автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Развитие научных основ создания винтовых рабочих органов машин для разработки мерзлых грунтов

На правах рукописи

РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ СОЗДАНИЯ ВИНТОВЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ МАШИН ДЛЯ РАЗРАБОТКИ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

Специальность: 05.05.04 — «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Новочеркасск - 2006

Работа выполнена в ГОУ В ПО «Саратовский государственный технический университет» на кафедре строительных и дорожных машин.

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Кобзев Анатолий Петрович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Савельев Андрей Геннадьевич;

доктор технических наук, профессор Евстратов Владимир Александрович;

доктор технических наук, профессор Филяков Александр Борисович.

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Тульский государственный

университет».

Защита состоится 20 октября 2006 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.304.04 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» по адресу 346428, г. Новочеркасск, Ростовской обл., ул. Просвещения, 132, ауд. 107 главного корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)»

Автореферат разослан « // » сентября 2006 г. «

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор H.A. Глебов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность- работы. При выполнении строительных работ значительную долю составляют земляные работы, производство которых происходит в сложных условиях. К таким условиям,, в. первую очередь, относятся работы, производимые на мерзлых грунтах. Специфичность физико-механических свойств мёрзлых грунтов, их высокая прочность, соизмеримая с прочностью рабочих органов машин, и абразивность затрудняют применение известных технологий и оборудования для выполнения земляных работ. Производство таких работ требует применения машин и оборудования повышенной мощности и соответственно повышенных энергетических затрат...

Значительная доля земляных работ производится в городах и поселках, вблизи действующих предприятий, линий электропередач и других близко расположенных инженерных сооружений и коммуникаций. Близость к месту производства работ инженерных сооружений и коммуникаций, а также ограничения, связанные с малыми размерами строительной площадки, и другие стесненные условия сдерживают применение целого ряда способов разработки мерзлых грунтов.

Несмотря на огромное разнообразие методов, средств механизации и совершенствования технологий, уровень выполнения земляных работ, особённо в мерзлых и прочных грунтах, отстает от современных требований, предъявляемых практикой и экономикой различных отраслей хозяйства.

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

Предпосылкой для разрешения возникшей противоречивой ситуации является создание оборудования с винтовыми рабочими органами, позволяющего реализовывать в замкнутом силовом потоке значительные усилия для разрушения мерзлого грунта без увеличения мощности базовой машины. Разрушение грунта данным способом производится без динамического воздействия на грунт, что имеет важное значение при производстве работ в стесненных условиях.

Средством снижения энергоемкости процесса разработки мерзлых грунтов является также уменьшение потерь на трение элементов рабочих органов о грунт. Для мерзлых грунтов перспективным можно ожидать получение смазки в зоне контакта с. поверхностями искусственно нагреваемого винтового рабочего органа за счет частичного оттаивания грунта.

Отсутствие достаточных . исследований в области изучения взаимодействия винтовых рабочих органов с грунтовой средой, обладающей различными физико-механическими свойствами, в том числе с применением

тепловой энергии для образования смазки в зоне трения, определяет необходимость проведения исследований, направленных на изучение этих процессов.

На современном уровне развития научных знаний энергоемкость машин можно снизить за счет выбора оптимальных параметров рабочих органов, что является важной задачей, поскольку позволит при эксплуатации машин получать значительное снижение энергозатрат.

Таким образом, разработка новых научно обоснованных принципов создания винтовых рабочих органов, позволяющих осуществлять рабочие процессы с использованием замыкания силового потока в системе «рабочий орган - грунтовая среда», а также применение локального нагрева и выбор оптимального соотношения параметров для повышения эффективности земляных работ, представляет собой актуальную научно - техническую проблему.

Диссертационная работа выполнена в рамках научной программы 10. В «Разработка научных основ рабочих процессов, конструирования, эффективных технологий перевозок, обеспечения надежности и безопасности АТС, строительных и дорожных машин», утвержденной приказом ректора СГТУ №б7-п от 09.02.2000 г., по госбюджетной проблеме кафедры «Строительные и дорожные машины» 10.В.03: «Создать эффективные средства механизации строительных и дорожных работ».

Проведенный анализ состояния механизации и технологий разработки мерзлых и прочных грунтов и анализ основных направлений интенсификации рабочих процессов этих работ позволили сформулировать следующую цель исследования.

Цель работы. Повышение эффективности функционирования машин для разработки мерзлых грунтов, имеющих в своем составе винтовые рабочие органы, путем оптимизации их геометрических и теплоэнергетических параметров на основе разработанной теории процесса взаимодействия рабочих органов с мерзлым грунтом, учитывающей изменение напряженно-деформированного состояния грунтов под силовым и тепловым воздействием винтовых рабочих органов.

Указанная цель определила следующие задачи исследования:

1. Провести анализ факторного пространства, характеризующего процесс взаимодействия винтовых рабочих органов с мерзлым грунтом с целью формирования научно обоснованных предпосылок повышения эффективности их работы.

2. Разработать теорию процесса взаимодействия винтовых рабочих органов с мерзлым грунтом, учитывающую изменение напряженно -деформируемого состояния грунтов под силовым и тепловым воздействием рабочих органов и позволяющую установить влияние на это изменение геометрических и теплоэнергетических параметров винтовых рабочих органов и физико-механических свойств грунта.

3. Исследовать влияние геометрических и теплоэнергетических параметров винтовых рабочих органов и физико-механических свойств мерзлых грунтов на напряженно — деформированное состояние мерзлого грунта и определить картину этого влияния на тяговую способность винтовых рабочих органов.

4. Провести теоретические и экспериментальные исследования взаимодействия винтовых рабочих органов с мерзлыми грунтами различных категорий прочности и установить зависимости эффективности реализации рабочего процесса от геометрических и теплоэнергетических параметров рабочих органов.

5. Разработать математические модели процесса взаимодействия винтовых рабочих органов с мерзлым грунтом для определения их оптимальных геометрических параметров и режимов нагрева в зависимости от условий работы и физико-механических свойств грунта.

6.. На основании разработанной теории взаимодействия винтовых рабочих органов с мерзлым ■ грунтом предложить пути : повышения эффективности функционирования машин для разработки мерзлых грунтов, имеющих в своем составе винтовые рабочие органы, за счет оптимизации их геометрических параметров и рационального выбора режимов нагрева.

1.7. Провести полевые испытания машин для разработки мерзлых грунтов с разработанными винтовыми рабочими • органами; дать предложения по их технологическому использованию и оценку эффективности их применения.

Основная научная идея состоит в реализации рациональной схемы силового взаимодействия винтовых рабочих органов с мерзлым грунтом, учитывающей процессы, происходящие на поверхности граничного конуса, и изменение напряженно-деформированного состояния грунта на поверхности среза, способствующей повышению тяговой способности винтового рабочего органа при снижении общей энергоемкости рабочего процесса.

; Объект. исследований - процесс взаимодействия винтовых рабочих органов машин с мерзлыми грунтами при их разработке.

Предметом-- исследования являлись винтовые рабочие органы мерзлоторыхлительного оборудования,- бурового инструмента и винтовые анкеры.

Методологическая основа исследований — общие законы и методы теоретической и прикладной механики, механики грунтов'и сплошной среды, дифференциальное и интегральное исчисление; физическое моделирование с использованием теории подобия; теория оптимального проектирования; экспериментальные исследования на моделях и натурных образцах оборудования с использованием методов планирования эксперимента.

Контроль достоверности получаемых результатов осуществлялся сопоставлением теоретических положений с экспериментальными данными лабораторных и полевых исследований.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Теоретические основы процесса взаимодействия винтовых рабочих органов с мерзлым грунтом, описывающие изменение напряженно -деформированного состояния грунтов под силовым и тепловым воздействием рабочих органов и позволяющие установить влияние на это изменение геометрических и теплоэнергетических параметров винтовых рабочих ор1 анов и физико-механических свойств грунта.

2. Физическая картина процесса взаимодействия винтового рабочего органа с мерзлым грунтом, отражающая влияние его геометрических параметров на напряженно-деформированное состояние мерзлого грунта, способствующее повышению тяговой способности рабочего органа.

3. Математические модели процесса взаимодействия винтового рабочего органа с мерзлой грунтовой средой, позволяющие определять оптимальные геометрические параметры и режимы нагрева винтовых рабочих органов машин для разработки мерзлых грунтов из условия минимизации удельных энергозатрат с учетом изменения напряженно-деформированного состояния грунта и процессов, происходящих в зоне их взаимодействия.

4. Методика выбора оптимальных геометрических параметров винтовых рабочих органов, позволяющая минимизировать энергозатраты при реализации рабочих процессов за счет обеспечения максимального тягового усилия и скорости погружения винтового рабочего органа.

5. Результаты экспериментальных исследований взаимодействия винтовых рабочих органов с грунтоно й средой, отражающие функциональные зависимости взаимного влияния геометрических параметров рабочего органа и режимов его нагрева на силовые и энергетические затраты.

Новизна научных положений состоит в том, что:

- разработанная теория процесса взаимодействия винтовых рабочих органов с мерзлым грунтом описывает изменение напряженно деформированного состояния мерзлых грунтов под силовым и тепловым воздействием рабочих органов и позволяет установить влияние на это изменение геометрических и теплоэнергетических параметров винтовых рабочих органов и физико-механических свойств грунта;

- установленная физическая картина процесса взаимодействия винтового рабочего органа с мерзлым грунтом отражает влияние геометрических параметров элементов винтового рабочего органа на формирование уплотненной зоны грунта, а также на напряженно - деформированное состояние и повышение пластичности фунта внутри этой зоны;

- разработанные математические модели, алгоритмы и программы отличаются тем, что позволяют определить оптимальные геометрические параметры и режимы нагрева винтовых рабочих органов машин для

разработки мерзлых грунтов из условия минимизации удельных энергозатрат с учетом процессов, происходящих в зоне их взаимодействия;

- полученные регрессионные зависимости позволяют учитывать степень взаимного влияния геометрических параметров винтовых рабочих органов на способность-их завинчивания в мерзлые грунты и силовые затраты при проектировании машин для разработки всех'категорий мерзлых грунтов.

Научное значение работы заключается: в установлении закономерностей влияния геометрических параметров винтовых - рабочих органов на изменение напряженно-деформированного состояния мерзлого грунта в зоне их контакта, обеспечивающего завинчивание в мерзлые грунпы всех категорий прочности;.

в определении влияния на эти закономерности физико-механических свойств мерзлого грунта, геометрических, тепловых параметров и скоростных режимов погружения винтовых рабочих органов;

в разработке, аналитического аппарата, учитывающего процессы, происходящие в зоне взаимодействия винтового рабочего органа с мерзлым грунтом, и позволяющего обоснованно выбирать оптимальные параметры винтовых рабочих органов машин для разработки мерзлых грунтов.

Практическая значимость работы.

• Практическое значение работы заключается в том, что ее результаты, в частности инженерные методы выбора и расчета геометрических и теплоэнергетических параметров, а также алгоритмы оптимизации геометрических параметров винтовых рабочих машин для разработки мерзлых- грунтов, создают, основу для проектирования и создания высокоэффективных машин для производства земляных работ, имеющих в своем составе винтовые рабочие органы.

Личный вклад автора заключается в формулировании общей идеи, цели и задач работы, выполнении теоретических! и • экспериментальных исследований, анализе и обобщении их результатов, в разработке алгоритма оптимального проектирования винтовых рабочих органов, в разработке и создании новых", технических- решений^ их испытаний и внедрении в производство..

Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается соблюдением методов математического:- и физического- моделирования, достаточным объемом" экспериментальных■ лабораторных: исследований- и производственными испытаниями натурных образцов оборудования для разработки мерзлых? грунтов, , подтвердивших с высокой сходимостью результаты теоретических исследований. Расхождение между результатами не превышает 15%. . ■

Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрены в НИИпромстрой; путем передачи технической документации на мерзлоторыхлительное оборудование с нагреваемым рабочим органом, в соответствии с которой было изготовлено й испытано навесное

s

мерзлоторыхлительное оборудование к экскаватору ЭО 2621. Переданы техническая документация и опытные образцы бурового инструмента НПО «Тюменьнефтегеофизика», которые прошли испытания в условиях вечной мерзлоты. Техническая документация на мерзлоторыхлительное оборудование и буровой инструмент и рекомендации по производству работ внедрены в Ершовском филиале ФГУ «Управление «Саратовмелиоводхоз» и Дергачевском филиале ФГУ «Управление «Мелиорация земель и с/х водоснабжение» для изготовления и практического использования новых технических решений при проведении ремонтно-эксплуатационных и реконструкционных работ на гидротехнических сооружениях. Техническая документация и методика расчета мерзлоторыхлительного оборудования внедрены в ФГУП «СПЦ «РОСДОРТЕХ» для выпуска новой техники.

Результаты исследований используются в курсах лекций «Строительные и дорожные машины», «Рабочие процессы СДМ», которые читаются для студентов специальности 190205 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование», а также в дипломном и курсовом проектировании. Материалы исследований изложены в учебном пособии «Механизация разработки мерзлых грунтов». Лабораторный стенд по исследованию процессов работы винтовых рабочих органов в мерзлых грунтах используется при проведении лабораторных работ по курсу «Рабочие процессы СДМ».

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на:

научно-технических конференциях Ленинградского инженерно-строительного института (1984), Московского автомобильно-дорожного института (1984), Харьковского автомобильно-дорожного института (1985), Саратовского государственного технического университета (1980 -2005 гг.,), Саратовского института механизации сельского хозяйства (1984 - 1986 гг.,); Саратовского государственного аграрного университета (2001, 2005 гг.);

- заседаниях научно - технического совета НИИпромстрой (1981 -1984 гг., Уфа), НПО «Тюменьнефтегеофизика» (1991 -1993 гг.), Саратовского государственного аграрного университета (2005 г.);

Всероссийских научно-технических конференциях «Актуальные проблемы механизации дорожного строительства» (1992 г., Санкт-Петербург), «Современные промышленные технологии» (Computer-Based Conferences) (2005, Нижний Новгород);

- Международных научно-технических конференциях «Поддержание и восстановление работоспособности транспортных средств» (1995 г., Саратов), «Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии» (2004 г., Могилев), «Актуальные проблемы сельскохозяйственных науки и образования» (2005, Самара), «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании» (2005, Одесса).

. Публикации. По теме диссертации опубликовано 45. научных работ, в том числе 2 монографии, получено 3 авторских свидетельства, 2 патента и 2 свидетельства на полезную модель. Из указанного, числа работ 8 опубликованы в изданиях, входящих в перечень ВАК Минобрнауки РФ для докторскихдиссертаций.

Структура, и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов, списка использованной литературы из 231 наименования. Основной текст исследований изложен на 269 страницах и включает 80 рисунков,. 16 таблиц. Приложений 20 на 65 страницах..

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована? актуальность проблемы,.' подтверждающая необходимость развития научных основ создания винтовых рабочих органов, применяемых в составе машин для разработки мерзлых грунтов.

В. первой главе рассмотрено: состояниевопроса механизации производства земляных работ при:, отрицательных температурах грунта. Проведен анализ средств и методов разработки мерзлых грунтов.

Несмотря на широкую, номенклатуру имеющихся средств механизации, предназначенных для выполнения землеройных работ, до настоящего времени остается актуальным вопрос создания эффективных средств механизации для разработки мерзлых грунтов.

Важность решения этой проблемы связана с необходимостью круглогодичного производства строительных работ, обеспечения ритмичности строительного .производства, совершенствования комплексной механизации работ.-

Остаются нерешенными вопросы механизации и комплексной механизации трудоемких работ по разработке мерзлого грунта в стесненных условиях строительства, т. е. при ограниченных размерах строительного объекта и наличии близкорасположенных инженерных сооружений и коммуникаций.

Поэтому поиск новых конструктивных решений, методов интенсификации процессов разработки мерзлых грунтов, создание средств механизации является одним .из важных направлений в совершенствовании строительного производства.

Вопросами исследования и создания машин и - оборудования для разработки мерзлых грунтов занимались многие ученые и коллективы. В развитие теории рабочих процессов землеройных машин внесли вклад: Т. В. Алексеева,. К. А. Артемьев, В. И. Баповнев, В. Л. Баладинский, Ю. А. Ветров, Н. Г. Гаркави, А. Н. Зеленин, И. А. Недорезов, В. К. Руднев, Д. И. Федоров, А. М. Холодов, Н. Я. Хархута, Л. А. Хмара, Г. А. Шлойдо и др.

На основе, анализа методов разработки мерзлых грунтов установлено, что наиболее эффективное решение проблемы может быть направлено на

создание рабочих органов, интенсифицирующих процесс разрушения мерзлого грунта, за счет увеличения сил воздействия на грунт путем замыкания силового потока в системе «рабочий орган - грунтовая среда» без повышения единичной мощности машин. Использование такого оборудования дает возможность увеличить усилия на режущей кромке рабочего органа в значительно большей степени, чем развивает машина за счёт своих тяговых характеристик. Такая схема воздействия на грунт наиболее эффективно реализуется при применении винтовых рабочих органов, способных реализовывать залавливающее усилие на исполнительный рабочий орган, например рыхлящий клин, в замкнутом силовом потоке.

Исследованиям в области создания винтовых рабочих органов, анкеров, посвящен ряд трудов отечественных и зарубежных авторов. Следует отметить работы В. Д. Абезгауза, Л. С. Агамирзяна, И. Г. Аркина, И. Я. Бейлина, А. С. Каняняна, Ю. Н. Левицкого, В. 3. Маршева, Л. Г. Мариупольского, Ю. Г. Трофименкова и др.

Изучению процессов разработки мерзлых грунтов и созданию мерзлоторыхлительного оборудования с применением винтовых рабочих органов посвящены труды В. И. Баловнева, Ю. Е. Ветлова, В. А. Запускалова, Д. А. Лозового, А. В. Фролова и др.

Несмотря на известность винтовых рабочих органов, применяемых в машинах для производства земляных работ, они не получили своего развития для использования в составе машин для разработки мерзлых грунтов. Причиной этого является то, что имеющиеся конструкции винтовых рабочих органов являются неэффективными, а порой и неработоспособными на мерзлых грунтах с высокой механической прочностью и малой степенью пластичности. Поэтому необходимо изучить причины низкой

эффективности винтовых рабочих органов и определить пути их совершенствования.

Вторая глава посвящена анализу условий реализации рабочих процессов винтовыми рабочими органами и исследованию факторного пространства, влияющего на особенности деформационного поведения мерзлого грунта при взаимодействии с винтовыми рабочими органами.

Составляющими факторного пространства являются:

- вид грунта и его физико-механические свойства;

- характер и продолжительность силового воздействия на грунт;

- вид напряженно-деформированного состояния грунта и режим нагружения.

Условием реализации рабочего процесса завинчивания винтового рабочего органа является способность грунта пластически деформироваться при внедрении в него тела рабочего органа. Однако, как показал анализ, в существующих зависимостях деформационные процессы в этой зоне не рассматриваются, т.е. третья составляющая факторного пространства — вид

напряженного состояния в зоне непосредственного взаимодействия винтовой лопасти с контактным объемом грунта не учитывается, что априори предусматривает,применение винтовых рабочих органов только на грунтах, обладающих пластическими свойствами. Это,.является < причиной того, что данные. виды рабочих органов не нашли своего применения на мерзлых грунтах с высокой механической прочностью, таких как грунты 7...8 категории прочности.

Проведенный анализ существующих. исследований в области механических свойств мерзлых грунтов показал, что при определенных условиях мерзлый грунт обладает свойствами пластической деформации. Так, многими исследователями отмечаются различные причины проявления пластических-свойств мерзлых грунтов, в том числе влияние на это свойство грунта всестороннего сжатия. Кроме того, в исследованиях указывается на зависимость прочности грунта на сдвиг от нормальных напряжений сжатия в плоскости сдвига. Так, согласно исследованиям С. С. Вялова, сопротивляемость грунтов сдвигу зависит от нормального напряжения в плоскости сдвига.

В данных исследованиях отмечается также, что на свойства мерзлого грунта, в частности, на возможность его пластической деформации, влияет скорость приложения нагрузки. При различных ее значениях мерзлые грунты могут деформироваться пластически или разрушаться хрупко.

Исходя..из. вышеизложенного, следует, что с учетом напряженно-деформированного состояния: грунта. в зоне взаимодействия с винтовой лопасти и режима нагружения возможна реализация процесса завинчивания с обеспечением тягового усилия винтовыми рабочими органами в мерзлые грунты, обладающие высокой механической прочностью. Для этого должны выполняться два условия - пластическая деформация мерзлого грунта при внедрении в него тела рабочего • органа и эффективное сочетание напряжений сжатия- и сдвига на поверхности среза грунта кромками винтовой лопасти.

На'основе проведенного анализа было выдвинуто предположение, что наиболее выгодное сочетание напряжений сдвига и сжатия на поверхности граничного•конуса может быть получено за счет рационального выбора направления действия сил сжатия грунта поверхностями, элементов винтового рабочего органа (поверхностями винтовой лопасти и заостренного сердечника). Данные условия будут выполняться, если путем.оптимального выбора геометрических параметров винтовой лопасти и сердечника обеспечить рост сжимающих- напряжений в контактной зоне грунта. Увеличение сжимающих напряжений будет способствовать пластической деформации мерзлого грунта и росту касательных напряжений на поверхности сдвига (среза) грунта винтовой лопастью.

Вопросы снижения энергоемкости рабочих' процессов мерзлоторыхлительных машин должны рассматриваться в комплексе с

вопросами снижения непроизводительных затрат, связанных с преодолением сил сопротивлений трению при работе рабочих органов землеройных машин.

Как покачал анализ существующих исследований, силы сопротивления трению составляют в общей массе всех сил сопротивления грунта механическому воздействию рабочего органа до 40...60%, а при погружении или вдавливании свай и шпунтов - до 80% от общего усилия погружения.

Для уменьшения влияния трения грунта используются различные методы его снижения, в том числе применение локального нагрева рабочих органов для образования слоя смазки на границе контакта мерзлых грунтов и рабочих поверхностей инструмента. Вопросы применения нагрева рабочих органов с целью образования жидкостной смазки до настоящего времени еще не достаточно изучены и носят, в основном, поисковый характер. Изучение теплового влияния на мерзлые грунты проводилось применительно к длительным процессам взаимодействия нагретых тел с мерзлыми грунтами.

Изучению теплофизических характеристик грунта, скорости и глубины оттаивания посвящены работы В. П. Ушкалова, С. С. Вялова, 3. А. Нерсесовой, А. Ф. Чудновского и многих других ученых.

Анализ физико-механических свойств мерзлого грунта дает основание предположить, что возможно применение нагрева винтовых рабочих органов для получения слоя смазки в грунте с сохранением прочностных свойств мерзлого грунта в зоне их взаимодействия.

В третьей главе представлены теоретические исследования влияния геометрических параметров винтового рабочего органа, режимов его нагрева на напряженно-деформированное состояние мерзлого грунта в зоне взаимодействия винтового рабочего органа с мерзлой грунтовой средой.

Рассматривается рабочий процесс внедрения винтового рабочего органа в мерзлый грунт, при котором происходит деформация грунта, сопровождающаяся ростом объемного его сжатия в межвитковом пространстве рабочего органа. Грунт деформируется за счет внедрения в него элементов винтового рабочего органа: винтовой лопасти, толщина и радиус которой увеличиваются от вершины сердечника к его основанию, и чаостренного сердечника.

Процесс погружения винтового рабочего органа характеризуется возникновением больших давлений при малой площади приложения нагрузки. В этом случае зависимость между величиной деформации и напряжением сжатия, в соответствии с гипотезой Бернштейна - Летошнева, имеет вид:

(1)

- относительное приращение линейной деформации грунта;

о

где д =

д /

Ра - удельное сопротивление грунта вдавливанию, Па;

[Л - параметр; характеризующий возрастание сопротивления грунта смятию с увеличением деформации.

При изучении-' деформации грунта винтовым рабочим органом рассматривается действие элементарных сил с1Р на верхней, нижней поверхностях винтовой лопасти и поверхности заостренного сердечника (рис.1).

^—■ —. м

Напряжение сжатия грунта при контакте, с элементами винтового рабочего органа возникает от действия двух групп сил.

Первая группа - это силы (Р) деформации грунта, появляющиеся в результате вдавливания в грунт элементов винтового рабочего органа -заостренного наконечника и размещенной на нем винтовой лопасти изменяющегося радиуса и толщины. Эти силы возникают только на заходной части винтового рабочего органа.

Вторая группа - это силы (7"), приложенные к верхним поверхностям конического и цилиндрического участков винтовой лопасти и являющиеся составляющими сил лобового сопротивления грунта погружению винтового рабочего органа.

На заходном участке винтового рабочего органа действуют: силы сжатия грунта Р\ и Р^, соответственно верхней и нижней поверхностями винтовой лопасти, а также сила сжатия /3, возникающая от действия на грунт заостренной части сердечника винтового рабочего органа (рис.2).

Линейная деформация контактной зоны грунта при вращении винтового наконечника происходит за счет того, что любая точка поверхности лопасти имеет перемещение в радиальном направлении вдоль оси ОХ за счет приращения радиуса-вектора, и в нормальном направлении к образующей поверхности винтовой лопасти за счет увеличения толщины последней

Рис.2. Схема воздействия винтового рабочего органа на грунт

Рис. 3 Схема деформации грунта винтовым рабочим органом В соответствии с зависимостью (1) и с учетом влияния сил трения шачения составляющих элементарных сил сжатия грунта, лежащих в плоскости Х07. (рис.2), имеют вид:

^ = Ро

•с/5,

(2)

dP2 = p0

= Po

Л

■dS2\

y \f

■dS3,

(3)

(4)

где Д,, Д2, Д3 - относительная деформация грунта элементарными площадками, лежащими на верхней (с/^), нижней (ДБ2) поверхностях винтовой-лопасти и на коническом сердечнике ('аВ^); - угол трения грунта о рабочий орган, рад. Результирующие значения сил сжатия грунта тремя поверхностями винтового рабочего органа будут:

ai ■ (cosa)*

pi=Po-

R-r

\2

\2л-пх j

-(2-лг-^Г3

2 ■ cosí» • sin« • (ju + 3) • cos£

(5)

ax • (eosSy

Pi=Po

Ръ ~ Po

R-r 2 тг-nj

•(2-тг-и, )я+3

2 • coso ■ sin£ • (ju + 3) ■ cos£ ax • (cos?')íi -7T-r2 • • (2• 7V• nxY

(6)

(7)

эт^-сов^

где ах - относительное приращение радиуса винтовой линии;

у/ - угловая координата в цилиндрической системе координат; а -угол наклона образующей верхней поверхности винтовой лопасти к

оси вращения, рад; 3 - угол наклона образующей нижней поверхности винтовой лопасти к

оси вращения, рад; у -1/2 угла при вершине конического сердечника, рад. При завинчивании в грунт винтового рабочего органа верхними поверхностями винтовой лопасти воспринимаются силы сопротивления грунта вдавливанию винтовой лопасти, силы лобового сопротивления внедрению винтового рабочего органа и силы внешней (выдергивающей) нагрузки, приложенной к рабочему органу (рис.4):

где ^ ^ Ра = Р2 ■ sin S + Р3 sin Y — Р\- sin а. - сумма сил сопротивления

вдавливанию тела инструмента в грунт, направленных вдоль оси OZ\ W - силы внешней нагрузки, приложенные к штанге винтового рабочего органа.

винтового рабочего органа Силы сопротивления погружению, приложенные к верхней поверхности винтовой лопасти, воспринимаются коническим и цилиндрическим участками лопасти, т.е.

Т = ТХ +г2,

где 7"] и 7*2 - силы внешней нагрузки, приложенные к верхней поверхности соответственно конического и цилиндрического участков лопасти.

Основным параметром, характеризующим эффективную работу винтового рабочего органа, является его тяговая способность, то есть возможность завинчивания винтового рабочего органа в грунт с реализацией им тягового усилия.

Условием этой работы является равновесие сил сопротивления погружению винтового рабочего органа_ в грунт и сил его сопротивления срезу по поверхностям граничного конуса и цилиндра:

где Г] и- 1*2 - предельные значения сопротивления грунта срезу, соответственно по'- конической и цилиндрической поверхностям; 8ср 1 - площадь поверхности граничного конуса;

1 ' площадь поверхности граничного цилиндра; с - напряжение внутреннего сцепления грунта; Рсж\ Рсж2 " силы сжатия грунта, приложенные к поверхностям

конического и цилиндрического участков зоны среза. Условие баланса сил в конечном виде выражается зависимостями:

для конического участка лопасти

fY,p-+w ~ '

Z

• Scp. Г + Scp.l

>ср. 1

?g(90 - а) ■ cos Р

(9)

^ Рсреза 2 ^ С ' ^ ср.2

для цилиндрического участка лопасти

(10)

„ ' Scp.i--ts(?Q - a)-cos р

¿ср. 1 + Лср.2

где Р - 1/2 угла при вершине граничного конуса, рад; ф - угол внутреннего трения грунта, рад.

Исходя из данного условия, максимальная тяговая способность конического (Wr) и цилиндрического (W2) участков винтового рабочего органа определяется выражениями:

W} <

IV, £

7t

3Ср.г (с + асжг -*ёФ)

1 -tgÍJ-a)■tgф

\Рг ■ sin 8 + Р3 ■ sin у — Р, sin а\

1 +

3 • п

2 («г-а2)г -п\

| Р2 ■ sin 8 + Р3 • sin у — Р] sin а \

1 +

(«1 -^z)

(П)

(12)

_3-п2 -(а,2 — аI)_

где Рх, Р2, Р3 - силы сжатия грунта, соответственно верхней, нижней поверхностями винтовой лопасти и поверхностью конического сердечника;

P, • cos(o: + J3) P2 cos(5 - J.3) P3 cos(J3 - x)

(A)2 + (/2)2 + (',)*

(13)

щ - количество витков винтовои лопасти на коническом

участке винтового рабочего органа; П2~ количество витков винтовой лопасти на цилиндрическом участке винтового рабочего органа.

С учетом расстояний от поверхностей винтового рабочего органа до поверхностей среза грунта напряжение сжатия грунта определяются ¡ависимостью

2л

где /,,/2,/3- средние значения расстояний от верхней, нижней поверхностей винтовой лопасти и поверхности конического сердечника до поверхности среза.

Проведенные исследования процесса взаимодействия винтовых рабочих органов с мерзлыми грунтами и его аналитическое описание позволили установить общий характер деформирования грунта и функциональные зависимости факторного влияния на работоспособность рабочего органа. С учетом полученных зависимостей определены режимы и параметры, необходимые для обеспечения эффективной работы винтового рабочего органа. К ним относятся: величина минимального заглубления наконечника в грунт, при которой он обеспечивает необходимое начальное тяговое усилие, и величина крутящего момента, необходимого для завинчивания винтового рабочего органа в грунт.

Величина крутящего момента определяется, исходя из задаваемых условий, следующими зависимостями.

Для условий работы рабочего органа под действием внешней нагрузки, приложенной в направлении оси завинчивания, когда винт выполняет функцию тягового элемента, момент определяется:

М = ТГ' " + tg4)'a2 -У 3 -da .dV +

-^/cos 2 (а) , ) - cos 2 (а )

а к | О

J J Р2 ' sin $ ■ (tg & - tg % )■ а 2 ■ ц/

ан\ О

! V

da ■ d у/ +

-\jcos 2 (й) J ) - cos 2 (<У ) (14)

JJ

P j tg £, -a2 ■ у 3 , , —--:--da ■ d 4/ ,

где % - угол трения грунта о материал рабочего органа.

Для случая, когда завинчивание происходит без действия внешней осевой нагрузки, т. е. в свободном режиме:

a.i Y

м = j + <г4У-аг -у 3 ,dyf +

а к, О

аe2 V

cos 2 ( ф у ) - cos 2 (а )

Г ^ -db .rfr.

J J sin - у

+ Г Г^ -sin g 3 + (15)

J J -Jcos 2 (ш , ) - eos 2 (5)

+

ян, 0

Для реализации тяговой способности винта наибольшее значение имеет процесс работы винтовой лопасти в грунте, т.к. ее внедрение должно обеспечивать целостность структуры грунта, не приводя к его разрушению. Это достигается тем, что скорость внедрения лопасти вгрунт v должна быть меньше критической: vKpum, т.е. v < vKpum. Критической скоростью является

та скорость, при которой грунт с данными механическими свойствами будет разрушаться под действием внедряемой лопасти.

Исходя из этого, эффективная частота вращения винтового рабочего органа должна выбираться из условия:

. _ Щ ' Vкрит .i ,, ..

К - jf.C . (16)

Л-cosо

где R - радиус цилиндрического участка винтовой лопасти, м.

На основе результатов теоретических исследований разработаны математическая модель и алгоритм оптимального выбора геометрических параметров винтовых рабочих органов, определены критерий и целевая функция оптимизации.

В качестве критерия оптимизации принята удельная энергоемкость рабочего процесса винтовых рабочих органов в грунт, определяемая как отношение затрачиваемой мощности на завинчивание к главному параметру — тяговому усилию. В связи с тем, что режимы нагрева винтового рабочего органа для получения смазки .рассчитываются с учетом его геометрических параметров и могут регулироваться в процессе работы, оптимизацию винтовых рабочих органов-целесообразно проводить по их геометрическим параметрам.

Функция цели имеет вид:

г M-IK-Í M-ITV-Щ-3

~-zr-= ... р-• (17)

W W-R-cosa

Для поиска экстремального значения целевой функции принят модифицированный метод Хука-Дживса, позволяющий после проведения исследований в окрестностях базовой точки проводить движение не по

образцу, а по направлению той координаты, которая дает наибольшее возрастание целевой функции.

Параметрами оптимизации выбраны углы наклона рабочих поверхностей винтового рабочего органа (а, [3, у, д), которые вместе с задаваемыми значениями радиуса винтовой лопасти и ее количества витков однозначно определяют конструкцию винтового рабочего органа. Для проведения оптимизации на эти проектные параметры определены интервальные ограничения.

Дальнейшие теоретические исследования были направлены на изучение влияния искусственного локального нагрева винтовых рабочих органов на снижение сил трения и определение основных теоретических зависимостей

Процесс теплопередачи от нагретой поверхности винтового рабочего органа в контактирующий слой грунта является нестационарным и носит характер кратковременного теплового импульса от элементарного источника тепла.

Распределение температуры в грунте от нагретой поверхности винтового рабочего органа для данного случая описывается известным уравнением для мгновенных источников тепла:

/ -> — X ~

где /1г - повышение температуры на расстоянии X от плоскости теплоисточника по прошествии времени контакта г;

<70 - удельный тепловой поток, Вт/м2;

К - коэффициент температуропроводности грунта.

Согласно данной функции, на любых расстояниях от плоского источника тепла температура сначала повышается, достигая максимума на некотором расстоянии, а затем постепенно падает до исходного значения.

Исходя из вышеизложенного, следует, что для определенных теплофизических характеристик грунта и времени контакта винтового рабочего органа с ним возможно задание таких режимов нагрева, при которых на определенном расстоянии от поверхности рабочего органа максимальное повышение температуры грунта будет достигать температуры фазового перехода льда в воду. В этом случае над поверхностью рабочего органа грунт будет находиться в двух агрегатных состояниях с границей раздела, имеющей температуру плавления льда. Образовавшаяся вода в этой зоне вместе с мелкодисперсными частицами грунта служит смазывающим слоем рабочего органа.

Выбор основных режимов нагрева винтового рабочего органа при заданной толщине смазочного слоя Ьср положен в основу аналитических исследований нагрева винтовых рабочих органов.

При работе нагреваемого винтового рабочего органа рассматриваются два взаимосвязанных тепловых процесса: распределение температуры внутри тела винтового рабочего органа при его нагреве и передача тепла в грунт от нагретой поверхности инструмента.

На основе теории теплопроводности приняты законы распространения температуры:

а) для стержня с элементарной площадкой в основании, выделенного в теле винтовой лопасти и направленного вдоль ее геометрической образующей

с/г [т • 0 - г)] (18)

с/г (т ! )

5=5,

где <9j — избыточная температура на поверхности ребра у его основания, °С; / - ширина ребра (лопасти), м;

т _ Ру/ - множитель при постоянстве коэффициента теплоотдачи ребра rjр по всей поверхности и постоянстве коэффициента

теплопроводности материала лопасти в рассматриваемом интервале температур, т ~ const; s - толщина профиля поперечного сечения лопасти, м; rj - коэффициент теплоотдачи, кал/м2 ч град; Я - коэффициент теплопроводности рабочего органа, кал/м ч град; .v - координата точки, в которой определяется значение избыточной температуры.

б) для дисперсной среды (грунта) от точечного источника тепла

, (19)

ф. - С ■ р

2J— -ехр

z 2 2

4 К г_ V7T

I - Ф

где

2 - расстояние от поверхности раоочего органа до точки в грунте, в

которой определяется температура; q - тепловой поток, Вт; С - объемная теплоемкость грунта; ф [ —г. - функция Крампа.

Получено выражение, определяющее значение толщины смазочного слоя при известных значениях температуры грунта и избыточной температуры на поверхности рабочего органа:

7 о""4"

4 К г ■ 1п ^

К,

Среднее значение избыточной температуры в основании винтовой лопасти, которое влияет на температурный режим работы нагреваемого инструмента, определяется из заданных условий смазки зависимостью:

ехр

для конической поверхности

я.« = ('Ф - и >0о2 -/г +

\/я~[т I Л (т1 )+ сА "' (/я/ )- 1]х

/4-АГг] ^ для цилиндрической поверхности ¿¡л = 2л/т-я1

+ •{ л/я"• ?А (тя - /)| • ехР

1 - Ф

■Ш|

Г Ъ1 1 ъсм

4 Кт -/К

1 - Ф\ -

(21)

\~j4Kr .

где (ф - температура фазового переходамерзлого грунта в талый, иС; (гр - температура мерзлого грунта, °С.

Количество тепла, отдаваемого коническим и цилиндрическим участками винтовой лопасти в мерзлый грунт, определяется соответственно

из соотношении:

в, = 2е Л Л -т3 • «А • (т ■ /)• -/„ )+

• / • сА • (т • /) — сА (тя • /)- 1]х

ехр

- 6,

ЧАГг

1 - Ф

-74 А:-

(22)

' () 2 = 2е • Я -т 2 - (гр

+■ 2

ехр

Г ^ 1 а«

4Кт -у/К

1 - Ф

г п

V -л/4 л: г ,1.

(23)

где У - площадь основания винтовой лопасти, м2;

5К0Н - площадь поверхности конического участка винтовой лопасти, м2;

Зцщ, ~ площадь поверхности цилиндрического участка винтовой лопасти, м2.

Количество тепла, отдаваемого поверхностью наконечника рабочего органа, помимо винтовой лопасти, определяется как:

е3+< - па ^ЛгСр (8к + )• (*ф -

Ъ

/А (ти/ >

л/?ехр [-

4 /¡Г г

-77Г

-У4 ЛГ г

(24)

Полученные аналитические зависимости, характеризующие процесс теплового воздействия на- грунт, определяют математическую модель теплового баланса при взаимодействии нагреваемого винтового рабочего

органа с мерзлым грунтом. Данная математическая модель позволяет определять необходимые энергетические режимы работы нагреваемого рабочего органа при заданных условиях получения смазки.

Анализ функциональных зависимостей показывает, что на мощность нагрева рабочего органа наибольшее влияние оказывают температура грунта и толщина смазочного слоя. Температуропроводность грунта, зависящая от степени влажности, обладает меньшим влиянием на мощность нагрева (рис.5).

Энергозатраты на получение смазки в мерзлом грунте будут меньшими для грунтов с повышенной степенью влажности и большими для грунтов с минимальным содержанием влаги. Наиболее резкое изменение потребной мощности нагрева происходит при изменении свойств грунта в интервале его коэффициентов температуропроводности от К=4,16х10"7 м2/с до К=8,33х10"7 м2/с. Этому интервалу температуропроводности соответствуют фунты с малой степенью влажности: от 4 до 25% - для песчаных грунтов и от 1,5 до 40% - для глинистых.

О Вт

500

450

400

350

300

250

170

130

110

90

70

щи

/к 0,002. С —10

0 2 3 4 5 1 ,с

0.5 1 1,5 2 И,мм

2,5 5 | 7,5 10 1 12,5 1гр, "С

2 3 4 5 х10 1 К м'/ч

Рис.5. Зависимость мощности теплового потока и величины температурного напора от времени контакта частиц грунта, толщины слоя смазки, температуры грунта и коэффициента его температуропроводности

В четвертой главе представлены методика и результаты экспериментальных исследований влияния геометрических

теплоэнергетических параметров винтового рабочего органа и его нагрева на эффективность его работы.

- Экспериментальными- исследованиями установлено, что условие

эффективной работы винтовых рабочих органов обеспечивается формированием в ходе взаимодействия с грунтом уплотненной зоны, размеры которой превышают размеры поверхности граничного конуса. Наличие такой упрочненной! зоны грунта вокруг винтового наконечника увеличивает тяговую способность винтовой лопасти и, соответственно, повышает эффективность завинчивания.

Экспериментальными • исследованиями установлено также, что основными' факторами, влияющими на образование эффективной зоны уплотненного грунта, и как следствие - повышение работоспособности винтового-рабочего органа,- являются геометрические параметры: диаметр сердечника, диаметр, винтовой лопасти, углы наклона к оси вращения верхней и нижней образующих винтовой поверхности лопасти, шаг винтовой лопасти.

Реализация плана экспериментальных лабораторных исследований позволила установить функциональные зависимости эффективности работы винтового рабочего органа от его геометрических параметров.

Влияние геометрических параметров винтового рабочего органа на его способность завинчиваться в прочную грунтовую среду, описывается уравнением регрессии, где откликом оптимизации служит критерий

Кq = ^ , характеризующий погружение винта в грунт с шагом t,

близким к геометрическому шагу винта h:

Кб = 2,871 - 0,094 h - 0,084 d - 0,057 а + 0,03 А2 + 0,002 d2 ^ + 0,01 а 2 + 0,002 h d - 0,0005 hct- 0,0004 d -а, где d - диаметр сердечника, м; h - шаг винтовой лопасти, м.

Зависимость силовых затрат, определяемых величиной крутящего момента, от геометрических параметров описывается уравнением регрессии:

М = -27 ,104 + 2,014 h + 4,224 d - 0,561 а - 0,047 h 1 - (26) - 0,113 d 2 + 0,015 а 2 + 0,036 h ■ d - 0,03 h a - 0,012 da.

В результате проведенного вычислительного эксперимента были получены зависимости от геометрических параметров:

максимального тягового усилия

Ж = 958 + 0,019 О 2 - 1119 + 92 ,8 ^ - 11,8/?

+ 63 ,3а + 672

) - 420 (yR) 1- 0,29 р1 -

0,019 D - 0,00075 D 2 (^ )- 0,00056 D2/3 +

0,0004 Ога + 722 ih/D)(r/R) + 56,9(*/£ )/? -

42,8(^/)а + - 72{r/R)a - 1,04 а/? ;

и крутящего момента, соответствующего максимальному тяговому

усилию

= 12683 + 2,09 D 2 - 151560 % t- 47550 ^ -

633 г + 806 а + 0,000012 D 4 + 73290

)2 -

17972 (у^)2 + 6Л/32 + 10а 2 - 1,92 D 2 ) ~ 0,78 D 2 (ГА) - 0,041 D2 р + 0,029 D2a

(28)

'/г

63351 (^/)(^)+2913 (%)/?-

866 (%)« + 495 ~ 1783 (^/д)« - 24 ,7а/? ,

где О - диаметр цилиндрического участка винтовой лопасти.

Графическая интерпретация полученных зависимостей представлена на рис. 6 ,7 и 8.

м, Нм

СХ, град

Рис, 6. График зависимости крутящего момента от угла (X и шага А, при ¿1=16 мм и п==20 мин'

Рис. 7. Зависимость коэффициента буксования от угла СС и шага к Ы.кН К М, Нм

2.5 ~ 1.5 - 24

2.25 - 24 22.3

2,0' - 0.9 20,7 19

1,75 - 0,6 ~ 17.3

1.5 ~ 0,3 "15,7

0 - 14

\ , №№ М=№

V „л ( М=Ш

<\ 'мы V

N

ч N. """ — ч— Д____ „ --- '-

25

30 _1_

35

I

№ I

45

I

50 а, гроЭ

0 10 20 30' Л0 50 р. граЗ Рис. 8. Зависимости тягового усилия, коэффициента буксования

и крутящего момента от углов СС и /3 Оценка полученных результатов исследований, в том числе визуальные наблюдения в ходе опытов с испытуемыми моделями, подтвердила ранее полученные выводы о том, что на способность винтового рабочего органа завинчиваться в мерзлые грунты с реализацией им тягового усилия основное влияние оказывают геометрические параметры его конического участка.

Наибольшее влияние на эффективность работы винтового рабочего органа в мерзлых грунтах оказывают: угол наклона образующей верхней поверхности винтовой лопасти (а), угол при вершине граничного конуса

усилие, развиваемое винтовым рабочим органом, в большей степени зависит от перечисленных геометрических параметров. Величина крутящего момента от этих параметров зависит в меньшей степени.

Эффективное сочетание угла наклона образующей верхней поверхности винтовой лопасти и угла при вершине граничного конуса способствует наиболее выгодному направлению результирующей силы сжатия грунта элементами рабочего органа в сторону поверхности граничного конуса. Их эффективное сочетание обеспечивает рост предельно-допустимых касательных напряжений на поверхности сдвига грунта винтовой лопастью и, следовательно, повышению тяговой способности рабочего органа.

Сочетание нормальных напряжений от действия внедряемых элементов винтового рабочего органа и объема сжимаемого грунта в

Ь/

межвитковом пространстве, который определяется параметром /р. >

способствует росту напряжений объемного сжатия и пластической деформации грунта с формированием ядра уплотнения п зоне взаимодействия с рабочим органом.

Полученные в ходе исследований данные по влиянию геометрических параметров на величину тяговой способности винтового рабочего органа и величину крутящего момента показали достаточно хорошую сходимость результатов теоретических и экспериментальных исследований. Расхождение полученных значений не превышает 15%.

Экспериментальная часть работы включала в себя исследования влияния локального нагрева винтового рабочего органа на эффективность рабочего процесса его завинчивания в мерзлые грунты. Планом исследований предусматривалось изучение физического процесса взаимодействия нагреваемого рабочего органа с мерзлым грунтом.

Установлено, что благодаря более высокой теплопроводности минеральных частиц, чем остальных компонентов, составляющих структуру грунта, граница оттаивания проходит по всей их поверхности контакта с грунтом. При этом минеральные частицы, находящиеся в сцементированном льдом состоянии, под воздействием тепловой энергии освобождаются от фиксированного положения и переориентируются относительно поверхности рабочего органа, располагаясь более плоской гранью к поверхности скольжения тела.

При тепловом воздействии на контактный объем грунта при установившейся температуре на поверхности винтового рабочего органа образуется смазочный слой на поверхностях трения, при этом, за счет

(2 (3) и относительный шаг винтовой лопасти

При этом тяговое

оттаивания- грунта на толщину, сопоставимую с размером минеральных частиц; грунт сохраняет свою несущую способность.

Характер.влияния применения нагрева винтового рабочего органа-на общую энергоемкость процесса (£)и величину крутящего момента (М) отражен в полученных уравнениях регрессии:

Е = 513,2-1,87-/-30,5-1-+0;12-*а +2,68-У2 -0,128-М-,. (29) М = 559,6-1,08-/-40,2•/+0,05-/2 -1,7ч2 -0,054(30) где t - температура нагрева винтового рабочего органа, °С; . / - частота вращения винтового рабочего органа, мин"1.

Графические зависимости крутящего момента и энергоемкости процесса погружения нагреваемого винтового рабочего органа представлены на рис. 9,10.

м;нм

1-950

-7123

Рис.9. Зависимость величины крутящего момента от температуры нагрева и частоты вращения винтового рабочего органа

Е.В-Г

л С

Рис. 10.Зависимость энергоемкости-процесса погружения нагреваемого винтового рабочего органа в грунт от температуры нагрева

и частоты вращения

Определяющее влияние на суммарную энергоемкость процесса погружения винтового рабочего органа и величину крутящего момента оказывает сочетание температуры нагрева и скорости движения в грунте (частоты вращения при завинчивании). Чрезмерный нагрев контактного слоя грунта ведет к снижению несущей способности винтового рабочего органа, а недостаточный нагрев не способствует образованию смазывающей прослойки, получаемой за счет плавления льда. Кроме того, изменение температуры рабочего органа в меньшую или большую сторону от оптимального значения, при одной и той же скорости погружения, ведет к снижению или увеличению энергоемкости процесса.

По результатам исследований установлено, что силовые затраты (крутящий момент) на завинчивание рабочего органа в грунт при локальном нагреве снижаются на 40...50 %. Энергозатраты, определяемые общей потребляемой мощностью на нагрев и на погружение винтового рабочего органа в грунт, оказываются в среднем на 25% меньше энергозатрат при завинчивании без нагрева.

В пятой главе приводятся рекомендации расчета и выбора основных параметров винтовых рабочих органов для разработки мерзлых грунтов и предложения по созданию машин и их технологическому использованию.

В зависимости от технологического назначения и вида оборудования при его создании могут быть заданы различные варианты исходных требований к винтовому рабочему органу:

- винтовой рабочий орган выполняет функцию тягового элемента;

- винтовой рабочий орган выполняет функцию анкерного устройства.

Для оборудования и инструментов, где винтовой рабочий орган

используется в качестве тягового элемента, основным параметром, характеризующим эффективность работы, является его тяговая способность, которая находится в непосредственной зависимости от соотношений и размеров геометрических элементов.

В качестве основного исходного параметра винтового рабочего органа рекомендуется принимать наибольший диаметр О винтовой лопасти на цилиндрическом участке винтового наконечника. Исходя из наибольшего диаметра, определяются остальные геометрические параметры: диаметр сердечника винтового наконечника с1 = 0,4...0,60 и шаг винтовой лопасти к — 0,5...0,7/). Меньшие значения рекомендуются для винтовых рабочих • органов с £> < 100 мм, большие значения для О > 100 мм.

Угол наклона образующей верхней поверхности винтовой лопасти рекомендуется принимать равным 42...45 градусам. Угол наклона образующей нижней поверхности винтовой лопасти принимается равным 63 градусам.

Угол при вершине конуса, охватывающего наружные кромки винтовой лопасти на коническом участке, должен быть равен 30 градусам.

Величина- тяговой способности винтового рабочего органа с полученными геометрическими параметрами для инженерных расчетов может рассчитываться по формуле:

¡V = я -(0,5Л)2 •Рв

6,2 + 7,34

1 - 0,8Ь -Щф

(31)

Данная величина определяет максимальную нагрузку, которую может обеспечить винтовой рабочий орган для затягивания за собой рыхлящих клиньев, лидера и других исполнительных рабочих органов.

Величину крутящего момента для завинчивания тягового винтового рабочего органа, при реализации им тяговой нагрузки, необходимо определять из условия:

М — ■

Л>-л

3,7(// + 3)-соз£

ти • Р2 • 0,25(5,86с + 3,06^ 1-1,%«*

-1,15

(32)

Основными параметрами, определяющими эффективность применения нагрева винтовых рабочих органов с целью снижения сил трения, являются:

- заданная толщина смазочного слоя;

' - величина избыточной температуры на поверхности рабочего органа;

- скорость движения рабочего органа в грунте;

- ■ размер винтовой лопасти.

Значения указанных параметров служат определяющими для расчета необходимой мощности нагрева рабочего органа с целью образования жидкостной смазки в мерзлом грунте. Правильное сочетание этих параметров позволяет достичь минимальной энергоемкости процесса работы оборудования с нагреваемыми рабочими органами.

Общее значение мощности, необходимой для получения слоя жидкостной смазки за счет ■ плавления «льда в мерзлом грунте, определяется как:

е=*Ча+е2+ез),

где. К1— 1,1... 1,2 - коэффициент, учитывающий расход мощности на теплопотери;

015 62' & ' соответственно мощности нагрева, необходимые для образования смазки на коническом, цилиндрическом участках поверхности винтовой лопасти и поверхности сердечника штанги рабочего органа:

л[л[т • I ■ ск ■ (т • I)- ск(т • I)- 1]х

х 2

Ж

ехр

-Ь,

ЧКт

1-Ф1 6<-;

4/СГг

22 = 2г • Я • т 2 5 п, - 1£р

-г ^ л/яП 2

• ехр

Ьсм Ьсм

4 К т -Лс

-•Г

03 = гп1 V+ )• - ^ + |г/г (/и/ ехр

Ьсм Ьсм

4 К т 7к

1 - Ф \ —

\-yj4 К т

(34)

(35)

Результаты исследований и разработанная методика использованы при создании новых конструкций оборудования с тяговыми винтовыми рабочими органами. В результате проведенной работы были спроектированы и изготовлены:

- навесное мерзлоторыхлительное оборудование к экскаватору ЭО 2621 с нагреваемым винтовым рабочим органом;

- буровой инструмент для проходки скважин в мерзлых, в том числе мерзлых песчаных грунтах;

- винтовой анкер для сооружения анкерных оснований и крепления инженерных сооружений к грунтам, включая мерзлые грунты;

- навесное оборудование с винтовым рабочим органом для проходки скважин в грунтах методом раскатки;

- ручной механизированный инструмент для рыхления мерзлых грунтов и смерзшихся сыпучих материалов, в том числе мерзлых песков.

В шестой главе представлена оценка эффективности применения оборудования с новыми винтовыми рабочими органами.

Для оценки эффективности оборудования с винтовыми рабочими органами, созданного на базе настоящих исследований, были приняты два основных показателя - производительность выполнения работ и их энергоемкость.

Производительность работ определялась по фактическому объему выполняемых работ новым оборудованием в ходе полевых испытаний. Для мерзлоторыхлительного оборудования определялся объем грун га.

разрушенного за один цикл работы. Для бурового инструмента показателем производительности служила средняя скорость проходки одного метра скважины., Энергоемкость процесса работы ■ определялась как отношение затраченной мощности к производительности работы оборудования. Для сопоставления с показателями существующего оборудования принимались их! усредненные значения. В качестве сравниваемых прототипов , принималось оборудование, наиболее близкое по своему назначению.

Эффективность применения винтового - рабочего органа с новыми геометрическими параметрами определялась в сопоставлении показателей модернизированного инструмента для рыхления мерзлых грунтов с аналогичной конструкцией, имеющей винтовой рабочий орган традиционной формы. Сравнение- показателей работы двух конструкций инструмента показывает,, что за-счет изменения параметров рыхлящего оборудования повышается производительность работ по сравнению с прототипом на 60.. .65%, при этом общая энергоемкость производства работ снижается-на 45...50%.

Оценкам эффективности применения нагрева винтовых рабочих органов осуществлялась сравнением производительности и энергоемкости двух конструкций навесного мерзлоторыхлительного оборудования к экскаватору ЭО 2621, имеющих одинаковые геометрические параметры винтовых рабочих органов и отличающихся наличием нагреваемого винтового наконечника. Мерзлоторыхлительное оборудование с нагреваемым рабочим органом имеет повышенную в 1,5 раза производительность и на 25 % меньшую энергоемкость.

• .Высокую эффективность показало и применение бурового оборудования, в состав которого - входит буровой инструмент с тяговым винтовым рабочим органом. При использовании такого вида инструмента, по результатам полевых испытаний, техническая скорость бурения мерзлых грунтов < повышенной прочности превышает скорость бурения штатными долотами более чем в 2 раза. Снижение энергозатрат, выражаемое показателем энергоемкости, составило в среднем 50 %.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В; диссертационной, работе осуществлено научное обобщение результатов теоретических. и экспериментальных исследований процессов взаимодействия винтовых рабочих органов с. мерзлыми грунтами и: решение важной научно-технической ' проблемы повышения эффективности функционирования; иг, расширения, области применения винтовых-рабочих . органов! для разработки мерзлых грунтов, за счет оптимизации геометрических и теплотехнических параметров винтовых рабочих органов, основанной на разработанной. теории процесса взаимодействия рабочих органов- с . мерзлым грунтом,, позволяющей- учитывать процессы, происходящие как на поверхностях контактов грунта с винтовыми рабочими

органами, так и на поверхности граничного конуса при различных условиях эксплуатации и различных свойствах грунтов.

Основные выводы и результаты диссертационной работы заключаются в следующем.

1. Анализ существующих методов и средств разработки мерзлых [ рунтов свидетельствует о перспективности развития землеройного оборудования с винтовыми рабочими органами, особенностью условий работы которых является реализация тягового усилия для внедрения рыхлящего инструмента Развитие такого вида оборудования сдерживается отсутствием методов расчета параметров винтовых рабочих органов, учитывающих процессы их взаимодействия с мерзлой грунтовой средой.

В существующих теоретических положениях не учитывается изменение напряженно - деформированного состояния грунта под воздействием винтовых рабочих органов, что приводит к необоснованному выбору параметров винтовых рабочих органов при проектировании и созданию малоэффективного оборудования и непригодного для разработки мерзлых грунтов наивысших (7-8) категорий прочности.

2. Разработанная теория взаимодействия винтовых рабочих органов с мерзлым грунтом учитывает изменение напряженно - деформированного состояния грунта под воздействием рабочего органа и процессы, происходящие на поверхностях контактов грунта с рабочими органами и на поверхности граничного конуса отрыва грунта при различных условиях эксплуатации и различных свойствах грунтов. Установлено, что при взаимодействии с грунтом в нем формируется уплотненная зона, размеры которой превышают размеры поверхности граничного конуса. Наличие такой зоны повышает сопротивление грунта срезу винтовой лопастью и, следовательно, повышается несущая (тяговая) способность винтового рабочего органа.

3. Установлено, что на формирование уплотненного ядра и на величину возникающих в нем напряжений объемного сжатия, а, следовательно, и на величину предельно-допустимых касательных напряжений на поверхности граничного конуса определяющее влияние оказывают геометрические параметры элементов винтового рабочего органа: угол наклона к оси вращения верхней образующей поверхности винтовой лопасти (а), угол при вершине граничного конуса (2 /?), отношение шага винтовой лопасти к ее

диаметру (%})•

4. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность снижения энергоемкости процесса погружения винтового рабочего органа в мерзлый грунт, за счет создания слоя жидкостной смазки необходимой толщины, образующейся при плавлении льда в контактном слоя грунта при искусственном локальном нагреве винтового рабочего органа. Установлено, что при завинчивании нагреваемого винтового

рабочего органа величина крутящего момента снижается на 40...50%, а общие энергозатраты - на 25...30%.

5: . Математическая модель , процесса погружения винтового рабочего органа в грунт, созданная на основе разработанной теории процесса взаимодействия: винтовых:, рабочих; органов с мерзлым грунтом, учитывающей изменение:напряженно — деформированного состояния грунта-под-- воздействием рабочего; органа; позволяет установить влияние его геометрических параметров .на" основные количественные показатели процесса разработки грунта. и определить оптимальные значения этих параметров из условий максимальной производительности оборудования и минимальной энергоемкости.

6. На основе. решения: оптимизационной задачи определены рациональные теплотехнические параметры винтового рабочего органа, позволяющие получить слой жидкой смазки необходимой толщины на поверхности контакта рабочего» органа с грунтом без снижения тяговой способности винтового рабочего органа.

7. На основании разработанных теоретических положений предложены конструктивные особенности винтовых рабочих органов машин для разработки мерзлых грунтов, направленные на повышение эффективности их функционирования. Выбор профиля винтового рабочего органа, основанный на применении разработанных теоретических положений, позволяет расширить диапазон применения винтоклиновых мерзлоторыхлителей за счет-формирования в грунте уплотненного ядра, превышающего по своим размерам размеры граничного конуса, что существенно повышает тяговую способность винтового наконечника.;

.. 8. Испытания лабораторных моделей и натурных образцов оборудования показали работоспособность и высокую эффективность винтовых рабочих органов, геометрические и теплотехнические параметры которых определялись с учетом процессов, происходящих в уплотненной.зоне-грунта и ¿на поверхностях, его контактов с рабочими органами, их способность реализовывать- рабочийпроцесс: ,на% мерзлых грунтах всех категорий прочности, включая мерзлые пески.

9. Результаты- экспериментальных исследований и производственных испытаний удовлетворительно совпадают с соответствующими результатами компьютерного моделирования - (расхождение в пределах 15 %), что подтверждает основные теоретические положения данной работы о возможности повышения эффективности функционирования и расширения диапазона применения винтовых рабочих органов, за счет параметрической оптимизации, исключающей хрупкое • разрушение мерзлого грунта в зоне контакта с винтовой лопастью,, приводящее к потере тяговой способности винтового рабочего органа, ■ и обеспечивающей уменьшение сил ■ трения грунта о поверхность - винтового наконечника, а также адекватность

математической модели реальному процессу погружения винтового рабочего органа в мерзлый грунт.

10.Полученные количественные результаты показывают, что винтовые рабочие органы, выбор геометрических и теплотехнических параметров которых проведен с учетом их влияния на напряженно-деформированное состояние грунта и изменение его физико-механических свойств в зоне граничного конуса и на поверхности контакта с винтовым рабочим органом, целесообразно применять при разработке мерзлых грунтов, так как ">го приводит к увеличению производительности на 60 — 65% и снижению энергоемкости на 45 - 55 % по сравнению с оборудованием, имеющим винтовые рабочие органы традиционной формы

Положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Мартюченко И. Г. Методы снижения энергозатрат при разработке мерзлых и прочных грунтов / И. Г. Мартюченко. - Саратов : СГТУ, 2004.-150 с. — [SBN 5-7433-1396-2.

2. Сферодвижущиеся рабочие органы уплотняющих машин и оборудования / И. Г. Мартюченко, А. Н. Перменов, P. X. Бурханов и др.; под ред. И. Г. Мартюченко - Саратов : СГТУ, 2004. - 144 с. -ISBN 5-7433-1192-7.

3. Байкова Г. А. О результатах исследований азимутальной стабильности объектов / Г. А. Байкова, И. Г. Мартюченко, Ю. К. Карташов // Теоретические и экспериментальные исследования в области строительства : темат. сб. / СГУ. — Саратов, 1980. - С. 45-47.

4. Мартюченко И. Г. Построение разверток конических винтовых поверхностей / И. Г. Мартюченко, Г. А. Байкова // Материалы межзон. науч.-метод. семинара заведующих кафедрами и ведущих лекторов но начертательной геометрии и инженерной графике вузов Волго-Вятской, Центрально-Черноземной и Поволжской зон / МарПИ. -Йошкар-Ола, 1982. - С. 89-92.

5. Мартюченко И. Г. Результаты экспериментальных исследований теплового воздействия рабочего органа . винтоклинового мерзлоторыхлителя на мерзлый грунт / И. Г. Мартюченко // Механизация и технология работ нулевого цикла : труды / НИИпромстрой. - М., 1983. - С. 84-86.

6. Мартюченко И. Г. Экспериментальные исследования мерзлоторыхлительного оборудования с нагреваемым рабочим органом / И. Г. Мартюченко // Повышение эффективности использования машин в строительстве : межвуз. темат. сб. тр. / ЛИСИ. - Л., 1984.-С. 65-75.

7. Мартюченко. И. Г. Навесное мерзлоторыхлительное оборудование с рабочим органом теплового воздействия / И. Г. Мартюченко, Д. А.- Лозовой, Б. Г. Хазин // Механизация строительства, эксплуатация строительной-техники : ЦБНТИ Минпромстроя. — М., 1984.— Вып. 12. -С. 22 -24.

8.. Мартюченко И. Г. Развертки: винтовых поверхностей (лопастей), применяемых в технике-/.И. Г. Мартюченко // Актуальные вопросы инженерной графики : межвуз. сб. / МарГУ. - Йошкар-Ола, 1984. -С. 14-17.

9.- Мартюченко И: Г. Навесное оборудование с нагреваемым рабочим органом для разработки мерзлого грунта / И. Г. Мартюченко // Технология и механизация трудоемких специальных работ в гражданском и промышленном строительстве : межвуз. науч. сб. / КХТИ. - Казань, 1985. - С 47 -49.

10.. Мартюченко И. Г. Обоснование способа снижения трения рабочих органов машин при разработке мерзлых грунтов за счет применения нагрева / И. Г.' Мартюченко, В. Е. Танчик; Сарат. политехи, ин-т. — Саратов, 1988. - Деп. в ЦНИИТЭстроймаш, № 80-сд 88. - 5 с.

11. Мартюченко И. Г. Буровой инструмент для проходки скважин в мерзлых грунтах /" И. Г. Мартюченко, А. А. Цымбалов, М. И; Стрелюхин; Сарат. политехи, ин-т. - Саратов, 1990. — Деп. в

' ЦНИИТЭстроймаш, № 62-сд 90. - 7 с.

12. Мартюченко И. Г. Способ бурения скважин в мерзлых грунтах / И. Г. Мартюченко, А. А. Цымбалов, М. И. Стрелюхин; Сарат. политехи, ин-т. - Саратов, 1990. - Деп. в ЦНИИТЭстроймаш, № 66-сд 90. - 8 с.

13. Мартюченко И. Г. Винтовые рабочие органы / И; Г. Мартюченко, М. И. Стрелюхин // Актуальные проблемы механизации дорожного строительства : материалы респ. науч.-техн. конф. / СПбГТУ. — СПб., 1992.-С. 21-23.

14. Мартюченко И. Г. Повышение надежности машин для разработки грунта в- условиях низких температур / И. Г. Мартюченко, А. Н. Перменов // Поддержание и восстановление работоспособности транспортных средств •: материалы междунар. науч.-техн: конф. / СГТУ. - Саратов, 1995. - С. 77-78.

15. Мартюченко И. Г. Повышение эффективности бурения скважин в мерзлых грунтах / И. П Мартюченко, А. С. Байкалов // Механизация строительства. — 1996. — № 5. - С. 23.

16. " Мартюченко И. Г. Новое оборудование для устройства скважин в

слабых водонасыщенных.грунтах / И. Г. Мартюченко, Д. В. Кравченко _ //- Проблемы транспортного строительства и транспорта: материалы • Междунар. науч.-практ. конф. — Саратов, 1997. - Вып. 2. — С; 130 —131.

17. Мартюченко И. Г. Новое оборудование и технология устройства набивных свай / И. Г. Мартюченко, Д. В. Кравченко // Механизация строительства. - 1997. -№ 11.- С. 16- 17.

18. Мартюченко И. Г, Новый рабочий орган для глубинного уплотнения грунта продавливанием / И. Г. Мартюченко, В. В. Красильников // Совершенствование конструктивных решений и методов расчета строительных конструкций : межвуз. науч. сб. / СГТУ. - Саратов, 1999. - С. 75-77.

19. Мартюченко И. Г. Повышение эффективности защиты окружающей среды в строительстве / И. Г. Мартюченко, В. В. Красильников // Совершенствование конструктивных решений и методов расчета строительных конструкций : межвуз. науч. сб. / СГТУ. - Саратов, 2000 -С. 103- 106.

20. Мартюченко И. Г. Исследование фтнческого процесса взаимодействия винтовых рабочих органов с грунтовой средой / И. Г. Мартюченко II Совершенствование конструкций и методов расчета строительных и дорожных машин и технологий производства работ : межвуз. науч. сб. / СГТУ. - Саратов, 2003. - С. 5-9.

21. Мартюченко И. Г. К вопросу применения бурового инструмента для проходки скважин в мерзлых песках / И. Г. Мартюченко, Р. В. Южаков // Совершенствование конструкций и методов расчета строительных и дорожных машин и технологий производства работ : межвуч. науч. сб. / СГТУ. - Саратов, 2003.-С. 10-18.

22. Мартюченко И. Г. Анализ методов крепления потенциально неустойчивых фунтовых массивов / И. Г. Мартюченко, В. В. Борисов // Совершенствование конструкций и методов расчета строительных и дорожных машин и технологий производства работ : межвуз. науч. сб. / СГТУ. - Саратов, 2003. - С. 18-26.

23. Мартюченко И. Г. Исследование процесса взаимодействия винтовых рабочих органов с мерзлым грунтом / И. Г. Мартюченко И Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии: материалы Междунар. науч.-техн. конф. / Могилев: ГУ ВПО «Белорусско-российский университет», 2004. - Ч.2;С. 57-59.

24. Мартюченко И. Г. Влияние локального нагрева винтовых рабочих органов на энергоемкость процесса внедрения в мерзлый грунт / В. В. Слюсаренко, И. Г. Мартюченко И Вестник Саратовского госагроуниверситета. — 2005. - №2. - С. 42 - 44.

25. Мартюченко И. Г. Исследование процесса взаимодействия винтовых рабочих органов с грунтовой средой / И.Г. Мартюченко // Вестник Саратовского госагроуниверситета. — 2005.- №2. -С. 53-55.

26. Мартюченко И. Г. Результаты лабораторных и полевых исследований винтового бурового инструмента / И. Г. Мартюченко, В. В. Слюсаренко // Актуальные проблемы сельскохозяйственных

науки и образования: сб. науч . трудов II Междунар. науч. — практ.

- конф. Самара, 2005. - Вып. III. - С.182-185.

27. Мартюченко И. Г. К вопросу определения тяговой способности винтовых рабочих органов / И. Г. Мартюченко // Актуальные проблемы

• сельскохозяйственных науки и образования: сб. науч. трудов II Междунар. науч". - практ. конф. Самара, 2005. — Вып. III. -

* С.191 - 194.

28. Мартюченко И. Г. Влияние формы тел рабочих органов землеройных машин на процесс внедрения в грунт / И. F. Мартюченко // Известия Тульского госуниверситета. Серия Подъемно-транспортные машины и оборудование. Вып. 6. -Тула, 2005."С. 149 -155.

29. Мартюченко И. Г. Воздействие на грунт лопасти винтового бура / И. Г. Мартюченко, Р.В. Южаков // Известия Тульского госуниверситета. Серия- Подъемно-транспортные машины и оборудование. Вып. 6. - Тула, 2005; - С. 145 -149.

30.- .Мартюченко И. Г. Инструмент для бурения разведочных скважин / И. Г. Мартюченко, Р. В. Южаков // Современные промышленные технологии : материалы • Всерос. науч.-техн. конф. (Computer-Based Conferences) / Нижний Новгород: Нижегородский научный и информационно-методический центр «Диалог», 2005: — С. 1-2.

31: Мартюченко И. Г. Оптимальное проектирование винтовых рабочих органов землеройных машин /А. П. Кобзев, И. Г. Мартюченко // Проблемы прочности и надежности строительных и машиностроительных конструкций: межвуз. сб. науч. трудов / СГТУ. -Саратов, 2005:-С. 238-243.

32; Мартюченко И. Г. Решение проблемы бурения разведочных скважин в мерзлых высокоабразивных грунтах / И. Г. Мартюченко, Р. В. Южаков // Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании : материалы науч.-практ. конф. Одесса : Черноморьё, 2005;- С. 23-24.

33: Мартюченко И. Г. Определение оптимальных параметров винтовых рабочих органов землеройных машин /И. Г. Мартюченко // Известия вузов. Сев. - Кавк. регион. Техн. науки, приложение к . № 1. -Новочеркасск, 2006. - С. 68 - 73.

34; Мартюченко И. Г: Буровой инструмент с тяговым винтовым наконечником / И. Г. Мартюченко // Вестник Саратовского государственного технического университета. — 2006. - №2. Вып. 1. — С. 45 - 49;

35.' Мартюченко И. Г. К вопросу определения тяговой- способности винтовых рабочих органов / И. Г. Мартюченко // Совершенствование конструкций1 и-методов расчета строительных и дорожных машин и технологий производства работ : межвуз. науч. сб. / СГТУ; — Саратов, 2006.-С. 39-44.

36. Мартюченко И. Г. К вопросу повышения эффективности винтовых анкеров /И. Г. Мартюченко, В. В. Борисов, Р. В. Южаков // Совершенствование конструкций и методов расчета строительных и дорожных машин и технологий производства работ : межвуз. науч. сб. / СГТУ. - Саратов, 2006. - С. 44-47.

37. Мартюченко И. Г. Винтовой бур новой конструкции / И. Г. Мартюченко, Р. В. Южаков, В. В. Борисов // Совершенствование конструкций и методов расчета строительных и дорожных машин и технологий производства работ : межвуз. науч. сб. / СГТУ. Саратов, 2006.-С. 50-52.

38. Пат. 2139388 (Россия). Способ образования скважин в слабых водонасыщенных грунтах / И. Г. Мартюченко, М. И. Стрелюхин, ( В. Ф. Бондаревский, А. С. Байкалов, Д. В. Кравченко // Б. И. - 1996. № 7.

39. А. с. 1710689 (СССР), МКИ3 Е 21 В 7/24, 10/44. Рабочий орган для разработки грунтов / И. Г. Мартюченко, М. И. Стрелюхин, А. А. Цымбалов // Б. И. - 1992. - № 5.

40. А. с. 1769559 (СССР), МКИ3 Е 21 В 7/24, 10/44. Винтовой анкер / И. Г. Мартюченко, М. И. Стрелюхин, А. А. Цымбалов // Б. И. - 1992. -№38.

41. А. с. 978619 (СССР), МКИ3 Е 21 В 7/24, 10/44. Фундамент / Д. А. Лозовой, Ю. Е.Ветлов, Г. А. Байкова, И. Г. Мартюченко // Б. И. -1992.-№44.

42. Винтовой анкер : свидетельство на полезную модель / И. Г. Мартюченко, В. В. Красилышков // Б. И. - 2000. — № 6.

43. А. с. 1461836 (СССР). Устройство для рыхления мерзлых грунтов / И. Г. Мартюченко, А. А. Скрипкин // Б. И. - 1989. - № 8.

44. Устройство для рыхления мерзлого грунта : свидетельство на полезную модель / И. Г. Мартюченко, В. В. Красильников // Б. И. -1997.-№4.

45. Патент на полезную модель 49844 (Россия). Винтовой ' бур для проходки скважин в прочных и мерзлых грунтах / И. Г. Мартюченко, Р. В. Южаков, В. В. Борисов // Б.И. - 2005 - №34.

Мартюченко Игорь Гаврилович РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ СОЗДАНИЯ ВИНТОВЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ МАШИН ДЛЯ РАЗРАБОТКИ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

Автореферат Корректор О.А. Панина

Лицензия ИД №06268 от 14.11.01 Подписано в печать 04.09.06 Формат 60Х 84 1/16 Бум. тип. Усл. печ. л. 2,0 Уч.-изд.л. 2,0 Тираж 100 экз. Заказ 354 Бесплатно Саратовский государственный технический университет 410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Отпечатано в РИЦ Ci ТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Характеристика объектов и условий производства земляных работ в строительстве.

1.2. Анализ методов и средств интенсификации производства зимних земляных работ и их соответствие требования к технологиям работ в стесненных условиях строительства.

1.2.1. Основные методы, средства, и технологии разработки мерзлых грунтов.

1.2.2. Методы интенсификации буровых работ на мёрзлых грунтах.

1.2.3. Методы и средства производства земляных работ при устройстве анкерных сооружений.

1.2.4. Общая оценка эффективности существующих средств механизации для производства работ на мерзлых грунтах.

1.2.5. Основные направления интенсификации земляных работ на прочных и мерзлых грунтах.

1.3. Обзор существующих исследований в области создания винтовых рабочих органов. Задачи исследований.

Выводы

2. НАУЧНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ВИНТОВЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ МАШИН ДЛЯ РАЗРАБОТКИ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ.

2.1. Исследование факторного пространства и условий реализации процесса взаимодействия винтовых рабочих органов с мерзлым грунтом.

2.1.1. Физико-механические свойства мерзлых грунтов.

2.1.2. Предпосылки к созданию винтовых рабочих органов для работы на мерзлых грунтах с высокой механической прочностью.

2.1.3. Предпосылки к применению тепловой энергии для снижения сил трения винтовых рабочих органов с мерзлым грунтом.

2.2. Общая программа и методика исследований.

Выводы

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВИНТОВЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ

С МЕРЗЛЫМ ГРУНТОМ.

3.1. Определение сил деформации грунта в зоне его контакта с поверхностью винтового рабочего органа.

3.1.1. Определение исходных зависимостей.

3.1.2. Силы деформации грунта элементами заходной части винтового инструмента.

3.1.3. Силы контактного воздействия винтовой лопасти на грунт под действием внешней нагрузки.

3.2. Анализ процесса работы винтовых рабочих органов и выбор основных параметров.

3.2.1. Определение влияния геометрических параметров винтового рабочего органа на его тяговую способность.

3.2.2. Определение минимальной глубины завинчивания.

3.2.3. Определение зависимости величины крутящего момента от геометрических параметров винтового рабочего органа и грунтовых условий

3.2.4. Определение эффективной частоты вращения винтового рабочего органа

3.3. Математическая модель оптимального выбора геометрических параметров винтовых рабочих органов.

3.3.1. Критерий и целевая функция оптимального выбора геометрических параметров винтового рабочего органа.

3.3.2. Выбор оптимизируемых параметров винтового рабочего органа.

3.3.3. Алгоритм исследования на оптимальность параметров винтового рабочего органа.

3.4. Исследования влияния нагрева винтового рабочего органа на снижение сил трения в мерзлом грунте.

3.4.1. Теоретическое обоснование получения смазки в мерзлом грунте при нагреве винтового рабочего органа.

3.4.2. Определение температурного поля при взаимодействии нагреваемого винтового рабочего органа с мерзлым грунтом.

3.4.3. Определение количества тепла, необходимого для получения слоя жидкостной смазки.

3.5. Анализ результатов теоретических исследований.

Выводы по результатам теоретических исследований

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.1. Общая методика экспериментальных исследований. Экспериментальное лабораторное оборудование.

4.2. Исследование физического процесса взаимодействия винтовых рабочих органов с грунтовой средой.

4.3. Исследование тяговых способностей винтового рабочего органа.

4.4. Результаты исследований винтового бурового инструмента в лабораторных и производственных условиях.

4.5. Определение параметров винтовых анкеров.

4.6. Влияние локального нагрева винтовых рабочих органов на энергоемкость процесса внедрения в мерзлый грунт.

Выводы по результатам экспериментальных исследований

5. РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.1. Рекомендации к проектированию и созданию оборудования с винтовыми рабочими органами.

5.1.1. Рекомендации по выбору основных параметров и режимов работы оборудования с винтовыми рабочими органами.

5.1.2. Рекомендации к определению основных параметров нагреваемых винтовых рабочих органов.

5.2. Предложения по созданию и технологическому использованию машин и оборудования с винтовыми рабочими органами.

5.2.1. Механизированный инструмент для рыхления мерзлых грунтов.

5.2.2. Винтоклиновой мерзлоторыхлитель с нагреваемым рабочим органом

5.2.3. Буровой инструмент для проходки скважин в мерзлых грунтах.

5.3. Предложения по альтернативному применению винтовых рабочих органов.

5.3.1. Винтовой анкер.

5.3.2. Оборудование для образования скважин методом раскатки.

Вывод

6. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СРЕДСТВ МЕХАНИЗАЦИИ С НОВЫМИ ВИНТОВЫМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ.

При выполнении общестроительных, дорожных, мелиоративных и других видов строительных работ значительную долю составляют земляные работы, производство которых происходит в сложных условиях. К таким условиям, в первую очередь, относятся работы, производимые на грунтах повышенной прочности - мерзлых грунтах. Специфичность физико-механических свойств мёрзлых грунтов, их высокая прочность, соизмеримая с прочностью рабочих органов машин, и высокая абразивность затрудняют использование известных технологий и существующего оборудования для выполнения земляных работ. Производство таких работ требует применения машин повышенной мощности и соответственно повышенных энергетических затрат.

Несмотря на имеющееся огромное разнообразие средств механизации, методов и совершенствования технологий, вопрос механизации зимних земляных работ до настоящего времени остается до конца не решенным. В первую очередь, остается открытым вопрос механизации трудоемких работ, выполняемых в стесненных условиях. Значительная доля земляных работ, в том числе и на мерзлых грунтах, производится вблизи существующих строений, действующих предприятий, линий электропередач и других, близко расположенных объектов. Близость к месту производства работ существующих объектов и сооружений, а также ограничения, связанные с малыми размерами строительной площадки, сдерживают применение целого ряда способов разработки грунтов (механических, ударных, взрывных).

Существующий парк землеройных машин, в основном, содержит мощную, крупногабаритную технику, которую невозможно использовать в стесненных условиях строительства. Машиностроительная промышленность, в связи с масштабными объемами строительства в предшествующие годы, была ориентирована на выпуск землеройных машин повышенной мощности.

Создание машин повышенной мощности предусматривалось и для работ, связанных с разработкой мерзлых грунтов. Технологический принцип работы многих видов машин и оборудования этого назначения основан на реализации значительных усилий для обеспечения процессов резания или разрушения прочного мерзлого грунта. Поэтому наращивание мощности землеройной техники являлось одним из приоритетов в развитии этих машин.

Альтернативным вариантом повышения эффективности разработки мерзлых грунтов является использование новых методов воздействия рабочих органов на разрабатываемый грунт. В связи с этим, внимание многих ученых направлено на проведение исследований и разработку теорий, способствующих созданию новых видов рабочих органов машин и новых технологических принципов их воздействия на грунт, дающих возможность наиболее эффективно осуществлять рабочие процессы.

В поле поиска новых эффективных решений входило и применение новых физических методов разработки грунтов. Наибольшее внимание уделялось и уделяется вопросам интенсификации разработки мерзлых и прочных грунтов с применением энергии высокочастотных колебаний звукового и ультразвукового диапазона, газодинамического воздействия, использования газо-воздушной смазки [1].

Значительный вклад в теорию и создание машин и методов разработки мерзлых и прочных грунтов внесли многие ученые. Наиболее значительные теоретические и экспериментальные исследования по изучению механизма разрушения грунтов содержат работы А. Н. Зеленина, Н. Г. Домбровского, Ю. А. Ветрова, Д. П. Волкова, В. И. Баловнева, М. И. Гальперина, И. А. Недорезова, В. Д. Абезгауза, А. Ф. Николаева, В .Д. Телушкина, Г. А. Шлойдо, В. В.Сурикова, В. К. Руднева, В. Ф. Бабкова, А. В. Фролова, Д. А. Лозового, А. М. Холодова, JL А. Хмары, Л. М. Бобылева, Д. И. Федорова, В. Л. Баладинского, Т. В. Алексеевой и других, как российских, так и зарубежных ученых. Глубокое изучение процесса механического разрушения грунтов позволило обоснованно подходить к решению задач по созданию новых видов рабочих органов для разработки грунтов.

Несмотря на значительные теоретические и экспериментальные исследования в области разработки мерзлых грунтов, вопросы повышения эффективности производства земляных работ на мерзлых грунтах, направленные на снижение силовых и энергетических затрат, все еще требуют дальнейшего своего решения. Особую актуальность имеют задачи механизации и совершенствования технологии зимних земляных работ, проводимых в стесненных условиях строительства. Решение этих задач должно быть направлено на создание новых конструкций рабочих органов, позволяющих расширить диапазон использования существующего парка машин, и в первую очередь, машин средних и малых мощностей.

Данная работа посвящена решению проблемы совершенствования средств механизации и технологий разработки мерзлых грунтов на основе использования принципа замыкания силового потока в системе «рабочий орган - грунтовая среда» за счет применения винтовых рабочих органов. Реализация данного принципа способствует повышению эффективности процесса взаимодействия рабочего органа с грунтом и обеспечивает возможность использования машин средней и малой мощности для разработки мерзлых и прочных грунтов в стесненных условиях.

Работа выполнена на кафедре строительных и дорожных машин Саратовского государственного технического университета.

Цель работы. Повышение эффективности функционирования машин для разработки мерзлых грунтов, имеющих в своем составе винтовые рабочие органы, путем оптимизации их геометрических и теплоэнергетических параметров на основе разработанной теории процесса взаимодействия рабочих органов с мерзлым грунтом, учитывающей изменение напряженно-деформируемого состояния грунтов под воздействием силового и теплового воздействия винтовых рабочих органов.

Основная научная идея состоит в реализации рациональной схемы силового взаимодействия винтовых рабочих органов с мерзлым грунтом, учитывающей процессы, происходящие на поверхности граничного конуса и изменение напряженно-деформированного состояния грунта на поверхности среза, способствующей повышению тяговой способности винтового рабочего органа при снижении общей энергоемкости рабочего процесса.

Объект исследований - процесс взаимодействия винтовых рабочих органов машин с мерзлыми грунтами при их разработке.

Предметом исследования являлись винтовые рабочие органы мерзлоторыхлительного оборудования, бурового инструмента и винтовые анкеры.

Методологическая основа исследований - общие законы и методы теоретической и прикладной механики, механики грунтов и сплошной среды, дифференциальное и интегральное исчисление; физическое моделирование с использованием теории подобия; теория оптимального проектирования; экспериментальные исследования на моделях и натурных образцах оборудования с использованием методов планирования эксперимента.

Контроль достоверности получаемых результатов осуществлялся сопоставлением теоретических положений с экспериментальными данными лабораторных и полевых исследований.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Теоретические основы процесса взаимодействия винтовых рабочих органов с мерзлым грунтом, описывающие изменение напряженно -деформируемого состояния грунтов под воздействием силового и теплового воздействия рабочих органов и позволяющие установить влияние на это изменение геометрических и теплоэнергетических параметров винтовых рабочих органов и физико-механических свойств грунта.

2. Физическая картина процесса взаимодействия винтового рабочего органа с мерзлым грунтом, отражающая влияние его геометрических параметров на напряженно-деформированное состояние мерзлого грунта, способствующее повышению тяговой способности рабочего органа.

3. Математические модели процесса взаимодействия винтового рабочего органа с мерзлой грунтовой средой, позволяющие определять оптимальные геометрические параметры и режимы нагрева винтовых рабочих органов машин для разработки мерзлых грунтов из условия минимизации удельных энергозатрат с учетом изменения напряженно-деформированного состояния грунта и процессов, происходящих в зоне их взаимодействия.

4. Методика выбора оптимальных геометрических параметров винтовых рабочих органов, позволяющая минимизировать энергозатраты при реализации рабочих процессов за счет обеспечения максимального тягового усилия и скорости погружения винтового рабочего органа.

5. Результаты экспериментальных исследований взаимодействия винтовых рабочих органов с грунтовой средой, отражающие функциональные зависимости взаимного влияния геометрических параметров рабочего органа и режимов его нагрева на силовые и энергетические затраты.

Новизна научных положений состоит в том, что:

- разработанная теория процесса взаимодействия винтовых рабочих органов с мерзлым грунтом, описывает изменение напряженно деформируемого состояния мерзлых грунтов под воздействием силового и теплового воздействия рабочих органов и позволяет установить влияние на это изменение геометрических и теплоэнергетических параметров винтовых рабочих органов и физико-механических свойств грунта;

-установленная физическая картина процесса взаимодействия винтового рабочего органа с мерзлым грунтом, отражающая влияние геометрических параметров элементов винтового рабочего органа на формирование уплотненной зоны грунта, а также на напряженно - деформируемое состояние и повышение пластичности грунта внутри этой зоны;

-разработанные математические модели, алгоритмы и программы отличаются тем, что позволяют определить оптимальные геометрические параметры и режимы нагрева винтовых рабочих органов машин для разработки мерзлых грунтов из условия минимизации удельных энергозатрат с учетом процессов, происходящих в зоне их взаимодействия;

-полученные регрессионные зависимости, позволяют учитывать степень взаимного влияния геометрических параметров винтовых рабочих органов на способность их завинчивания в мерзлые грунты и силовые затраты при проектировании машин для разработки всех категорий мерзлых грунтов.

Научное значение работы заключается: в установлении закономерностей влияния геометрических параметров винтовых рабочих органов на изменение напряженно-деформированного состояния мерзлого грунта в зоне их контакта, обеспечивающего завинчивание в мерзлые грунты всех категорий прочности; в определении влияния на эти закономерности физико-механических свойств мерзлого грунта, геометрических, тепловых параметров и скоростных режимов погружения винтовых рабочих органов; в разработке аналитического аппарата, учитывающего процессы, происходящие в зоне взаимодействия винтового рабочего органа с мерзлым грунтом, и позволяющего обосновано выбирать оптимальные параметры винтовых рабочих органов машин для разработки мерзлых грунтов.

Практическая значимость работы.

Практическое значение работы заключается в том, что ее результаты, в частности инженерные методы выбора и расчета геометрических и теплоэнергетических параметров, а также алгоритмы оптимизации геометрических параметров винтовых рабочих машин для разработки мерзлых грунтов, создают основу для проектирования и создания высокоэффективных машин для производства земляных работ, имеющих в своем составе винтовые рабочие органы.

Личный вклад автора заключается в формулировании общей идеи, цели и задач работы, выполнении теоретических и экспериментальных исследований, анализе и обобщении их результатов, в разработке алгоритма оптимального проектирования винтовых рабочих органов, в разработке и создании новых технических решений, их испытаний и внедрении в производство.

Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается соблюдением методов математического и физического моделирования, достаточным объемом экспериментальных лабораторных исследований и производственными испытаниями натурных образцов оборудования для разработки мерзлых грунтов, подтвердивших с высокой сходимостью результаты теоретических исследований. Расхождение между результатами не превышает 15%;

Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрены в НИИпромстрой, путем передачи технической документации на мерзлоторыхлительное оборудование с нагреваемым рабочим органом, в соответствии с которой было изготовлено и испытано навесное мерзлоторыхлительное оборудование к экскаватору ЭО 2621. Передана техническая документация и опытные образцы бурового инструмента НПО «Тюменьнефтегеофизика», которые прошли испытания в условиях вечной мерзлоты. Техническая документация на мерзлоторыхлительное оборудование и буровой инструмент и рекомендации по производству работ внедрены в

Ершовском филиале ФГУ Управления «Саратовмелиоводхоз» и Дергачевском филиале ФГУ управления «Мелиорации земель и с/х водоснабжения для изготовления и практического использования новых технических решений при проведении ремонтно-эксплуатационных и реконструкционных работ на гидротехнических сооружениях. Техническая документация и методика расчета мерзлоторыхлительного оборудования внедрены в ФГУП «СПЦ «РОСДОРТЕХ» для выпуска новой техники.

Результаты исследований используются в курсах лекций «Строительные и дорожные машины», «Рабочие процессы СДМ» , которые читаются для студентов специальности 190205 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование», а также в дипломном и курсовом проектировании. Материалы исследований изложены в учебном пособии «Механизация разработки мерзлых грунтов». Лабораторный стенд по исследованию процессов работы винтовых рабочих органов в мерзлых грунтах используется при проведении лабораторных работ по курсу «Рабочие процессы СДМ»

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на: научно-технических конференциях Ленинградского инженерно-строительного института (1984), Московского автомобильно-дорожного института (1984), Харьковского автомобильно-дорожного института (1985), Саратовского государственного технического университета (1980 -2005 гг.,), Саратовского института механизации сельского хозяйства (1984 - 1986 гг.,); Саратовского государственного аграрного университета (2001, 2005 гг.);

- заседаниях научно - технического совета НИИпромстрой (1981 -1984 гг., Уфа), НПО «Тюменьнефтегеофизика» (1991 -1993 гг.), Саратовского государственного аграрного университета (2005 г.);

- Всероссийских научно-технических конференциях «Актуальные проблемы механизации дорожного строительства» (1992 г., Санкт-Петербург),

Современные промышленные технологии» (Computer-Based Coferences) (2005, Нижний Новгород);

- международных научно-технических конференциях «Поддержание и восстановление работоспособности транспортных средств» (1995 г., Саратов), «Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии» (2004 г., Могилев), «Актуальные проблемы сельскохозяйственных науки и образования» (2005, Самара), «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании» (2005, Одесса).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 45 научных работ, в том числе 2 монографии, получено 3 авторских свидетельства, 2 патента и 2 свидетельства на полезную модель. Из указанного числа работ 8 опубликованы в изданиях, входящих в перечень ВАК Минобрнауки РФ для докторских диссертаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов, списка использованных источников из 231 наименования. Основной текст исследований изложен на 269 страницах, включающего 80 рисунков, 16 таблиц. Приложений 20 на 65 страницах.

Основные выводы и результаты диссертационной работы заключаются в следующем.

1. Анализ существующих методов и средств разработки мерзлых грунтов свидетельствует о перспективности развития землеройного оборудования с винтовыми рабочими органами, особенностью условий работы которых, является реализация тягового усилия для внедрения рыхлящего инструмента. Развитие такого вида оборудования сдерживается отсутствием методов расчета параметров винтовых рабочих органов, учитывающих процессы их взаимодействия с мерзлой грунтовой средой.

В существующих теоретических положениях не учитывается изменение напряженно - деформированного состояния грунта под воздействием винтовых рабочих органов, что приводит к необоснованному выбору параметров винтовых рабочих органов при проектировании и созданию малоэффективного оборудования и непригодного для разработки мерзлых грунтов наивысшей (78) категорий прочности.

2. Разработанная теория взаимодействия винтовых рабочих органов с мерзлым грунтом учитывает изменение напряженно - деформируемого состояния грунта под воздействием рабочего органа и процессы, происходящие на поверхностях контактов грунта с рабочими органами и на поверхности граничного конуса отрыва грунта при различных условиях эксплуатации и различных свойствах грунтов. Установлено, что при взаимодействии с грунтом в нем формируется уплотненная зона, размеры которой превышают размеры поверхности граничного конуса. Наличие такой зоны повышает сопротивление грунта срезу винтовой лопастью и, следовательно, повышается несущая (тяговая) способность винтового рабочего органа.

3. Установлено, что на формирование уплотненного ядра и на величину возникающих в нем напряжений объемного сжатия, а, следовательно, и на величину предельно-допустимых касательных напряжений на поверхности граничного конуса определяющее влияние оказывают геометрические параметры элементов винтового рабочего органа: угол наклона к оси вращения верхней образующей поверхности винтовой лопасти (а), угол при вершине граничного конуса (2/?), отношение шага винтовой лопасти к ее диаметру (%>)•

4. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность снижения энергоемкости процесса погружения винтового рабочего органа в мерзлый грунт, за счет создания слоя жидкостной смазки необходимой толщины, образующейся при плавлении льда в контактном слоя грунта при искусственном локальном нагреве винтового рабочего органа. Установлено, что при завинчивании нагреваемого винтового рабочего органа величина крутящего момента снижается на 40.50%, а общие энергозатраты -на 25.30%.

5. Математическая модель процесса погружения винтового рабочего органа в грунт, созданная на основе разработанной теории процесса взаимодействия винтовых рабочих органов с мерзлым грунтом, учитывающей изменение напряженно - деформируемого состояния грунта под воздействием рабочего органа, позволяет установить влияние его геометрических параметров на основные количественные показатели процесса разработки грунта и определить оптимальные значения этих параметров из условий максимальной производительности оборудования и минимальной энергоемкости.

6. На основе решения оптимизационной задачи определены рациональные теплотехнические параметры винтового рабочего органа, позволяющие получить слой жидкой смазки необходимой толщины на поверхности контакта рабочего органа с грунтом без снижения тяговой способности винтового рабочего органа.

7. На основании разработанных теоретических положений предложены конструктивные особенности винтовых рабочих органов машин для разработки мерзлых грунтов, направленные на повышение эффективности их функционирования. Выбор профиля винтового рабочего органа, основанный на применении разработанных теоретических положений, позволяет расширить диапазон применения винтоклиновых мерзлоторыхлителей за счет формирования в грунте уплотненного ядра, превышающего по своим размерам размеры граничного конуса, что существенно повышает тяговую способность винтового наконечника.

8. Испытания лабораторных моделей и натурных образцов оборудования показали работоспособность и высокую эффективность винтовых рабочих органов, геометрические и теплотехнические параметры которых определялись с учетом процессов, происходящих в уплотненной зоне грунта и на поверхностях его контактов с рабочими органами, их способность реализовывать рабочий процесс на мерзлых грунтах всех категория прочности, включая мерзлые пески.

9. Результаты экспериментальных исследований и производственных испытаний удовлетворительно совпадают с соответствующими результатами компьютерного моделирования (расхождение в пределах 15 %), что подтверждает основные теоретические положения данной работы о возможности повышения эффективности функционирования и расширения диапазона применения винтовых рабочих органов, за счет параметрической оптимизации, исключающей хрупкое разрушение мерзлого грунта в зоне контакта с винтовой лопастью, приводящее к потере тяговой способности винтового рабочего органа, и обеспечивающей уменьшение сил трения грунта о поверхность винтового наконечника, а также адекватность математической модели реальному процессу погружения винтового рабочего органа в мерзлый грунт.

Ю.Полученные количественные результаты показывают, что винтовые рабочие органы, выбор геометрических и теплотехнических параметров которых проведен с учетом их влияния на напряженно - деформируемое состояние грунта и изменение его физико-механических свойств в зоне граничного конуса и на поверхности контакта с винтовым рабочим органом, целесообразно применять при разработке мерзлых грунтов, так как это приводит к увеличению производительности на 60 - 65% и снижению энергоемкости на 45 - 55 % по сравнению с оборудованием, имеющим винтовые рабочие органы традиционной формы

1. Баловнев В. И. Дорожно-строительные машины с рабочими органами интенсифицирующего действия / В. И. Баловнев. М.: Машиностроение, 1981. -223 с.

2. Шафранский В. Н. Определение потребности в строительных машинах / В. Н. Шафранский, А. Т. Чистяков. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1983.- 144 с.

3. Зеленин А. Н. Машины для земляных работ : учеб. пособие для вузов / А. Н. Зеленин, В. И. Баловнев, И. П. Керов. М.: Машиностроение, 1975. - 422 с.

4. Казаринов В. М. Анализ трудоемкости и эффективности различных способов разработки мерзлого грунта в строительстве / В. М. Казаринов, Ю. Ю. Каммерер // Снижение трудоемкости разработки мерзлых грунтов: тез. докл.-М., 1982.-С. 3-5.

5. Строительные машины : справочник в 2 т. Т.1. Машины для строительства промышленных, гражданских и гидротехнических сооружений и дорог / под ред. В. А. Баумана, Ф. А. Лапира. 4-е изд., перераб. и доп. - М. Машиностроение. 1976. - 502 с.

6. Томин Е. Д. Опыт разработки мерзлых грунтов в водохозяйственном строительстве / Е. Д. Томин, С. В. Тарнопольский, Б. Д. Снежко // Снижение трудоемкости разработки мерзлых грунтов : тез. докл. М., 1982. - С. 28 - 31.

7. Строительные машины для механизации мелиоративных работ / под ред. В.В. Сурикова. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Агропромиздат. 1991. - 463 с.

8. Снижение трудоёмкости разработки мёрзлых грунтов : тез. докл. Всесоюз. семинара. Уфа, 1982. - 59 с.

9. Алтунин B.C. Мелиоративные каналы в земляных руслах / B.C. Алтунин -М.: Колос, 1979. 255 с.

10. Гаркави Н. Г. Машины для земляных работ / Н. Г. Гаркави. М. : Высш. шк., 1982.-335 с.

11. Машины для земляных работ / под ред. Д. П. Волкова. М. : Машиностроение, 1992.- 448 с.

12. Соловьев Д. А. Технологии очистки гидротехнических сооружений от донных отложений / Д. А Соловьев, О. В. Кабанов // Актуальные агроинженерные проблемы АПК : сборник науч. тр. Поволж. межвуз. конф. / Самар. ГСХА. Самара, 2001. - С. 238 - 240.

13. Ефанов О. И. Рыхлитель для разработки мёрзлых и прочных грунтов отрывом / О. И. Ефанов // Механизация строительства. 1988. - № 10. - С. 2122.

14. Сладкова А. А. Исследование линейного износа наконечников рыхлителей при разработке вечномерзлых грунтов / JI. А. Сладкова, Б. И. Коротких. -Норильск : Вечерний индустр. ин-т, 1985. С. 5 -7.

15. Добронравов С. В. Строительные машины и оборудование : справочник / С. В. Добронравов. М.: Высш. шк. 1991.- 456 с.

16. Чеченков М. С. Современные методы разработки прочных грунтов / М. С. Чеченков. JI.: Стройиздат. Ленингр. отд-ние, 1980. - 128 с.

17. Никифоров Ю. П. Навесное оборудование для поверхностного рыхления // Строительные и дорожные машины. 1999. - № 3. - С. 37.

18. Катанов Б. А. Буровой инструмент для мерзлых грунтов / Б. А. Катанов // Строительные и дорожные машины. -2001. №11. - С. 8 -10.

19. Катанов Б. А. Эффективные долота для бурения скважин /Б. А. Катанов // Строительные и дорожные машины. -1998. № 4. - С. 10 -12.

20. Страбыкин Н. Н. Техника бурения взрывных скважин в мерзлых породах / Н. Н. Страбыкин. М.: Недра, 1989. - 172 с.

21. Масленников И. К. Буровой инструмент: справочник / И. К. Масленников. -М.: Недра, 1989. 430 е., ил.

22. Адамович А. Н. Закрепление грунтов и противофильтрационные завесы в гидроэнергетическом строительстве / А. Н. Адамович. М. : Энергия, 1980. -320 с.

23. Зеге С. О. Сооружение искусственных оснований под сваи с помощью струйной технологии / С. О. Зеге, И. И. Бройд и др. // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2002. - №4. - С. 26 -30.

24. Срибный И. К. Влияние крепления откосов на пропускную способность каналов / И. К. Срибный // Мелиорация и водное хозяйство. 1990. - № 6. -С. 16-21.

25. Вишневский П. Ф. Современные методы анкерного крепления в строительстве / П. Ф. Вишневский. М.: Воениздат, 1981. - 246 с.

26. Машины и оборудования для устройства оснований и фундаментов / М. И. Смородинский, А. С. Ерофеев, Б. Г. Федоров и др. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. - 240 с.

27. Пат. 6305882 (США). Аппарат для установки спиральных анкеров / Coast Vfchinery, Coast John В., Kandas Waino J // Опубл. 23.10. 2001.

28. Молоков М. В. Очистка поверхностного стока с территорий городов и промышленных площадок / М. В. Молоков, В. Н. Шифрин. М. : Стройиздат, 1977.-104 с.

29. Шевцов К. К. Охрана окружающей среды в строительстве / К. К. Шевцов. -М.: Высш. шк., 1994. 240 с.

30. Рябинин Г. А. Научные основы разработки строительных и дорожных многоцелевых электроразрядных машин орудий для стесненных условий строительства : автореф. дис. д-ра техн. наук. - Санкт -Петербург, 1995.

31. Желукевич Р. Б. Создание рабочих органов для образования котловых выемок в скважинах / Р. Б. Желукевич, А. Н. Леоненко // Совершенствование строительных и горных машин для севера : межвуз. науч. сб. / КПИ. -Красноярск, 1992. С. 47-50.

32. Баловнев В. И. Интенсификация земляных работ в дорожном строительстве /В. И. Баловнев, Л. А. Хмара. -М., 1983.- 183 с.

33. Интенсификация рабочих процессов землеройных машин комбинированием традиционных и новых методов воздействия на среду: отчет о НИР (заключ.) ДИСИ, № ГР 77000845; Инв. № С6482. Днепропетровск, 1988. - 260 с.

34. Хмара Л. А. Исследование процессов взаимодействия с грунтом землеройных машин с газовой смазкой методами физического моделирования : дис. канд. техн. наук. -М., 1974. 196 с.

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

36. Кузнецова В. П. Создание эффективных рабочих органов землеройных машин для разработки мерзлых и прочных грунтов / В. П. Кузнецова, Р. А. Мартюков // Строительные и дорожные машины. -2005. №4. - С. 34.

37. Шемякин С. А. Землеройная техника для разупрочнения промерзшего вскрышного слоя породы в угольных разрезах / С. А. Шемякин // Строительные и дорожные машины. 2002. - № 8. - С. 10.

38. Хмара JI. А. Тенденции совершенствования специализированного навесного землеройного оборудования к тракторам и экскаваторам / Л. А. Хмара // Строительные и дорожные машины. 1998. - № 1. - С. 10 -14.

39. Иванников П. А. Создание и исследование рабочего оборудования для крупнообломолчной разработки мерзлых грунтов : автореф дис. . канд. техн. наук. Томск, 2004. - 18 с.

40. А. с. 441830 (СССР). Ковш экскаватора / Л. Б. Некрасов, Ю. М. Мисник, 3. С. Цукерник, С. Д. Кригер, Р. Ш. Килькеев // Б. И. 1977. - № 43.

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

42. Кутумов А. А. Навесной пневматический молот с дроссельным воздухораспределением для разработки мерзлых грунтов : автореф дис. . канд. техн. наук. Томск, 2004. - 23 с.

43. Машины для разработки мерзлых грунтов в строительстве / Д. А. Лозовой, Ю. М. Трушин, В. А. Запускалов, А. А. Покровский. Саратов : Приволж. кн. изд-во, 1968. - 155 с.

44. Пат. 2222669 (Россия). Вибрационный рыхлитель / Геллер Ю. А. // Б. И. -2004. № 6.

45. Федулов А. И. Разработка мёрзлых грунтов рыхлителями ударного действия / А. И. Федулов и др. М.: Наука, 1977. - 69 с.

46. Иванов Р. А. Экскаваторный ковш активного действия / Р. А. Иванов, А. И. Федулов // Строительные и дорожные машины. -1998. № 4. - С. 2 - 4.

47. Иванов Р. А. Применение экскаваторных навесных ударных устройств для разработки скальных пород и мерзлых грунтов / Р. А. Иванов, А. И. Федулов // Строительные и дорожные машины. -1999. № 3. - С. 11-15.

48. Мартюченко И. Г. Методы снижения энергозатрат при разработке мерзлых и прочных грунтов / И. Г. Мартюченко; Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов : СГТУ, 2004. - 150 с. - ISBN 5-7433-1396-2.

49. Лозовой Д. А. Новое оборудование для разработки мерзлых грунтов / Д. А. Лозовой, Ю. Е. Ветлов // Строительные и дорожные машины. 1970. -№9.

50. Мартюченко И. Г. Механизация разработки мерзлых грунтов : учеб. пособие / И. Г. Мартюченко, А. И. Кузяев; Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов : СГТУ, 1993.-81 с.-ISBN 5-2300-7248-2.

51. А. с. 1461836 (СССР). Устройство для рыхления мерзлых грунтов / И. Г. Мартюченко, А. А. Скрипкин // Б. И. 1989. - № 8.

52. Устройство для рыхления мерзлого грунта : свидетельство на полезную модель. / И. Г. Мартюченко, В. В. Красильников // Б. И. 1997. - № 4.

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

54. Сферодвижующиеся рабочие органы уплотняющих машин и оборудования / И. Г. Мартюченко, А. Н. Перменов, P. X. Бурханов и др.; под ред. И. Г. Мартюченко; Сарат. гос. техн. ун-т. Саратов : СГТУ, 2004. - 144 с. - ISBN 57433-1192-7.

55. Свиршевский В. К. Проходка скважин в грунте способом раскатки / В. К. Свиршевский. Новосибирск : Наука, 1982. - 120 с.

56. Буруковский А. И. Раскатывающие и спиралевидные снаряды /

57. A. И. Буруковский, Я. А. Гойхман // Механизация строительства. 1990. - № 8. -С. 5-7.

58. Мартюченко И. Г. Новое оборудование для устройства скважин в слабых водонасыщенных грунтах / И. Г. Мартюченко, Д. В. Кравченко // Тезисы докладов конференции Академии транспорта России / СГТУ. Саратов, 1997.

59. Мартюченко И. Г. Новое оборудование и технология устройства набивных свай / И. Г. Мартюченко, Д. В. Кравченко // Механизация строительства. -1997. -№ 11.

60. Пат. 2139388 (Россия). Способ образования скважин в слабых водонасыщенных грунтах / И. Г. Мартюченко, М. И. Стрелюхин,

61. B. Ф. Бондаревский, А. С. Байкалов, Д. В. Кравченко // Б. И. 1996. - № 7.

62. Перменов А. Н. Повышение надежности машин и оборудования для уплотнения грунтов в стесненных условиях и труднодоступных местах /

63. A. Н. Перменов, И. Г. Мартюченко // Поддержание и восстановление работоспособности транспортных средств : тез. докл. междунар. науч.-техн. конф. / СГТУ. Саратов, 1995. - С. 78-79.

64. Резание грунта ножевым дреноукладчиком с подачей сжатого воздуха /

65. B. К. Руднев, С. И. Карась, Б. А. Аль-Дмур и др. // Строительные и дорожные машины. 1983. - № 10. - С. 11-12.

66. Ермилов А. Б. Влияние газовой смазки на составляющие усилия копания грунта отвалом бульдозера / А. Б. Ермилов, А. Н. Абрамов // Труды МАДИ. -1978.-Вып. 148.-С. 102-104.

67. Хачатурян С. Л. Взаимодействие с грунтом и выбор параметров прокалывающего рабочего органа с газовой смазкой: автореф. дис. . канд. техн. наук. Харьков, 1983. - 22 с.

68. А. с. 564389 (СССР). Рабочий орган землеройной машины / В. И. Баловнев, Л. А. Хмара, В. Н. Бондарь, В. И. Ковалев, А. Б. Ермилов, Г. Ф. Дегтев, В. В. Мелашич // Б. И. 1977. - № 25.

69. Юско М. Е. Разрушение прочных грунтов групповым магнитострикционным рабочим органом : автореф. дис. . канд. техн. наук. -Л., 1983.-22 с.

70. А. с. 781275 (СССР). Землеройная машина для разработки мерзлых грунтов / А. Н. Евсеев, В. А. Хоминский, В. П. Быков // Б. И. 1980. - № 43.

71. А. с. 783424 (СССР). Рыхлитель / И. П. Балбачан, Б. Н. Бирючев, М. Ф. Ващилов, В. В. Карпов, А. П. Никитин // Б. И. 1980. - № 4.

72. А. с. 617545 (СССР). Землеройная машина с вибрирующим рабочим органом / Ю. И. Лубянский, К. А. Михальчук, В. П. Сенотов, Г. А. Снегульский, С. И. Шмуклер // Б. И. 1978. - № 28.

73. А. с. 679695 (СССР). Свая / Р. К. Прилепский, В. А. Пенчук,

74. A. В. Баранчиков, И. Г. Хайлов, В. Н. Чубарев // Б. И. 1973. - № 46.

75. А. с. 497378 (СССР). Свая / Л. Б. Некрасов, Ю. М. Мисник, П. А. Туулас,

76. B. А. Хоминский // Б. И. 1975. - № 8.

77. Маршев В. 3. Применение якорей на монтажных работах и современные требования, предъявляемые к их конструкциям / В. 3. Маршев // Монтаж оборудования и трубопроводов. М., 1967. - Вып. 4.

78. Канянян А. С. Экспериментальные исследования работы оснований анкерных фундаментов / А. С. Канянян // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1966. - № 6.

79. Арыкин Н. Г. Расчет держащей силы винтовых якорей / Н. Г. Арыкин, И. Я. Бейлин // Труды координационного совещания по гидротехнике. JI. : Энергия, 1967. - Вып. 40.

80. Бейлин И. Я. Новый метод определения держащей силы винтовых якорей / И. Я. Бейлин // Лесоэксплуатация и лесное хозяйство. 1964. - № 21.

81. Мариупольский Л. Г. Несущая способность анкерных фундаментов / Л. Г. Мариупольский // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1965. -№ 1.

82. Трофименков Ю. Г. Винтовые сваи в качестве фундаментов мачт и башен / Ю. Г. Трофименков, Л. Г. Мариупольский // Доклады к междунар. конгрессу по механике грунтов и фундаментостроению. М., 1965.

83. Трофименков Ю. Г. Винтовые сваи в качестве фундаментов мачт и башен линий передач / Ю. Г. Трофименков, Л. Г. Мариупольский // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1967. - № 8.

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

85. Левицкий Ю. Н. Применение винтовых якорей в промышленном строительстве / Ю. Н. Левицкий // Информация о передовом опыте. Сер. 1. Монтаж оборудования и трубопроводов. М. : ЦБТИ Минмонтажспецстроя СССР, 1987.-Вып. 2.

86. Богорад Л. Я. Винтовые сваи и анкеры в электросетевом строительстве / Л. Я. Богорад. М.: Энергия, 1967. - 200 с.

87. Абезгауз В. Д. Винтовые монтажные якоря и анкерные устройства / В. Д. Абезгауз, Ю. Н. Левицкий // Монтажные и специальные работы в строительстве. М.: Стройиздат, 1970. - № 11.

88. Иродов М. Д. Применение винтовых свай в строительстве / М. Д. Иродов. -М.: Стройиздат, 1968.

89. Фролов А. В. Разработка мерзлых грунтов методами с газоимпульсной интенсификацией / А. В. Фролов. Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 1990. - 144 с.

90. Запускалов В. А. Земляные работы зимой в водохозяйственном и сельском строительстве (Опыт, проблемы, перспективы) / В. А. Запускалов, А. В. Фролов. Саратов : Приволж. кн. изд-во, 1993. - 200 с.

91. Ветлов Ю. Е. Исследование параметров винтового рабочего оборудования машин для безударного рыхления мерзлых грунтов крупным сколом : дис. . канд. техн. наук. Саратов, 1972. - 161 с.

92. Вялов С. С. Реологические основы механики грунтов: учеб. пособие для строит, вузов / С. С. Вялов. М.: Высш. шк., 1978. - 448 с.

93. Гольдштейн М. Н. Механика грунтов, основания и фундаменты : учебник для вузов ж.-д. трансп. / М. Н. Гольдштейн, А. А. Царьков, И. И. Черкасов -М.: Транспорт, 1981.-320 с.

94. Терцаги Н. А. Механика грунтов / Н. А. Терцаги. М. : Госстройиздат, 1961.-507 с.

95. Далматов Б. И. Механика грунтов, основания и фундаменты (включая специальный курс инженерной геологии) : учеб. пособие для вузов / Б. И. Далматов. 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Стройиздат. Ленингр. отд - ние, 1988.-415 с.-ISBN 5-2740-0374-5.

96. Цытович Н. А. Механика мерзлых грунтов. Общая и прикладная / Н. А. Цытович. М.: Высш. шк., 1973. - 446 с.

97. Филяков А. Б. К определению напряженного и деформированного состояния связной среды при внедрении в нее деформатора // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. Науки. Приложение к № 3. Новочеркасск, 2004. - С.2 -8.

98. Пенчук В. А. О колебании сопротивлений массива грунта разрушению / В. А. Пенчук, А. К. Кралин // Строительные и дорожные машины. 1999. - № 11. -С. 32-33.

99. Ребрик Б. М. Справочник по бурению инженерно-геологических скважин / Б. М. Ребрик. М.: Недра, 1983. - 288 с.

100. Сергеев Е. М. Грунтоведение / Е. М. Сергеев. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1959.-334 с.

101. Иванов П. JL Грунты и основания гидротехнических сооружений. Механика грунтов / П. JI. Иванов. 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Высш. шк.,1991. 447 с.

102. Сергеев Е. М. Грунтоведение / Е. М. Сергеев. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1959.-334 с.

103. Мазуров Г. П. Физико-механические свойства мерзлых грунтов / Г. П. Мазуров. JL : Стройиздат. Ленингр. отд - ние, 1964. - 166 с.

104. Цытович Н. А. Механика грунтов (Краткий курс) : учебник для строит, вузов / Н. А. Цытович. 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Высш. шк., 1983. -228 с.

105. Цытович Н. А. Механика грунтов (Краткий курс) : учебник для строит, вузов / Н. А. Цытович. 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Высш. шк., 1983. -228 с.

106. Шлойдо Г. Л. К вопросу об определении прочности мёрзлых грунтов / Г. Л. Шлойдо: // Исследование ударных вибрационных строительных машин: науч. тр. / ВНИИстройдормаш М., 1976. - Вып. 71. - С. 61-67.

107. Зеленин А. Н. Машины для земляных работ : учеб. пособие для вузов /

108. A. Н. Зеленин, В. И. Баловнев, И. П. Керов. М. : Машиностроение, 1975. -422 с.

109. Зеленин А. Н. Физические основы теории резания грунтов / А. Н. Зеленин. -М.: АН СССР, 1950.-354 с.

110. Тарасов В. П. Расчет параметров прочности грунта / В. П. Тарасов, С. М. Кузнецов // Строительные и дорожные машины. -2001. №12. - С. 34 - 36.

111. Ladanyi В. Mechanical behaviour of frosen soils / В. Ladanyi. Ottawa, 1981. -54 p.

112. ИЗ. Ветров Ю. А. Разрушение прочных грунтов / Ю. А. Ветров,

113. B. П. Баладинский, В. Ф. Баранников, В. П. Кукла. Киев : Буд1вэльник, 1978. -350 с.

114. Некоторые вопросы больших пластических деформаций металлов при высоких давлениях / Ю. И. Берсенев, JI. Ф. Верещагин, Ю. Н. Рябинин, Л. Д. Лифшиц. М.: Изд-во АН СССР, 1960.

115. Пластичность и прочность твердых тел при высоких давлениях / Ю. И. Берсенев, Е. Д. Мартынов, К. П. Родионов и др. М. : Наука, 1970. -582 с.

116. Бриджмен П. В. Исследование больших пластических деформаций и разрыва / П. В. Бриджмен; пер. с англ. Мехтера. М. : Изд-во иностр. лит., 1955.-444 с.

117. Швецов Г. И. Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты : учебник для вузов по спец. «Строительство» / Г. И. Швецов.-2-е изд., перераб. и доп. -М.: Высш. шк., 1997.-319 с.-ISBN 5-0600-3428-3.

118. Березанцев В. Г. Исследования прочности песчаных оснований /

119. B. Г. Березанцев и др. -М.: Трансжелдориздат, 1958.

120. Бабков В. Ф. Основы грунтоведения и механики грунтов: учеб. пособие для автомоб.-дор. спец. вузов / В. Ф. Бабков, В. М. Безрук. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1986. - 239 с.

121. Kaplar С. W. Some strngth properties of frozen soil and effect of loading rate /

122. C. W. Kaplar. U. S. Army// C. R. R. E. L., Spec. Hanover, 1971.

123. Baker Т. H. Strain rate effect on the compressive strength of frozen sand / Т. H. Baker. Jessberger, 1979.

124. Anderson D. M. Phisics, chemistry and mechanics of frozen qround /

125. D. M. Anderson, N. B. Morgenstern. Yakutsk, 1973.

126. Вял OB С. С. Прочность, ползучесть мерзлых грунтов и расчеты ледогрунтовых ограждений / С. С. Вялов, Ю. К. Зарецкий. М. : Изд-во АН СССР, 1962.

127. Косте Ж. Механика грунтов : практ. курс / Ж. Косте, Г. Санглера; пер. с фр. В. А. Барвашова; под ред. Б. И. Кулачкина. М.: Стройиздат, 1981. - 455 с.

128. Ladanyi В. Mechanical behaviour of frosen soils / B. Ladanyi. Ottawa, 1981. — 54 p.

129. Маэно H. Наука о льде / H. Маэно; пер. с яп. М.: Мир, 1988. - 231 с.

130. Hayes С. Т. Dislokations inice / С. Т. Hayes, W. W. Webb // Science. 1965. -P. 147.

131. Fukuda A. Dinamikal behaviour of dislocations in ice crystals / A. Fukuda, Higashi // Cryst. Lattike Defects. 1973. - 4, № 3. - P. 203.

132. Музгин С. С. К теории разрушения мерзлых грунтов / С. С. Музгин // Тр. ин-та горного дела АН КазССР. Алма-Ата, 1957. - Вып. 3.

133. Ветров Ю. А. Резание грунтов землеройными машинами / Ю. А. Ветров. -М.: Машиностроение, 1971. 357 с.

134. Растегаев И. К. Основания механики разработки мерзлых грунтов / И. К. Растегаев // Совершенствование строительных и горных машин для севера : межвуз. науч. сб. / КПИ. Красноярск, 1992. - С. 12-23.

135. Домбровский Н. Г. Строительные машины : учеб. пособие для вузов / Н. Г. Домбровский, М. И. Гальперин. М.: Высш. шк., 1985. - Ч. 2. - 224 с.

136. Шемякин С. А. Сопротивление резанию однородных и неоднородных мерзлых грунтов /С. А. Шемякин, Е. С. Клигунов // Строительные и дорожные машины. -2004. №2. - С. 37.

137. Страбыкин Н. Н. Техника бурения взрывных скважин в мерзлых породах / Н. Н. Страбыкин. М.: Недра, 1989. - 172 с.

138. Далин А. Д. Роторные грунтообрабатывающие и землеройные машины / А. Д. Далин, И. П. Павлов. М.: Машгиз, 1950. - 258 с.

139. Катанов Б. А. Развитие конструкций режущих буровых долот / Б. А. Катанов // Механизация строительства. 2001. - № 7. - С. 9-12.

140. Шлойдо Г. А. О влиянии скорости на сопротивляемость мерзых грунтов разрушению / Г. А. Шлойдо, В. Г. Сосенкова // Труды ВНИИСтройдормаш. -1973.-№59.-С. 64-69.

141. Бульдозеры и рыхлители / Б. 3. Захарчук, В. Д. Телушкин, Г. А. Шлойдо, А. А. Яркин. М.: Машиностроение, 1987. - 240 с.

142. Федоров Д. И. Рабочие органы землеройных машин / Д. И. Федоров. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1989. - 368 с. - ISBN 5-2170-04908.

143. Ровинский М. И. Определение коэффициентов трения мерзлых грунтов / М. И. Ровинский, Г. А. Шлойдо // Строительные и дорожные машины. 1969. -№7.-С. 16-17.

144. Горюшкин Н. Н. Об абразивности мерзлых грунтов / Н. Н. Горюшкин // Строительные и дорожные машины. 1964. - № 5. - С. 29-31.

145. Добжинский Д. П. Трение инструмента о мерзлый грунт при резании / Д. П. Добжинский, В. Б. Лещинер // Строительные и дорожные машины. 1982. -№ 5. - С. 24-25.

146. Заднепровский Р. П. Повышение производительности строительных и дорожных машин при разработке влажных грунтов и материалов / Р. П. Заднепровский : обзорная информация. Сер. 4. Дорожные машины. М. : ЦНИИТЭстроймаш, 1984. - 44 с.

147. Бердников М. П. Исследование абразивных свойств мерзлых грунтов применительно к расчету износа и расхода режущего инструмента землеройных машин : автореф. дис. канд. техн. наук. Омск, 1974. - 22 с.

148. Суриков В. В. Мелиоративные работы зимой / В. В. Суриков. М.: Колос, 1980.-270 с.

149. Кузяев А. И. Исследование и выбор параметров винтоклинового рабочего оборудования для разработки мерзлых грунтов : дис. . канд. техн. наук. -Горький, 1975. 157 с.

150. Руднев В. К. О залипании ковшей экскаваторов грунтом и способы его снижения / В. К. Руднев, С. И Карасев // Строительные и дорожные машины. -1980.- №5.-С. 14-16.

151. Панарин А. П. Погружение свай в мерзлый грунт с предварительным подогревом / А. П. Панарин // Транспортное строительство. 1968. - № 4. -С. 24-26.

152. Боборыкин JI. Е. Коаксиальные электронагреватели для оттаивания мерзлых грунтов / JI. Е. Боборыкин // Механизация строительства. 1966. -№ 1. - С. 14-15.

153. Карев В. М. Оттаивание мерзлого грунта коаксиальными нагревателями / В. М. Карев, В. В. Булдыгин, А. В. Галкин // Механизация строительства. -1972.-№8.-С. 16-17.

154. Основные способы подготовки мерзлого грунта к разработке : экспрес-информация. Сер. II. ОНТИ ПТИОМЭС Минстроя СССР. Ярославль, 1983. -Вып. 6.-С. 24.

155. Рабинович Н. Р. Инженерные задачи механики сплошной среды в бурении / Н. Р. Рабинович. М.: Недра, 1989. - 270 с.

156. Ульянов Н. А. Теория самоходных колесных землеройно-транспортных машин / Н. А. Ульянов. М .: Машиностроение, 1969. - 520 с.

157. Шуп Т. Решение инженерных задач на ЭВМ / Т. Шуп. М. : Мир, 1978. -238 с.

158. Батищев Д. И. Поисковые методы оптимального проектирования / Д. И. Батищев. М.: Сов. радио, 1985. - 215 с.

159. Моисеев Н. Н. Методы оптимизации / Н. Н. Моисеев, Ю. П. Иванилов, Е. М. Столярова М.: Наука, 1988. - 351 с.

160. Гаспарский В. И. Праксеологический анализ проектно-конструкторских разработок / В. И. Гаспарский. М.: Мир, 1978. - 172 с.

161. Калабро Р.С. Принципы практических вопросов надежности / Р. С. Калабро. М.: Машиностроение, 1986. - 376 с.

162. Гуд Г. X., Системотехника. Введение в проектирование больших систем / Г. X. Гуд, Р. Э. Маккол; пер. с англ. М.: Сов. радио, 1982. - 383 с.

163. Беллман Р. Динамическое программирование / Р. Беллман; пер. с англ. -М.: Изд-во иностр. лит., 1980. 302 с.

164. Мымрин Ю. Н. Выбор и оптимизация технико-экономических показателей машин при разработке технического задания / Ю. Н. Мымрин, И. Н. Малахов -М.: Машиностроение, 1984. 152 с.

165. Реклейтис Г. Оптимизация в технике / Г. Реклейтис, А. Рейвиндран, К. Рэксдел; пер с англ. М.: Мир, 1986. - 250 с.

166. Дитрих Я. Проектирование и конструирование. Системный подход / Я. Дитрих; пер. с польск. -М.: Мир, 1981. 456 с.

167. Янсон Р.А. Системный анализ как методология проектирования строительных и дорожных машин /Р. Я. Янсон, В. А. Пискунов // Исследование рабочих процессов СДМ. -Ярославль, 1983. Вып. 7 - С. 3 -5

168. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс / Б . Банди. М.: Радио и связь, 1988. - 128 с.

169. Батищев Д. И. Методы оптимального проектирования / Д. И. Батищев. -М.: Радио и связь, 1984. 248 с.

170. Беллман Р. Прикладные задачи динамического программирования / Р. Беллман, С. Дрейфус; пер. с англ. М.: Наука, 1985. - 280 с.

171. Моисеев Н. Н. Математические задачи системного анализа / Н. Н. Моисеев. М.: Наука, 1981. - 488 с.

172. Зенкевич О. П. Метод конечных элементов в технике / О. П. Зенкевич. -М.: Мир, 1975.-541 с.

173. Кобзев А. П. Оптимальное проектирование тяжелых козловых кранов /

174. A. П. Кобзев; Сарат. Гос. Ун-т, Саратов, 1991.-160 с. - ISBN 5-292-01000-6.

175. Чудновский А. Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов / А. Ф. Чудновский. М.: Изд-во физ.-мат. лит., 1962. - 456 с.

176. Исаченко В. П. Теплопередача : учеб. пособие для вузов / В. П. Исаченко,

177. B. А. Осипова, А. С. Сукомел. 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Энергоиздат, 1981.-416 с.

178. Лыков А. В. Теория теплопроводности : учеб. пособие для теплотехн. спец. / А. В. Лыков. М.: Высш. шк., 1977. - 599 с.

179. Корн Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Определения, теоремы, формулы / Г. Корн, Т. Корн. 6-е. изд., стереотип. -СПб.: Лань, 2003. - 832 с. - ISBN 5-8114-0485-9.

180. Фильчаков П. Ф. Справочник по высшей математике / П. Ф. Фильчаков. -Киев : Наук, думка, 1973. 743 с.

181. Лыков А. В. Теоретические основы строительной теплофизики /

182. A. В. Лыков. Минск.: Изд-во АН БССР, 1961.-519 с.

183. Янке Е. Специальные функции (Формулы, графики, таблицы) / Е. Янке, Ф. Эмде, Ф. Лёш. 2-е изд., стереотип. - М.: Наука, 1968. - 344 с.

184. Михеев М. А. Основы теплопередачи / М. А. Михеев, И. М. Михеева. -М.: Энергия, 1983.-320 с.

185. Кутателадзе С. С. Справочник по теплопередаче / С. С. Кутателадзе,

186. B. М. Боришанский. М.: Госэнергоиздат, 1959. - 414 с.

187. Мартюченко И. Г. Применение тепловой энергии при механическом воздействии рабочих органов на мерзлый грунт (на примере винтовых рабочих органов): дис.канд. техн. наук. Харьков, 1984.

188. Методы и средства натуральной тензометрии: справочник. / М. Л. Дайчик, Н. И. Пригоровский, Г. X. Хуршудов. М.: Машиностроение, 1989. - 240 с.

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

190. Баловнев В. И. Моделирование процессов взаимодействия со средой рабочих органов дорожно-строительных машин / В.И. Баловнев. М.: Высш. шк., 1981.-355 с.

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

192. Гурман В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика / В. Е. Гурман. М.: Высш. шк., 1977. - 479 с.

193. Новицкий П. В. Оценка погрешностей результатов измерений / П. В. Новицкий, И. А. Зограф. 2-е изд., перераб. и доп. - Л. : Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1991.-288 с.

194. Евтушенко Ю. Г. Методы решения экспериментальных задач и их применение в системах оптимизации / Ю. Г. Евтушенко. М. : Наука, 1992. -432 с.

195. Стрелюхин М. И. Исследование взаимодействия винтового рабочего органа с грунтом : дис.канд. техн. наук. Саратов, 1994.

196. Дьяконов В. Mathad 2000 : учебный курс / В. Дьяконов. СПб. : Питер, 2000. - 592 с.

197. А. с. 1710689 (СССР), МКИ3 Е 21 В 7/24, 10/44. Рабочий орган для разработки грунтов / И. Г. Мартюченко, М. И. Стрелюхин, А. А. Цымбалов // Б. И.-1992.-№5.

198. Мартюченко И. Г. Повышение эффективности бурения скважин в мерзлых грунтах / И. Г. Мартюченко, А. С. Байкалов // Механизация строительства. -1996.-№5.-С. 23.

199. Мартюченко И. Г. Буровой инструмент для проходки скважин в мерзлых грунтах / И. Г. Мартюченко, А. А. Цымбалов, М. И. Стрелюхин; Сарат. политехи, ин-т. Саратов, 1990. - Деп. в ЦНИИТЭстроймаш, № 62-сд 90.

200. Мартюченко И. Г. Способ бурения скважин в мерзлых грунтах / И. Г. Мартюченко, А. А. Цымбалов, М. И. Стрелюхин; Сарат. политехи, ин-т. -Саратов, 1990. Деп. в ЦНИИТЭстроймаш, № 66-сд 90.

201. Мартюченко И. Г. Винтовые рабочие органы / И. Г. Мартюченко, М. И. Стрелюхин // Актуальные проблемы механизации дорожного строительства: тез. докл. респ. науч.-техн. конф. / СПбГТУ. СПб., 1992.

202. Байкова Г. А. О результатах исследований азимутальной стабильности объектов / Г. А. Байкова, И. Г. Мартюченко, Ю. К. Карташов // Теоретические иэкспериментальные исследования в области строительства : темат. сб. / СГУ. -Саратов, 1980.-С. 45-47.

203. Лозовой Д. А. Разрушение мерзлых грунтов. Методы интенсификации и создание машин для стесненных условий строительства / Д. А. Лозовой. -Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 1978. 184 с.

204. Мартюченко И. Г. Экспериментальные исследования мерзлоторыхлительного оборудования с нагреваемым рабочим органом / И. Г. Мартюченко // Повышение эффективности использования машин в строительстве : межвуз. темат. сб. тр. / ЛИСИ. Л., 1984.

205. Мартюченко И. Г. Обоснование способа снижения трения рабочих органов машин при разработке мерзлых грунтов за счет применения нагрева / И. Г. Мартюченко, В. Е. Танчик; Сарат. политехи, ин-т. Саратов, 1988. - Деп. в ЦНИИТЭстроймаш, № 80-сд 88.

206. Боуден Ф. П. Трение и смазка твердых тел / Ф. П. Боуден, Д. Тейбор; пер. с англ.; под ред. И. В. Крагельского. М.: Машиностроение, 1968. - 543 с.

207. Детали машин. Расчет и конструирование: справочник / под ред. Н. С. Ачеркана. 3-е изд., перераб. - М. : Машиностроение, 1968. - Т. 1. -440 с.

208. Мельников С. В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С. В. Мельников, В. Р. Алешин, П. Т. Рощин. Л.: Колос, 1972. - 200 с.

209. Адлер Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Б. В. Грановская М. : Наука, 1991. -285 с.

210. Адлер Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю. П. Адлер. М.: Наука, 1976. - 279 с.

211. Бирюков В. В. Практическое руководство по применению математических методов планирования эксперимента для поиска оптимальных условий в многофакторных процессах / В. В. Бирюков. Рига : Зинатне, 1969. - 130 с.

212. Налимов В. В. Теория эксперимента / В. В. Налимов. М.: Наука, 1971. -207 с.

213. Разработка и создание машины с нагреваемым рабочим органом для разработки мерзлых грунтов : отчет о НИР / Сарат. политехи, ин-т. Саратов, 1984.-49 с. - № ГР 01830067797; Инв. № 0285002182.

214. Разработка нового типа бурового инструмента для проходки скважин в мерзлых грунтах : отчет о НИР (промежуточ.) / Сарат. политехи, ин-т. -Саратов, 1989. -№ ГР 01890024098.

215. Разработка нового типа бурового инструмента для проходки скважин в мерзлых грунтах : отчет о НИР / Сарат. политехи, ин-т. Саратов, 1990. -№ГР 01900042101.

216. Мартюченко И. Г. Буровое долото / И. Г. Мартюченко, А. А. Цымбалов, М. И. Стрелюхин // Информбюллетень. Саратов, 1990. - № 209.

217. Мартюченко И. Г. Винтовые долота / И. Г. Мартюченко, А. А. Цымбалов, М. И. Стрелюхин // Информбюллетень. Саратов, 1993. - № 49.

218. Патент на полезную модель 49844 (Россия) Винтовой бур для проходки скважин в прочных и мерзлых грунтах / И. Г. Мартюченко, Р. В. Южаков, В. В. Борисов // Б.И. 2005 - №34.

219. Исследование и разработка конструкций винтового анкера для крепления объекта : отчет о НИР (заключ.) / Сарат. политехи, ин-т- Саратов, 1981. -№ ГР 77032632.

220. Исследование и создание конструкций для закрепления объекта на грунте с помощью анкерных устройств : отчет о НИР (заключ.) / Сарат. политехи, ин-т. Саратов, 1982. - № ГР 02140032083.

221. Мартюченко И. Г. Винтовые анкеры / И. Г. Мартюченко, М. И. Стрелюхин, И. И. Фролов // Информбюллетень. Саратов, 1993. - № 48.

222. Винтовой анкер : свидетельство на полезную модель. / И. Г. Мартюченко, В. В. Красильников // Б. И. 2000. - № 6.

223. Канторер С. Е. Строительные машины и экономика / С. Е. Канторер. М.: Машиностроение, 1979. - 179 с.

224. Ковалев А. П. Экономическая эффективность новой техники в машиностроении / А. П. Ковалев. М.: Машиностроение, 1988.-255 с.

225. Ковалев А. П. Оценка экономической эффективности новой техники в машиностроении / А. П. Ковалев. М.: Машиностроение, 1995. - 213 с.

226. Иванов Г. П. Эффективность и длительность действия новой техники в тяжелом машиностроении / Г. П. Иванов, А. П. Булкин, М. В. Пашков М. : Машиностроение, 1981. - 79 с.

227. Баловнев В.И. Оценка эффективности дорожно-строительных машин с рабочими органами интенсифицирующего действия / В. И. Баловнев, JI. А. Хмара // Строительные и дорожные машины. 1983. - № 11. - С. 23-24.

228. Расчеты экономической эффективности новой техники: справочник / под ред. К. М. Великанова JI.: Машиностроение, 1990. - 448 с.

229. Константинова М. М. Экономическая эффективность общественного производства / М. М. Константинова, Э. В. Соколинский. М. : Статистика, 1984.- 160 с.

230. Кочетов В. Р. Оценка технического уровня машин и оборудования / В. Р. Кочетов // Стандарты и качество. 1981. - № 3. - С. 41 -43.

231. Елизаветин М. А. Повышение надежности машин / М. А. Елизаветин. -М.: Машиностроение, 1973. 95 с.

232. Мануйлов В. Д. Оценка эффективности строительно-дорожных машин / В. Д. Мануйлов // Сб. науч. тр. / МАДИ. М., 1980. - Вып. 4. - С. 12 -16.