автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Разработка методики расчета основных эксплуатационных параметров рабочего органа многочерпакового земснаряда

Введение

Глава 1 Обзор материалов по расчетам черпаковых 10 устройств и определению геометрических параметров провисающего участка цепи

1.1 .Из истории многочерпаковых земснарядов

1.2.Устройство современного многочерпакового 12 земснаряда

1.3.Технология работы многочерпаковых земснарядов

1.4.Существующие методы расчета черпакового 28 устройства

Глава2. Геометрия провисающего участка черпаковой

2.1 .Цепная линия - как кривая провисания холостого участка черпаковой цепи 2.2.Разработка алгоритма расчета параметров черпакового 48 устройства

Глава 3.Математическая модель взаимодействия провисающего участка черпаковой цепи с водой и грунтом 3.1 .Вывод системы уравнений, описывающей форму нити 59 в трёх средах.

3.2. Численное определение характеристик гибкой нити расположенной в трех средах

Глава 4.Расчет параметров провисающего участка цепи в 73 различных грунтовых и технологических условиях 4.1 .Расчет параметров черпакового устройства многочерпаковых земснарядов для различных условий 4.2.Анализ результатов натурных исследований и контрольных расчетов по отдельным проектам многочерпаковых земснарядов, корректировка модели и программы

Глава 5.Рекомендации по использованию и эффективность 92 математической модели и результатов расчетов 5.1 .Порядок проведения расчетов параметров черпакового 92 устройства с использованием разработанной программы

5.2.Определение величины участка цепи, разрабатывающего грунт (шлейфа цепи) по результатам проведенных расчетов

5.3.Определение фактического положения провисающего 99 участка черпаковой цепи в районе передней кромки грунтового колодца по результатам проведенных расчетов

5.4.Эффективность использования результатов исследований

Плавучие землеройные машины непрерывного действия -многочерпаковые земснаряды применяют для дноуглубления на водных путях и для добычи и погрузки в суда песчано-гравийных материалов. Главным элементом черпакового устройства является замкнутая цепь, состоящая из черпаков и промежуточных звеньев.

Вопросы точного определения конструктивных и технологических параметров многочерпаковых земснарядов весьма актуальны как в процессе эксплуатации и модернизации существующих земснарядов, так и при проектировании новых многочерпаковых земснарядов. Улучшение показателей; работы эксплуатируемых земснарядов, совершенствование их технологического оборудования и правильное проектирование новых земснарядов напрямую зависят от решения этих вопросов.

В зависимости от условий работы, характеристик и состояния многочерпакового земснаряда его производительность в большой степени ограничивается зачерпыванием малых объёмов грунта и замедленным опорожнением черпаков. Это связано с необходимостью ограничения величины перемещения земснаряда на относительно тонких слоях или частоты движения черпаков в условиях грубой оценки координат выхода черпаковой цепи из грунта, размеров шлейфа и положения провисающего участка в районе грунтового колодца. Эти значения можно откорректировать только в том случае, если параметры, характеризующие процесс работы земснаряда будут определены более точно.

Современные методики проектирования черпакового устройства, особенно расчета геометрических элементов черпаковой цепи, базируются на приближенных методах, моделировании и использовании прототипов. Решение данной проблемы в большой степени проводится на основе достаточно грубых математических приближений, либо с помощью так же не очень точных натурных измерений. Более точные расчеты требуют создания математических моделей, описывающих процесс работы черпаковой цепи: многочерпаковых земснарядов с учетом влияния на этот процесс большого числа различных факторов.

При разработке таких моделей возникают проблемы чисто математического характера, т.к. учет большого числа* параметров приводит к повышению сложности зависимостей, описывающих процесс работы цепи многочерпакового земснаряда. А это, в свою очередь, приводит к проблемам решения полученных систем уравнений. Применение известных методов решения систем нелинейных уравнений затруднительно из-за сложности определения; области устойчивости.

Таким образом, построение математической модели, описывающей процесс работы черпаковой цепи земснаряда, разработка методов определения; на ее основе основных технологических и конструктивных параметров земснаряда является одной из актуальных проблем, требующих своего решения.

Объектом исследования в данной работе являются черпаковые устройства многочерпаковых земснарядов, в частности земснарядов проекта Р36 и проекта 8921 А предметом исследования являются черпаковая цепь многочерпакового земснаряда в условиях воздействия трёх сред и математическая модель её работы. Теоретический расчет очертаний черпаковой цепи и длины шлейфа черпаковой цепи позволяют определить оптимальную величину углубления, подачу земснарядов на прорези, скорость движения цепи и земснаряда. Поэтому необходим максимально точный расчет всех параметров черпакового устройства.

Цель настоящей работы заключается в разработке рекомендаций по совершенствованию конструкции и технологии работы многочерпакового земснаряда на основе определения параметров провисающего участка черпаковой цепи с достаточной точностью.

Для достижения цели работы были поставлены и решены следующие задачи:

- изучены особенности технологии работы многочерпакового земснаряда на тонких слоях грунта;

- проведен анализ существующих методик расчета черпаковых устройств и способов определения технологических параметров черпаковой цепи;

- на основе существующей теории цепной линии разработана математическая модель черпаковой цепи, работающей в трех средах, в виде системы нелинейных уравнений;

- на основе метода бисекции разработана итерационная процедура решения полученной системы, получен устойчивый алгоритм решения системы нелинейных уравнений;

- на базе построенной математической модели разработана программа расчета черпакового устройства, выполнена проверка её адекватности;

- проведены расчеты формы кривой провисания черпаковой цепи^ и основных параметров, характеризующих работу многочерпакового земснаряда при различных значениях полной длины цепи, глубины опускания черпаковой рамы, толщины снимаемого слоя и рода грунта, расстояния оси её верхней подвески от крайнего положения в натяжном устройстве для многочерпаковых земснарядов проектов Р36 и 892;

- результаты расчетов, представленные в графическом виде, предложены для определения, оптимальных эксплуатационных значений черпакового устройства применительно к различным условиям эксплуатации земснаряда.

Теоретическую основу настоящей работы составили труды отечественных и зарубежных авторов: Алпатова А.И., Баловнева В.И., Белоусова, А.Р. Бородулина Я.Ф. , Ветрова Ю.А., Вислицки А., Гуревича М.И., Гройсмана М.Я., Доманевского Н.А., Егорова Н., Ежова Ю.Е., Зеленина А.Н., Сущенко Б.Н., Керова И.П:, Иванова В .А., Лукина И.В., Разживина С.Н., Коновалова П.П., Краковского И.И., Старикова А.С. Чекренева А.И., Roorda А., Vertregt J.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- проведен анализ связи особенности конструкции и технологии работы многочерпакового земснаряда с параметрами провисающего участка черпаковой цепи, работающей в трёх средах (в воздухе, воде и грунте);

- составлена математическая модель черпаковой цепи в этих условиях;

- разработан алгоритм решения системы нелинейных уравнений математической модели черпаковой цепи в трёх средах;

- подготовлена программа расчета основных параметров черпаковой цепи на основе построенной математической модели;

- получены результаты исследования геометрии черпаковой цепи в трёх средах.

Практическую ценность работы составляют следующие результаты:

- для объектов водного транспорта впервые предложен новый подход к расчетам параметров черпакового устройства, позволяющий обеспечить желаемую точность расчетов и рассмотреть любое количество вариантов исходных условий при проектировании черпаковых устройств и при расчетах технологических параметров работы много черпаковых земснарядов;

- разработаны рекомендации по определению технологических параметров » работы многочерпаковых земснарядов с учетом свойств и условий разработки грунта, а также переменных параметров черпакового устройства;

- разработаны рекомендации по определению геометрических параметров грунтового колодца для уменьшения «просора» грунта, что обеспечивает повышение фактической производительности;

- значения технологических: параметров черпаковой цепи и принципы их расчета приняты к внедрению при составлении технологических карт работы многочерпаковых земснарядов.

Результаты диссертационной работы проходили апробацию в процессе подготовки. Материалы диссертационной работы публично докладывались и получили одобрение на следующих конференциях и семинарах:

- научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава и аспирантов. Секция «Водные пути». Москва, 2000.

- научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава и аспирантов. Секция «Водные пути». Москва, 2001.

- научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава и аспирантов. Секция «Водные пути». Москва, 2004.

- научно-производственное совещание командиров земснарядов Управления канала им. Москвы 1999 г.

- семинары профессорско-преподавательского состава кафедры «Водных путей, портов и электрооборудования» (1998-2004)

- семинары профессорско-преподавательского состава кафедры «Высшей математики» (1998-2003).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования показали, что точное определение конструктивных и технологических параметров черпакового устройства весьма актуально как при эксплуатации существующих земснарядов, так и при проектировании новых.

Новый подход к расчетам параметров черпакового устройства позволил впервые рассматривать влияние различных технологических параметров на геометрию провисающего участка черпаковой цепи, а также проводить вычисления этих параметров для любого сочетания параметров, характеризующих конкретные условия работы земснаряда.

Кроме того, новый подход позволяет обеспечить желаемую точность расчетов технологических параметров и предложить такие значения, которые обеспечат наибольшую производительность земснаряда, как при проектировании, так и в ходе эксплуатации многочерпаковых земснарядов.

Разработаны рекомендации по расчету шлейфового участка цепи в различных технологических условиях. Эти расчеты позволят задавать подачу по становому тросу максимально возможную в конкретных условиях. Что, в свою очередь, приведет к увеличению производительности земснаряда.

Разработаны рекомендации по определению геометрических параметров грунтового колодца для уменьшения «просора» грунта.

Принципы расчета параметров черпаковой цепи приняты к внедрению при составлении технологических карт работы многочерпаковых земснарядов.

1. Алпатов А.И. Исследование рабочих процессов многочерпаковых снарядов с целью повышения их производительности. Ленинград, 1979.- 131 с.

2. Алпатов А.И., Стариков А.С. Определение параметров цепной линии при расчете якорных и черпаковых устройств. Морские пути и дноуглубительные работы. М.: ЦБНТИ Минморфлота, 1974, №2 (41) -16 с.

3. Белоусов А.Р. Изменение геометрии цепной линии в процессе резания грунта. Труды ЛИВТа . Сб. научных трудов молодых специалистов, часть III. Водные пути и изыскания. Л., 1973. -8067 с.

4. Белоусов А.Р. Совершенствование энергоемкого оборудования многочерпаковых земснарядов. М., 1985. — 206 с.

5. Белоусов А.Р., Киселев Д.М., Ледовская Е.В. Определение зависимости шлейфа черпаковой цепи от технологических параметров. Материалы научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов. М.: МГАВТ, 2004.-С. 30-37.

6. Белоусов А.Р., Киселев Д.М., Ледовская Е.В. Определение формы провисающего участка черпаковой нити. Материалы научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов. М.: МГАВТ, 2000. -С. 24-27.

7. Белоусов А.Р., Киселев Д.М., Ледовская Е.В. Постановка задачи определения формы упругой нити в трёх средах. Сб. научных трудов: Совершенствование земснарядов и технологиипереработки нерудных материалов. М.: МГАВТ, 1999. С. 6670.

8. Белоусов А.Р., Киселев Д.М., Дедовская Е.В. Разработка алгоритма решения задачи определения формы упругой нити в трёх средах. Сб. научных трудов: Совершенствование земснарядов и технологии переработки нерудных материалов. М.: МГАВТ, 1999. С. 70 -77.

9. Бородулин Я.Ф. Сущенко Б.Н. Дноуглубительный флот и дноуглубительные работы. М.: Транспорт, 1973. 430 с.

10. Ветров Ю.А. Резание грунтов землеройными машинами. Машиностроение, М., 1975. 345 с.

11. Вислицки А. Из истории землеройной техники. П.Н.Р., Варшава, 1976.- 154с.

12. Власов А.А. Техническая экслуатация дноуглубительных снарядов. М.: Транспорт, 1970 - 199 с.

13. Гуревич М.И., Гройсман М.Я. Задача о тяжелой гибкой нити, частично погруженной в воду. Рыбное хозяйство, 1973, № 5, С. 55-57.

14. Доманевский Н.А. Дноуглубление. М., «Речной транспорт», 1965.-238 с.

15. Егоров Н. Эффективность экрана пригрузки черпаковой цепи. -Речной транспорт, 1977, № 1. С. 49-50.

16. Ежов Ю.Е. Совершенситвование технологии ремонта и прогнозирование износостойкости рабочих устройств судов технического флота. Ленинград, 191. 201с.

17. Зеленин А.Н., Баловнев В.И., Керов И.П. Машины для земляных работ. Машиностроение , М., 1975. 423с.

18. Зернов С.Я. Результаты испытаний многочерпаковых дизельэлектрических снарядов. Транспорт ЛИВТа, вып. 88, М.: Транспорт. - 1967. - С. 12-18.

19. Иванов В.А., Лукин И.В., Разживин С.Н. Суда технического флота. М. Транспорт, 1982. -366 с.

20. Исследование работы земснарядов по плану сотрудничества с ЧССР (отчет) тема № ХШ-4.3/ф-за, инв. №Б864174, МРФ РСФСР ЛИВТ МФ, Руководитель работы Стариков А.С., М., 1980.-72с.

21. Исследование работы черпакового устройства с целью определения рациональной схемы его размещения, конструкции черпаковой башни и копра многочерпаковых земснарядов. Отчет о НИР/ ГИИВТ. Руководитель работы Иванов В.А. Инв. №Б687551 -Горький, 1978-53 с.

22. Калинович Б.Ю. Основные принципы расчета грунтовых колодцев дноуглубительных снарядов. М. -Л.,Речиздат, 1946. — 154с.

23. Коновалов П.П. Дноуглубительные снаряды. Труды ЛИВТ,1968.-87 с. ц

24. Краковский И.И. О направлений в развитии дноуглубительной техники. Речной транспорт, 1956 №5. 10-12 с.

25. Краковский И.И. Современное состояние зарубежной дноуглубительной техники Горький, 1968, ГИИВТ. - 32 с.

26. Краковский И.И. Суда технического флота. Л.: Судостроение,1969.-503 с.

27. Кульмач П.П. Якорные системы удержания плавучих объектов. Л.: Судостроение, 1980. 336 с.

28. Дедовская Е.В. Особенности геометрии черпакового устройства и кинематики системы цепь-барабаны. Материалы научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов. М.: МГАВТ, 2001. С. 30-37.

29. Лешков В.Г. Современная техника и технология дражных работ. М.: Недра, 1971. -288 с.

30. Логачев С.И Рациональные области использования судов новых типов и новых технических решений на судах традиционных типов. Судостроение, 1995, № 5-6. С. 3 - 9.

31. Лукин Н.В;, Разживин С.Н:, Стариков А.С. Суда технического флота. Учебное пособие для ВУЗов — М.: Транспорт, 1992. -335с.

32. Маслов А.А. Адаптивная система управления процессом черпания МЧЗ. Мурманск, 1988. 167 с.

33. Меркин Д.Р. Введение в механику гибкой нити. М.: Наука, 1980. -240 с.

34. Миюсов В.А. Метод динамического расчета черпаковых устройств. Морские пути и дноуглубительные работы. М. ЦБНТИ Минморфлота, 1969, № 2-14 с.

35. Орлов В.И. Теория многочерпаковой цепи. Труды МИИЖТ. -М., 1927, вып. в. - 8-11с.

36. Орлов Г.А. Анализ нагрузок в элементах черпаковой цепи дноуглубительного земснаряда . — Морские пути и дноуглубительные работы. М.: ЦБНТИ Минморфлота, 1979. № 3(71)-16 с.

37. Орлов Г.А. Новое черпаковое устройство земснаряда. Морской флот, 1966, № 4. 156с.

38. Песочинский В.Н. Определение эффективных режимов работы многочерпаковых земснарядов. Тр. / ЦНИИМФ. - JI., 1961. вып. 32, с. 17-26.

39. Подерни Р.Ю. Горные машины и комплексы для открытых работ. М.: Недра, 1971. 456 с.

40. Попов Н.Ф. Комплексная система эксплуатации и проектирования речного дноуглубительного флота. Н. Новгород, 1999. -322 с.

41. Портовая техника для добычи и выгрузки нерудных строительных материалов. М.: Транспорт, 1989. 65 с.

42. Разживин С.Н. Динамика черпаковой цепи землечерпательного снаряда. Тр. / Горьк. ин-т инж. водн. тр-та. — Горький , 1970. -вып. 110. - Юс.

43. Разживин С.Н. Обоснование расположения вала верхнего барабана и грунтового колодца у многочерпаковых земснарядов. Тр. / Горьк. ин-т инж. водн. тр-та. - Горький , / 1976.-вып. 151, С. 25-32.

44. Разживин С.Н. Теоретическое обобщение опыта проектирования специального оборудования многочерпаковых снарядов. — Горький , 1970. 170с.

45. Реферативный журнал «Водный транспорт» № 1, 1980. Реферат 1А211. Многоковшовый землечерпательный снаряд.

46. Реферативный журнал «Водный транспорт» № 11, 1993. Реферат 11А24. Проектирование многочерпакового снаряда.

47. Реферативный журнал «Водный транспорт» № 11, 1993. Реферат 11Б156.3емлечерпание и окружающая среда.

48. Реферативный журнал «Водный транспорт» № 2, 1994. Реферат 2А86. Земснаряд.

49. Реферативный журнал «Водный транспорт» № 2, 1995. Реферат 2А98. Землечерпательный снаряд.

50. Реферативный журнал «Водный транспорт» № 5, 1974. Реферат 5А284. Многочерпаковый земснаряд.

51. Реферативный журнал «Водный транспорт» № 6, 1979. Реферат 6А330 -6А332. Землечерпательный снаряд.

52. Реферативный журнал «Водный транспорт» № 7, 1974. Реферат 7А338. Многочерпаковый земснаряд.

53. Реферативный журнал «Водный транспорт» № 7, 1995. Реферат 7А73. Земснаряды.

54. Рябов А.Ф. Речные дноуглубительные снаряды. М. : Транспечать, НКПС, 1930. 317 с.

55. Стариков А.С. Расчет шлейфа черпаковой цепи. Речной транспорт, 1967, № 11.

56. Стариков А.С. Технологические процессы земснарядов. М.: Транспорт, 1989.-223 с.

57. Стариков А.С. Технология работы речных земснарядов. М. : Транспорт, 1969. 238 с.

58. Техническая инструкция по производству землечерпательных работ. М.: Транспорт, 1987. 120 с.

59. Успенский В.П. Исследование усилий в свободно провисающей ковшовой цепи многоковшовых экскаваторов. В сб. ВНИИСТРОЙДОРМАШ, № 6. - Л., 1957 С. 36- 37.

60. Фрейлих Г.З., Йог Н.Г. Дноуглубительный флот. М. : Транспрот, 1964. 299 с,

61. Чекренев А.И. Дноуглубление. М.: Транспорт, 1967. 304с.

62. Янпольский А.Р. Гиперболические функции. М.: Физматгиз, 1960.- 155 с.

63. Bucket Dredgers. JHC dredger division. Kinderdijk. Holland. 1972 -2002.

64. Paulman M., Blaum R. Die Bagger und die Baggereinhilfsgerate. Berlin. 1923.

65. Roorda A., Vertregt J. Floating dredgers. Haarlem, 1963.