТОМ, -1965. -№8. С. 38-45.

112. Ципурский И. JI. Удельное сопротивление грунта копанию // Строительные и дорожные машины. -2004. -№ 8. С. 37-39.

113. Цытович Н. А. Механика грунтов. -М.: Стройиздат, 1963. -480с.

114. Ш.Цытович Н. А. Механика мерзлых грунтов. -М.: Высшая школа, 1973. -444с.

115. Цытович Н. А. Основания и фундаменты на мерзлых грунтах. -М.: Издательство Академии наук СССР, 1958. -168с.

116. Черепанов Г. П. Механика хрупкого разрушения. -М.: Наука, 1974. -640с.

117. Черкашин В. А. Разработка мерзлых грунтов. -JL: Стройиздат, 1977. -215с.

118. Черкашин В. А., Червец С. М, Иванов Ю. А. Производство земляных работ в зимних условиях. -М.: Стройиздат, 1971. -268с.

119. Чеченков М. С. Машины и механизмы для разработки мерзлых грунтов. (Уч. пособие). -М.: Машиностроение, 1974. -215с.

120. Чеченков М. С. Современные методы разработки прочных грунтов. -JL: Стройиздат, 1980. -125с.

121. Шейков М. J1. Сопротивление сдвигу мерзлых грунтов. Лабораторные исследования механических свойств мерзлых грунтов. -1936. -№ 1-2.-С. 12-17.

122. Griffith A. A. The phenomenon of rupture and flowing solids. -Phil Trans. Roy Soc. A 221. 1920. pp. 163-198.

123. Lange O., Banasinski A. Teoria statystyki. -Warszawa. Panstwowe wydawnictwo ekonomiczne, 1970. 400s. / перевод M.: Прогресс, 1971.