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

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)»На правах рукописиДжабраилов Хизар АбубакаровичПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ РЫХЛИТЕЛЬНЫХАГРЕГАТОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ АКТИВНЫМРАБОЧИМ ОРГАНОМ С НАЛОЖЕНИЕМ НА НЕГО РЕЗОНАНСНЫХКОЛЕБАНИЙ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ05.05.04 – Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машиныДиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук,доцент Марсова Е.В.Москва – 20192ОглавлениеВВЕДЕНИЕ ......................................................................................................................

4ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ ПРОЧНЫХ ГРУНТОВ ........................ 131.1. Методы и средства технологических процессов разработки прочных грунтов......................................................................................................................................... 131.2. Магнитостриктор.................................................................................................... 291.3. Процессы разрушения грунтов динамическими рабочими органами ..............

341.4. Цель и задачи исследований ................................................................................. 39ГЛАВА 2. РЕЖИМЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВИБРАЦИОННОГО РАБОЧЕГООРГАНА С ГРУНТОМ ................................................................................................. 412.1.

Оценка взаимодействия вибрационного рабочего органа с грунтом ............... 412.2 Влияние силовых воздействий рабочего органа на реологическиехарактеристики грунта .................................................................................................. 422.3. Особенности взаимодействия вибрационного рабочего органа с грунтом ..... 472.4. Анализ рассогласования колебательной системы при нагружении ................. 522.5 Взаимодействие физических параметров рыхлителя с рабочим органомрыхлительной машины .................................................................................................

57Выводы к главе 2 ........................................................................................................... 603. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ......................................... 613.1. Особенности разработки системы автоматической оптимизации .................... 613.2. Системы экстремального управления с непрерывным движением .................. 633.3. Экстремальные системы автоматического управления объектом, статическаяхарактеристика которого близка к параболе .............................................................. 753.4.

Установившиеся процессы в экстремальных системах автоматическогоуправления ..................................................................................................................... 79Выводы к главе 3 ........................................................................................................... 9234. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМАРЫХЛЕНИЯ ГРУНТА ВИБРОРЫХЛИТЕЛЕМ ........................................................ 934.1. Цели и задачи экспериментальных исследований оптимизации режимоввиброрыхления прочных грунтов ................................................................................

934.2. Операции процесса рыхления грунта .................................................................. 944.2.1. Заглубление рыхлителя ...................................................................................... 954.2.2. Выглубление рыхлителя ..................................................................................... 964.2.3. Силы рыхления, действующие на наконечник ................................................ 964.3.

Функциональная схема СЭР ............................................................................... 1004.4 Функциональная схема БЭР ................................................................................. 1024.5 Влияние случайных возмущений на работу СЭР .............................................. 1044.6. Разработка устройства управления вибровозбудителем.................................. 1064.7.

Результаты экспериментальных исследований................................................. 1124.8. Оценка результатов экспериментальных исследований .................................. 1184.9. Анализ производительности рыхлительных машин с вибровозбудителями.

120Выводы к главе 4 ......................................................................................................... 123ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ............................................. 124СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................... 126Приложение А ............................................................................................................. 1364ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследования.Северную часть территории РФ можно без преувеличения назвать ключевымзвеном, участвующим в формировании государственной экономики и обеспечениинациональной безопасности.

Более 75 % всех полезных ископаемых страны и более1/3 экологически чистой территории Земли находятся в этом регионе.Следовательно, в этом отношении Север является глобальным стратегическимрезервом не только 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. На сегодняшний день там функционируюткрупнейшие промышленные комплексы по добыче и переработке природныхресурсов, что является основой экспортного потенциала РФ [78, 79].Помимо физического роста объема производимых работ меняется характер икачество работ. В основном это связано с увеличением глубины рыхления.

Ростпарка техники для разработки грунтов, уровень рыхлительных работ отстают оттребований, предъявляемых практикой [9]. Эффективный метод разработкипрочных грунтов требует принципиально нового подхода к совершенствованиюсуществующих землеройных машин [7, 11]. Трудозатраты на производство работпо разработке грунта довольно значительны и составляют до 17 % стоимости всегообъёма выполняемых строительных операций, которые обеспечивают 12 %рабочих от общего количества, занятого в этом секторе строительства.Возрастающие с каждым годом объемы земляных работ приводят к необходимостиразработки эффективных технологических машин и агрегатов для реализациисамых трудоемких операций по разработке мерзлых грунтов [29].Привыполнениистроительныхработнарядуссуществующими(механическими, взрывными) все большее распространение находят новые методыразработки мерзлых грунтов, использующих, кроме достижений физики и химии,методы и средства автоматизации, позволяющие применять комбинированныетехнологии разрушения грунтов [10, 12].5При разработке мерзлых грунтов используются значительный парк иноменклатурафрезерных,дискофрезерныхибурильныхмашинсоспецифическими рабочими режущими органами.

Однако эти машины отличаетбольшая энергоемкость (более 0,5 кВт·ч/м3), низкая производительность (225 …399 м3 в смену), повышенные эксплуатационные расходы, что ограничиваетвозможность их внедрения в практику строительства при разработке прочныхгрунтов [19].Более эффективным методом разработки прочных грунтов является ихпредварительная разработка навесными рыхлителями на гусеничных тягачах.Повышение мощности машин для разработки грунтов не приводит к адекватномуувеличению их производительности, что заставляет искать новые, болееэффективные методы и средства [15].

Кроме того, не удается в полной мереиспользовать мощность двигателя тягача исходя из режима сцепления егодвижителя с грунтом. Повышенные динамические нагрузки, которым подвергаетсяконструкция машины, уменьшают эффективность рыхлителей на мощных тягачахпри разработке мерзлых грунтов [35, 37].Увеличить производительность землеройных машин, не увеличивая ихтяговых характеристик, то есть не наращивая их массу и габариты, можно за счетразработки машин, снабженных активными рабочими органами [46]. В этом случаеиспользуетсяидеяобоснованияэнергетическогопотока:механическая(возбуждение вынужденных колебаний режущей части рабочего органа);электрическая (облучение зоны резания мощным электромагнитным полем);тепловая (лазерное воздействие); газодинамическая (энергия взрыва вещества взоне резания) [36, 37].Разработказемлеройныхмашин,снабженныхрабочимиорганами,способными с высокой эффективностью работать на мерзлых грунтах,определяется более совершенным процессом влияния рабочих органов на грунт[10].При эксплуатации в режиме повышенных нагрузок, активизации рабочихорганов с помощью магнитостриктора имеют ряд преимуществ: конструктивная6простота и отсутствие в них подвижных частей, а также нечувствительностью кнеблагоприятным условиям внешней среды.

Эффективность использованиямагнитострикционных вибраторов при разработке прочных грунтов подтвержденанатурными испытаниями [4, 18].Разупрочнениемерзлогогрунтаприраспространениивнемвысокочастотных вибраций связано с передачей энергии вибровозбудителя вмассив грунта [17]. Высокочастотная волна, распространяясь, приводит кдеформации материала, за счёт сжатия-растяжения и сдвига. Результатомстановится разрушение или существенное разупрочнение массива грунта, взависимости от силы потенциала волны и времени её приложения [2, 14].Повышение степени интенсивности излучаемой волны достигается за счетувеличения амплитудных значений колебаний отдельного вибровозбудителя илисуммирования излучаемых волн от группы вибровозбудителей малой мощности.Второй вариант имеет ряд преимуществ перед первым, в котором растутэнергетическиепотеривсамомвибровозбудителе,чтоприводиткпереизмельчению тяжелого грунта в плоскости его контакта с рабочим органоммашины, препятствуя передаче энергии грунту [23, 34].