Введение к работе
Актуальность работы. В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года", принятых ХХУП съездом,КПСС, предусмотрено планомерное техническое переоснащение геологоразведочной службы, создание и внедрение специализированных высокомеханизированных и автоматизированных средств для изучения и промышленного освоения триродных ресурсов на континентальном шельфе и в Мировом океа-*е.
Запасы цветных металлов на суше к 2000 году будут значитель-10 использованы. В Мировом океане уже сегодня разведаны огроч-ше запасы железа, маргянца, ксбальта, никеля, меди, циркония, юлибдена, цинка и других металлов. Так, запасы железа оценивался в 232 млрд.т., примерные запасы металлов морского дна пре-шшают запасы на суша: марганца в 50 раз, кобальта в 620 раз, гакеля в 90 раз, меди в 8 раз. Основная часть этих ресурсов со-іержится в железомарганцевых конкрециях, занимающих огромные їлощади на глубинах до 6000 м. В россыпях шельфовой зоны содер-;атся преимущественно рудные минералы, в первую очередь титсно--ые ~ ильменит и рутил, а также циркон и молибден. Некоторые >оссыпи содержат хром, магнетит, кассетерит, алмазы, золото и латину.
Изучение и промышленное освоение ресурсов морского дна не-оэмоячо без. технических средств и, в первую очередь, подвод-ого горного оборудования. Важная роль среди подводных горных ашин отводится донным агрегатам, несущим на себе добычные и ге логорззведочные рабочие органы в виде всасывающих нэконечни-ов, рыхлителей, ковшей, подборщиков, отзэлов, грунтовых насо-ов, эрлифтны* головок, зондов, крыльчаток, штампов и других.
Своеврет/енкчя разработка научно- и теоретически обоснованных этсдик рпсчётя нового морского оборудования позволит без боль-.!х неоправданных затрат и в короткие сроки осуществить его
т4-
внедрение в разрабатываемую в настоящее время новую подвода технологию добычных работ.
Цель работы. Установление закономерностей движения шагай
шасси в водной и воздушной средах для разработки теории их !
мещения и на этой основе создание высокоэффективных средств
. обеспечивающих изучение и промышленное освоение природных р<
сурсов континентального шельфа и Мирового океана.
Идея работы. Режимы перемещения шагающих шасси обеспечив ся изменением положения центра масс системы противовесом, п лавком и балластом, создающими попеременно избыточный момен относительно одной из опор шасси и определяются закономерно ми движения противовеса, поплавка вдоль несущей рамы шасси производительностью откачки балласта.
Основные научные положения, выносимые на защиту: . I. Движущие силы шагающих шасси с приводом от противовес поплавка и балласта определяются длинами рабочего участка н щей рамы и её консолей, сближением опорных столов, смещение поплавка, превышением поплавка й балласта над центром масс си и массы присоединённого вспомогательного оборудования, к рые нелинейно связаны с силой тяжести противовеса, подъёмно силой поплавка и.балластных устройств.
.'-. 2. Минимальная масса шагающего шасси с приводом от прост
' веса достигается при значениях относительной длины консоли
сущей рамы и относительного сближения опорных столов, оптии
эируемых обратной зависимостью массы консоли и массы протиі
са с учётом массы присоединённого вспомогательного оборудо;
-
Кинематические характеристики поворота несуще** рамы і шагании определяются с помощью физических моделей, отличай переменным моментом инерции системы за счёт подвижности пр< вовеса и поплавка вдоль несущей рамы и изменения массы баю при прокачке и описываемых нелинейными дифференциальными уі нениями второго порядка в зависимости от закономерностей и: нения момента инерции системы в процессе повороте несущей рамы.
-
Угловые перемещения, скорости и ускорения поворота № щей рамы шагающих шасси в водной среде определяются величм присоединённой массы среды, сопротивлениями движении) и скорости придонного течения, а углы зачисания несущей рамы - пр^пыиенкем поплашга и балластных устройств нрд центром
ее шагающего шасси.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов рекомендаций.
Научные положения, заключение и выводы, сформулированные в ссертации, обоснованы результатами теоретических исследова-й с использованием классических методов теоретической механи-и теории механизмов и машин, применением современных методов пения дифференциальных уравнений, совпадением с погрешностью 10 % кинематических характеристик поворота несущей рамы, по-іентах теоретически и в эксперименте, экспериментальными ис-ідованиями на лабораторных стендах, положительными результати испытаний промышленных образцов шагающих шасси в морских говиях, а также опытом использования принципиально новых схем инструкций шагающих шасси в проектных решениях. Научная новизна результатов, полученных автором диссерта-г: разработана теория статики двухопорных шагающих шасси, ба-ующаяся на равновесном состоянии рамы шасси относительно не-ей первой опоры при равенстве нулю реакции на второй и уста-лены закономерности изменения движущих сил от длины рабочего стка несущей рамы и её консолей, сближения опорных столов, щения поплавка, превышения поплавка и балласта над центром с шасси и от массы присоединённого вспомогательного оборудо-ия, определяющих выбор геометрических параметров машины; ус-овлены закономерности изменения массы шагающего шасси в замости от относительных длин геометрических параметров и : присоединённого вспомогательного оборудования; разработана эия динамики двухопорных шагающих шасси для систем с пере-ад моментом инерции за счёт подвижности противовеса и поп-ta вдоль несущей рамы и изменения массы балласта при прокач-установлены закономерности изменения угловых перемещений юстей и ускорений при повороте несущей рамы в воздушной и юй средах, на которые влияют режимы движения противовеса, іавка и производительность прокачки балласта; установлены момерности изменения угла зависания несущей рамы в эависи-и от относительного превышения ..оплавка и балласта над цен-: масс машины, ускорения замедления поплавка и производикости прокачки балласта.
дучное значение работы состоит в разработке теории статики начики двухопорных шагающих шасси для переноса геологорээ-
- б -
ведочных и добычных рабочих органов по морскому 'дну, определяющей закономерности изменения геометрических, силовых и кинемат» ческих характеристик шагающих шасси в воздушной и водной средах что является обобщением и дальнейшим развитием теории шагающих машин.
Практическое значение работы заключается в разработке теоретических -положений, расчётной методики, алгоритмов и программ н ЭВМ по определению основных параметров шагающих шасси, позволяю щих с требуемой точностью производить необходимые инженерные расчёты на стадии проектирования, что обеспечивает сокращение аатрат и сроков создания и внедрения новой подводной высокоэффе: тивной техники; параметрического ряда шагающих машин, обеспечив ющего упорядочение при конструировании и удовлетворяющего потре* ности народного хозяйства в машинах такого класса для любых горно-геилогических условий при ведении разведочных.и добычных работ на морском дне; стенда для исследования физико-механических свойств донных грунтов в естественном залегании на любых глубинах, который может быть использован для инженерно-геологических работ по определению удельных сил резания, удельного дав ления, напряжений среза, коэффициентов сопротивления движению непосредственно на морском дне, что обеспечивает достоверность полученных параметров грунтов в сравнении с исследованиями в ла бораторных условиях. '
. Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты диссерт ционной работы использованы:
- Всесоюзным научно-исследовательским институтом эолото-платино
вой, алмазной и вольфрамо-молибденовой промышленности
.' (ВНИИПРОЗОЛОТО) МЦМ СССР при конструировании шагающей установ ки с приводом от подъёмной силы плавучести при продувке бал-. ласта для разработки россыпей шельфовой зоны; установка прошл испытания на Балтийском море;
- Всесоюзным научно-исследовательским институтом геологии и ми
неральных ресурсов Мирового океана (ВНЙИОкеангеология) Мингео
СССР при конструировании геологоразведочной шагающей установк
с приводом от подъёмной силы подвижного поплавка для ведения
инженерно-геологических работ на дне океана при исследовании
полигонов Ж -меХанических свойств донных грунтов в естественном залегании
на шагающую установку разработаны рабсчие чертеки, а исследов
-7-.
тельский стенд изготовлен в черырёх модификациях, прошёл промышленные испытания в Атлантическом и Тихом океанах и используется в промышленных рейсах института; - в Ленинградском горном институте при разработке проектов геологоразведочных добычных пагающих машин: а) шагающая установка с противовесом и всасывающим рабочим органом; б) шагающая установка с балластными устройствами и всасывающим рабочим органом; в) шагающая установка с поплавком и многокамерным пробоотборником.
Ожидаемый экономический эффект от внедрения шагающих машин и исследовательских стендов составит 660 тыс.рублей в год. Связь темы диссертации с планом работ института. Автор принимал участие в качестве руководителя хоздоговорных научно-исследовательских работ Ленинградского горного института имени Г.В.Плеханова, связанных с.созданием шагающих машин и тех--нических средств для исследования и разработки полезных ископаемых морского дна с 1975 по 1988 гг. (Ш гос.регистрации 7I047I68, 76093785, 1829067804, 01620089083, 01860006378, 0I880OO3948), в соответствии с планом Минцветмета по проблема 0.08.032, по комплексным программам Минвуза РСФСР "Океан" и "Человек и окружающая среда", по целевой комплексной программе Минвуза РСФСР "Океанотехника" и научно-технической программе ГКНТ СССР по проблеме 0Ц.039. Апробация работы..
Диссертационная работа и основные её разделы докладывались на научно-техническом пленуме "Техника и технология разработки месторождений твёрдых полезных ископаемых на шельфе", институт ВНИИПРОЗолото, г і Москва, 1975; на Всесоюзной научно-технической конференции "Совершенствование технологии и оборудования гидромеханизации горных, земляных, строительных и мелиоративных работ", МГИ, г. Москва, 1977; на П Всесоюзной научно-технической конференции "Технические средства изучения и освоения океана", ЯКИ, г. Ленинград, 1978; на Всесоюзной научной конференции "Научные основы создания комплексно-механизированных и автоматизированных карьеров и подводной добычи полезных ископаемых", МГИ, 7. Москва, 1980; на Всесоюзной научно-технической конференции 'Проблемы создания техники для освоения иельфа", ГПИ, г. Горький, [982; на научно-технической конференции "Проблема создания новой 'рхники для освоения шельфа", г. Астрахань, Т984; на семинаре
электромеханического факультета ЛГИ, 1989.
Модели шагающих машин и стендов, разработанные автором, экспонировались по телевидению (г. Ленинград, 1979); на ВДНХ СССР и тематической выставке "Подготовка горных инженеров'' (г. Москва, 1982, серебряная медаль); на выставке "Научно-техн ческое творчество студентов" (Индия, г. Дели, 1984); на ВДНХ СССР, выставка "Изобретатели и рационализаторы Ленинграда и Лв нинградской области - интенсификации производства" (г. Москва, 1986, золотая медаль).
Публикации.
Основные положения диссертации опубликованы в 29 работах, і том числе в монографии "Шагающие машины для освоения ресурсов морского дна" (Л., ЛГУ, 1987).
Объём работы.
Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения, и: ложенных на 314 страницах машинописного текста, включает в се( 101 рисунок, 9 таблиц, список литературы из 128 наименований і приложения.
Автор выражает признательность коллективу института ВНИИПРОЗолото за помощь в'проведении промышленной проверки образцов шагающих машин и коллективу ВНЙИОкеангеология за предо* тавление судна и условий для промышленных испытаний в океане стенда по исследованию донных грунтов.