Определение оптимальных параметров и условий использования рыхлителей в строительстве

Актуальность работы. В настоящее время в условиях перестройки народного хозяйства во Вьетнаме намечается большой подъем в развитии экономики страны. Генеральный план экономического и социального развития 2001;2010 гг. направлен на превращение Вьетнама в развитое социалистическое государство. Для этого предлагается значительно увеличить объем капитального и социального строительства. Предусматривается строительство многих ГЭС на реках на севере и на юге страны и другие объекты, связанные со значительным развитием сети автомобильных дорог и коммуникаций.

Объем строительства призван обеспечивать пропорциональное и динамичное развитие всего народного хозяйства, непрерывное наращивание экономического потенциала страны.

В материалах IX съезда КПВ определено, что основной задачей строительства является наращивание производственного потенциала страны на новой технической основе, сооружение жилищ и объектов коммунального, бытового и культурного социального назначения и транспортных коммуникаций.

Осуществление программы строительства государственных предприятий, жилых домов, школ, больниц, детских дошкольных учреждений и сети автомобильных дорог, стало возможным благодаря высоким темпом роста национального дохода. Развитие строительства во Вьетнаме подчинено основному принципу социализма — созданию материальной базы для всестороннего развития благосостояния всего народа. В таблице 1 приведены величина и степень ежегодного увеличения национального дохода Вьетнама (GDP) и экономическая структура в периоде 2000;2005 г. [99].

Таблица 1.

Национальный доход (СБР) в периоде 2000;2005 г.

2000 2001 2002 2003 2004 2005.

ОБР (млрд. донгов) в том числе: 228 892 272 036 313 623 361 016 399 942 444 139.

— сельское, лесное и рыболовство 62 219 75 514 80 826 93 072 101 723 107 913.

— промышленность и строительство 65 820 80 876 100 595 117 299 137 959 162 595.

— услуги 100 853 115 646 132 202 150 645 160 260 173 631.

Степень увеличения 9,5 11,2 13 14,9 16,5 18,4.

Особое внимание уделяется энергетическому строительству и развитию сети автомобильных дорог в стране. Следует отметить, что существующая сеть автомобильных дорог во Вьетнаме ещё не достаточно обеспечивает нормальное функционирование отраслей народного хозяйства. Качественная картина развития автомобильных дорог во Вьетнаме представлена в табл.2.

Таблица 2.

Динамика строительства автомобильных дорог во Вьетнаме по годам в тыс. км.

Типы дорог 1988 1992 1996 2000 2004.

Асфальтобетонные покрытия 9,4 10,58 11,84 13,26 14,85.

Гравийнощебеночные покрытия 48,7 54,81 68,51 85,63 107,03.

Грунтовые 26,9 28,77 30,64 32,51 34,38.

Чтобы вести страну в период индустриализации и модернизации по решениям VIII и IX съездов Коммунистической Партий Вьетнама одьщ’из важных задач является строительство и совершенствование сети автомобильных дорог. В условиях и характеристиках географий страны строительство автомобильной дороги Север-Юг или автомобильной дороги имени Хо Ши Мина имеет существенно важное значение. Эта дорога имеет длину выше 3300 км, протянута через всю страну с севера до юга через 28 провинций в 7 из 8 географических районов и 3 климатических районах Вьетнама. В составе этой дороги — 300 км должны построить новых дорог, а в остальном должны улучшить качество и расширить уже существующие части. 2/3 протяженности дороги Север-Юг проходит через горные местности. При строительстве дороги необходимо выполнить 36 106 млн. м земляных работ в течение 5 лет.

Значительный объем земляных работ в грунтах, осуществляемых в дорожном строительстве, особенно при сооружении дорог в горной местности, требует предварительного рыхления, и имеется в дорожном строительстве, особенно при сооружении дорог в горной местности. Так при строительстве автомобильной дороги имени Хо Ши Мина из 36 106 млн. м3. объема земляных л работ -18 000 млн. м выполняются в прочных грунтах [101]. Во Вьетнаме в соответствии с проектами строительства дорог в горных районах, наряду с другими строительными машинами в больших объемах применяются рыхлители.

В области изучения методов рыхления грунтов и пород рыхлителями и теории расчета рыхлительного оборудования выполнены работы ряда исследователей. В Российской Федерации в этой области известны труды профессоров А. Н. Зеленина, Н. Г. Домбровского, В. И. Баловнева, И. А. Недорезова, Э. Н. Кузина, Д. П. Волкова, И. К. Растегаева. Исследования профессора Е. М. Кудрявцева посвящены экономическому анализу выбора и определения параметров строительных машин. В области разработки методов выбора рыхлителей известны труды профессора А. Н. Зеленина и в области разработки вечномерзлых грунтов известны работы профессора И. К. Растегаева. В этих трудах разработаны методы определения тягового усилия рыхлителей, основных технических параметров, определения производительности рыхлителей. Однако вопросы оптимального определения массы рыхлителя в зависимости от тягово-эксплуатационных свойств рыхлителей и методы выбора рыхлителей в зависимости от условий эксплуатации в этих работах не решены в полном объеме. Важной задачей является разработка методики определения оптимальной массы рыхлителя и выбора рыхлителя из существующих на рынке. Эти вопросы имеют большое значение для Вьетнама в связи с большими объемами строительства в горных районах республики. Социалистическая Республика Вьетнам не имеет заводов по производству рыхлителей. Такие машины для нужд строительства закупаются на рынке. Поэтому методика выбора рыхлителей приобретает для Вьетнама важное значение. Такая методика позволит повысить эффективность использования рыхлителей и увеличить прибыль производителей работ. Тема диссертационной работы является необходимой и актуальной.

Цель диссертационной работы. Повышение эффективности использования рыхлителей на основании оптимизации параметров и выбора рыхлителей в зависимости от условий эксплуатации.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

• Установлены зависимости, определяющие характеры изменения времени рабочего цикла и производительности рыхлителя в зависимости от массы, мощности машины, прочности породы и дальности рыхления.

• Разработана методика определения оптимальной массы рыхлителя в зависимости от условий эксплуатации (прочность грунта, коэффициент сопротивления передвижения машины, коэффициент сцепления, коэффициент буксования, ширина зубьев, глубина рыхления, число зубьев, скорость рыхления, дальность рыхления и т. д.). Масса определялась на основании анализа времени рабочего цикла рыхлителя и производительность.

• Разработана зависимость определения величины силы сопротивления рыхления грунта, основанная на теории статики сплошной среды с введением интегрального показателя прочности грунта — числа ударов динамического плотномера. Динамический плотномер имеет корреляционную связь с другими показателями прочности по величине прохождения звуковых колебаний через среду, конуса вдавливания и т. д. Однако число ударов имеет важное преимущество перед другими методами. Интегральный показатель прочности грунта определяется простым прибором в полевых условиях. Зависимость определения силы сопротивления введена в формулу для определения оптимальной массы рыхлителя.

• Разработаны номограммы и программа определения оптимальной массы рыхлителя в зависимости от условия эксплуатации.

• Разработана методика выбора рыхлителей для данных условий эксплуатации из рыхлителей, которые предложены на рынке.

• Разработка номограмм и программы для выбора рыхлителей из предложенных на рынке.

Достоверность результатов работы подтверждена сопоставлением результатов аналитических расчетов с результатами имеющихся экспериментальных исследований по определению силы сопротивлений рыхлению грунтов и определению производительности рыхлителя. Практическая ценность работы заключается в следующем: Разработана методика определения оптимальной массы рыхлителя. Разработаны методика и программа выбора рыхлителей в зависимости от условий эксплуатации.

Разработана методика определения сопротивления рыхлению в зависимости от интегрального показателя прочности грунта — числа ударов плотномера ДорНИИ.

Методы переданы организации транспортного строительства № 1, которая находится во Вьетнаме, в городе Ханое.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

• Установленные зависимости, определяющие характеры изменения времени рабочего цикла и производительности рыхлителя в зависимости от массы, мощности машины и прочности породы.

• Теоретическое обоснование и методика определения силы сопротивления рыхлению грунта.

• Теоретическая методика определения оптимальной массы рыхлителя в зависимости от условий эксплуатации.

• Методика выбора рыхлителей для данных условий эксплуатации из имеющихся, которые предложены на рынке.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы опубликованы в 4 статьях, доложены и одобрены на ежегодных научно-технических конференциях Московского автомобильного дорожного института (ГТУ).

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 160 страницах машинописного текста и включает введение, пять глав, общие выводы, 51 рисунок, 21 таблиц и список литературы из 101 источников.

Общие выводы.

1. При разработке горных пород и твердых грунтов в строительстве широкое применение находят рыхлители. Во Вьетнаме в соответствии с проектами строительства дорог в горных районах, где наряду с другими строительными машинами будут в больших объемах рыхлители. Рыхление грунтов и пород как показывает практика, является наиболее доступным и менее затратным методом разрушения грунтов. На строительных объектах Вьетнама работает рыхлительное оборудование ведущих производителей дорожно-строительной техники на тракторах различного класса (фирмы «Катерпиллер Трактор» (США) рыхлители с бульдозерами на базе гусеничных тракторов мощностью 48−522 кВфирмы «Фиат — Ajumc"(FiatAllis, Италия, США) бульдозеры с рыхлителями мощностью 60,4- 391 кВтфирмы «Интернейшнл — Дрессер» (США) бульдозеры с рыхлителями мощностью 48,5335 кВтфирмы «Комацу» (Япония) бульдозеры с рыхлителями мощностью 49−463кВтзакрытое акционного общества «Челябинское строительно-дорожные машины» (Россия) бульдозеры с рыхлителями с тяговым усилием от 36,5 — 190 кНоао «Промтрактор» (Россия) бульдозеры с рыхлителями на тракторе Т330- оао «ЧТЗУралтрак» (Россия) бульдозеры с рыхлителями на тракторе ДЭТ-350).

2. В области изучения методов рыхления грунтов и пород рыхлителями и теории расчета рыхлительного оборудования выполнены работы ряда исследователей. Однако вопросы оптимального выбора массы рыхлителя в зависимости от тягово-эксплуатационных свойств рыхлителей в этих работах не решены в полном объеме. Важной задачей является разработка методики определения оптимальной массы рыхлителя и выбора рыхлителя из существующих на рынке. Эти вопросы имеют большое значение для Вьетнама в связи с большими объемами строительства в горных районах республики. Такая методика позволит повысить эффективность использования рыхлителей и увеличить прибыль производителей работ.

3. В диссертации разработана методика определения оптимальной массы и выбор рыхлителя в зависимости от основных технико-эксплуатационных параметров машины (мощности двигателя, массы машины, удельного сопротивления, ширина зубьев рыхлителя, числа зубьев, глубины рыхления, скорости работы и дальности рыхления). Методика основана на анализе системы показателей эффективности использования рыхлителей в строительстве (времени рабочего цикла, производительности рыхлителя).

Время рабочего цикла является одним из основных показателей эффективности. Оно входит в составном элементе при определении других показателей эффективности (производительности, удельной производительности, удельной металлоемкости, и удельной энергоемкости и.

ДР-).

4. Установлена аналитическая зависимость определения времени рабочего цикла и других показателей эффективности от основных технических и эксплуатационных параметров рыхлителей. Время рабочего цикла прямо пропорционально удельному сопротивлению копания грунта, ширине зубьев, глубине рыхления, дальности рыхления и обратно пропорционально массе машины, мощности двигателя и скорости рыхления.

5. Установлен характер изменения показателей эффективности времени рабочего цикла и производительности от массы и других технических параметров в условиях эксплуатации. На графиках каждая кривая рабочего цикла в зависимости от массы машины при других неизменных параметрах имеет точку минимума. Каждая кривая производительности в зависимости от массы имеют точку максимума. При одном значении удельного сопротивления копания грунта с увеличением мощности двигателя значение минимума кривой времени рабочего цикла уменьшается, а точка максимума кривой производительности увеличивается.

6.Установлена зависимость определения оптимальной массы машины от технических параметров рыхлителя и прочности грунта. Оптимальная масса рыхлителя увеличивается с увеличением мощности двигателя, удельного сопротивления грунта рыхлению, площади сечения прорезаемой цели. Оптимальная масса рыхлителя уменьшается с ростом рабочей скорости рыхлителя. Из графиков следует, что рыхлители с большей мощностью двигателя работают более эффективно, чем рыхлители той же массы, но с меньшей мощностью двигателя.

7. Оптимальная масса зависит от величины удельного сопротивления грунта рыхлению. Величина удельного сопротивления зависит от прочности грунта и конструкции рабочего органа. При выборе рыхлителя для конкретных условий эксплуатации необходимо знать величину удельного сопротивления копания конкретных пород.

8. В работе предложена экспериментальная зависимость определения сопротивления рыхлению на основании теории механики сплошной среды, разработанной профессором В. В. Соколовским. В этой связи горизонтальная составляющая сопротивления рыхлению прямо пропорциональна тангенсу угла внешнего трения грунта «tg5», котангенсу угла внутреннего трения «ctgp», котангенсу угла рыхления «ctgap>>, силе сцепления грунта «Ксц», числу ударов плотномера «Суд», ширине зубья рыхлителя «Ьр» и глубине рыхления «hp».

9. На основе разработанных положений сформулирована аналитическая зависимость определения оптимальной массы рыхлителя от основных технических параметров и прочностных свойств на основе теории механики сплошной среды интегрального показателя прочности — числа ударов плотномера. Разработан графический метод выбора оптимальной массы машины в зависимости от основных технических параметров и прочностных свойств грунта, которые определяются различными методами (удельным сопротивлением копания «Кудр», числом ударов плотномера «Суд».

Ю.На основании разработанной зависимости определения оптимальной массы рыхлителя и разработана программа выбора рыхлителя в зависимости от условий эксплуатации и, прежде всего, от прочностных свойств грунта по числу ударов плотномера. Это обеспечивает простой и удобный метод выбора рыхлителей для производства строительных работ в конкретных грунтовых условиях по интегральному показателю прочности — числу ударов плотномера.

11. Выполнен расчет технико-экономической эффективности от реализации результатов исследований. Методика передана организации транспортного строительства № 1, которая находится во Вьетнаме, в городе Ханое.

По результатам исследований опубликованы четыре печатные работы, в которых отражены основные положения диссертации.

1. Нгуен Зань Шон Определение сопротивлений рыхлению при разработке прочных грунтов Сборник «Актуальные проблемы технической эксплуатации строительных и дорожных машин» -М. МАДИ, 2004, с 26−31.

2. Нгуен Зань Шон, Баловнев В. И., Выбор рыхлителей в зависимости от условий эксплуатации — Журнал «Механизация строитльства» -№ 9, 2004, с14−18.

3. Нгуен Зань Щон, Баловнев В. И., Определение сопротивлений при разработке грунтов рыхлителем по интегральному показателю прочности — числу ударов плотномера — Журнал «Дорожные и строительные машины» — № 6, 2005, с 12−14.

4. Нгуен Зань шон Выбор рыхлителей по величине интегрального показателя прочности грунта — Сборник трудов международной научно-технической информации ИНТЕРСТОИМЕХ, г. Тюмень, 2005, с 35−37.

Направление дальнейших исследований: • Разработка методика определения оптимальной массы рыхлителя с учетом вероятного характера условий эксплуатации.