Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования 8
1.1. Бестраншейные способы прокладки коммуникаций и сфера их практического использования 8
1.2. Оборудование для реализации технологии бестраншейной прокладки коммуникаций 18
1.3. Основные аспекты управления исполнительного органа при бестраншейной прокладке коммуникаций 26
1.4. Обзор существующих исследований взаимодействия исполнительного органа прокалывающей установки с массивом грунта ... 33
1.5. Цели и задачи исследования 44
2. Разработка расчетной модели взаимодействия исполнительного органа прокалывающей установки с грунтовым массивом 45
2.1. Постановка задачи расчета 45
2.2. Формирование базового уравнения для определения усилия прокола.
2.3. Исследование влияния длины става и горно-геологических условий на усилие прокола 53
2.4. Разработка обобщенной расчетной модели взаимодействия исполнительного органа с грунтовым массивом 59
Выводы 72
3. Экспериментальные исследования основных закономерностей управляемого прокола 73
3.1. Общие положения методики экспериментальных исследований 73
3.2. Стендовая база и инструмент 74
3.3. Экспериментальные исследования влияния основных параметров на показатели процесса взаимодействия исполнительного органа прокалывающей машины с грунтовым массивом 85 Выводы 94
4. Теоретические исследования взаимодействия исполнительного органа с грунтовым массивом 95
4.1. Обоснование угла наклона рабочей поверхности головной секции.. 95
4.2. Имитационное моделирование взаимодействия исполнительного органа с грунтовым массивом 97
4.3. Статистическая обработка результатов имитационного моделирования 105
4.4. Методика расчета основных показателей работы прокалывающей машины 121
4.5. Пример расчета основных показателей работы прокалывающей машины 125
Выводы 130
Заключение 132
Список литературы:
- Оборудование для реализации технологии бестраншейной прокладки коммуникаций
- Обзор существующих исследований взаимодействия исполнительного органа прокалывающей установки с массивом грунта
- Исследование влияния длины става и горно-геологических условий на усилие прокола
- Экспериментальные исследования влияния основных параметров на показатели процесса взаимодействия исполнительного органа прокалывающей машины с грунтовым массивом
Введение к работе
Актуальность темы. Ускоренные темпы роста объёмов строительства и освоения подземного пространства, повышение требований к экологической безопасности ведения горных работ при устройстве тоннелей и прокладке инженерных коммуникаций в условиях небольших глубин и наличия на поверхности зданий и сооружений обуславливают необходимость создания технических средств, обеспечивающих образование выработок с минимальным воздействием на окружающий массив. В значительной степени этим условиям отвечают машины реализующие технологию проходки выработок малого сечения методом прокола. При этом обеспечивается сохранение устойчивости и целостности вмещающих пород, комплект оборудования компактен и мобилен, не требуется значительных территорий и времени для подготовки и выполнения работы. Однако отсутствие научно обоснованных методов выбора режимов работы установки, обеспечивающих проходку выработок заданного профиля, ограничивает возможности такой техники и препятствует её широкому использованию. Кроме того, отсутствие описания механизма взаимодействия исполнительного органа машины с массивом не позволяет сформировать концепцию и реализовать управляемость исполнительного органа при его движении по заданной траектории, что существенно ограничивает область применения прокалывающих установок и определяет актуальность диссертации.
Работа выполнялась в рамках хоздоговорной тематики № 032505 и № 032602 (Генеральный заказчик – ЗАО «Строительный инструмент»).
Цель работы. Обоснование конструктивных параметров, режимов работы и выявление закономерностей формирования нагрузок на исполнительном органе при его взаимодействии с грунтовым массивом, обеспечивающих управление прокалывающей установкой и проходку выработки малого сечения заданного профиля в различных горно-геологических и горно-технических условиях.
Идея работы. Движение исполнительного органа прокалывающей установки по заданной траектории обеспечивается за счет конструктивного исполнения головной секции става при соблюдении силовых режимов проходки, задаваемых на основании установленных закономерностей взаимодействия исполнительного органа с массивом.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:
- с использованием метода начальных параметров разработана математическая модель описания напряженно-деформированного состояния исполнительного органа прокалывающей установки при его взаимодействии с грунтовым массивом, позволяющая определять отклонение от прямолинейной траектории в зависимости от режимов работы установки с учетом конструктивных характеристик головной секции става, физико-механических свойств массива и глубины заложения;
- в качестве режимного параметра работы прокалывающей установки, обеспечивающего движение исполнительного органа по заданной траектории, целесообразно использовать усилие прокола, задаваемое на основании выявленных закономерностей и условий ведения работ;
- конструкция исполнительного органа управляемой прокалывающей установки должна иметь головную секцию, геометрические параметры которой выбираются исходя из свойств грунтового массива, что позволит обеспечить необходимый профиль прокладываемой выработки.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается представительным объемом теоретических исследований процесса взаимодействия исполнительного органа прокалывающей установки с грунтовым массивом; подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов, полученных расчетным путем, с результатами экспериментов (средняя величина относительной погрешности не превышает 15 %).
Работа соответствует шифру специальности 05.05.06 –"Горные машины", ее формуле, а так же пунктам "изучение закономерностей внешних и внутренних рабочих процессов в горных машинах, комплексах и агрегатах с учетом внешней среды", "обоснование параметров и режимов работы машин и оборудования и их элементов", "обоснование и выбор конструктивных и схемных решений машин и оборудования во взаимосвязи с горнотехническими условиями, эргономическими и экологическими требованиями", области исследования.
В работе использован комплексный метод исследования, включающий научный анализ и обобщение опыта эксплуатации прокалывающих установок; разработку математической модели, основанной на методе начальных параметров, для описания напряженно-деформированного состояния исполнительного органа прокалывающей установки при его взаимодействии с грунтовым массивом; экспериментальные и теоретические исследования закономерностей процесса взаимодействия исполнительного органа управляемой прокалывающей установки с массивом, проведение и обработку результатов численных экспериментов, анализ и обработку экспериментальных данных с применением методов теории вероятности и математической статистики, сопоставление экспериментальных и расчетных данных.
Научное значение работы заключается в установлении закономерностей формирования нагрузок на исполнительном органе прокалывающей установки при его взаимодействии с грунтовым массивом, приводящих к отклонению от прямолинейной траектории в зависимости от физико-механических свойств массива и глубины заложения, что позволяет обосновать его конструкцию, выбрать режимы работы установок и расширить область их применения на проходку выработок заданного профиля.
Практическое значение работы:
- разработан пакет программ для персонального компьютера, позволяющих рассчитывать напряженно-деформированное состояние исполнительного органа прокалывающей установки при его взаимодействии с грунтовым массивом;
- разработана «Методика расчета режимов работы управляемой прокалывающей установки». Показано, что серийная установка прямолинейного прокола УМТ-0,6, оснащенная ставом диаметром 7010 мм, длиной 55 м с головной секцией длиной 1,42 м с углом наклона рабочей площадки к оси става 30о, при соблюдении расчётных режимов работы осуществляет проходку криволинейной выработки заданного профиля, что расширяет область её применения;
- создан полноразмерный стенд для исследования работы прокалывающих установок в широком диапазоне изменения режимных и геометрических параметров.
Реализация работы. «Методика расчета режимов работы управляемой прокалывающей установки» передана ООО «Скуратовский опытно-экспериментальный завод» и использована при разработке и создании экспериментальных и опытных образцов прокалывающих установок. Результаты работы используются в учебном процессе по дисциплине «Горные машины и комплексы» 17.01.00.
Апробация работы. Основное содержание работы и отдельные ее положения докладывались и получили одобрение: на ежегодной конференции «Неделя горняка», МГГУ, г.Москва, 2005 – 2007 гг.; на конференциях молодых ученых и конференциях профессорско-преподавательского состава в ТулГУ, г.Тула, (2005, 2006 и 2007 гг.); на III Международном научном симпозиуме "Ударно-вибрационные системы и машины и технология", ОрелГУ, г.Орел (2006 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 статей.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и основных выводов, изложена на 137 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка, 16 таблиц, список использованной литературы из 39 наименований и приложения.
Оборудование для реализации технологии бестраншейной прокладки коммуникаций
При возникновении отклонения оператор должен, без продавливания, повернуть головную секцию на 180 и осуществлять продавливание без вращения до того момента пока исполнительный орган снова не окажется на трассе.
Положение исполнительного органа в грунте, углы наклона в плане и профиле и угол поворота вокруг продольной оси, при криволинейных трассах определяется с помощью локационной системы.
Однако даже при использовании самых современных систем навигации существуют определенные риски.
Строительный риск при горизонтальном бурении и прокалывании тесно связан с грунтовым риском. [10] Никогда нельзя на 100% утверждать, что на трассе не возникнет препятствий. Грунтовый риск влияет на возможность провести проходку и, соответственно, на расходы. При выполнении проходки возникают следующие факторы риска:
1. Формации грунта, содержащие большие посторонние включения, могут осложнить проходку (такие грунты являются причиной сразу двух проблем:
При пилотной проходке можно наткнуться на объект большой твердости. Эту проблему можно решить, либо пробурив его насквозь (при применении шарошковой головки), либо отодвинуть его в сторону, либо изменить трассу. Если проходка проводится с обыкновенной буровой головкой, то, практически, остается только возможность уклониться;
Вторая проблема может возникнуть как при пилотной проходке, так и при расширении. Задвинутые в стенку выработки камни могут выпасть обратно в пространство выработки, несмотря на укрепляющее воздействие буровой жидкости)
2. Резкий переход от твердых грунтов к мягким или наоборот представляет для бестраншейных технологий проблему: продолжение проходки приведет к образованию "ступеньки", а "ступенька" - к тому, что труба будет застревать в выработке; a)
Примеры локационных навигационных приборов для установок проведения криволинейных выработок: а) геолокатор фирмы А Digital Control Inc; б) локационная система Spot D Тек III фирмы McLaughlin Mfg.Co; в) радиолокационная система DrillCheck. 3. Очень твердые слои грунтов, которые расположены под маленьким углом (почти параллельно) к направлению проходки, могут её усложнить. Например, если во время пилотной проходки штанги заводились в землю с постоянным углом наклона, то при столкновении с очень твердой формацией, расположенной почти параллельно к углу входа головной секции возникает следующая проблема: головная секция скользит по этой поверхности и, уклоняясь все больше от намеченной трассы, не может проникнуть в этот слой.
Таким образом, проведенный анализ показал, что одно из наиболее актуальных направлений развития техники для подземных горных работ является создание компактных и мобильных, не требующих значительных территорий и времени для подготовки оборудования и выполнения работы, установок управляемого прокола, способных высокопроизводительно выполнить проходку прямолинейных выработок малого диаметра. При этом существующие на рынке образцы такой техники в значительной степени отвечают требованиям потребителей, но дальнейшее расширение области их применения на проходку криволинейных выработок сопряжено с необходимостью решения целого ряда проблем, связанных с построением описания взаимодействия исполнительного органа с массивом, выработкой рекомендаций конструктивного исполнения головной секции для конкретных условий ведения работ и обоснованием режимов работы установки в целом.
Обзор существующих исследований взаимодействия исполнительного органа прокалывающей установки с массивом грунта. В работе Б.Ф. Белецкого "Технология и механизация строительного производства" рассматриваются различные виды наконечников для бестраншейной прокладки труб способом прокола и определяется выражение для расчета необходимого усилия вдавливания. [11] При выполнении работ методом прокола головные секции ставов для уменьшения сопротивлений, возникающих при деформации грунта, и снижения сил трения при вдавливании става в грунт снабжаются специальными конусными наконечниками. Разновидности конусных наконечников приведены на рисунке 1.15 (а—д). Иногда применяют расширительные пояса с заглушками (см. рис. 1.15, р, ф). При небольшой длине прокола трубы прокалывают открытым концом (см. рис. 1.15, к).
Тип и количество вдавливающих устройств, способных развить требуемое усилие, выбирают в соответствии с необходимым расчетным усилием вдавливания, которое зависит от диаметра и длины прокладываемого трубопровода, а также вида грунта. Необходимое нажимное усилие для продвижения в грунте става определяются расчетом по формуле: где: Re - радиус сечения отверстия (скважины) в грунте; упл — коэффициент сопротивления грунта; щ - пористость грунта до прокалывания; Мт - масса 1 м става (футляра), кг; L - длина проходки (прокола), м; / -коэффициент трения стали о грунт. На рисунке 1.16 показан график для определения необходимого усилия для прокола става разных условных диаметров Dy на длину L, м, в песчаных ( ) и глинистых ( ) грунтах.
Усилия, требующиеся для прокола, колеблются в пределах от 150 до 2000 кН. Определив нажимное усилие, принимают необходимое число гидродомкратов для силовой установки, а также выбирают тип упорной стенки в котловане. Рис. 1.15. Головные секции для бестраншейной прокладки труб способом прокола: а ,б, в — конусные ; г — конусный с эксцентриситетом ; д — конусный со штырем ; е , ж— конусный с щелевыми прорезями ; з — конусный с усеченной вершиной ; и — конусный с отверстиями для увлажнения грунта; к — открытый конец трубы ; л — открытый конец трубы с кольцом ; м — приварная заглушка ; н — съемная заглушка ; о — кольцевой нож с наружным скосом кромок ; п — то же , с приварной заглушкой ; р — кольцевой нож с внутренним скосом кромок ; с — кольцевой нож клиновидной формы с внутренним скосом кромок ; т — нож серпообразного сечения ; у — то же , с приварной заглушкой ; ф — кольцевой нож с направляющими пластинками (стабилизаторами).
Обзор существующих исследований взаимодействия исполнительного органа прокалывающей установки с массивом грунта
В общем случае расчетная схема распределения силовых факторов представлена на рис. 2.2. Pn Расчетная схема распределения общего усилия прокола Анализ, проведенный в главе 1 позволил выявить, что при определении общего усилия прокола ставами малых диаметров учитываются не все факторы, отражающие реальную работу исполнительного органа в конкретных горно-геологических условиях. Так, например, не в полной мере учитываются параметры горного давления (даже на небольших глубинах) и как следствие конструктивного исполнения предлагаемого рабочего органа -его взаимодействие с массивом. Исходя из этого, необходимое общее усилие прокола Рпр будет складываться из усилия вдавливания рабочего органа Р т, затрачиваемого на уплотнение грунта, усилий Р х и Р 2 возникающих от трения става о грунт под влиянием горного давления и собственного веса става, и усилия Рсц от сцепления става с грунтовым массивом. Кроме того, при статическом продавливании (без вращения) возникают реактивные нормальные PN и касательные РТ силы на рабочей поверхности головной секции. Тогда в общем виде выражение для определения усилия прокола можно представить следующим образом: Pnp = P Pmp., +Pmp.,2 + PC4 + PNsina + PlCosa, (2.1) где а - угол наклона рабочей площадки головной секции к оси выработки.
Существующие методы определения усилия прокола конусообразным исполнительным органом [13] базируются на том, что при его внедрении в грунт уплотнение происходит в результате структурных деформаций, возникающих в локальной зоне, окружающей внедряемое тело. При этом частицы грунта перемещаются в радиальном от оси става направлении и при внедрении рабочего органа формируют сферическую зону повышенных напряжений (см. рис. 1.1). Считается, что по всему сечению такой зоны действует среднее критическое напряжение, равное коэффициенту сопротивления грунта уплотнению 8ут, который имеет следующие значения: для глин - 1500-2000 кПа; для песков - 5000-6000 кПа. В такой постановке для конечного определения усилия Р в работе [13] предложена формула, базирующаяся на равенстве объема вытесненных частиц грунта из скважины объему пор в зоне структурных ослаблений, представляемая в следующем виде: где d - диаметр исполнительного органа (трубопроводного става), м; «о -коэффициент пористости грунтового массива.
При внедрении исполнительного органа с плоской поверхностью с учетом его вращения процесс формирования скважины будет аналогичен процессу с конусообразным наконечником, исходя из чего формула (2.2) сохраняет свое функциональное назначение.
Определение усилия Рот„ і основывается на начальном напряженном состоянии массива по контуру сечения будущей выработки в полярной системе координат [24]. На рис. 2.3 представлена расчетная схема в виде упругой плоскости с качественной картиной эпюры радиальных напряжений вокруг будущей выработки. Вертикальное 7( и горизонтальное а2 начальные напряжения на рисунке представлены в виде уНи ЯуН (у -средний объемный вес покрывающего скважину грунтового массив, кН/м3; Н - глубина заложения выработки, м; Я = - коэффициент бокового l-v давления; у - коэффициент Пуассона вмещающего скважину грунта). При такой постановке распределение радиальных напряжений по контуру сечения будущей выработки определяется из выражения [24]:
Для определения суммарной нагрузки в поперечном сечении става (интенсивности) необходимо выражение (2.3) проинтегрировать по всей окружности:
Определение второй составляющей трения става о грунт основывается на собственной массе става и может быть получено из следующего выражения: где Сст - коэффициент сцепления става с грунтом, кПа (по данным [13] при проходке выработки в связных, липких грунтах, в частности во влажных глинах, Сст принимается равным 2-3 кПа).
С учетом полученных выражений (2.2), (2.6), (2.7) и (2.8) уравнение (2.1) преобразовывается в следующий вид: 4ц 2 1-у 4 Полученное уравнение является базовым для обоснования усилий прокола в режиме 3, сформированном в п. 2.1. Однако данное уравнение не может быть решено ввиду неопределенности PN и Рт. При исключении сил сопротивления PN и Рт, т.е. при работе исполнительного органа в режиме постоянного вращения с продавливанием, когда усилию продавливания препятствуют только силы трения става и сопротивления уплотнению (режим 6, при котором остальные реактивные усилия погашаются работой на вращение исполнительного органа и става), выражение (2.9) приобретает вид:
Данное уравнение соответствует режиму 5 (п. 1.1) работы исполнительного органа. Преобразование уравнения (2.9) в таких интерпретациях является правомерным, т.к. для определения усилия прокалывания нет необходимости учитывать сопротивление трению и сцеплению става по грунтовому массиву, которое происходит в перпендикулярной относительно оси трассы плоскости. Такое сопротивление предопределяет режим работы исполнительного органа только на вращение.
Исследование влияния длины става и горно-геологических условий на усилие прокола
Примем к исследованию изменение данного отношения для трех модификаций исполнительного органа со следующими сортовыми профилями ставов: 070x10, 096,5x14 и 0 120x15 мм.
Анализ некоторых характеристик грунтов показал [25,26], что в качестве постоянных (имеющих незначительные колебания для различных грунтов) можно принять следующие: объемный вес у - 20 кН/м и коэффициент Пуассона v = 0,3. Кроме того, стандартным является и объемный вес материала става уст = 78,5 кН/м3. В итоге после подстановки известных показателей для трех модификаций исполнительного органа получим следующие выражения (в порядке возрастания диаметра):
Данные табл. 2.1 показывают, что коэффициент трения исполнительного органа прокалывающей установки о различные типы грунтов колеблется в пределах от 0,3 до 0,6. При анализе литературных источников [27,28] выявлено и возможное колебание сцепления материала става с грунтами в интервале значений от 1 до 10 кПа. К исследованию примем изменение глубины заложения скважины от 1 до 5 м.
Результаты расчета в виде ограничивающих для каждого става прямых представлены на рисунках 2.4, 2.5 и 2.6. Они характеризуют диапазоны изменения усилия Р{ при длине става 1 м. Верхние прямые на всех графиках получены при максимальных значениях коэффициента трения и сцепления, нижние, наоборот, при минимальных значениях/и Сст. 51 20- Є 18 16-14
Граничные прямые изменения усилия Р/ при единичной длине исполнительного органа первой модификации (070x10 мм) Рис. 2.5. Граничные прямые изменения усилия Р/ при единичной длине исполнительного органа второй модификации (096,5 14 мм) 22 1 20
Граничные прямые изменения усилия Pi при единичной длине исполнительного органа третьей модификации (0 120x15 мм) Таблица 2.1 Значения коэффициента трения исполнительного органа о грунты [25]
При анализе выражений (2.13)-(2.15) и их графической интерпретации было установлено, что при изменении коэффициента сцепления става с грунтом от 1 до 10 кПа и коэффициента трения / от 0,3 до 0,6 отношение — находится для става с внешним диаметром d = 0,07 м в следующих диапазонах: при глубине заложения выработки Н = 1 м - от 1,21 до 4,17 кН/м; при #= 2 м - от 2,15 до 6,06 кН/м; при Н= 3 м - от 3,09 до 7,94 кН/м; при Н= 4 м - от 4,03 до 9,83 кН/м; при Я = 5 м - от 4,98 до 11,71 кН/м. Для става с диаметром d = 0,0965 м соответствующие показатели следующие: 1,69-5,81 кН/м; 2,99-8,41 кН/м; 4,29-11,01 кН/м; 5,59-13,60 кН/м; 6,89-16,20 кН/м. При диаметре d= 0,120 м соответственно: 2,11-7,22 кН/м; 3,72-10,46 кН/м; 5,34-13,69 кН/м; 6,96-16,92 кН/м; 8,57-20,15 кН/м. Увеличение Р/ кратно увеличению длины става.
Разработка обобщенной расчетной модели ставит своей целью описание напряженно-деформированного состояния исполнительного органа при его взаимодействии с грунтовым массивом. При этом рассматривается такой важный режим работы исполнительного органа, как его пуск с продавливанием без вращения (режим 3 п. 2.1). В качестве основных влияющих факторов учитываются следующие: длина и диаметр става; угол наклона рабочей площадки головной секции; изгибная жесткость става; сцепление материала конструкции с грунтом и его трение по грунту; физико-механические характеристики грунтового массива (модуль упругости, коэффициент Пуассона, удельный вес); глубина заложения выработки.
Решение такой задачи возможно только после формирования двух групп уравнений, первая из которых описывает статико-кинематическое состояние става в массиве, а вторая отражает физическую суть, характеризующую взаимодействие исполнительного органа с вмещающим грунтовым массивом.
В качестве основного метода для расчета напряженно-деформированного состояния взаимодействующего с грунтом исполнительного органа принят хорошо зарекомендовавший себя при решении рядя задач горной геомеханики метод начальных параметров. Исполнительный орган при этом аппроксимируется прямолинейным стержнем с реальной изгибной жесткостью.
На расчетной схеме (рис. 2.7), кроме уже описанных в п. 2.2 реактивных сил PN и Рт, а также усилия Р, приняты следующие обозначения: QQ, N0 и М0 - поперечная и продольная силы и изгибающий момент в начальном (нулевом) сечении исполнительного органа; Qn, Nn и Мп - поперечная и продольная силы и изгибающий момент в конечном сечении исполнительного органа (в соответствии с расчетной схемой совпадает с местом установки агрегата); R: - реактивные усилия отпора грунта нау-м участке трубопровода (/ = 1,2,..., я) при его отклонении от заданной трассы. Со стороны кинематических факторов выступают угол поворота в0 и вертикальное перемещение (отклонение) х0 в начальном сечении, а также вп и хп в конечном сечении исполнительного органа.
Сущность метода начальных параметров сводится к тому, чтобы найти неизвестные силовые и кинематические факторы в начальном сечении конструкции, на основании которых затем определяются внутренние усилия и перемещения по всей длине исполнительного органа. Отсюда поставленная задача будет решена, когда будут найдены неизвестные Q0, N0, М0, в0 и х0. Естественно, что в процессе решения определяются также и реактивные силы PN, Рт и R-.
Экспериментальные исследования влияния основных параметров на показатели процесса взаимодействия исполнительного органа прокалывающей машины с грунтовым массивом
В результате проведенных исследований была выявлена физическая суть коэффициента В\, который опосредованно выражает предел отклонения головной секции с учетом реального коэффициента трения материала о забой выработки.
По результатам поитерационной статистической обработки необходимо установить физический смысл коэффициента регрессии Bi, который в соответствии с табл. 4.5 изменяется в зависимости от коэффициента трения и модификации исполнительного органа. Связь между Вг и коэффициентом трения не была подтверждена критериями корреляции -оценка надежности не превышала 50. Исходя из этого, была поставлена задача выявления регрессионной связи между коэффициентом Bi и модификациями исполнительного органа, которые характеризуются жесткостью става на изгиб Ест1ст.
При использовании дополнительной интерполирующей информации (были проведены исследования для абстрактных ставов с жесткостью на изгиб 400 и 1000 кПа-м4) была выявлена функция регрессии степенного вида:
Обобщающие критерии корреляции: ОД 1,760-10"6; КО 0,9992; ОН 1450. Четвертый этап направлен на выявление физической сути коэффициентов С\ и Сг. Коэффициент регрессии Сг по результатам обработки имеет незначительные колебания - от - 0,9996 до - 0,9857, что позволяет также утверждать об его близости к - 1 и, соответственно, об обратной пропорциональности между коэффициентом Bj и жесткостью исполнительного органа независимо от других влияющих факторов. В результате уравнение (4.10) преобразовывается в следующий вид:
Итоговым остается определение функциональной значимости коэффициента С\, который зависит только от изменения последнего фактора - коэффициента трения материала головной секции о вмещающий грунтовый массив. Данные параметры находятся в следующем соответствии
Величина 10,0221 в числителе весьма близка к силовой характеристике PNT, которая задавалась при проведении численного эксперимента. Таким образом, выражение (4.13) показывает завершенность процесса поитерационной статистической обработки, так как отсутствуют коэффициенты, требующие необходимого физического осмысления.
В итоге общее уравнение, учитывающее влияние изгибной жесткости исполнительного органа, жесткость грунтового массива, угол наклона рабочей поверхности головной секции и коэффициент трения материала става о грунт, сводится к следующему виду:
Представленное уравнение является законченной функцией регрессии, так как включает все влияющие факторы. Полученное по итогам численного моделирование уравнение позволяет определять отклонение в конечном сечении головной секции става при любой комбинации физико-механических характеристик грунта (Е ,v,f), глубины заложения выработки Н и конструктивных параметров исполнительного органа, которые характеризуются моментом инерции сечения става 1ст, модулем деформации материала става Ест и углом наклона рабочей площадки головной секции к продольной оси става а. Работоспособность формулы (4.14) при комбинация таких параметров проиллюстрирована графически на рис. 4.7 для трех модификаций става и при значениях а, равных 30, 45 и 60, и/, равных 0,3;
Зависимости изменения отклонений головной секции от сочетания физико-механических и конструктивных параметров а) профиль 70x10 мм; б) профиль 96,5x14 мм; в) профиль 120x15 мм. Сравнение усилий прокола, полученных при равных показателях отклонений головной секции исполнительного органа хп расчетным путем из выражения (4.14), с экспериментальными (табл. 4.7) подтвердило высокую степень сходимости получаемых результатов (корреляционное отношение не менее 0,84)
Похожие диссертации на Обоснование конструктивных параметров и режимов работы исполнительного органа управляемой прокалывающей установки
