ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

НЕЧИДЮК АНАТОЛІЙ АНАТОЛІЙОВИЧ

УДК 624.132.3:621.315.29

РОЗРОБКА І ДОСЛІДЖЕННЯ ДВОХ’ЯРУСНОГО

БЕЗТРАНШЕЙНОГО УКЛАДАЧА ПІДЗЕМНИХ КОМУНІКАЦІЙ

Спеціальність 05.05.04 - машини для земляних та дорожніх робіт

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового

ступеня кандидата технічних наук

Дніпропетровськ - 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському державному університеті водного господарства та природокористування (УДУВГП), Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор,

Кравець Святослав Володимирович,

ректор Українського державного університету

водного господарства та природокористування

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Хмара Леонід Андрійович, Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, завідувач кафедри будівельних та дорожніх машин, Заслужений винахідник України

- кандидат технічних наук, доцент Гаркавенко Олександр Миколайович, Київський національний університет будівництва та архітектури, доцент кафедри будівельних машин

Провідна установа:

Харківський національний автомобільно-дорожній університет, кафедра підйомно-транспортних, будівельних, дорожніх машин і обладнання

Захист відбудеться “10” жовтня 2002 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 08.085.03 у Придніпровській державній академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м.Дніпропетровськ, вул.Чернишевського, 24-А, ауд. 202.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури: 49600, м.Дніпропетровськ, вул.Чернишевського, 24-А.

Автореферат розісланий “30” серпня 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради ________________ В.Т.Шаленний

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасний рівень виробництва потребує прокладання прискореними темпами нових підземних кабельних ліній або реконструкції існуючих. Важливою екологічною проблемою є утилізація теплових відходів промислових підприємств, а особливо теплових і атомних електростанцій. Її вирішення можливе шляхом розсіювання низькопотенційного тепла в підґрунтових градирнях комплексної термогідромеліоративної системи (ТГМС), які складаються з поліетиленових трубопроводів діаметром 50...65 мм, прокладених на глибину 0,6...0,7 м, на відстані між трубами від 1,0 до 1,5 м. Використання для прокладання мережі ТГМС машин, що серійно випускаються, неефективне, так як за один прохід прокладається одна гілка мережі. Дообладнання багатостоякових розпушувачів трубонапрямними трактами призводить до різкого збільшення тягового опору. Отже, пошук нових технічних вирішень по ефективному облаштуванню мережі ТГМС, кабельних ліній є актуальною задачею.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась згідно з: завданням 06.03.03.Т.1В “Розробити способи обігріву ґрунту закритою мережею труб з поверненням води на електростанцію” програми ДКНТ СРСР по вирішенню науково-технічної проблеми 0.85.01 “Розробити науково-технічні основи і комплекс заходів по покращенню використання і охорони водних ресурсів країни” (постанова ДКНТ СРСР і Держплану СРСР №515/271 від 29.12.85 р.); державними науково-технічними програмами ДКНТП України з пріоритетних напрямків розвитку науки і техніки за темами: “Розробка і впровадження енергозберігаючих робочих органів машин для глибокого різання важких ґрунтів” (№ДР UA01012656P), “Основи створення техногенно-екологічних енергозберігаючих процесів розробки ґрунтів при будівництві підземних комунікацій безтраншейним способом” (№ДР 0198 U002270).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення продуктивності технологічного процесу прокладання в талих ґрунтах гнучких лінійнопротяжних елементів термогідромеліоративних систем, ліній зв’язку за рахунок зменшення опору переміщенню на основі оптимізації форми і параметрів безтраншейного робочого обладнання.

Для досягнення вказаної мети автором вирішені такі задачі:

- проаналізовані способи прокладання гнучких лінійнопротяжних об’єктів та сформульовані вимоги до робочого обладнання укладача труб блок-модулів, кабелеукладальника;

- розроблена класифікація багатостоякових засобів механізації для без-траншейної розробки ґрунту і проведений аналіз їх форми і параметрів на основі вимог, що випливають з фізичної суті процесу глибокого різання ґрунтів;

- розроблена математична модель для визначення критичної глибини різання ґрунту в нижніх ярусах при багатоярусній розробці з врахуванням привантаження їх ґрунтом верхнього ярусу;

- розроблені математичні моделі для визначення форми і параметрів робочого обладнання при двох’ярусній схемі розробки ґрунту;

- встановлені залежності для визначення кутів поздовжнього зсуву ґрунтів в умовах блокованого двох’ярусного різання;

- розроблені математичні моделі для визначення опору переміщенню робочого обладнання при двох’ярусній схемі розробки ґрунту;

- досліджений техногенний вплив робочого обладнання на ґрунтове середовище;

- розроблена методика проектування та інженерного розрахунку, спроектоване, виготовлене і досліджене двох’ярусне робоче обладнання укладачів.

Об’єкт дослідження – технологічні процеси в талих ґрунтах двох’ярусних безтраншейних укладачів.

Предмет дослідження – енергозберігаючі конструкції двох’ярусних безтраншейних укладачів.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження ґрунтувались на методах математичного аналізу: апроксимації, лінеаризації і найменших квадратів для визначення математичної моделі критичної глибини різання ґрунту в нижньому ярусі; варіаційного обчислення для визначення оптимальної форми і параметрів енергозберігаючого землерийного робочого органа для двох’ярусної схеми розробки ґрунту. Експериментальні дослідження проводились згідно з багатофакторним плануванням експериментів та використанням динамометрування, тензометричних вимірювань за допомогою стандартних та спеціально сконструйованих приладів і обладнання.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у тому, що з урахуванням особливостей двох’ярусної схеми розробки ґрунту та його фізико-ме-ханічних характеристик: розроблені математичні залежності для визначення критичної глибини різання у нижньому ярусі з урахуванням ґрунтового привантаження; встановлений розподіл нормального тиску ґрунту на лобовій поверхні ножа в залежності від його форми; встановлені залежності для визначення кутів поздовжнього зсуву ґрунту, опору переміщенню робочого обладнання.

Створений пакет прикладних програм для розрахунку на ПЕОМ вихідних даних і проектування двох’ярусного безтраншейного укладача підземних комунікацій.

Наукова новизна підтверджується також технічною новизною конструкції робочого обладнання, що має авторські свідоцтва та патенти на винаходи.

Практичне значення одержаних результатів полягає: в розробці методики інженерного розрахунку і проектування робочого обладнання для двох’ярусної схеми розробки ґрунту; в отриманні рекомендацій раціональних параметрів робочого обладнання для прокладання підземних комунікацій в талих ґрунтах; в створенні експериментальних зразків робочого обладнання безтраншейного укладача труб блок-модулів ТГМС та кабелеукладача.

У Рівненській філії АТ по будівництву, монтажу і експлуатації засобів телекомунікації, радіо і телебачення “Свемон” впроваджене у виробництво двох’ярусне робоче обладнання кабелеукладача, на Курській АЕС (Росія) - укладач блок-модулів ТГМС.

Результати дисертаційної роботи впроваджені: в навчальні програми УДУВГП з курсів “Основи теорій руйнування ґрунтів”, “Машини для прокладання підземних комунікацій”, “Будівельні машини”, “Меліоративні машини”, передані для використання в навчальному процесі Київського національного університету будівництва і архітектури (КНУБА), Придніпровської державної академії будівництва та архітектури (ПДАБА), Полтавського державного технічного університету імені Ю.Кондратюка (ПДТУ), Харківського національного автомобільно-дорожнього університету (ХНАДУ).

Особистий внесок здобувача. Основні результати роботи отримані особисто автором. Здобувачем розроблені розрахункові схеми взаємодії ножа з ґрунтом у нижньому ярусі за двох’ярусної схеми розробки [1, 3]; проведена обробка та аналіз математичних залежностей визначення критичної глибини різання у нижньому ярусі [1, 4, 17], розподілу нормального тиску ґрунту на лобовій поверхні ножів різної форми [2], поздовжньої форми ґрунторозроблюючих органів [3, 11-13], величини кутів поздовжнього зсуву [7]; розроблена модель опору переміщенню двох’ярусного робочого обладнання. Експериментальні дослідження та обробка їх результатів здобувачем проведені самостійно [5, 6, 15, 16, 18-23].

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертації доповідались на науково-технічних, науково-практичних конференціях і семінарах: 2-й Всесоюзній конференції з механізації і автоматизації земляних робіт в будівництві (Київ, 1986); “Досягнення меліоративної науки - виробництву” (Рівне, 1988); семінарі молодих вчених з проблем меліорації і автоматизації земляних робіт в будівництві (Київ, 1988); “Шляхи підвищення ефективності освоєння меліоративних земель за рахунок досягнень науки і техніки” (Рівне, 1989); XIV Міжнародній конференції “Механізація і автоматизація земляних робіт” (Київ, 1991); “Механізація меліоративних робіт” (Рівне, 1992); конференціях професорсько-викладацького складу та студентів УІІВГ (УДАВГ) (Рівне, 1995, 1996, 1997); “Проблеми гідромеліорації в Україні” (Дніпропетровськ, ДДАУ, 1996); наукових семінарах кафедри “Будівельні, дорожні, меліоративні машини і обладнання” УДУВГП (Рівне); засіданні наукових семінарів кафедри “Будівельні та дорожні машини” ПДАБА (Дніпропетровськ, 2001, 2002), розширеному засіданні наукового семінару кафедри “Будівельні машини та обладнання” ПДТУ (Полтава, 2002), засіданні кафедри “Підйомно-транспортні, будівельні, дорожні машини і обладнання” ХНАДУ (Харків, 2002). Робоче обладнання безтраншейного укладача труб блок-модулів ТГМС демонструвалось в 1990-1991 рр. на виставці-ярмарку Міністерства атомної енергетики і промисловості СРСР “Ресурсозбереження і екологія” (Обнінськ Калужської обл., Росія).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 23 друковані роботи, з них – 7 статей, 5 авторських свідоцтв і патентів на винаходи, міжнародна заявка, інформаційний листок, 9 матеріалів і тез доповідей.

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Робота складається із всту-пу, 5 розділів, висновків, списку використаних літературних джерел, додатків. Загальний обсяг роботи становить 255 сторінок. Крім основного тексту, який подано на 146 сторінках, дисертація містить 63 рисунки, 14 таблиць, список використаних джерел із 183 найменувань на 19 сторінках і додатки на 90 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету, об’єкт, предмет, методи досліджень і задачі, які розв’язуються в роботі, подано наукову новизну й практичне значення отриманих результатів. Наведено інформацію про апробацію, структуру та обсяг роботи.

У першому розділі проаналізовані способи будівництва закритих систем з гнучких лінійно-протяжних об’єктів. Встановлено, що для цього найбільш прийнятний – безтраншейний спосіб. Однак, традиційна конструкція пасивно-ножових робочих органів для безтраншейного будівництва не дозволяє усунути із процесу різання закритичну зону ущільнення ґрунту, а тому така розробка ґрунту енергомістка, екологічно небезпечна. Для підвищення продуктивності технологічного процесу прокладання підземних комунікацій, зниження опору переміщенню укладачів, збільшення поверхні контакту підземних комунікацій з ґрунтом, розробку останнього необхідно проводити за техногенно-безпечною двох’ярусною схемою.

З досліджень В.Л.Баладінського, В.І.Баловнєва, Ю.О.Вєтрова, А.М.Зєлєніна, В.С.Казакова, Л.Б.Кравець, С.В.Кравця, А.Кулена, Х.Куіперса, А.С.Кушнарьова, Л.В.Назарова, В.В.Нічке, С.П.Огороднікова, І.К.Растєгаєва, В.К.Руднєва, В.П.Станєвського, Є.Д.Томіна, Р.Л.Турецького, В.І.Уродова, Д.І.Федорова, Л.А.Хмари, С.В.Шатова та інших фізичної суті процесу глибокого різання ґрунтів випливає, що зниження енергоємкості розробки ґрунту можливе, якщо робочі органи у кожному ярусі будуть працювати тільки на докритичних глибинах, а їх поздовжній і поперечний профілі виключатимуть утворення постійних ядер ущільнення. Існуючі конструкції землерийних робочих органів (ЗРО) для двох’ярусної розробки ґрунтів не відповідають сформульованим вимогам, що висуваються до прокладання труб блок-модулів ТГМС, ліній зв’язку. Необхідно створити конструкцію безтраншейного двох’ярусного укладача більшої продуктивності за рахунок зниження його опору переміщенню. Оскільки, умови роботи ріжучих частин у ярусах різні, то критична глибина різання, висота і форма ріжучих частин, а також їх розміщення повинні відповідати цим умовам. Відомі наукові дослідження недостатні для обґрунтування раціональної конструкції двох’ярусного безтраншейного укладача підземних комунікацій.

У другому розділі на основі розрахункової схеми (рис. 1) отримана математична модель критичної глибини різання ґрунту в наступних ярусах hкр2 з врахуванням привантаження:

, (1)

де – кут різання ножа; , о – відповідно кути зовнішнього і внутрішнього тертя ґрунту; 2 – кут поздовжнього зсуву ґрунту; qо, qкр – відповідно мінімальний, максимальний тиск ґрунту на лобову поверхню ножа по глибині; kпер – відношення глибини гарантованого сколювання ґрунту до критичної глибини різання (kпер = 0,9...0,95); с – коефіцієнт зчеплення ґрунту; - пи-тома вага зруйнованого ґрунту; hст - сумарна глибина різання попередніми ножами; - коефіцієнт бокового тиску; b2 - ширина ножа.

Рис. 1. Схема взаємодії ножа в нижньому ярусі з ґрунтом у поздовж-ній (а), поперечній (б) площинах; (в) - форма першого елемента сколу ґрунту

Математична модель (1) отримана шляхом розв’язку системи рівноваги всіх сил, що діють на елемент сколу ґрунтової стружки в момент попередній сколу, при проектуванні їх на нормальну і дотичну осі до лобової площини сколу. Встановлено, що відносна критична глибина різання в нижньому ярусі (рис. 2) під впливом привантаження зменшується. Так для кута різання =20о вона значно зменшується, якщо сумарна глибина розробки hст ґрунту ІІ категорії у верхньому ярусі становить 0,6 м і більше, відповід-

но для = 30о...40о - hст 0,5 м; для = 50о - hст 0,4 м; для ґрунтів III, IV категорії: для = 20о - hст 0,8 м; для = 30о - hст 0,7 м; для = 40о - hст 0,6 м; для = 50о - hст 0,5 м.

Рис. 2. Залежність відносної критичної глибини різання ґрунту в нижньому ярусі від сумарної глибини розробки ґрунту в верхніх ярусах: 1 - напівтверда глина; 2 - напівтвердий суглинок; 3 - твердий суглинок.

Для практичних розрахун-ків модель (1) апроксимується методом лінеаризації у вигляді залежності:

, (2)

де ; - коефіцієнти апроксимації, які залежать від фізико-механічних властивостей ґрунту; m - кутовий коефіцієнт. Похибка апроксимації не перевищує 6,1%.

Поздовжній профіль ріжучих частин ЗРО для двох’ярусної схеми розробки ґрунту визначався методом варіаційного обчислення. У якості критерію оптимізації для навісних ЗРО приймається різниця між тяговим зусиллям, що розвивається базовою машиною при зчепленні з ґрунтом, і опором різанню, а для причіпних – мінімальний опір переміщенню причепа.

Оптимальний поздовжній профіль ріжучих частин ЗРО для двох’ярусної схеми розробки найбільш ймовірного ґрунту – напівтвердого суглинку описується степеневими функціями і залежить від фізико-механічних властивостей ґрунту, загальної глибини різання (H) і ширини ріжучих частин (b1; b2):

;

де z, y – поточні координати;– критична глибина різання у верхньому ярусі;.

Опір переміщенню робочого обладнання з криволінійними ріжучими частинами при двох’ярусній схемі розробки ґрунту максимальний у момент повного заглиблення в ґрунт і визначається на основі функціоналу за залежністю:

де f ; fоп– відповідно коефіцієнти зовнішнього тертя ґрунту і опору переміщенню; 1, т1 – коефіцієнти апроксимації форми поздовжнього профілю ріжучих частин; a1, n1 – коефіцієнти апроксимації критичної глибини різання; hущ – висота площадки зношення; k2 – питомий опір різанню в нижньому ярусі, , де зн – кут нахилу площадки зносу.

Опір переміщенню двох’ярусного робочого обладнання (рис. 3) зростає із збільшенням глибини по степеневій залежності і залежить від фізико-механічних властивостей ґрунту та параметрів ЗРО. Опір різанню в нижньому ярусі менший, ніж у верхньому.

Третій і четвертий розділи вміщують програму, методику і результати експериментальних досліджень. Метою цих досліджень було: отримати додаткові дані для аналітичних розрахунків; перевірити достовірність аналітичних висновків; визначити працездатність, ефективність та якість роботи ЗРО для двох’ярусної схеми розробки ґрунту. Експериментальні дослідження містили лабораторно-стендові, лабораторно-польові і виробничі випробування.

У результаті лабораторно-стендових досліджень отримані регресійні моделі визначення кутів поздовжнього зсуву ґрунтів в умовах блокованого двох’ярусного різання. Для напівтвердого суглинку:

(5)

Рис. 3. Залежність макси-мального опору переміщенню двох’ярусного робочого обладнання від глибини розробки ґрунту (b1 = b2 = 0,1 м):

- сумарний опір;

- опір різанню в нижньому ярусі:

1 - напівтверда глина; 2 - твердий суглинок; 3 - напівтвердий суглинок.

Встановлено, що на величину кута поздовжнього зсуву ґрунту не впливає ширина різання та глибина при співвідношенні b/h=0,25…0,4. Він залежить від кута різання землерийного робочого органа та фізико-механічних властивостей ґрунту. Із збільшенням кута різання () робочого обладнання від 20о до 50о кут поздовжнього зсуву ґрунту (1,2) зменшується на 16...22%. У верхньому ярусі кут поздовжнього зсуву ґрунту більший на 2о...6о, ніж у нижньому ярусі. Для ґрунтів з меншим коефіцієнтом зчеплення кут поздовжнього зсуву більший.

Визначені раціональні співвідношення глибини розробки ґрунту передньою різальною частиною до загальної глибини різання та відстань по горизонталі між ріжучими частинами до глибини різання наступним ножем для напівтвердого, твердого суглинку: = 0,71...0,75 і = 2,3...2,6, які забезпечують зменшення опору різанню ґрунтів на 36...38%.

Встановлені залежності величини контактного тиску ґрунту від форми лобової поверхні ґрунторозроблюючого органа, які для прямолінійного поздовжнього профілю апроксимуються залежністю – qN = aN - kNz, (6), для криволінійних профілів – (7). Визначені коефіцієнти апроксимації aN, kN, rN, які залежать від форми лобової поверхні ґрунторозроблюючого органа та фізико-механічних властивостей ґрунту. Знання залежностей величини контактного тиску дозволяє визначити оптимальний поздовжній профіль ріжучих частин.

У результаті порівняльних досліджень встановлено, що конструкція двох’ярусного кабелепрокладального ножа зменшує тягове зусилля у 1,8...1,9 рази. На ґрунтах ІІ категорії, при глибині прокладання кабелю – 1,2 м, середній опір переміщенню склав для двох’ярусного ножа – 102,94 кН, ножа традиційної конструкції – 197,69 кН. Зменшення тягового опору відбулося на 48%.

Рис. 4. Залежність дотичної складової опору різанню Pд від співвідношення глибини різання переднім ножем h1 до загальної глибини різання Н: 1 – твердий суглинок; 2 – напівтвердий суглинок;

- двох’ярусна схема розробки ґрунту;

- одноярусна схема розробки ґрунту.

Рис. 5. Залежність дотичної складової опору різанню Pд від співвідношення відстані між ножами до глибини різання наступним ножем h2: 1 – твердий суглинок; 2 – напівтвердий суглинок.

Ніж кабелеукладача традиційної конструкції в твердому суглинку вологістю 15...18% працює на закритичних глибинах. У результаті пружно-пластичних деформацій ґрунту в нижній частині прорізу, утворюється зона збільшеної щільності ґрунту на 5...13% відносно природної. Ущільнена зона шириною 3...15 см спостерігається у поперечній площині розрізу на відстані 3...8 см від бічних стінок щілини і розповсюджується на глибину понад 45...60 см. У результаті цього погіршується структура, водно-повітряний режим ґрунту. Порожнини над кабелем сприяють пошкодженню його гризунами.

Ножі кабелеукладача двох’ярусної конструкції різної ширини (b = 0,1; 0,12 м), працюючи в супіщаних, суглинистих ґрунтах, зберігають родючий шар ґрунту, залишають розпушений ґрунт в щілині (об’ємна щільність ґрунту на 9...29% менша за природну) і не ущільнюють його в бічні стінки (об’ємна щільність ґрунту на 8...9% менша за природну) та в поперечному розрізі. Отже, не чинять шкідливого техногенного впливу на ґрунтове середовище, а поліпшують його структуру і водно-повітряний режим, забезпечують надійний контакт ґрунту з прокладеними комунікаціями.

Ножі двох’ярусної конструкції кабелеукладача, укладача труб блок-модулів ТГМС відповідають технічним вимогам, що висуваються до таких робочих органів, забезпечують якісне виконання технологічного процесу з більшою продуктивністю.

Експериментальні, лабораторно-польові і виробничі випробування підтвердили достовірність висновків автора. Розбіжність між теоретичними і експериментальними даними не перевищує 12%.

У п’ятому розділі представлена методика інженерного розрахунку і вибору основних параметрів ЗРО для двох’ярусної схеми розробки ґрунту (див. рис. 6). Вихідні дані для розрахунків: - за природною вологістю ґрунту визначають число пластичності, межу текучості, межу розкочування, показник консистенції; - за показником консистенції і типом ґрунту вибирають: коефіцієнт зчеплення, кути внутрішнього і зовнішнього тертя, питому вагу ґрунту, коефіцієнт зовнішнього тертя ґрунту, коефіцієнт опору переміщенню; - мінімальний, максимальний, середній нормальний тиски ґрунту на ніж; - коефіцієнти апроксимації і інтерполяції. Методика визначення основних параметрів наведена у таблиці.

Рис. 6. Схема двох’-ярусного безтраншей-ного укладача підзем-них комунікацій: 1 – верхня ріжуча части-на (у1 – її поздовжній профіль); 2 – стояки ріжучих частин; 3 – нижня ріжуча частина (у2 – її поздовжній профіль); 4 – трубонапрямний тракт; 5 – труба, що укладається.

ВИСНОВКИ

1. На основі вивчення та встановлення фізичної суті процесу глибокого різання талих ґрунтів обґрунтована конструкція двох’ярусного безтраншейного укладача підземних комунікацій, яка забезпечує більшу продуктивність технологічного процесу (рівень продуктивності праці збільшується на 83%) та усуває шкідливий техногенний вплив на ґрунтове середовище.

Фізична сутність процесу поярусної розробки ґрунту полягає у тому, що у другому ярусі розробка проходить в умовах блокованого різання з привантаженням ґрунтом, що розробляється у верхніх ярусах. Це призводить до зменшення критичної глибини різання у нижньому ярусі при глибині різання попередніми ножами 0,5 м і більше для ґрунтів ІІІ-ІV категорії.

2. Розроблені математичні моделі визначення: критичної глибини різання ґрунту в нижніх ярусах з урахуванням привантаження; кута поздовжнього зсуву ґрунту; раціонального поздовжнього профілю ріжучих частин землерийного робочого органа для двох’ярусної схеми розробки найбільш ймовірних талих ґрунтів, які дозволяють встановити раціональну величину рознесення ґрунторозробних органів по вертикалі та горизонталі, виходячи з фізико-механічних характеристик ґрунту, технологічних параметрів процесу (глибини різання у верхніх ярусах, кута різання, ширини робочого органа). Встановлені при постійній ширині ріжучих органів співвідношення: глибин різання ріжучими частинами (h1/H =0,64…0,75); відстані між стояками до глибини різання нижньою ріжучою частиною (L/h2 = 2,3…2,7). Аналітичне обґрунтування раціонального поздовжнього профілю ріжучих частин землерийного робочого органа дозволило зменшити габарити робочого обладнання на 33...38%.

3. На основі розроблених математичних залежностей встановлено, що опір переміщенню робочого обладнання з криволінійними ріжучими частинами при двох’ярусній схемі розробки ґрунту максимальний у момент повного заглиблення робочого обладнання в ґрунт і залежить від його фізико-механічних властивостей і параметрів робочого обладнання.

У результаті порівняльних досліджень з’ясовано, що двох’ярусна конструкція зменшує тягове зусилля у 1,8...1,9 разів.

4. Розроблена методика проведення досліджень, створені лабораторні установки і обладнання можуть бути використані для дослідження двох’ярусних та багатоярусних робочих органів. Теоретичні висновки підтверджені результатами експериментальних, лабораторно-польових, виробничих випробувань. Розбіжність між теоретичними і експериментальними даними не перевищує 12%, що задовільняє вимоги досліджень.

5. На основі експериментальних досліджень вперше отримані:

- регресійні моделі визначення кута поздовжнього зсуву ґрунту;

- значення раціональних параметрів двох’ярусного укладача з ріжучими частинами однакової ширини: співвідношення глибин розробки ґрунту передньою ріжучою частиною до загальної глибини різання ; співвідношення відстані між ріжучими частинами по горизонталі до глибини розробки задньою ріжучою частиною , які підтверджують аналітичні залежності досліджуваних процесів.

6. Розроблена методика інженерного розрахунку параметрів робочого обладнання для двох’ярусної схеми розробки ґрунту, на основі якої запроектоване робоче обладнання безтраншейних кабелеукладача та укладача труб блок-модулів ТГМС , яке виготовлене і впроваджене відповідно в Рівненській філії АТ по будівництву, монтажу і експлуатації засобів телекомунікації, радіо і телебачення “Свемон” (Україна), Курській АЕС (Росія).

7. Розроблений пакет прикладних програм розрахунку на ПЕОМ дозволяє отримати вихідні дані і спроектувати двох’ярусні безтраншейні укладачі гнучких лінійно-протяжних об’єктів підземних комунікацій.

8. Результати роботи впроваджені в навчальні програми УДУВГП з курсів “Основи теорій руйнування ґрунтів”, “Машини для прокладання підземних комунікацій”, “Будівельні машини”, “Меліоративні машини” для спеціальності 7.090214 “Підйомно-транспортні, будівельні, дорожні, меліоративні машини і обладнання”, передані для використання у навчальному процесі КНУБА, ПДАБА, ПДТУ, ХНАДУ.

Конструкція безтраншейного укладача захищена авторськими свідоцтвами СРСР на винаходи №1399408, 1778246, патентом Росії на винахід №2032031, патентом України на винахід №11152, а також публікуванням Всесвітньою організацією інтелектуальної власності (м.Женева, Швейцарія) міжнародної заявки на винахід №W091/03607. Робоче обладнання безтраншейного укладача труб блок-модулів ТГМС демонструвалось на виставці-ярмарку Міністерства атомної енергетики і промисловості СРСР “Ресурсозбереження і екологія” (м. Обнінськ Калужської обл., Росія).

9. Річний економічний ефект від впровадження безтраншейного двох’ярусного кабелеукладача в Рівненській філії АТ “Свемон” склав 251532 грн., безтраншейного двох’ярусного укладача труб блок-модулів ТГМС на Курській АЕС - 195224,4 грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

АНОТАЦІЇ

Нечидюк А.А. Розробка і дослідження двох’ярусного безтраншейного укладача підземних комунікацій. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.04 – машини для земляних та дорожніх робіт. - Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпропетровськ, 2002.

Дисертація присвячена вирішенню актуальної проблеми збільшення продуктивності технологічного процесу укладання в талих ґрунтах гнучких лінійно-протяжних елементів термогідромеліоративних систем, ліній зв’язку за рахунок зменшення опору переміщенню на основі оптимізації форми і параметрів безтраншейного робочого обладнання.

З урахуванням особливостей двох’ярусної схеми розробки ґрунту і його фізико-механічних характеристик: розроблені математичні залежності визначення критичної глибини різання в нижньому ярусі; установлений розподіл нормального тиску ґрунту на лобову поверхню ножа в залежності від форми; установлені залежності для визначення кутів поздовжнього зсуву ґрунту, опір переміщенню робочого обладнання.

Ключові слова: безтраншейне прокладання, двох’ярусна схема розробки ґрунту, підземні комунікації, землерийний робочий орган, параметри.

Нечидюк А.А. Разработка и исследование двухъярусного бестраншейного укладчика подземных коммуникаций.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.04- машины для земляных и дорожных работ.- Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, Днепропетровск, 2002.

Диссертация посвящена решению актуальной проблемы увеличения производительности технологического процесса укладки в талых грунтах гибких линейно-протяжных элементов термогидромелиоративных систем, линий связи за счет уменьшения сопротивления перемещению на основании оптимизации формы и параметров бестраншейного рабочего оборудования.

С учетом особенностей двухъярусной схемы разработки грунта и его физико-механических характеристик: разработаны математические зависимости определения критической глубины резания в нижнем ярусе; установлено распределение нормального давления грунта на лобовую поверхность ножа в зависимости от формы; установлены зависимости для определения углов продольного скола грунта, сопротивление перемещению рабочего оборудования.

Ключевые слова: бестраншейная укладка, двухъярусная схема разработки грунта, подземные коммуникации, землеройный рабочий орган, параметры.

Anatoliy A. Nechydyuk. Developing and research of two-tier trenchless layer of subterranean communications. –Manuscript.

The thesis applying for degree Ph.D. in the speciality 05.05.04 – machines for earth and road work. Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture, Dniepropetrovsk, 2002.

There is grounded the design of two-tier trenchless layer in thawed soils being intended for flexible linear spreading elements of sub-soil water-cooling towers of thermo hydro reclamation system and communication lines in the work on the grounds of theoretical and experimental researches. The design provides far more efficiency of technological process and removes harmful technogene influence for ground environment.

Key words : trenchless laying, two-tier scheme of soil excavation, subterranean communications, excavating part of an earth moving machine, parameters.

Таблиця

Методика визначення основних параметрів двох’ярусного безтраншейного укладача підземних комунікацій

№ з.п. | Найменування параметрів | Позначення | Од.вимі-рювання | Формула для визначення параметрів | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 1. | Ширина різальних частин ЗРО | b1, b2 | м | b1 = d + 2з + 2tст; b2 = b1 | діаметр труби | d | м | конструктивний параметр | проміжок між стінками і трубою | з | м | те ж | товщина бічних стінок ножа | tст | м | те ж | 2. | Питомий опір різанню у нижньому ярусі для довільного значення глибини h (наприклад, h = 0,5Н) |

k2 |

МПа |

Продовження таблиці

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 3. | Оптимальне значення похідної в точці k для ріжучої частини у верхньому ярусі |

4. | Критична глибина різання для верхньої ріжучої частини |

м | 5. | Глибина різання для нижньої ріжучої частини |

zк |

м | 6. | Побудова профілю нижньої ріжучої частини |

y2 | 7. | Критична глибина різання для нижньої ріжучої частини |

м | 8. | Побудова профілю верхньої ріжучої частини |

y1

9. | Зміщення по горизонталі нижньої ріжучої частини відносно верхньої |

м | 10. | Загальний опір різанню | P | МН | визначається за формулою (4) |