Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. СОВРЕМЕННЫЙ УРОВЕНЬ ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА ЗАКРЫТОЙ ОСУШИТЕЛЬНОЙ СЕТИ. УСЛОВИЯ И ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ
1.1. Осушительные системы, конструкции дрен и основные требования к их строительству 15
1.2. Существующие способы строительства закрытых осушительных систем и их технико-экономический анализ ^
1.3. Способы повышения водопроницаемости почвогрунтов и их эффективность 44
I.3.I. Способы стабилизации разрыхленной структуры почвогрунтов
1.4. Предлагаемый бестраншейный способ строительства закрытых осушительных систем, его сущность и особенности 5
І.4.І. Работоспособность и мелиоративная эффективность бестраншейного пластмассового
дренажа 83
1.5. Предлагаемый способ объемного рыхления почвогрунтов, его сущность и мелиоративная эффективность ІТ9
1.6. Задачи и общие положения методики исследований 140
ГЛАВА 2,. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ БЕСТРАНШЕЙНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА ЗАКРЫТОГО ДРЕНАЖА С РЫХЛЕНИЕМ ПОЧВОГРУНТОВ
2.1. Экономико-математическая модель процесса строительства закрытого дренажа и рыхления почвогрунтов 153
2.2. Оптимизационная модель показателей рабочих процессов строительства закрытого дренажа и рыхления почвогрунтов 166
2.3. Общая математическая модель технологического процесса работы бестраншейного дреноукладчика и рыхлителя почвогрунтов 172
2.4. Математическая модель параметров системы обеспечения уклона закрытых дрен и коллекторов 181
ГЛАВА 3. МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ РЕЗАНИЯ ПОЧВОГРУНТОВ И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ
3.1. Способы и технология резания почвогрунтов. Основные принципы установления оптимальных форм и параметров рабочих органов 187
3.2. Обоснование применения методов подобия и математического моделирования кинематики и динамики технологических процессов резания почвогрунтов 196
3.3. Гидродинамические аналоги процессов резания почвогрунтов модульными элементами. 203
3.4. Электрические аналогии процессов резания почвогрунтов модульными элементами 209
3.5. Приближенные модели параметров модульных элементов резания почвогрунтов 220
3.5.1. Закономерности процесса резания почвогрунтов с разрыхлением. 220
3.5.2. Закономерности процесса резания почвогрунтов с уплотнением 231
3.6. Модульный морфологический метод моделирования пассивных рабочих органов бестраншейных дреноукладчиков и рыхлителей почвогрунтов 244
ГЛАВА 4. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ БЕСТРАНШЕЙНЫХ ДРЕНОУКЛАДЧИКОВ
4.1. Теоретическое обоснование и экспериментальная проверка технологических параметров и тяговых сопротивлений бестраншейных дреноукладчиков 250
4.2. Типоразмерный ряд бестраншейных дреноукладчиков для строительства закрытых дрен и коллекторов и области их эффективного применения 264
4.3. Экспериментальные исследования способов, технических средств и оценка качества регулирования заданного уклона дрен и коллекторов при работе бестраншейных дреноукладчиков 276
4.4. Эксплуатационно-технологические режимы и показатели работы бестраншейных дреноукладчиков 290
4.5. Результаты исследований и перспективы снижения тяговых сопротивлений рабочих органов бестраншейных дреноукладчиков 300
ГЛАВА 5. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБЪЕМНОГО ТРУБОФИЛЬТРА И РЫХЛЕНИЯ ПОЧВОГРУНТОВ
5.1. Технология и средства механизации для изготовления кольцевого трубофильтра из органических материалов 307
5.2. Технология и средства механизации для рыхления почвогрунтов 314
5.3. Типоразмерный ряд и морфологическая карта объемных рыхлителей почвогрунтов, области их эффективного применения 324
5.4. Эксплуатационно-технологические режимы и показатели работы объемных рыхлителей почвогрунтов 341
5.5. Теоретическое обоснование и экспериментальная проверка технологических параметров рыхлителей-кротователей 347
5.6. Теоретическое обоснование и экспериментальная проверка технологических параметров много отвальных выравнивателей разрыхленных земель и эксплуатационные показатели их работы 363
ГЛАВА 6. РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ТЕХНОЛОГИИ РАБОТ И КОМПЛЕКСЫ МАШИН ДЛЯ БЕСТРАНШЕЙНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА ЗАКРЫТОЙ ОСУШИТЕЛЬНОЙ СЕТИ. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИ МЕЖОРАЦИИ ЗЕМЕЛЬ
6.1. Технология работ и комплексы машин для бестраншейного строительства закрытых осушительных систем с охранением плодородия мелиорируемых земель 373
6.2. Технология работ и комплексы машин для объемного рыхления почвогрунтов с сохранением плодородия мелиорируемых земель 387
6.3. Организация поточного производства работ ведущих машин механизированных комплексов для строительства закрытых осушительных систем и рыхления почвогрунтов 398
6.4. Результаты внедрения и технико-экономическая эффективность бестраншейного строительства закрытых осушительных систем и рыхления почвогрунтов при мелиорации земель 410
6.5. Основные направления дальнейших исследований 432
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РАБОТЕ 435
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 440
ПРИЛОЖЕНИЯ 469
- Осушительные системы, конструкции дрен и основные требования к их строительству
- Экономико-математическая модель процесса строительства закрытого дренажа и рыхления почвогрунтов
- Способы и технология резания почвогрунтов. Основные принципы установления оптимальных форм и параметров рабочих органов
- Теоретическое обоснование и экспериментальная проверка технологических параметров и тяговых сопротивлений бестраншейных дреноукладчиков
- Технология и средства механизации для изготовления кольцевого трубофильтра из органических материалов
Осушительные системы, конструкции дрен и основные требования к их строительству
Теоретические основы действия и проектирования осушительных систем заложены А.Н.Костиковым / 132 /. Согласно его терминологии осушительная система имеет своей целью создание и поддержание на осушаемой избыточно увлажненной площади определенного состояния почвенной влажности» которое при данных климатических, почвенных и сельскохозяйственных условий соответствует потребностям возделываемых культур или условиям наивыгоднейшего сельскохозяйственного использования данной площади. Эта основная цель достигается при помощи системы осушительных каналов, закрытых дрен определенного расположения и размеров. Осушаемые земли подразделяются на болота, заболоченные земли и пере увлажненные земли.
Конструкция элементов осушительной сети (способ осушения) и схемы ее расположения в плане зависят от метода осушения и характера хозяйственного использования осушаемых земель /46,128,132, 198,202 /. Метод осушения определяется типом водного питания осушаемых земель (ТВП). Каждому ТВП соответствует свой метод осушения: при атмосферном - ускорение поверхностного стока; грунтовом - понижение уровня грунтовых вод (УГВ); грунтово-напорном - понижение уровня подземных вод (пьезометрические уровни), а следовательно, и УГВ; намывном (склоновом) - перехват поступающего на осушаемый массив склонового стока; при намывном (аллювиальном) - ограждение от затопления паводковыми водами или задержка паводкового речного стока (регулирование режима половодий и паводков).
Способ осушения, исходя из метода осушения земель и их хозяйственного использования, принимают: при ускорении поверхностного оттока (атмосферный ТВП) - устройство собирателей (каналы), искусственных ложбин, закрытых собирателей, проведение агромелиоративных мероприятий (кротование, рыхление подпахотного слоя почвы и пр.); при понижении уровня грунтовых вод (грунтовый 1БП) -устройство осушителей (каналы), дрен, глубоких каналов, разгрузочных скважин, вертикального дренажа, противофильтрационных завес; при ограждении от притока поверхностных вод (намывной склоновый ТВП) - устройство нагорных каналов, проведение противоэрозийных мероприятий на склонах; при ограждении от затопления паводковыми водами (намывной аллювиальный ТВП) - регулирование русел рек (спрямление, углубление и пр.), аккумуляция речного стока (сооружение водохранилищ, перехват рек с помощью каналов и т.п.), строительство дамб. На большинстве объектов необходимый водно-воздушный режим осушаемых земель создается при совместном применении нескольких методов и способов осушения, прежде всего - при мелиорации пойменных земель, водно-воэдушый режим которых формируется с участием многих факторов. Принципиальную схему осушения и конструкцию основного элемента осушительной системы - ее регулирующую сеть - определяют в зависимости от выбранного способа осушения / 121,132, 140,198,202,227,245 /.
Осушительные системы обеспечивают оптимальный водно-воздушный режим почв, определяемый влажностью, допустимой продолжительностью затопления, нормой осушения, УГВ / 3,58,198 /. Они имеют следующие основные элементы: осушаемую территорию, (предназначенную для сельскохозяйственного использования, водно-воздушный,тепловой, питательный и микробиологический режим которой регулируется с помощью мелиоративных и агротехнических мероприятий); регулирующую осушительную сеть (осушители,собиратели и др.),которая создает необходимые водно-воздушный и другие режимы почвы путем отвода из почвы или ее поверхности избыточных вод; оградительную сеть (нагорные,ловчие каналы и др.),ограждающую от поступления поверхностных, грунтовых и грунтово-напорных вод на осушаемую территорию; проводящую сеть (магистральные каналы, коллекторы и др.), которая принимает воду из регулирующей сети; водоприемники(реки, озера), гидротехнические сооружения (перепады, колодцы и т.п.), дорожная сеть, лесополосы.
Экономико-математическая модель процесса строительства закрытого дренажа и рыхления почвогрунтов
Исследованиями определены виды работ и составы технологических операций при бестраншейном строительстве закрытых осушительных систем и рыхлении почвогрунтов с одновременным внутрипочвен-ным внесением пылевидных химмелиорантов. При строительстве дренажа выделены два контура работ: основной - связанный с укладкой дренажа, и вспомогательный - для подготовки дренажных труб к укладке Определены также виды и составы основных операций по рыхлению почвогрунтов, включающих непосредственно рыхление на различную глубину с одновременным внутрипочвенннм внесением химмелиорантов и заключительных операций: разделка комьев, дернины, выравнивание и прикатывание поверхности мелиорируемых земель.
Решение задачи технико-экономического обоснования выбранного варианта технологии строительства закрытого дренажа и рыхления почвогрунтов должно учитывать расположение, объем, технологию и организацию производства, а также средства механизации для строительства закрытой осушительной сети и поддержания оптимального для растений водного режима. Конечной целью численного анализа общей модели являются получение и оценка технических решений по производительности и приведенным затратам с последующим выбором рационального способа производства работ. Разработка технологи -ческих комплексов машин должна базироваться на научных методах, определяющих их эффективное использование с точки зрения технических и экономических показателей, тесно связанных друг с другом.
Йоэтому уже в начальной стадии создания технических средств задачу надо ставить и решать таким образом, чтобы в результате были получены необходимые высокопроизводительные средства механизации выполнения различных процессов производства с заданными показателями, определяющими их эффективное использование. Однако существующие методы определения экономического эффекта разработки технологий и технических средств не отражают ряд условий их применения: параметров дренажной сети, времени загрузки средств механизации в году, непроизводительные затраты рабочего времени, скорость укладки дренажа и т.д. / 76,90,160 /.
Основными показателями, характеризующими разрабатываемые технологии и средства механизации, являются производительность, уменьшение затрат денежных средств на единицу продукции и годовой экономический эффект. Для прогнозирования эффективного использования средств механизации необходимо иметь зависимости между этими показателями, а также параметрами дренажной системы.
Для проведения детального анализа эффективности бестраншейного способа строительства 1акрытых осушительных систем и рыхления почвогрунтов с учетом мелиоративных, строительных и организационных факторов, а также конструктивных и режимных параметров дрено-укладчиков и рыхлителей разработана экономико-математическая модель, позволяющая осуществлять поиск оптимальных решений для конкретных условий производства. В качестве критериев анализа приняты годовой экономический эффект, производительность машидапри минимальных приведенных затратах / 103,113,115 /.
В результате теоретических исследований технологии строительства закрытых осушительных систем и рыхления почвогрунтов дано описание этих процессов и разработана экономико-математическая модель, целевая функция которой представлена в виде максимума прозе) изводительности при заданных приведенных затратах, а ограничения х) Включая стоимость работ рядом формул, характеризующих зависимости и связи строительных, технологических, мелиоративных и организационных факторов, а также отдельных конструктивных элементов ведущих машин механизированных комплексов с параметрами управления.
Способы и технология резания почвогрунтов. Основные принципы установления оптимальных форм и параметров рабочих органов
Зеленину) и рыхления (по автору). Эти зоны могут существовать самостоятельно и в определенном сочетании друг с другом. Зоны скалывания (рис. 3.1) образуются вблизи дневной поверхности в результате отделения от массива части почвогрунта; в поперечном сочетании она имеет вид перевернутой трапеции. Наклон образующей (границы между разрыхленным почвогрунтом и естественного сложения) составляет 40...45 от вертикали. Щель засыпана разрыхлен -ной почвой / 95,101 /. Зона уплотнения (рис. 3.2) образуется при резании почвогрунта путем прессования его в стенки и дно прокладываемой щели, которая имеет форму поперечного сечения,соответствующего контуру передней режущей кромки рабочего органа. Эта зона может существовать самостоятельно, но чаще в сочетании с другими зонами, т.к. верхний слой, прилегающий к дневной поверхности, обычно приподнимается, образуя зону скалывания - рыхление с кротованием. В процессе резания уплотнение грунтов происходит, когда имеются свободные, не заполненные водой поры. Под действием рабочего органа вода может выдавливаться из пор, тогда почво-грунты подвергаются уплотнению. Если почвогрунты влажные, уплотнение их невелико. Так, при резании почвогрунтовой среды на участке УЗ (см. табл. І.І7) самоуравновешивающимся рабочим органом (ширина его нижней части в зоне уплотнения 125 мм) плотность грунта на глубине 2,25 м, в 0,05 м от стенки щели, равна 1990, а через 0,2 м - 1980 кг/м3. В момент резания УГВ находился глубоко, влажность грунта в исследуемом слое составляла 15...18$. При полном насыщении грунта водой уплотнение среды мало или отсутствует / 41,47,86,89,177,179 /. Зона рыхления, как и зона скалывания, формируется путем отделения части слоя от массива почвогрунта и перемещения частиц вверх, в сторону свободной или частично блокированной поверхности, образуя щель с вертикальными стенками. Поэтому зону рыхления можно рассматривать как частный случай зоны скалывания. Зона рыхления образуется в процессе резания несвязных почвогрунтов. Профиль прокладываемой щели соответствует периметру режущей кромки рабочего органа (рис. 3.3) - осуществляется щеле-вание почвогрунтов. Зона рыхления может образоваться в сочетении с зоной скалывания, располагаясь под ней, - рыхление с щелевани-ем почвогрунтов. После прохода рабочего органа, щель засыпается разрыхленной почвой, которая попадает туда из зоны скалывания. В процессе резания в зоне рыхления горизонтальные слои почвогрунта деформируются снизу вверх. С увеличением глубины вертикальные перемещения частиц уменьшаются и у дна щели практически отсутствуют. В горизонтальной плоскости максимальные перемещения слоев имеют место на границе со щелью и затем убывают по мере удаления от нее.
Теоретическое обоснование и экспериментальная проверка технологических параметров и тяговых сопротивлений бестраншейных дреноукладчиков
Ведущими машинами механизированных комплексов для строительства закрытых осушительных систем являются бестраншейные дреноук-ладчики. Они включают в себя рабочие органы, навески и базовые тракторы, которые обеспечивают выполнение основного технологического цикла работ по бестраншейной укладке закрытого дренажа с заданным уклоном. Необходимо, чтобы рабочие органы пассивного действия для прокладки дренажных щелей имели невысокие тяговые со -противления и массу, не перегружали базовую машину вертикальными силами резания, обеспечивали проходимость по участкам с низкой несущей способностью, были износостойкими и устойчивыми к механическому воздействию. Рабочие органы должны быть простыми и на -дежными при эксплуатации с высокими скоростями движения машины (2000...5000 м/ч) во всех технологических режимах в летний и осенне-зимний периоды. Стенки дренажной щели не должны оказывать чрезмерное давление на дренажную трубу сразу после укладки и в
процессе эксплуатации осушительных систем. Требуется, чтобы рабочие органы бестраншейного дреноукладчика обеспечивали технологический процесс укладки закрытых дрен и коллекторов в мерзлых, неоднородных грунтах, с крупными каменистыми включениями, погребенной древесиной, в условиях высокого стояния УГВ, оплывания и обрушения грунтов / 8,95 /.
На основе модульного морфологического метода моделирования нами создан целый ряд пассивных рабочих органов бестраншейный дре-ноукладчиков и разработана их классификация. Согласно этой классификации, рабочие органы могут быть плоскими (в виде ножей-стоек) и объемными (в виде двух стоек, наклоненных друг к другу под определенным углом), обеспечивающими процесс резания с разрыхлением и уплотнением. Для выполнения заданного уклона дрен рабочие органы могут иметь управляемую геометрию режущих кромок; качество прокладки закрытого дренажа определяют их форма, углы резания и заострения, ширина лемеха и стойки (рис. 4.1).
Рабочие органы бестраншейных дреноукладчиков агрегатируют с базовой машиной, используя механизмы навесок, которые дают возможность регулировать глубину и уклон дрен. Навеска должна уменьшать влияние микрорельефа трассы, сил резания и колебаний базовой машины на точность укладки дренажных линий, обеспечивать устойчивый ход дреноукладчиков.
В качестве базовый машин бестраншейных дреноукладчиков, при помощи которых осуществляют укладку труб и транспортные переезды, применяют тракторы общего назначения или специальные шасси. Необходимо, чтобы эти машины преодолевали тяговые сопротивления рабочих органов в грунтах I, П и Ш категорий, имели высокую проходимость по участкам с низкой несущей способностью и удельное давление на грунт не более 0,025...0,028 МПа; друноукладчики должны быть маневренными и мобильными, устойчивыми в продольной и поперечной плоскостях и не допускать большого дифферента при регулировании уклона дрен и коллекторов.
Технология и средства механизации для изготовления кольцевого трубофильтра из органических материалов
Выполненные исследования подтвердили необходимость и целесообразность дополнительных мероприятий по усилению работы бестраншейного дренажа в тяжелых минеральных грунтах, которое достигается применением:
- объемного трубофильтра из органических материалов;
- рыхления наддренной почвенно-грунтовой толщи, выполняемого в период строительства закрытой осушительной сети.
Применение пластмассовых дренажных труб с защитно-фильтрующим материалом позволило существенно повысить производительность, уровень комплексной механизации, снизить затраты труда и стой -мость строительства закрытого дренажа, внедрить высокопроизводительный бестраншейный способ строительства закрытого дренажа с использованием дреноукладчиков типа ЭДЦ-4.
При первичном виде заиления, проявляющемся сразу после укладки дрен в несуффозионных грунтах, характеризующихся быстрым (в течение I...3 лет) формированием вокруг дрены устойчивого скелета (естественный фильтр)} рекомендованы фильтры из ржаной соломы.При вторичном виде заиления, протекающем длительное время без образования естественного фильтра, рекомендован фрезерный торф со сроком службы , равным сроку службы пластмассового дренажа.
На основании выполненных исследований автора по обоснованию конструкции бестраншейного пластмассового дренажа с кольцевым трубофильтром во ВНИИГиМ создана технологическая линия У-1 для изготовления объемного фильтра из органических материалов для пластмассовых дренажных труб.
В качестве фильтроматериала можно использовать фрезерный торф влажностью 40$ в сочетании с нетканными холстами толщиной 0,6...0,8 м. Коэффициенты фильтрации материалов для фильтра должны быть: фрезерного торфа 0,8...1 м/сут, нетканного холста -18...20 м/сут. Толщина слоя фильтра 15 мм, который закрепляется на дренажной трубе с помощью нитей в перекрестном направлении с шагом 20 мм. Рекомендовано применять гибкие гофрированные дренажные трубы из полиэтилена по ТУ-6-05-І078-72, ТУ-б-05-052-1076-78, а также трубы из поливинилхлорида по ТУ-6-05-І37І-70, диаметром 50...63 мм.
Технологическая линия УФ-І для изготовления трубофильтров включает: бункер для торфа, ленточный транспортер, питатель, кассету с покровной лентой, барабан с пластмассовыми трубами, вальцы, направляюще и прижимной ролики, формирующий конус, механизм для обмотки трубы с фильтром нитями, тяговый механизм в виде двух замкнутых передач с полукруглыми башмаками, барабан для приема готовых труб с фильтром. Привод всех механизмов от электродвигателей (рис. 5.1).
Технологическая линия УФ-І имеет приемный барабан готовых пластмассовых дренажных труб емкостью 200 м, емкость кассет для покровной ленты 200 м, скорость движения пластмассовой трубы 18,6 м/мин. Суммарная мощность электродвигателей для привода механизмов 10 кВт, масса оборудования 3000 кг. Обслуживают УФ-І 3 человека ;
Похожие диссертации на Технологические основы бестраншейного строительства закрытых осушительных систем и рыхления почвогрунтов при мелиорации земель
