2601

ОДНОКОВШОВОГО ЭКСКАВАТОРА ДЛЯ ПОДКОПА ТРУБОПРОВОДОВ

А.И. Демиденко, канд. техн. наук, проф.; Д.С. Семкин, аспирант Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

Срок эксплуатации магистральных трубопроводов ограничен. Периодичность проведения ремонтных работ связана с заменой изоляции трубопровода, для чего необходим его отрыв.

На сегодняшний день отрыв трубопровода ведется следующим образом. Грунт отрывается над трубой и по обеим сторонам с оставлением слоя грунта во избежание его повреждения.

Затем используется подкопочная машина, имеющая механизм передвижения по трубе, которая разрабатывает грунт под трубой, сбрасывая его в приямок, приготовленный заранее. Однако данная машина имеет ряд существенных недостатков, для устранения которых предлагается использовать другой тип конструкции оборудования на базе одноковшового экскаватора.

Сущность предлагаемой конструкции в том, что на специальной рукояти одноковшового экскаватора установлена рама цепного рабочего органа [1]. Данная схема обладает достаточной подвижностью для подвода рабочего оборудования под трубу при подкопе (Рис. 1).

Для проверки работоспособности предлагаемой конструкции были проведены экспериментальные исследования.

Эксперимент проводился в натуральную величину для трубы диаметром 720 мм в лаборатории «грунтовый канал» с помощью оборудования, моделирующего работу траншейного цепного рабочего органа, установленного на тензометрической тележке [2]. При этом исследовались параметры: возможное обрушение разрабатываемого грунта, силовые параметры и транспортирующие способности режущих элементов.

Обрушение грунта исследовалось следующим образом. Рассматривался вариант отрыва трубопровода с оставлением слоя безопасности 0,5 м. Разрабатываемый грунт подразделялся на зоны, которые рассматривались отдельно (Рис. 2).

241

В результате анализа работ авторов Н.Я. Хархута, Я. А. Калужского, О. Т. Батракова, В.Б. Пермякова, С.Н. Иванченко, А.В. Захаренко, и др., нами сделан вывод о том, что на контролируемые параметры выполнения технологического процесса строительства дорожной конструкции оказывают влияние параметры воздействия машин. Величины параметров машин определяют параметры воздействия уплотняющих машин, зависят от свойств дорожно-строительного материала. Необходимо связать воедино параметры воздействия машин на дорожно-строительный материал с параметрами машин для уплотнения и контролируемыми параметрами качества технологического процесса.

Кконтролируемым параметрам качества относят: влажность грунта земляного полотна обрабатываемых грунтов и готовой смеси; коэффициент уплотнения грунта земляного полотна оснований и покрытий; ровность земляного полотна оснований и покрытий; наличие следа и возникновение волны перед катком; прочность слоя; рациональный температурный режим смеси.

Кпараметрам воздействия уплотняющих машин на дорожностроительные материалы, влияющих на контролируемые параметры качества, относят контактное давление, оптимальную толщину уплотняемого слоя, количество проходов катков, скорость укатки, количество ударов трамбующих машин.

Контактное давление должно находиться во взаимосвязи с влажностью грунта, коэффициентом уплотнения грунта оснований и покрытий, ровностью земляного полотна оснований и покрытий, прочностью слоя.

Для выявления взаимосвязипараметров машин при уплотнениидорожностроительногоматериала иамплитудногозначения контактногодавления были использованымоделиавторов В.Б. Пермякова[2], Н.Я. Хархута [3]. Выявленные зависимости позволили установить, чтоширина вальца катка B , радиус вальца катка R ирадиусшины, находятся вобратнойзависимости от квадрата амплитудногозначения контактногодавления к . При уменьшении величины

радиусаамплитудноезначение контактногодавления увеличивается. Величина массы машины, приходящейся на валец G , находится впрямойзависимости от амплитудногозначения контактногодавления.

При уплотнении грунта трамбованием и вибротрамбованием, масса плиты M , площадь плиты F и площадь контакта вибрационной машины с грунтом находятся в обратно пропорциональной зависимости от величины контактного давления.

Оптимальная толщина слоя позволяет обеспечить не только требуемый коэффициент уплотнения грунта оснований и покрытий, прочность слоя, но и влажность. Для выявления взаимосвязи параметров машин и оптимальной толщины слоя были использованы модели авторов В.Б. Пермякова [2] и Н.Я. Хархута [3]. При увеличении радиуса вальца оптимальная

245

толщина уплотняемого слоя hо будет уменьшаться. Длина вальца находится в прямо пропорциональной зависимости от оптимальной толщины уплотняемого слоя связных грунтов [3].

Общая нагрузка на пневматическое колесо, включая его силу тяжести, находится в прямо пропорциональной зависимости от квадрата величины толщины слоя (hо ) при уплотнении грунта катками на пневматических шинах. При уплотнении грунта трамбованием hо зависит от минимального поперечного размера трамбующего органа Вmin .

Уплотняющая способность катков определяется количеством проходов и скоростью укатки, от которых зависит коэффициент уплотнения грунта оснований и покрытий; наличие следа и возникновение волны перед катком; ровность земляного полотна, оснований и покрытий; рациональный температурный режим.

Установлено, что величина опорной поверхности кулачка и число кулачков обратно пропорциональны числу проходов [3]. Ширина профиля шины и давление воздуха в шине прямо пропорциональны числу проходов [4].

Модели, представленные в работах [2] и [4] позволили установить зависимости массы плиты и площади плиты от количества ударов при трамбовании грунта.

Применительно к статическому катку с гладкими вальцами при уплотнении грунта было установлено, что диаметр катка прямо пропорционально зависит от скорости укатки с учётом характеристик уплотняемого материала и величин деформации.

246

247

Взаимосвязь контролируемых параметров, параметров воздействия и параметров машин представлена в таблице 1.

Вышеперечисленные параметры машин для уплотнения дорожностроительных материалов используются на современном этапе и являются общепринятыми. Зная контролируемые параметры, требуемые параметры воздействия уплотняющих машин можно достичь путём изменения существующих параметров машин или при использовании машин с другими параметрами в зависимости от варианта дорожной конструкций. Используя более совершенные конструкции машин, дорожно-строительные организации способны проявлять «гибкость» при формировании и развитии систем машин, а также минимизировать затраты в зависимости от технологий строительства и используемых материалов.

Полученные модели взаимосвязи параметров машин и параметров воздействия позволят решить задачу оптимизации. При использовании формализованной зависимости большое значение имеет выбор критерия оценки эффективности, который должен лечь в основу математической модели комплексной оценки качества технологических процессов. В качестве критерия следует использовать показатель экономической эффективности, а в качестве ограничений – контролируемые параметры качества.

Библиографический список

1.Сильянов В.В. Транспортно-эксплуатационные качества автомобильных дорог и городских улиц: учебник для студ. высш. учеб. заведений / В.В. Сильянов, Э.Р. Домке. – 2-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 352 с.

2.Пермяков В.Б. Комплексная механизация строительства: Учеб для вузов/ В.Б. Пермя-

ков. – 2-е изд., стер. – М.: Высш. Шк., 2008. – 383 с.

3.Хархута Н.Я. Дорожные машины. Теория, конструкция и расчёт: учеб. для ву-

зов /Н.Я. Хархута и др.- 2-е изд. перераб. и доп. – Л.:Машиностроение, 1976. – 471 с. 4. Калужский Я. А. Уплотнение земляного полотна и дорожных одежд: учеб. пособие для вузов / Я. А. Калужский, О. Т. Батраков. - М. : Транспорт, 1971. - 160 c.

УДК 621.878.001.57

ВЕРХНЯЯ ОЦЕНКА УСИЛИЯ КОПАНИЯ ЭКСКАВАТОРОМ С ОБОРУДОВАНИЕМ ОБРАТНАЯ ЛОПАТА

В.С. Исаков, д-р. техн. наук, проф.; Ю.В. Максимов соискатель Южно-Российиский государственный технический университет

Несмотря на значительный прогресс в создании различных моделей взаимодействия ковша экскаватора с разрабатываемым грунтом, точность расчетов по предлагаемымформулам остается недостаточной. Главная причина видится в том, что формулы, основанные на экспериментальнотеоретическом подходе, перегружены большим количеством трудноопреде-

161

ляемых параметров грунта и различнымикоэффициентами, относящихся к геометрическим и кинематическим параметрам рабочего органа. Например, для расчета усилий копания по [1, 2] необходимо определить: сопротивления грунта сжатию, разрыву, изгибу и сдвигу; модули упругости и сдвига, плотность; коэффициенты внутреннего и внешнего трения, формы и параметров рабочего органа и срезаемой стружки.

Теоретической базой аналитического метода является механика грунтов. В [3] в результате исследования процесса резания грунтов автор приходит к выводу, что эти процессы могут быть описаны с помощью теории Кулона о разрушении пластичных материалов. Однако широкое применение методов механики грунтов сдерживается сложностью получения решений в областях предельного напряженного состояния, возникающих перед подпорными стенками сложной формы, особенно с учетом их шероховатости.

В последнее время предприняты попытки создания моделей, учитывающих изменяемость свойств грунта по вертикали [4] и колебательность усилия по горизонтали [5]. Но применение и этих методик вызывает определенные трудности, так как теоретически проблему нагрузок с учетом сложныхфизических процессов взаимодействия рабочих органов с грунтовой средой можно решать только различными численными методами, но использование численных методов имеет свои трудности, связанные с оценкой точности, как разработанной модели, так и вычислительных операций. Существует проблема, связанная с существенной и неустранимой неопределенностью исходных данных.

Вышеизложенное позволяет сделать выводы:

1.Методы, основанные на механике грунтов, позволяют получать строгие аналитические зависимости, которые могут учитывать форму рабочего органа и его скорость перемещения. Однако аналитические решения получены только для некоторых частных случаев.

2.Развитие теоретических методов сдерживается не только их сложностью, но и отсутствием достаточно простого аналитического метода контроля полученных решений (хотя бы в рамках верхнего-нижнего значений), достоверность которых базировалась бы на небольшом количестве фундаментальных показателей грунтов.

Таким образом, дальнейший прогресс в решении этого вопроса возможен как за счет совершенствования существующих методов, так и разработкой новых. Это предполагает решение следующей задачи: – для контроля численных решений при реализации разрабатываемых моделей на ЭВМ и проверки различных инженерных методов расчета требуется разработать достаточно простой и надежный аналитический метод оценки нагрузки на рабочие органы.

162