Диссертация (1173099), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Групповое использованиевибраторовдаетвозможностьполучитьмаксимальнуюинтенсивностьэнергетического потока в массив материала на некоторой дистанции от рабочегооргана. К тому же интенсивность излучения акустического поля в массив грунтагруппой излучателей n2 (где n - число излучателей) превосходит интенсивностьизлучения отдельного устройства, что дает возможность разрушать отдельныеглыбы мерзлого грунта размером 3 х 5 м, полученные от щелерезной машиныпогружением рабочего органа на глубину промерзания грунта или глубину егоразрушения [38]. Сложность использования энергетических возможностейвысокочастотныхколебанийрабочихоргановсвязанаспроблемами,возникающими при передаче энергии в грунт [45].Рабочийорганрыхлительноймашиныприприложениикнемувысокочастотных колебаний в резонансном режиме вызывает максимальныйэффект разрушения грунта [86].
В процессе рыхления массива тяжелого грунта7установленная частота резонанса виброколебательной системы не остаетсяпостоянной, принимая другие значения, зависящие от вынуждающей силысопротивления грунта [49]. Элементы конструкции рыхлительной машины сзакрепленным на них рабочим органом, воспринимая вибрационные воздействиявибратора, изменяют амплитуды его смещения и уменьшают значение мощностиэнергии высокочастотных колебаний, отдаваемой в массив грунта [50].Независимо от значения величины сопротивления грунта при стабилизациирежима резонанса, воздействующего на рабочий орган рыхлительной машины,мощность упругой волны, передаваемая в грунт, будет близка к максимуму.
Такимобразом, возникает задача фиксации и поддержания параметров резонансногорежима виброколебаний рабочего органа рыхлительной машины с помощьюспособов оптимального согласования его с нагрузкой в виде присоединенного крыхлителю грунта.Используя теоретическое обоснование влияния процесса нагружениярабочего органа на величину рассогласования колебательной системы, необходиморазработать оптимальную систему управления динамическими характеристикамиактивного рабочего органа с грунтом для поддержания резонансного режима.Степень разработанности темы исследования.
Научные основы теориирыхления прочных и мерзлых грунтов представлены в работах: В.И. Баловнева,С.Н. Глаголева, В.П. Шардина, А.И. Доценко, А.Н. Зеленина, Р.Б. Желукевича, В.И.Емелина, Г.В. Кириллова, Г.В. Кустарева, И.Г. Растегаева, Ю.П. Бакатина, К.К.Шестопалова и других. Основное внимание в этих работах было уделено вопросамповышения эффективности процессов механического разрушения грунтов,производимого землеройно–транспортной машиной (ЗТМ), за счет выбораоптимальных конструктивных характеристик рабочих органов и оптимальныхрежимов использования их тяговых и эксплуатационных характеристик.Анализ результатов научных исследований показал, что производство работтрадиционными методами и агрегатами рыхления прочных грунтов не всегдаявляется эффективным из-за низкой производительности машин для рыхления ивысокой себестоимости технологического процесса разработки 1 м3 грунта.8Попытки нивелировать указанные недостатки за счет увеличения мощности ЗТМне дают желаемого результата из-за снижения общего КПД производстварыхлительных работ.
Повысить производительность землеройных машин, неувеличивая их тяговые характеристики, то есть не наращивая их массогабаритныехарактеристики, можно за счет разработки машин с активными рабочимиорганами. Один из эффективных методов повышения производительностипроцессов рыхления связан с использованием высокочастотных колебанийрабочего органа рыхлителя, возбуждаемых магнитострикционным вибратором взвуковом диапазоне. Рыхлитель достигает максимальной эффективности врезонансном режиме, что позволяет при малых расходах мощности создатьзначительную амплитуду смещения рабочего органа.
Поэтому необходимо решитьзадачу поддержания и стабилизации резонансного режима высокочастотногорыхлителя и согласования его с нагрузкой. Несмотря на имеющийся опыт,выявлена недостаточная изученность данного метода и необходимость созданиясистемы управления процессами разработки прочных грунтов на новых принципахи методах автоматизации, позволяющих значительно улучшить техникоэкономические показатели рыхлительных машин, что подчеркивает актуальностьэтой задачи.Цель диссертационной работы. Повышение эффективности работырыхлительных агрегатов при разработке мерзлых грунтов активным рабочиморганом с наложением на него резонансных колебаний звуковой частоты длястабилизации параметров резонансных колебаний активного рыхлительногооргана.Для достижения поставленной цели:1.Выполненанализразличныхметодовисредствреализациитехнологических процессов разработки прочных грунтов.2.Произведена сравнительная оценка потенциальных возможностейповышения эффективности разработки грунтов традиционными и предлагаемымиметодами вибрационного воздействия на рабочий орган рыхлительной машины.93.Разработана математическая модель колебательной системы «рабочийорган рыхлительной машины – магнитострикционный возбудитель излучениявысокочастотных колебаний в грунт» с критерием качественной оценки в видевеличины рассогласования между рабочим органом и параметрами волновогосопротивления процесса рыхления.4.Разработана структура функциональных взаимозависимых элементовавтоматизированнойсистемыэкстремальногорегулированияпроцессоввиброрыхления прочных грунтов.5.Разработаныметодическиеуказанияповыборуоптимальныхнастроечных характеристик системы автоматической оптимизации процессоввиброрыхления прочных грунтов в режиме резонансных колебаний рабочегооргана рыхлительной машины.6.Всоответствииспредложеннойметодикойосуществленаэкспериментальная проверка основных результатов положений и выводовтеоретических исследований.Объектисследования.Высокочастотныйрыхлительнаосновемагнитострикционного эффекта, используемый при разработке прочных и мерзлыхгрунтов.Методология и методы исследования.
Результаты диссертационнойработы получены на основе использования методов анализа особенностейпроцессов и технических средств разрушения прочных грунтов при рыхлении,теории подобия, регрессионного анализа, математического моделирования итеории автоматического управления.Предмет исследования. Режимы работы высокочастотного рабочего органарыхлителя при управлении согласованием динамических характеристик дляполучения резонансного режима процесса рыхления.Научная новизна работы заключается в использовании результатовтеоретических и экспериментальных исследований, обосновывающих наиболееэффективные режимы разработки мерзлых грунтов за счет наложения на активный10рабочийорганЗТМвысокочастотныхрезонансныхколебаниймагнитострикционного вибровозбудителя.Научная новизна работы заключается в разработке:•математической модели колебательной системы «рабочий органрыхлительной машины – высокочастотный магнитострикционный возбудительзвуковой упругой волны в грунт»;•выбора критерия оценки в виде величины рассогласования междурабочим органом и параметрами волнового сопротивления процесса рыхления;•структурыметодикивыборафункциональныхэлементовавтоматической системы экстремального регулирования процесса виброрыхленияпрочных грунтов.Теоретическая и практическая значимость диссертационной работы.Разработаны научный подход и основы для проектирования автоматическойсистемы оптимизации режима рыхления прочных грунтов рыхлителем с активнымрабочим органом на основе магнитострикционного эффекта.Основные положения, выносимые на защиту:1.Сравнение и выбор методов и средств реализации технологииразработки прочных грунтов с помощью излучения высокочастотных упругих волнмагнитостриктором в грунт.2.Определение и поддержание параметров резонансного режимаколебаний рабочего органа рыхлительной машины при воздействии на негосопротивления разрабатываемого грунта.3.Математическая модель колебательной системы «рабочий органрыхлительной машины – высокочастотный магнитострикционный возбудительзвуковой упругой волны в грунт».4.Концепция согласования параметров вибрационного рабочего органарыхлительной машины с разрабатываемым грунтом и оптимального управлениямагнитострикционным вибровозбудителем в процессе рыхления.5.Структураиметодикавыборафункциональныхэлементовэкстремальной системы оптимизации процессов виброрыхления прочных грунтов.11Степень достоверности и апробации работы.
Достоверность научныхрезультатов, рекомендаций и выводов исследования технологических процессовразработки прочных грунтов доказана применением адекватных методовтеоретическихиэкспериментальныхисследований;количественнымиикачественными данными, полученными с помощью аналитических моделейвзаимодействия виброрыхлителя с грунтом и математического моделированияоптимальной технологии виброрыхления, успешным внедрением результатов впрактику разработки автоматизированных процессов рыхления.Основныеположениядиссертационнойработыдокладывалисьиобсуждались на конференциях и семинарах: на 76 и 77 Научно-методических инаучно-исследовательских конференциях МАДИ (в 2018–2019 гг.), ХХIIМосковской международной межвузовской научно-технической конференциистудентов, магистров, аспирантов и молодых ученых «Подъемно-транспортные,строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы» (2018 г.), на Международной научно-практической конференции «Роль и значениенауки и техники для развития современного общества» (2018 г.), на IEEE FRUCT2019: 24th Conference of Open Innovations Association FRUCT, на Международнойнаучной электроэнергетической конференции ISEPC-2019.Практическая ценность.
Практическая ценность работы состоит вповышении эффективности процессов разработки прочных грунтов с помощьювнедрения новой технологии оптимального управления вибрационным рабочиморганом рыхлительной машины, которая позволяет снизить энергоемкостьпроизводства работ на 25 %, повысить производительность рыхлительных машин.Разработана структура и функциональное наполнение системы экстремальногоуправления процессом виброрыхления в режиме резонанса.Публикации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
