Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время Россия активно укрепляет свои позиции на мировом рынке жидких углеводородов. В связи с этим растет потребность в строительстве новых морских терминалов. Прибрежное мелководье вынуждает выносить причально-перегрузочные комплексы для нефтеналивных многотоннажных 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 ускорить темп строительства и снизить его стоимость. Современные модели кондукторов оснащаются гидравлическим приводом.
Гидросистема кондуктора служит для выравнивания его при выставлении на проектные отметки, обеспечивает позиционирование направляющего устройства и раскрытие/закрытие захватного механизма, выполнение вспомогательных операций. Работа элементов гидропривода кондуктора 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 гидропривода важной задачей является выбор его параметров, позволяющих максимально снизить или полностью устранить воздействие вибрации.
Кроме того, в процессе погружения свай на акватории наибольшую опасность представляют затруднения в определении особенностей геологического строения дна. Наличие препятствий (чаще всего валунов), при попадании сваи на которые 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 (манипуляторов) под действием вибрации, а также анализ воспринимаемых нагрузок его металлоконструкцией при работе на акватории.
Цель работы. Повышение эффективности эксплуатации объемного гидропривода и конструкции манипуляторов морских кондукторов для погружения свай в условиях вибрационного воздействия.
Методы исследований. Математическое моделирование технических систем с учетом теории колебаний, моделирование процессов погружения сваи с использованием программного обеспечения, экспериментальные исследования на физической модели и на натурном образце в условиях реального строительства.
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 блоки позиционирования, оснащенные гидрозамками. В результате разработаны 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.
Достоверность полученных результатов подтверждена результатами испытаний и эксплуатации гидрофицированного манипулятора при строительстве причала.
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. Исследование работы гидрозамков позволяет повысить надежность гидропривода не только при строительстве причалов, но и в других случаях применения гидравлического вибрационного и виброударного оборудования, в том числе и при разработке нового оборудования путевых машин и гидравлических кранов на железнодорожном ходу.
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 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. По материалам диссертационной работы опубликовано 3 печатных работы из них 2 в журналах рекомендованных ВАК РФ. Получен (в соавторстве) патент РФ на полезную модель №91345 «Переставной четырехопорный кондуктор для строительства морских эстакад».
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов и 9 приложений, содержит 184 страницы основного текста с иллюстрациями и список используемой литературы из 72 наименований.
