Автореферат (Повышение эффективности работы рыхлительных агрегатов при разработке мерзлых грунтов активным рабочим органом с наложением на него резонансных колебаний звуковой частоты)

2Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждениивысшего образования «Московский автомобильно-дорожный государственный техническийуниверситет (МАДИ)»Научный руководитель:Марсова Екатерина Вадимовна,доктор технических наук, доцентОфициальные оппоненты:Сладкова Любовь Александровна,доктор технических наук, профессор, профессор кафедры«Наземныетранспортно-технологическиесредства»Федеральногогосударственногоавтономногообразовательного учреждения высшего образования«Российский университет транспорта» РУТ (МИИТ)Густов Дмитрий Юрьевич,кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры«Механизациистроительства»федеральногогосударственногобюджетногообразовательногоучреждения высшего образования «НациональныйисследовательскийМосковскийгосударственныйстроительный университет (НИУ МГСУ)»Ведущая организация:федеральноегосударственноеавтономноеобразовательное учреждение высшего образования«Сибирский федеральный университет (СФУ)»Защита диссертации состоится 26 декабря 2019 г.

в «10» часов на заседаниидиссертационного совета Д.212.126.02 на базе федерального государственного бюджетногообразовательного учреждения высшего образования «Московский автомобильно-дорожныйгосударственный технический университет (МАДИ)» по адресу:125319, г. Москва, Ленинградский проспект, д.64, ауд. 42.Телефон для справок: 8(499)346–01–68 доб.

1324.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ и на сайтеhttp://www.madi.ru/1266-uchenyy-sovet-grafik-zaschity-dissertaciy.html.Отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенные печатью организации,просим направлять в адрес диссертационного совета, а копии присылать на e-mail:uchsovet@madi.ruАвтореферат разослан «___» _________ 2019 г.Ученый секретарь диссертационного совета,канд.техн.наук, доцентБорисюк Никита Владимирович.3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования.

Северную часть территории РФ можно безпреувеличения назвать ключевым звеном, участвующим в формировании государственнойэкономики и обеспечении национальной безопасности. Более 75 % всех полезных ископаемыхстраны и более 1/3 экологически чистой территории Земли находятся в этом регионе.Следовательно, в этом отношении Север является глобальным стратегическим резервом нетолько РФ, но и всей планеты. В этой части страны производят 25 % лесной продукции,добывают 75 % нефти, 90 % природного газа, 18 % электроэнергии и почти все алмазы. Насегодняшний день там функционируют крупнейшие промышленные комплексы по добыче ипереработке природных ресурсов, что является основой экспортного потенциала РФ.При выполнении строительных работ, наряду с существующими механическими,взрывными методами, все большее распространение находят новые методы разработки мерзлыхгрунтов, использующие, кроме достижений физики и химии, методы и средства автоматизации,позволяющие применять комбинированные технологии разрушения грунтов.Один из эффективных методов повышения производительности процессов рыхлениясвязан с использованием высокочастотных колебаний рабочего органа рыхлителя,возбуждаемых магнитострикционным вибратором в звуковом диапазоне.

Рыхлитель достигаетмаксимальной эффективности в резонансном режиме, что позволяет при малых расходахмощности создать значительную амплитуду смещения рабочего органа. Поэтому необходиморешить задачу поддержания и стабилизации резонансного режима высокочастотного рыхлителяи согласования его с нагрузкой. Несмотря на имеющийся опыт, выявлена недостаточнаяизученность данного метода и необходимость создания системы управления процессамиразработки мерзлых грунтов на новых принципах и методах автоматизации, позволяющихзначительно улучшить технико-экономические показатели рыхлительных машин, чтоподчеркивает актуальность этой задачи.Решение задачи, поставленной в диссертационной работе, требует разработки комплексамероприятий, направленных на установление и поддержание резонансного режимаколебательной системы, то есть способов согласования ее с нагрузкой.Необходим новый подход к синтезу системы управления процессом рыхления.

Толькотаким образом удастся существенно повысить технико-экономические показателирыхлительных машин, избежать влияния на них значительных колебаний количественных икачественных характеристик грунта.Степень разработанности темы исследования. Научные основы теории рыхленияпрочных и мерзлых грунтов представлены в работах В.И. Баловнева, С.Н. Глаголева, В.П.Шардина, А.И. Доценко, А.Н. Зеленина, Р.Б.

Желукевича, Л.А. Сладковой, В.И. Емелина, Г.В.Кириллова, Г.В. Кустарева, И.К. Растегаева, Ю.П. Бакатина, К.К. Шестопалова и других.Основное внимание в этих работах было уделено вопросам повышения эффективностипроцессов механического разрушения грунтов, производимого землеройно–транспортноймашиной (ЗТМ), за счет выбора оптимальных конструктивных характеристик рабочих органови оптимальных режимов использования их тяговых и эксплуатационных характеристик.Анализ результатов научных исследований показал, что производство работтрадиционными методами и агрегатами рыхления мерзлых грунтов не всегда являетсяэффективным из-за низкой производительности машин для рыхления и высокой себестоимоститехнологического процесса разработки 1 м3 грунта.

Попытки нивелировать указанные4недостатки за счет увеличения мощности ЗТМ не дают желаемого результата из-за сниженияобщего КПД производства рыхлительных работ. Повысить производительность землеройныхмашин, не увеличивая их тяговых характеристик, то есть не наращивая их массогабаритныххарактеристик, можно за счет разработки машин с активными рабочими органами.Цель диссертационной работы.

Повышение эффективности работы рыхлительныхагрегатов при разработке мерзлых грунтов активным рабочим органом с наложением на негорезонансных колебаний звуковой частоты для стабилизации параметров резонансныхколебаний активного рыхлительного органа.Для достижения поставленной цели:1.Выполнен анализ различных методов и средств реализации технологическихпроцессов разработки мерзлых грунтов.2.Произведена сравнительная оценка потенциальных возможностей повышенияэффективности разработки грунтов традиционными и предлагаемыми методами вибрационноговоздействия на рабочий орган рыхлительной машины.3.Разработана математическая модель колебательной системы «рабочий органрыхлительной машины – магнитострикционный возбудитель излучения высокочастотныхколебаний в грунт» с критерием качественной оценки в виде величины рассогласования междурабочим органом и параметрами волнового сопротивления процесса рыхления.4.Разработанаструктурафункциональныхвзаимозависимыхэлементовавтоматизированной системы экстремального регулирования процессов виброрыхлениямерзлых грунтов.5.Разработаны методические указания по выбору оптимальных настроечныххарактеристик системы автоматической оптимизации процессов виброрыхления прочныхгрунтов в режиме резонансных колебаний рабочего органа рыхлительной машины.6.В соответствии с предложенной методикой осуществлена экспериментальнаяпроверка основных результатов положений и выводов теоретических исследований.Объект исследования.

Высокочастотный рыхлитель на основе магнитострикционногоэффекта, используемый при разработке мерзлых и прочных грунтов.Предмет исследования. Режимы работы высокочастотного рабочего органа рыхлителяпри управлении согласованием динамических характеристик для получения резонансногорежима процесса рыхления.Методы исследования. Результаты диссертационной работы получены на основеиспользования методов анализа особенностей процессов и технических средств разрушенияпрочных грунтов при рыхлении, теории подобия, регрессионного анализа, математическогомоделирования и теории автоматического управления.Научная новизна.Основной научный результат заключается в использованиидостижений теоретических и экспериментальных исследований, обосновывающих наиболееэффективные режимы разработки мерзлых грунтов за счет наложения на активный рабочийорганЗТМвысокочастотныхрезонансныхколебаниймагнитострикционноговибровозбудителя.Научная новизна работы заключается в разработке:•математической модели колебательной системы «рабочий орган рыхлительноймашины – высокочастотный магнитострикционный возбудитель звуковой упругой волны вгрунт»;5•критерия оценки в виде величины рассогласования между рабочим органом ипараметрами волнового сопротивления процесса рыхления;•методики выбора функциональных элементов автоматической системыэкстремального регулирования процесса виброрыхления прочных грунтов.Теоретическая и практическая значимость диссертационной работы.

Разработанынаучные основы для проектирования системы оптимизации режима рыхления мерзлых грунтоврыхлителем с активным рабочим органом на основе магнитострикционного эффекта.Основные положения, выносимые на защиту:1.Сравнение и выбор методов и средств реализации технологии разработкимерзлых грунтов с помощью излучения высокочастотных упругих волн магнитостриктором вгрунт.2.Определение и поддержание параметров резонансного режима колебанийрабочего органа рыхлительной машины при воздействии на него сопротивленияразрабатываемого грунта.3.Математическая модель колебательной системы «рабочий орган рыхлительноймашины – высокочастотный магнитострикционный возбудитель звуковой упругой волны вгрунт».4.Концепция согласования параметров вибрационного рабочего органарыхлительной машины с разрабатываемым грунтом и оптимального управлениямагнитострикционным вибровозбудителем в процессе рыхления.5.Структура и методика выбора функциональных элементов экстремальнойсистемы оптимизации процессов виброрыхления мерзлых грунтов.Степень достоверности и апробации работы.