Обоснование рациональных параметров гидропривода и конструкции манипуляторов морских кондукторов для погружения свай

Актуальность темы

В настоящее время Россия активно укрепляет свои позиции на мировом рынке жидких углеводородов. В связи с этим растет потребность и в строительстве новых морских терминалов. Прибрежное мелководье вынуждает выносить причально-перегрузочные комплексы для нефтеналивных танкеров далеко в море, соединяя их с береговыми комплексами хранения нефтепродуктов морскими эстакадами.

Для строительства морских эстакад, опоры которых, как правило, возводятся на забивных свайных фундаментах, широкое применение получают специализированные механизмы — кондукторы, через направляющие элементы которых и производится забивка свай.

Введение

в эксплуатацию таких кондукторов позволяет укорить темп строительства и снизить его стоимость. Современные модели оснащаются гидравлическим приводом.

Гидропривод кондуктора служит для выравнивания его при выставлении на проектные отметки, обеспечивает позиционирование направляющего устройства, раскрытие/закрытие захватного механизма и выполнения вспомогательных операций. Работа элементов гидропривода рабочего органа сопровождается вибрационными и ударными нагрузками, передающимися от погружающих устройств (вибропогружатель, гидромолот). Влияние вибрации негативно отражается на работе привода, что приводит к уводу сваи с оси забивки. Поэтому при проектировании гидроприводов важной задачей является выбор его параметров, позволяющих снизить или полностью устранить воздействие вибрации.

В процессе погружения свай на акватории наибольшую сложность представляет неопределенность геоподосновы дна. Т. е наличие в донном грунте препятствий (чаще всего валуны), при попадании на которых сваи резко увеличиваются нагрузки в узлах направляющих устройств, что на практике приводит к выходу их из строя из-за недостаточного запаса прочности.

В связи с этим актуальным становится вопрос исследования и обоснования рациональных параметров гидропривода направляющих устройств (манипулятора) под действием вибрации, а также анализ воспринимаемых нагрузок его металлоконструкцией при работе на акватории.

Целью работы является повышение эффективности эксплуатации объемного гидропривода и конструкции манипуляторов морских кондукторов для погружения свай в условиях вибрационного воздействия.

Научная новизна работы состоит в следующем:

— разработана методика и выполнен расчет рациональных параметров объемного гидропривода манипулятора для погружения свай;

— разработана математическая модель воздействия вибрации на гидрозамок, что позволило скорректировать его параметры для устойчивой работы гидропривода.

— исследовано влияние вибрационного воздействия на гидрозамки, что позволило разработать способы стабильного позиционирования направляющего пенала манипулятора на заданной оси;

— обоснован коэффициент запаса по давлению в гидроприводе манипулятора, обеспечивающий надежность его эксплуатации при различных ситуациях, возникающих в процессе погружения свай;

— установлен режим восприятия гидроприводом паралеллограммной подвески и раздвижных створок манипулятора внешних воздействий при погружении свай ударным и вибрационным методами;

— установлен характер распределения нагрузок в металлоконструкции манипуляторов при различных условиях погружения свай, на основании которого разработана методика их расчета и проектирования;

— определена экономическая эффективность «пионерного» способа строительства при использовании гидрофицированного манипулятора.

Практическая ценность работы заключается в разработке модернизированных типов многозвенных манипуляторов, обладающих надежной металлоконструкцией и стабильным гидроприводом. Это обеспечило ритмичное и качественное выполнение свайных работ при строительстве морских причалов и эстакад «пионерным» способом с использованием переставных кондукторов.

Обоснованность и достоверность научных положений. Достоверность результатов исследований обусловлена корректностью исходных предпосылок и принятых допущений при составлении математических моделей и подтверждена данными, полученными в ходе лабораторных экспериментов. Достоверность научных положений подтверждается также результативным использованием разработанных рекомендаций, методик расчета и проектирования при создании современных моделей гидравлических манипуляторов и их эффективным использованием в составе кондукторов в процессе сооружения свайных оснований морских причалов и эстакад.

Реализация работы. Методика расчета манипуляторов с гидравлическим приводом использована филиалом ОАО ЦНИИС НИЦ «Стройтехкомплексы» при проектировании, изготовлении и поставке по заказу ООО «Сочиморстрой» манипуляторов новой модели МН-1 в составе специального технологического оборудования. Таким образом результаты работы были практически реализованы этой организацией при строительстве глубоководных причалов нефтеналивного терминала в г. Приморске на Финском заливе.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на международной научной конференции во Владимирском государственном университете в 2008 г., а также на заседании кафедры.

Путевые, строительные машины и робототехнические комплексы" МИИТа в 2009;2010 годах.

Публикации. Получен (в соавторстве) патент РФ на полезную модель № 91 345 «Переставной четырехопорный кондуктор для строительства морских эстакад». Статьи:

1. Крицберг JI.B., Мазаев В. Ю. Сооружение свайных причалов на морских акваториях с использованием кондуктора. Научные труды ОАО ЦНИИС — Вып. 238 — М.: ОАО ЦНИИС, 2007 -124 с.

2. Крицберг JI.B., Мазаев В. Ю. Современные технологии и кондукторы для свайных работ на акватории. Транспортное строительство, № 1, 2010, стр. 6−8.

3. Панин И. А., Крицберг Л. В., Виноградов О. В., Мазаев В. Ю. Особенности конструкции и гидропривода манипуляторов для свайных работ при сооружении морских эстакад и причалов. Подъемно-транспортное дело, № 5−6 — М.: Hull Подъемтранссервис, 2009.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов и 9 приложений. Диссертация содержит 183 страниц основного текста с иллюстрациями и список используемой литературы из 59 наименования.

Общие выводы и рекомендации Выводы.

Теоретические разработки, экспериментальные исследования и опыт применения конструкций в условиях реального строительства с участием автора позволили установить следующее:

1. Использование «пионерной» технологии обеспечивают высокую скорость строительства гидротехнических сооружений и неразрывность технологического потока. Наличие гидравлических манипуляторов, позволяет производить корректировку положения свайного элемента в случае его ухода от оси забивки, погружать сваи под любым необходимым углом.

2. Разработана математическая модель расчета выходной характеристики гидропривода, реализованная в электронных таблицах Excel, что позволяет существенно сократить трудоемкость и время расчета.

3. Разработана математическая модель воздействия вибрации на гидрозамок, что позволило скорректировать его параметры для устойчивой работы гидропривода.

4. Экспериментальные исследования воздействия вибрации на гидрозамки позволили установить характер изменения утечек при различной установке замка. На основании чего установлены параметры для максимального снижения возможных утечек на 42%.

5. Изменение геометрии раскрытия створок манипулятора позволило уменьшить требуемую рабочую зону манипулятора на 28%. Уменьшение габаритных размеров при раскрытии створки составило 35%.

6. Моделирование процесса погружения при различных положениях сваи в среде COSMOSWorks позволило произвести анализ распределения нагрузок на элементы металлоконструкции манипулятора. Повышение толщины стенки профиля с 8 до 10 мм увеличивает коэффициент запаса на 15% .В результате К3 = 2. Для уменьшения контактных напряжений за счет конструктивных изменений предложено увеличить К3 до 2,74.

7. Проведенные тензометрические испытания подтвердили адекватность результатов математического моделирования.

8. Полученные в результате выполнения работы новые технические решения являются патентно-способными. Получен в соавторстве патент на полезную модель № 91 345 «Переставной четырехопорный кондуктор для строительства морских эстакад».

Рекомендации.

В качестве рекомендательных документов, обеспечивающих разработку перспективных комплектов гидравлического оборудования для работ по «пионерной» технологии в работе приведены:

1. Методика расчета металлоконструкции манипулятора в зависимости от используемых свай и рекомендации по металлоконструкции;

2. Методика расчета и выбор основных частей системы гидропривода для «пионерного» способа строительства;

3. Типоразмерный ряд виброагрегатов.