МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

МАКАРЧУК ОЛЕКСАНДР ВОЛОДИМИРОВИЧ

УДК 624.132.3

ГЛИБИННИЙ РОЗПУШУВАЧ ЛОКАЛЬНОЇ ДІЇ

Спеціальність 05.05.04 - машини для земляних, дорожніх і лісотехнічних робіт

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ – 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Національному університеті водного господарства та природокористування (НУВГП), Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Романовський Олександр Леонтійович, Національний університет водного господарства та природокористування МОН України, доцент кафедри будівельних, дорожніх, меліоративних машин і обладнання

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор, Нічке Вільгельм Вільгельмович,

Харківський національний автомобільно-дорожній університет, МОН України

- кандидат технічних наук, доцент Фомін Анатолій Вікторович, Київський національний університет будівництва і архітектури, МОН України

Захист відбудеться “5” червня 2008 року о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К08.085.03 в Придніпровській державній академії будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул.. Чернишевського, 24-А, ПДАБА.

З дисертацією можна ознайомитьсь у бібліотеці ПДАБА, 49600, м. Дніпропетровськ, вул.. Чернишевського, 24-А.

Автореферат розісланий “3 ” травня 2008 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Шаленний В.Т.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасні виробництва вимагають розпушування ґрунтів в локальних зонах, що розташовані під орними шарами і на значних глибинах.

Так, процес будівництва матеріального дренажу вимагає ефективного розпушення ґрунту в придренній зоні, водопроникність якої впливає на ефективність роботи дрени. Підорні шари ґрунту внаслідок техногенного впливу ущільнюються, що призводить до деградації угідь. Ліквідація наслідків такого впливу можлива шляхом розпушування. Крім цього будівництво термогідравлічних систем з метою збільшення ефективності тепловіддачі ґрунтового середовища вимагає ретельного обсипання труб, яка можлива при якісному розпушуванні ґрунту в зоні їх прокладання.

Процес глибинного розпушування ґрунту енергомісткий, тому перспективним є створення ефективного розпушувача локальної дії.

Вирішенню цих задач присвячена дисертаційна робота.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась у відповідності до програми наукових досліджень Національного університету водного господарства та природокористування "Розробка та впровадження енергозберігаючих робочих органів машин для глибокого різання важких ґрунтів" (номер державної реєстрації UA01012656P ), яка є складовою частиною державної міжгалузевої науково-технічної програми України з пріоритетних напрямків розвитку науки і техніки.

Мета і задачі досліджень. Метою даної роботи є підвищення ефективності процесів глибинного розпушування в локальних зонах, обумовлених технологією виробництва.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

- встановити основні закономірності процесу руйнування ґрунту з залученням глибинного розпушувача із самообертовими фрезами;

- розробити математичні моделі та методику визначення параметрів самообертової фрези глибинного розпушувача з врахуванням різних умов роботи обладнання і якості розпушення ґрунту на виході із фрези;

- обґрунтувати геометричні параметри самообертових фрез глибинного розпушувача;

- дослідити вплив робочого обладнання на ґрунтове середовище;

- розробити методику проектування та інженерного розрахунку, запроектувати і дослідити глибинний розпушувач із самообертовими фрезами.

О б’ є к т д о с л і д ж е н н я – процеси руйнування ґрунту глибинними розпушувачами локальної дії із самообертовими фрезами.

П р е д м е т д о с л і д ж е н н я – робочі органи розпушувачів локальної дії.

М е т о д и д о с л і д ж е н н я. Аналітичні дослідження виконувались із застосуванням диференційного та інтегрального числення, експериментальні – з використанням методів математичної статистики.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у встановленні фізичної сутності і основних закономірностей руйнування ґрунту розпушувачем локальної дії із самообертовими фрезами, кількісної залежності опору переміщенню розпушувача від геометричних параметрів; обґрунтуванні математичних моделей взаємодії розпушувача з ґрунтом і оптимізації кількості руйнівних елементів для забезпечення мінімального тягового опору розпушувача.

Практичне значення одержаних результатів полягає в створенні розпушувача локальної дії із самообертовими фрезами і розробці методики його розрахунку. Технічна новизна розпушувача підтверджена патентом 36133 України, МКВ А01В13/00.

Результати дисертаційної роботи впроваджені: в навчальні програми НУВГП з курсів “Спеціальні питання будівельної техніки”, “Теорії руйнування робочих середовищ” для спеціальності 7.090214 “Підйомно-транспортні, будівельні, дорожні, меліоративні машини і обладнання”.

Особистий внесок здобувача визначається одержаним ним науковим результатом, що виноситься на захист:

- у наукових працях [1, 6, 7] представлено конструкцію глибинного розпушувача локальної дії із самообертовими фрезами, описано гвинтову поверхню руйнівного елемента, представлено можливість підбору прогнозованого коефіцієнта об’ємного розпушення зміною параметрів розпушувача;

- у роботі [2] представлено дослідження геометричних параметрів тіла сколу ґрунту, обґрунтовано поверхні;

- у роботі [5] представлено результати експериментальних досліджень, їх аналіз;

- у роботі [4] представлено конструкцію глибинного розпушувача в поєднанні з безтраншейним дреноукладачем, наведено аналіз їх роботи;

- у роботі [3] подано аналіз основних параметрів самообертової фрези глибинного розпушувача, представлено оптимізацію кількості руйнівних елементів самообертової фрези.

Апробація результатів дисертації. Результати теоретичних та експериментальних досліджень доповідались на науково-технічних, науково-практичних конференціях і семінарах:

Міжнародній науковій конференції “Сучасні проблеми землеробської механіки” (м. Київ, 2000.), конференціях професорсько-викладацького складу УДАВГ (НУВГП) (м. Рівне 2001, 2002, 2006), наукових семінарах кафедри

“Будівельні, дорожні, меліоративні машини і обладнання” УДУВГП (НУВГП) (м. Рівне 2001, 2003, 2007, 2008), міжнародній науково-технічній конференції “ Наукові основи створення високоефективних землерийно-транспортних машин” (м. Харків 2004), наукових семінарах кафедри "Будівельні і дорожні машини" ПДАБА (м. Дніпропетровськ 2007, 2008).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 7 друкованих робіт: 5 статей, 2 патенти.

Структура і обсяг дисертаційної роботи. Робота складається із вступу, шести розділів, висновків, списку використаних джерел інформації і додатків. Загальний обсяг роботи становить 172 сторінок. Основний текст викладено на 133 сторінках, дисертація містить 65 рисунки, 4 таблиці, список використаних джерел із 149 найменувань на 15 сторінках і 39 сторінок додатків.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету, визначено об’єкт, предмет, задачі і методи досліджень, подано наукову новизну й практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі обґрунтовано технічну доцільність глибинного розпушення локальної дії, представлено основні типи підземних комунікацій які його потребують, наведено загальні вимоги до глибинного локального розпушення, а також проведений аналіз конструктивного виконання глибинних розпушувачів як примусової дії, так і самообертових.

Встановлено, що дослідженням руйнування ґрунту, його проколюванням присвячені праці наступних вчених: Р. Годвин, Е. Дінглінгер, Ю.С. Вєтров, В.П. Горячкін, А.М. Зєлєнін, С.В. Кравець, І.І. Мер, В.В. Нічке, Г. Спур, В.К. Тимошенко, В.І. Уродов, Л.А. Хмара, С.В. Шатов. Ними проведені дослідження, які відображають низку суттєвих аспектів даної галузі та основні закономірності процесу розпушування ґрунту. Встановлено, що обов’язковою умовою ефективного розпушення ґрунту є переміщення певного шару з якнайменшим його ущільненням.

Аналізом досліджень, присвячених глибинному локальному розпушенню встановлено: сучасне будівництво лінійно-протяжних об’єктів, розущільнення підорних шарів ґрунту вимагає створення ефективних глибинних розпушувачів локальної дії; раціональними є глибинні розпушувачі локальної дії з безприводними самообертовими фрезами; промислове освоєння розпушувачів із самообертовими фрезами на сьогоднішній день відсутнє. Аналіз науково-технічної літератури показав, що дослідженням процесів розпушування ґрунту присвячена значна кількість наукових робіт. Проте не всі згадані процеси вивчені досконало. Ретельного дослідження потребують робочі процеси і параметри глибинного розпушувача локальної дії із самообертовими фрезами.

У другому розділі представлено дослідження геометричних параметрів глибинного розпушувача локальної дії, конструкцію якого розроблено в НУВГП (рис. 1.).

її

Рис.1. Глибинний розпушувач із самообертовими фрезами:

1 – ніж щілиноріза; 2 – дренер; 3 – самообертова фреза

Глибинний розпушувач рухається з швидкістю V, на глибині В. Він включає щілиноріз 1 довжиною lб і кутом загострення 2 і розпушувач у вигляді дренера 2 (діаметр d, довжина l 1б, кут вершини конуса 21) до якого кріпиться, з можливістю обертання, самообертова фреза 3,кутова швидкість якої - . Сама фреза складається із циліндричного тіла до якого жорстко кріпляться руйнівні елементи з товщиною k. Кожен руйнівний елемент виконано у вигляді гвинтової поверхні, крок якої збільшується в напрямку, протилежному до напрямку руху на величину, що визначається кутом між дотичними в початковій і кінцевій точках розвертки поверхні, причому останній не перевищує кута ковзання частинок ґрунту по поверхні, а її довжина є частиною кроку решітки профілів по зовнішньому діаметру тіла, що приходиться на зміну кроку, а її відношення до повного кроку в найбільш поширених ґрунтах становить 0,25…0,3. Крім того, ніж щілиноріза, дренер і самообертову фрезу виконано за розмірами, при яких добуток різниці площі перерізу тіла обертання, діаметр якого D, розпушувача Sоб та проекції на неї ножа і дренера Sоб з коефіцієнтом об’ємного розпушення kр рівний площі перерізу тіла обертання розпушувача Sоб, тобто:

. (1)

Таким чином, змінюючи геометричні параметри ножа щілиноріза, дренера і самообертової фрези є можливість отримувати на виході із фрези ґрунт з певним, заданим на початку виготовлення фрези, коефіцієнтом об’ємного розпушення kр.

В якості вихідних передумов наведених досліджень покладено:

1. Ґрунт – однорідне ізотропне середовище, яке характеризується зчепленням, внутрішнім та зовнішнім тертям, щільністю та вологістю.

2. Тіло сколу розглядається як тверде тіло у вигляді складного об’ємного фрагменту сегмента циліндра.

3. Впливом швидкості різання та силою тяжіння ґрунту на опір переміщенню розпушувача нехтуємо (швидкість різання не перевищує 2м/с).

4. Закон розподілу нормального тиску по площині руйнівного елемента прийнято лінійний зі зменшенням в сторону осі обертання фрези та в сторону, протилежну напрямку руху останньої до нуля, а точка прикладання сили сколювання ґрунту лежить на відстані 1/3 ширини сколювальної поверхні руйнівного елемента з боку вільного кінця і 1/3 проекції розгортки напрямної лінії прикладання сили сколювання на напрямок руху елемента.

Опір переміщенню глибинного розпушувача Wзаг визначається трьома складовими:

, (2)

де: Wнож – опір переміщенню ножа щілиноріза; Wдр – опір переміщенню дренера; Wфр – опір переміщенню фрези.

З метою оптимізації опору переміщенню глибинного розпушувача дослідженню підлягав опір переміщенню самообертової фрези.

Відомо, що самообертова фреза руйнує ґрунт в межах свого тіла обертання, розділяючи при цьому дане тіло на сегменти, що відповідає кількості руйнівних елементів z і подрібнюючи ці сегменти на виході з фрези. Тіло сколу ґрунту набуває вигляду складного об’ємного фрагменту сегментного типу.

Криволінійною поверхнею ADKE (рис. 2) цілик ґрунту ковзає по руйнівному елементу, повторюючи профіль гвинтової поверхні зі змінним кроком.

Рис. 2. Тіло сколювання, що утворюється на руйнівних елементах фрези.

Поверхня BCGF утворюється іншим руйнівним елементом, розміщеним під кутом = 360/z до вищезгаданого. За рахунок того, що дана поверхня утворюється при контакті з частиною руйнівного елемента зі сталим кроком, вона є прямолінійною поверхнею. Поверхня EFGK повторює циліндричну поверхню, що утворилась дренером. Під дією частини руйнівного елемента зі змінним кроком частина сегмента відокремлюється від цілика ґрунту по двох поверхнях сколу: лобовій – ABFE та боковій – ABCD.

При цьому з достатньою точністю можна покласти, що поверхня ABFE лежить у фронтальній площині. Оскільки миттєві положення точок зміни кроку поверхонь знаходяться в цій же площині і кут більший критичного кута сколу ґрунту у вільних умовах руйнування, то і поверхня DCGK також лежить у фронтальній площині. Тоді площа лобової поверхні ABFE (надалі Sлоб) являє собою різницю площ двох секторів OBA який відповідає радіусу R тіла обертання фрези i OFE, що відповідає радіусу r порожнини

, (3)

де: D – діаметр тіла обертання фрези; d – діаметр порожнини, утвореної дренером.

Площа бокової поверхні сколу (рис. 3) задається напрямною кривою шнекової поверхні, яка з метою запобігання формування застійних зон на руйнівному елементі і, відповідно, налипання на них ґрунту повинна виключати різкі переходи і зміни кроку, тобто повинна відповідати умові, що у початковій точці зміни кроку перша похідна дотичної повинна бути рівна нулю, в кінцевій точці не перевищувати коефіцієнт тертя. При цьому друга похідна в кінцевій точці напрямної кривої повинна бути рівна нулю.

Рис. 3. Решітка профілів руйнівних елементів фрези

В кінцевій точці дотична до розвертки гвинтової поверхні утворює з віссю x кут , який не повинен перевищувати кута ковзання ґрунту по сталі ц.

Виходячи з наведеного, функцію напрямної кривої зручно задати у вигляді:

, (4)

де a,b,c – коефіцієнти пропорційності.

Відповідно з наведеним площа бокової поверхні тіла сколу ABCD (рис. 3) визначиться залежністю:

, (5)

де: Н – повний крок решітки профілів по зовнішньому діаметру тіла обертання фрези; h - частина кроку решітки профілів по зовнішньому діаметру тіла обертання фрези.

В межах реальних значень вираз (5) для визначення площі бокового сколу з достатньою точністю (квадратичне відхилення становить 0,999) описується наступною залежністю:

. (6)

Взаємодія руйнівного елемента з ґрунтом при сколюванні представлена на рис. 4.

Рис. 4. Схема прикладання сил сколювання:

- кут між лінією дії активної сили N1 і нормаллю до лобової поверхні сколу; - кут між лінією дії сили бокового сколу ґрунту та руйнівним елементом

При цьому сила опору визначається як сума опорів окремих руйнівних елементів, які, в свою чергу, визначаються технологічним процесом їх роботи. Цей процес представляє собою врізування руйнівного елемента в ґрунт і віддалення від масиву тіла сколювання. При цьому сила врізування елемента в ґрунт визначається залежністю:

, (7)

де: s - товщина руйнівного елемента; qкр - критичний тиск; D – діаметр тіла обертання фрези; d – діаметр порожнини, що утворена дренером; ц – кут зовнішнього тертя.

,

, (8)

де: - критичний кут сколу ґрунту; - кут між дотичною до кривої AD в точці прикладання сил S та віссю ох.

З огляду на передумови досліджень та у відповідності з законом Кулона, сколювання відбувається при рівновазі сил сколювання ґрунту Fсклоб і Fскбок і активної сили N1, остання визначиться залежністю:

, (9)

де с – коефіцієнт зчеплення.

Тоді опір переміщенню руйнівного елемента у відповідності з рис. 5 визначиться залежністю

. (10)

Рис. 5. Загальна схема сил, що діють на руйнівний елемент

Враховуючи, що кількість руйнівних елементів самообертової фрези через крок решітки профілів останніх по зовнішньому діаметру тіла обертання фрези

, (11)

де: z – кількість руйнівних елементів фрези; L – довжина зовнішнього кола тіла обертання фрези; H – крок решітки профілів руйнівних елементів по зовнішньому діаметру тіла обертання фрези; після підстановки значень сили врізування і активної сили в залежність (10), опір переміщенню фрези визначиться залежністю:

, (12)

де:

Дослідивши опір переміщенню фрези за умови екстремуму , отримано залежність для визначення раціонального кроку решітки профілів:

. (13)

Ця залежність з підстановкою її у вираз (12) дає можливість визначити раціональну кількість руйнівних елементів фрези.

Для визначення опорів різання ґрунту ножем щілиноріза та переміщенню дренера на основі відомих методик отримано відповідні залежності:

, (14)

, (15)

де: s* – товщина ножа; qср - середній тиск ґрунту на бічні стінки ножа по глибині закритичної (пружнопластичної) зони; qдрбср – середній тиск ґрунту на бічні стінки ножа по глибині закритичної (пружнопластичної) зони; ц – кут зовнішнього тертя.

На основі наведених теоретичних досліджень розрахунками отримані гістограми впливу на раціональну кількість руйнівних елементів діаметра тіла обертання фрези (рис. 6), товщин руйнівних елементів (рис. 7) та ґрунтів (рис. 8).

Рис. 6. Залежності числа руйнівних елементів самообертової фрези від її діаметра

Рис. 7. Залежності числа руйнівних елементів самообертової фрези від їх товщини

Рис. 8. Залежності числа руйнівних елементів самообертової фрези від фізико-механічних характеристик ґрунтів

Наведені гістограми вказують на суттєву залежність раціональної кількості руйнівних елементів фрези від їх товщини і діаметра фрези. Разом з тим раціональна кількість руйнівних елементів майже не залежить від ґрунтових умов роботи фрези і впливом ґрунтів на кількість руйнівних елементів фрези можна знехтувати.

В третьому та четвертому розділах викладено програму, методику, засоби експериментальних досліджень і їх результати.

Експериментальні дослідження проводились в два етапи.

На першому етапі дослідження виконувались на ґрунтовому каналі кафедри будівельних, дорожніх, меліоративних машин і обладнання НУВГП (рис. 9) з використанням тензометричного візка, тензометричної апаратури з восьмиканальним ідсилювачем осцилографом

При цьому досліджувались закономірності руйнування ґрунтів самообертовими фрезами, вплив форми і параметрів фрез на тяговий опір, визначалась частота обертання фрез. Для цього в порожнині самообертової фрези було встановлено кінцевий вимикач МИ 3Б ГОСТ 1247-78, який фіксував кожен повний оберт з передачею сигналу на лічильник – приймач фірми Sodeco (виробництво Швейцарія) марки ТСеИZ4E з наступними характеристиками: максимальна швидкість опитування – 10 імпульсів за секунду, робоча напруга – 24 В.

Дослідження виконувались на суглинистому ґрунті, який представляє найбільш поширене робоче середовище. При цьому вологість складала 15…25 %, коефіцієнт консистенції 0,2<Вк<0,4, число ударів щільноміра 7…9.

Рис 9. Загальний вигляд тензометричного візка та дренер з фрезами, що підлягали дослідженню.

1 – тензометричний візок; 2 – тензодатчик; 3 – динамометр;

4 – восьмиканальний підсилювач; 5 – осцилограф; 6 – самообертова фреза; 7 – дренер; 8 – щілиноріз

На другому етапі виконувались лабораторно-польові дослідження на полі ПСП “ГОРИНЬ” та в лісовому масиві с. Любомирка (Рівненська обл.). При цьому випробування виконувались на базі трактора ДТ-75. Дослідження виконувались з вимірюванням опору переміщення розпушувача шляхом фіксування тиску в гідроциліндрах навіски за допомогою трубки Бурдона з контролем за допомогою манометра марки МП4-У по ГОСТ 2405-80.

Ґрунтове середовище представляло собою напівтвердий суглинок, вологість складала 16-18%, кількість ударів ударника ДорНДІ становила Суд = 4...8.

Фрези, які піддавались дослідженням виготовлялись з діаметром тіла обертання фрези та діаметром дренера, відповідно: D = 0,248 м, d = 0,108 м, глибина обробітку складала 0,55 м, товщина ножа щілиноріза складала 0,03 м, довжина циліндричної частини дренера і фрез 0,21 м. При цьому кількість руйнівних елементів складала 3 – 6 штук, їх товщина h = 0,006 – 0,01 м.

В результаті експериментальних досліджень було встановлено суть процесів руйнування ґрунту. При переміщенні розпушувача ґрунт розрізується вертикальним ножем, формується вертикальна щілина. Дренером формується отвір діаметром, що відповідає діаметру дренера. При цьому ґрунт витіснений конусом дренера втискається в ґрунтовий масив, розташований навколо сформованого отвору. Ґрунт в масиві ущільнюється на діаметр, що складає 1,3 – 1,5 діаметра дренера. Дослідженнями процесів сколювання ґрунту отримано співвідношення параметрів решітки профілів фрези, яке забезпечує гарантоване сколювання. Для більшості ґрунтових умов відношення частини кроку решітки профілів по зовнішньому діаметру тіла обертання фрези, що приходиться на зміну кроку до повного кроку складає 0,25...0,3.

Результати експериментальних досліджень зображено у вигляді узагальненої гістограми (рис.10) з якої видно, яким чином впливає на опір переміщенню самообертової фрези глибинного розпушувача кількість і товщина руйнівних елементів.

Рис. 10. Залежності опору переміщення глибинного розпушувача від числа руйнівних елементів самообертової фрези та від їх товщини.

Опір переміщення розпушувача в ґрунті розподіляється між фрезою, дренером і ножем відповідно 40 %, 28 %, 32 % для глибини обробітку 0,55м.

У п’ятому розділі на основі досліджень розроблено, методику визначення основних параметрів глибинного розпушувача із самообертовими фрезами і тягового опору необхідного для його переміщення

Графіки (рис.11., рис.12.) виконано у вигляді порівняльних гістограм, лівий стовпчик кожної категорії - розрахункове значення опору переміщенню фрези, розпушувача локальної дії від кількості руйнівних елементів. Товщина руйнівного елемента k = 0,006 м (лабораторні випробування) визначене за вище наведеною методикою, а правий – за результатами, отриманими під час лабораторних досліджень. Різниця між результатами, отриманими експериментальним та розрахунковим шляхом становить 5 – 8 %

Рис. 11. Залежності опору переміщення самообертової фрези глибинного розпушувача локальної дії від кількості руйнівних елементів. Товщина руйнівного елемента k = 0,006 м (лабораторні випробування)

Рис. 12. Залежності опору переміщення самообертової фрези глибинного розпушувача локальної дії від k і z з порівнянням значень, отриманих під час польових випробувань з розрахунковими:

А – кількість руйнівних елементів z = 3; Б – кількість руйнівних елементів z = 4; В – кількість руйнівних елементів z = 5; Г – кількість руйнівних елементів z = 6;

1 – товщина руйнівних елементів самообертової фрези 0,006; 2 – товщина руйнівних елементів самообертової фрези 0,008; 3 – товщина руйнівних елементів самообертової фрези 0,01

У шостому розділі проведено енергетичний розрахунок з співставленням показників ефективності розпушувача, що розробляється з існуючим аналогом – багатоярусним розпушувачем. Питомі потужність, енергоємність, матеріалоємність зменшились, узагальнений показник енергоємності та матеріалоємності зменшився на 22 %.

ВИСНОВКИ

1.   Створений глибинний розпушувач локальної дії роботоздатний на будь-якій заданій глибині в ґрунтах І – ІІІ категорій. Руйнування ґрунту розпушувачем здійснюється при формуванні щілини розрізним ножем з наступним утворенням отвору шляхом ущільнення ґрунту дренером в межах 1,3 – 1,5 діаметра останнього. Після розпушування ґрунту фрезою, він в ново структурованому вигляді укладається в межах тіла обертання фрези.

2.   Раціональні кути заходу руйнівних елементів самообертової фрези складають 65 – 750 .

3.   Гарантоване сколювання ґрунту руйнівним елементом забезпечується при співвідношенні частини кроку решітки профілів по зовнішньому діаметру тіла обертання, що приходиться на зміну кроку поверхні до повного кроку решітки профілів складає 0,25…0,3.

4.   Опір переміщенню фрези залежить від фізико – механічних характеристик ґрунту, діаметра фрези, товщини і кількості її руйнівних елементів, а раціональне значення останньої визначається діаметром фрези та товщиною руйнівних елементів і практично не залежить від фізико-механічних характеристик ґрунтів.

5.   Оскільки розбіжність результатів теоретичних і експериментальних досліджень знаходиться в межах 10 %, розроблені математичні моделі з достатньою точністю описують процес руйнування ґрунту, а методика інженерного розрахунку, що розроблена на основі останніх, дозволяє без додаткових експериментальних досліджень вести розрахунки параметрів глибинного розпушувача локальної дії з самообертовими фрезами.

6.   Результати роботи було впроваджено в навчальні програми НУВГП з курсів “Спеціалільні питання будівельної техніки”, “Теорії руйнування робочих середовищ” для спеціальності 7.090214 “Підйомно-транспортні, будівельні, дорожні, меліоративні машини і обладнання”. Конструкція розпушувача локальної дії захищена деклараційним патентом України № А та патентом України № 36133.

7.   Енергетичний аналіз показав, що показники питомої потужності, енергоємності, матеріалоємності у глибинного розпушувача локальної дії зменшились в порівнянні з багатоярусним розпушувачем. Узагальнений показник енергоємності та металоємності розпушувача локальної дії в порівнянні з традиційним зменшився на 22 %, коефіцієнт зниження приведених затрат 0,092, коефіцієнт, що оцінює ефективність по зниженню опору ґрунту – 0,2. Аналіз економічної ефективності показав, що реалізація глибинного розпушувача у виробництво дозволяє досягти річного економічного ефекту в межах 30000 грн на одиницю техніки.

Основний зміст дисертаційної роботи викладений у таких публікаціях:

1. Романовський О.Л. Розробка та випробування нових засобів розпушення підорних шарів грунту / О.Л. Романовський, О.В. Макарчук // Збірник наукових праць НАУ . – К., 2000. - № 9. - С. 47 - 50.

2. Макарчук О.В. Параметри тіла сколу грунту грунторуйнівним елементом самооборотної фрези / О.В. Макарчук // Вісник РДТУ – Рівне: 2001. – Вип. 4(11) – С. 123 – 128.

3. Макарчук О.В. Раціональні параметри самооборотної фрези глибинного розпушувача. / О.Л. Романовський, О.В. Макарчук // Вісник УДУВГП – Рівне: 2002. – Вип.4(17) - С. 325 - 331.

4. Макарчук О.В. Розробка та випробування глибинного розпушувача для будівництва дренажу безтраншейним способом / О.В. Макарчук, О.Л. Романовский // Весник ХНАДУ – Харьков: 2004. – Вып. 27 - С. 52 – 53.

5. Макарчук О.В. Експериментальні дослідження самообертової фрези глибинного розпушувача локальної дії / О.В. Макарчук // Вісник НУВГП – Рівне: 2006. – Вип. 2 (34) - С. 90 - 95.

Патенти

6. Пат. 36133 України, МКИ А 01 В 13/00, А 01 В 13/08. Пристрій для безвідвального обробітку грунту / О.Л. Романовський, О.В. Макарчук, Ф.Д. Швець. - № 99116055; заявл. 04.11.1999; опубл. 15.07.2003, Бюл. №7.

Деклараційні патенти

7. Пат. 36133 України, МКИ А 01 В 13/00. Пристрій для безвідвального обробітку грунту: Деклараційний патент / О.Л. Романовський, О.В. Макарчук, Ф.Д. Швець - №99116055; заявлено 04.11.1999; опубл. 16.04.2001, Бюл. № 3.

АНОТАЦІЇ

Макарчук О.В. Глибинний розпушувач локальної дії. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.04 – машини для земляних, дорожніх і лісотехнічних робіт. – Національний університет водного господарства та природокористування, Рівне, 2008.

Дисертаційна робота присвячена дослідженням закономірностей процесів розробки ґрунтів глибинними розпушувачами локальної дії із самообертовими фрезами.

На основі виконаних досліджень науково обґрунтовані раціональні параметри самообертових фрез глибинних розпушувачів локальної дії. Розроблена методика інженерного розрахунку робочого обладнання, створений глибинний розпушувач локальної дії із само обертовими фрезами, виконано його лабораторні та польові випробування в результаті яких підтверджена енергетична ефективність. Аналіз економічної ефективності показав, що реалізація глибинного розпушувача у виробництво дозволяє досягти річного економічного ефекту в межах 30000 грн на одиницю техніки.

Ключові слова: розпушування ґрунтів, самообертова фреза, технологічний процес, раціональні параметри.

АНОТАЦИИ

Макарчук А.В. Глубинный рыхлитель локального действия. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.04 – машины для земляных, дорожных и лесотехнических работ, Национальный университет водного хозяйства и природоиспользования, Ривне, 2008.

Современные строительные технологии, в том числе укладка линейно – протяжных объектов, часто нуждаются в обсыпке однородным разрыхленным грунтом укладываемого объекта. Так строительство термогидравлических систем утилизации излишков тепла, поступающих от атомных станций. Трубы их обогревательных блок - модулей должны контактировать с окружающим грунтом через однородный шар разрыхленного грунта. Водопроницаемость осушительного мелиоративного дренажа повысится при локальном разрыхлении шара грунта вокруг перфорированной дренажной трубки. Изменение горизонтов прохождения глубинных вод путем разрыхления локального линейно – протяженного шара грунта позволит повысить урожайность, начать раньше весенние сельскохозяйственные работы.

Существующие рабочие органы рыхлителей имеют ряд общих недостатков: недостаточная глубина разработки грунта, необходимость привода в агрессивной среде, металлоемкость конструкции, недостаточная разрыхливаемость грунта связанная с отсутствием пустоты для его укладки и необходимость в большем тяговом усилии при их перемещении. Существующие теории характеризуют процесс рыхления в недостаточном объеме. В связи с этим существует необходимость в разработке новых, энергетически выгодных конструкций глубинных рыхлителей локального действия.

Диссертация посвящена исследованиям закономерностей процессов разработки грунтов глубинными рыхлителями локального действия с самооборотными фрезами.

Предложен научно обоснованный метод разработки грунта рыхлителем с самооборотными фрезами, у которых рыхлительные элементы выполнены в виде шнековой поверхности, шаг которой изменяется в сторону, противоположную движению рыхлителя на величину, что определяется углом касательной в начальной и конечной точках развертки и этот угол не превышает угла трения грунта по стали. Длинна данного изменения является частью шага решетки профилей по внешнему диаметру тела оборота фрезы, а отношение данной части к полному шагу решетки профилей в более распространенных грунтах составляет 0,25…0,3.

На основе проведенных исследований научно обоснованы рациональные параметры самооборотных фрез глубинных рыхлителей локального действия. Проведен анализ сопротивления перемещению глубинного рыхлителя с самооборотными фрезами. Разработана методика инженерного расчёта рабочего оборудования, обоснована его эффективность.

Создан глубинный рыхлитель и проведены его испытания в лабораторных и полевых условиях. Анализировались скорости перемещения рыхлителя и частоты оборотов фрезы. Определялось тяговое усилие, необходимое для перемещения как самооборотной фрезы, так и рыхлителя в целом. Сходимость результатов исследований, полученных во время испытаний с теоретическими фсоставляла 3…8 %.

Разработана методика инженерного расчета рациональных параметров и сопротивления перемещению глубинного рыхлителя локального действия и самооборотных фрез. Проведен энергетический расчет существующего рыхлителя и новой техники.

Ключевые слова: рыхление грунтов, самооборотная фреза, технологический процесс, рациональные параметры.

SUMMARY

Makarchuk A.V. Deep milling cutter of local action. - Manuscript.

Thesis to earn a scientific degree of a Cand.Tech.Sci.with specialty 05.05.04 – Digging, Road and Forest Work Machines. National university of water management and nature resources use, Rivne 2008.

The Thesis is devoted to researches of law processes of development of soil deep cutter of local action with self-turnaround milling cutter.

The mathematical model is created with the purpose of calculation of the main parameters of a mill. The rational parameters of self-turnaround milling cutter deep rippers of local action are scientifically proved on the basis of the conducted researches. The deep ripper is created of local action. Its tests are conducted in field condition. It is capable to work with the different grounds. The power efficiency and economic feasibility is proved. The annual economic benefit has made 30000 UAH.

Key words: loosening soil, self-turnaround milling cutter, technological process, rational parameters