Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние дренажной сети в зоне орошения и средства механизированного ухода за ней. цель и задачи исследований 9
1.1. Состояние дренажной сети и анализ причин заиления дренажных труб закрытого горизонтального дренажа (ЗГД) в зоне орошения 9
1.2. Способы очистки дренажных труб ЗГД от заиления 16
1.3. Технологические процессы подачи шланга с дренопромывочным устройством внутри дрены 21
1.4. Технологические процессы очистки дренажных трубопроводов за рубежом 32
1.5. Цель и задачи исследований 37
Выводы 38
2. Методика проведения исследований 39
2.1. Методика проведения лабораторных исследований 39
2.2. Методика проведения полевых исследований 45
2.3. Методика обработки результатов исследований 50
3. Оптимизация параметров шлангоподающего устройства 51
3.1. Исходные предпосылки 51
3.2. Уравнение регрессии и матрица планирования экспериментов 54
3.3. Обоснование параметров, влияющих на работу шланга при его перемещении внутри полости дрены ЗГД 63
Выводы 71
4. Результаты экспериментальных исследований механизированной технологии перемещения шланга и ДПУ в полости дрены 72
4.1. Результаты лабораторных исследований 72
4.1.1. Определение коэффициента сопротивления перемещению водоподающего шланга внутри дренажного трубопровода 72
4.1.2. Определение упругости водоподающего шланга 76
4.1.3. Влияние усилия прижатия шланга и вращающего момента на осевое усилие в шланге 80
4.2. Результаты полевых исследований 86
4.2.1. Влияние давления внутри водоподающего трубопровода на производительность дренопромывочнои машины с шлангоподающим устройством (ШПУ) 86
4.2.2. Определение сопротивления перемещению шланга внутри дренажного трубопровода 91
4.2.3. Определение производительности и эффективности промывки дренажного трубопровода дренопромывочнои машиной с ШПУ 95
4.3. Технология промывки дрен с использованием шлангоподающего устройства 98
Выводы 105
5. Технико-экономическая эффективность механизированной технологии перемещения шланга внутри дрены ЗГД 106
5.1. Основные положения при выборе технико-экономических показателей 106
5.2. Расчет основных технико-экономических показателей предлагаемого способа подачи ДПУ в полости дрены при очистки ЗГД 107
Выводы 122
Общие выводы 123
Рекомендации производству 124
Список использованной литературы 125
Приложения 140
- Способы очистки дренажных труб ЗГД от заиления
- Методика проведения полевых исследований
- Уравнение регрессии и матрица планирования экспериментов
- Определение коэффициента сопротивления перемещению водоподающего шланга внутри дренажного трубопровода
Введение к работе
Дренаж был разработан более 2000 лет назад. В далеком прошлом древние римляне столкнулись с проблемой переувлажненных земель - их осушением. Для этого необходимо было обеспечить дренажный сток, который поддерживал бы водный режим плодородных земель в норме. Однако дренаж сельскохозяйственных земель в древности обеспечивал только поверхностный сток воды после сильных дождей или удаления избыточной воды после сезона паводков.
Впервые римляне осушили часть Великобритании, проложив открытые дрены и каналы для сбора и отвода избыточной воды, вернув плодородие заболоченным землям. Очевидно, в их практике были и закрытые дрены, которые известны с давних времен и состояли из крупных булыжников, а также мертвой древесины. Особое применение дренаж получил в 10 веке на полувлажных и влажных земель вокруг, Северного моря, а в Европе лишь в 16-м и 17-м веках.
Основной проблемой заболачивания и засоления земель является резкий рост уровня грунтовых вод, вызванный нарушением естественного дренажного стока избыточных вод. В связи с этим интенсивность развития сельского хозяйства невозможна без эффективной работы дренажа, обеспечивающего регулирование водного, воздушного и солевого режимов почвы. Нарушение водного баланса земель приводит к нарушению вегетационного цикла растений [10].
Согласно «Кадастра мелиоративного состояния орошаемых и осушаемых земель», свыше 12% всех орошаемых земель Российской Федерации находится в неудовлетворительном состоянии. Так как дренаж является залогом рационального использования орошаемых земель, то особое внимание следует уделить эффективности работы коллекторно-дренажной сети в целом. Строительство и эксплуатация дренажных трубопроводов в качестве неотъемлемой части при использовании земельных
ресурсов, а также охраны окружающей среды началось лишь в середине 20 века. Полных статистических данных о площади земель, защищенных дренажом в различных странах, нет, но даже самые осторожные оценки указывают на то, что в настоящее время дренаж защищает более 80 млн. га земель [8,9,22,24].
Актуальность темы. Интенсивное орошение на Северном Кавказе началось в начале 50 годов 20 века, после зарегулирования стока основных рек региона Волги, Дона, Кубани и Терека и других. Однако с вводом в эксплуатацию оросительных систем уровень фунтовых вод начал интенсивно подниматься. Ранее уровень грунтовых вод залегал на глубине до 15м и ниже, а к 1970 году достиг критических глубин. Характерными признаками тревоги послужило образование солонцовых пятен на поверхности орошаемых земель. Закрытый дренаж отсутствовал и на инженерных оросительных системах в Ставропольском и Краснодарском краях, что явилось также одной из основных причин подъема уровня грунтовых вод в этих регионах [30,71,97].
Из-за сложившейся ситуации в 1980 году на орошаемых землях Северного Кавказа началось интенсивное строительство закрытого горизонтального дренажа (ЗГД). К 2004 году площадь орошаемых земель с закрытым с закрытым горизонтальным дренажом составляет в Южном Федеральном округе 304,6тыс.га. Опыт эксплуатации дренажа показывает, что многие закрытые дрены и дренажные системы, построенные различными способами в Ростовской области и других регионах Северного Кавказа, не обеспечивают поддержания уровня грунтовых вод на необходимой глубине и, вследствие этого, мелиоративного состояния орошаемых земель.
Многие дрены построены с нарушением проектных параметров. Основная часть дренажных трубопроводов не функционирует из-за неправильной эксплуатации ЗГД. В ходе эксплуатации ЗГД в зоне орошения возникает необходимость проведения ремонтно-эксплуатационньтх работ.
При эксплуатации ЗГД внутри дренажных труб образуются илистые отложения, выпадение нерастворимых соединений железа, алюминия и марганца, что неизбежно приводит к заохриванию труб. Поэтому при проведении уходных работ за ЗГД необходимо уделять особое внимание качеству очистки дренажных трубопроводов [58,65,75,86,92,93,98,101,102].
Существующие способы подачи шланга и ДПУ внутрь дрены при промывке дренажных труб: ручным, реактивным и комбинированным способом не могут обеспечивать качественное выполнение работ. Т.к. все вышеперечисленные способы подачи шланга и ДПУ при промывке дренажного трубопровода имеют существенные недостатки:
-подача шланга и ДПУ в полость дрены не более чем 120м (при этом расстояние между колодцами 500м);
-возникает необходимость отрывки дополнительных шурфов по трассе дрены;
-весь комплекс выполняемых работ при подаче шланга и ДПУ выполняется вручную;
-низкая производительность выполняемых работ.
Для повышения качества и производительности выполняемых работ необходимо применять механизированный способ подачи шланга и ДПУ внутрь дрены при промывке дренажного трубопровода [52,53,59,84].
На сновании проведенного анализа способов подачи шланга внутрь дрены, механизированный способ подачи шланга и ДПУ внутрь дрены на сегодняшний день является - актуальным.
Объект исследования. Объектом исследований был выбран орошаемый участок с закрытым горизонтальным дренажом площадью 200га в ЗАО «Обильное» Ростовской области.
Целью работы является совершенствование способа подачи шланга с дренопромывочным устройством и технологии промывки дренажных труб закрытого горизонтального дренажа.
Задачами исследований в соответствии с поставленной целью являлись: -анализ существующих способов подачи дренопромывочного устройства при очистке полости полиэтиленовых дренажных труб от илистых отложений;
-обосновать параметры и разработать методику расчета основных параметров шлангоподающего устройства;
-разработать и апробировать в производственных условиях шлангоподающее устройство;
-разработать технологию промывки дрен с использованием шлангоподающего устройства;
-установить технико-экономическую эффективность механизированного способа подачи дренопромывочного устройства в дренажной трубе ЗГД. Достоверность научных положений и выводов обосновывается: -большим объемом лабораторных и полевых исследований; -данными математического анализа полученных результатов с высокими значениями корреляционных отношений в зависимостях и уравнениях;
-положительными результатами в ходе производственной проверки экспериментального образца шлангоподающего устройства и технологии промывки дренажных труб с использованием шлангоподающего устройства.
Научная новизна работы: -установлены факторы, влияющие на дальность подачи дренопромывочного устройства в пластмассовом дренажном трубопроводе; -оптимизированы основные параметры шлангоподающего устройства, что позволило разработать новую конструкцию шлангоподающего устройства (заявка №2004120722/06(022237));
-разработана технология промывки дрен с использованием шлангоподающего устройства на расстояние до 275м. Практическая ценность: -разработаны технологические требования и технические условия на
устройство для подачи шланга и дренолромывочного устройства внутрь пластмассового трубопровода при его промывки;
-обоснованы геометрические и кинематические параметры ШПУ: скорость подачи V„=0,1m/c, диаметр шкива Ош-580мм, диаметр шланга с1га=25мм и частота вращения пш=7об/мин;
-установлена технико-экономическая эффективность механизированного способа подачи дренопромывочного устройства в дренажной трубе. Реализация результатов исследований:
-изготовлен опытный образец шлан го подающего устройства;
-разработана технология, обеспечивающая максимальную до (275м) подачу шланга и дренопромывочного устройства в дренажной трубе.
Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований доложены на межвузовских научно-технических конференциях в НГМА: «Совершенствование технологии и средств механизации производственных процессов в АПК»; «Актуальные проблемы мелиорации и водного хозяйства Юга России»; «Всероссийская выставка-ярмарка», диплом 1 степени за научно-техническую разработку (4-7.05.03); «Межвузовский научно-практический семинар студентов, аспирантов, преподавателей и специалистов производственных организаций (НИИ)»; Региональная научно-практическая конференция, посвященная 95-летию Мелиоративного образования на Юге России»; «Повышение эффективности использования мелиорированных земель», ФГНУ «РосНИИПМ», а также опубликованы в научно-теоретическом журнале «Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук » (№4 2005г) и других изданиях.
По результатам исследований опубликовано 5 работ, в том числе подана заявка на изобретение №2004120722/06(022237).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложения. Общий объем диссертации 147 страниц, включая 40 рисунков, 18 таблиц и список использованной литературы из 118 наименований, в том числе 9 иностранных.
Способы очистки дренажных труб ЗГД от заиления
В связи с тем, что в дренажной воде имеются соли железа, алюминия, марганца и других металлов, а также илистые отложения, находящиеся внутри дрены длительное время накапливаются, и весь комплекс веществ под действием физико-химических процессов и времени образует твердый известковый камень (происходит заохривание илистых отложений). При «заохривании» дренажной сети происходит уменьшение диаметра полезного сечения трубы и вследствие этого - потеря эффективности. А при сильном заилении в дренажном трубопроводе происходит образование холмиков, толстого слоя каменистой структуры солевого налета, что в процессе эксплуатации дренажной сети препятствует нормальному отводу избытка воды из верхнего слоя земли. Дренажные трубы с такими наносами требуют текущего (при небольшом заилении) или капитального ремонта.
Возможны три способа ремонта дренажных трубопроводов: а) без вскрытия дрен; б) с пунктирным (частичным) вскрытием дрены и их прочисткой; в) сплошная замена труб. Без вскрытия дрены очищают: химическим, механическим, гидравлическим путем. Дренаж представляет собой устройство, предназначенное для отвода воды, и регулирования солевого баланса корнеобитаемого слоя почвы и состоит из трубопровода, обсыпанного защитно-фильтрационным материалам. В качестве трубопровода могут быть использованы трубы, изготовленные промышленностью из чугуна, асбестоцемента, керамики, а также полимерных материалов. Наиболее эффективными являются дрены из полимерных материалов, так как они обладают гибкостью, жесткостью, имеют небольшую массу, низкую стоимость. Одним из достоинств пластмассовых дрен является то, что при их закладке в траншею происходит одновременная обсыпка всей поверхности дрен защитно-фильтрационным материалом и обратная засыпка траншеи. Также при строительстве дренажа из пластмассовых дрен возможна укладка дрены различной длины без стыков, а также они имеют перфорацию (отверстия) по поверхности трубы и гофрирование. Пластмассовые дрены могут быть различного диаметра от 0100мм до 0200мм в зависимости от назначения [12,66].
При строительстве дренажа по трассе дрены принято строить смотровые колодцы, предназначенные для наблюдения за работой закрытого горизонтального дренажа. Наличие стока воды в них говорит об исправном состоянии дренажных труб. Смотровые колодцы строятся с частотой 500м друг от друга, а значит, длина дрены составляет также 500м [100].
Химическая очистка дрен основана на введении в дрену химических элементов, растворяющих заохренные отложения в рыхлое состояние, затем их смывают струей воды. Раствор для разрыхления состоит из: серной кислоты и бисульфита натрия в количестве, обеспечивающем концентрацию в дрене соответственно 0,3% и 2%.
Для этого специальными заглушками глушится один из концов участка дрены внутри колодца и точно такими же заглушками глушится конец дрены, находящейся в соседнем колодце. После проведенной работы получается участок дрены протяженностью 500м, лишенный стока. Затем производится закачка раствора в колодец водонапорным агрегатом из цистерны до тех пор, пока оба колодца будут наполнены выше уровня дрен и при этом сохраняется постоянный уровень. Далее смотровые колодцы накрываются специальными крышками, и раствор выдерживается в течение суток. При этом воизбежании интенсивного фильтрования раствора в землю, смотровые колодцы предварительно заполняют водой на некоторое время, позволяя тем самым воде напитать собой слой грунта, что в дальнейшем снизит коэффициент фильтрации раствора в грунт. Через выдержанное время, оставшийся раствор откачивается из смотровых колодцев, одновременно опустошая полость дрены вместе с останками затвердевших наносов в специальную емкость с последующей очисткой от опасных химических элементов, растворенных в воде. После этого осуществляется заключительная промывка дрены струей воды. Для этого в дрену подается обильный поток воды, которым смываются остатки разрыхленного слоя и раствора. Затем с трубы удаляют заглушки и переходят к следующему участку дренажа.
Данный способ имеет ряд недостатков: при промывке дрен специальным раствором происходит фильтрация раствора через перфорацию дрены н грунт колодца, что является фактором экологического загрязнения, вследствие чего наносится ущерб окружающей среде. Также этот метод требует многократных повторов проведения обработки полости дрены химическим раствором, что приводит к дороговизне и закисленню земель. Механический способ очистки дрен основан на разрушении наносов специальным рабочим органом, имеющим привод от электромотора или насоса. Во внутрь дрены вводятся быстро разборные металлические стержни длиной до 30м, диаметром 8-32мм. На конце первого стержня закреплен вращающийся ерш, рыхлитель или бур. Данный способ позволяет разрушать твердые солевые наносы в глубь дрены до 125м. После разрушения, разрыхления наносов металлическая конструкция демонтируется, затем производится промывка очищенной дрены обильным током воды, который увлекает за собой разрушившиеся частицы заохренных наносов. Данный метод чаще всего применяется в случаях, когда дренаж длительное время не обслуживается или обслуживался не достаточно хорошо. Все работы проводятся вручную на дне колодца, где мало места и наличие воды. Эти факторы сопровождаются тяжелым, изнурительным трудом обслуживающего персонала. Очистка дрен механическим способом характеризуется дальностью очистки до 125м, что недостаточно и требует отрывки дополнительных шурфов по трассе дрены. Это ведет к тому, что возникает необходимость использования большого количества техники, негативно отражаясь на экономической части. Но самым главным недостатком является реальная угроза повреждения дренажной трубы разрушающим рабочим органом конструкции.
Методика проведения полевых исследований
Полевые исследования параметров шланголодающего устройства (ШПУ) проводились в ЗАО «Обильное» Ростовской области на площади дренирования 200га. Глубина залегания водоприемной части до 3,75м (в за) а уклон i=0,002 при этом в качестве дрен были использованы пластмассовые гофрированные перфорированные дрены протяженностью 1100м, с междренным расстоянием 200м, расстояние между смотровыми колодцами 500м. Последние ремонтно-эксплуатационные работы за ЗГД в ЗАО «Обильное» проводились в 1990г (из-за отсутствия соответствующего оборудования).
Целью проведения производственных исследований является: -установление влияния давления внутри водоподающего шланга на дальность промывки с одной позиции; -определение сопротивления перемещению шланга внутри дренажного трубопровода; -промывка дрен от илистых отложений при помощи дренопромывочной машины с ШПУ; -определение производительности дренажной машины с ШПУ. Определение влияния давления воды в шланге на дальность промывки осуществляется путем подачи шланга внутрь дрены с изменением давления на выходе из насоса дренопромывщика ДПМ-1 от МЇЇЧ до МАХ.
Первоначально шланг подается внутрь дрены при помощи ШПУ при давлени на выходе из насоса дренопромывщика Ртіп-0,1МПа. Подача шланга и ДПУ при таких параметрах осуществляется до момента пробуксовки шкива по шлангу. В момент пробуксовки определяется дальность подачи шланга по имеющейся маркировке на шланге, а также учитываются показания манометров гидролинии. Затем давление на выходе из насоса дренопромывщика увеличивается до Р„=0,2МПа и подача шланга вновь осуществляется до начала пробуксовки шкива по шлангу, с последующим замером дальности подачи шланга и показаний манометров. Таким образом давление на выходе из насоса увеличивается до Ртах=0,8МПа с интервалом увеличения 0,1 МПа. Давление на выходе из нососа изменяется за счет увеличения частоты вращения насоса дренопромывщика.
Для определения сопротивления перемещению водоподающего шланга и ДПУ внутри дренажного трубопровода разработана методика, суть которой заключается в следующем: подача шланга и ДПУ внутрь дрены осуществляется при давлении на выходе из насоса до Р=0,8МПа и при этом определяется вращающий момент на валу ШПУ. Для обеспечения заданного давления на выходе из насоса дренопромывочной машины производилось регулирование частоты вращения ВОМ трактора МТЗ-80, а для определения вращающего момента МВ[МЩ на валу гидромотора МГП-120 разработана гидравлическая схема привода ШПУ с контрольно-измерительной аппаратурой (рисунок 12).
Манометры для измерения давления сливной и напорной гидролинии установлены во втором контуре. По разности показания манометров определяется перепад давления на гидромоторе, а затем по известной в гидравлике зависимости с учетом КПД гидросистемы рассчитываем вращающий момент на валу МГП-120. Промывка дренажных труб с помощью ДПМ-1 в ЗАО «Обильное»Ростовской области. Промывка пластмассового дренажного трубопровода осуществляется путем механизированной подачи шланга и ДПУ внутрь дрены на расстояние до 275м с одной позиции, по общепринятой технологии, путем подачи шланга и ДПУ внутрь дрены из верхового колодца, а затем аналогичная промывка из верхового колодца (рисунок 13).
Для проведения эксперимента выбрана дрена 0100мм (определение диаметра дрены осуществляется после отрывки шурфа по трассе дрены (рисунок 14). Затем производится монтаж гидролинии трактора МТЗ-80 и гидромотора МГП-120, а также настройка ШПУ на дальность подачи шланга и ДПУ до 275м. Затем присоединяется водовод из емкости ВУ-3 к водоприемной части насоса дренопромывщика ДПМ-1.
На барабане дренопромывочной машины намотан полиэтиленовый шланг длинной L=300M И присоединена на свободном конце специальная дренопромывочное устройство фронтального действия. Водопадающий шланг по всей длине имеет маркировку через 5м. ШПУ и водопадающий шланг опускают на дно колодца при помощи специальной опорной конструкции и лебедки.
Для начала промывки подается команда включения ВОМ МТЗ-80 и положение золотника гидролинии «подъем». Затем давление на выходе из насоса доводится до Ршах= 0,8МПа, а скорость подачи шланга и головки Vn= 0,1м/с обеспечивается регулирование за счет частоты вращения шкива ШПУ пш= 7об/мин на протяжении всего этапа промывки. Частота вращения шкива ШПУ регулируется при помощи игольчатого клапана, установленного между рукавами напорной и сливной линии, путем изменениия расхода рабочей жидкости в гидросистеме привода ШПУ.
Таким образом подача шланга и ДПУ при промывке осуществляется до начала пробуксовывания шкива по шлангу. В момент буксования определяется: дальность подачи шланга и ДПУ, давление на выходе из насоса, а также показания манометров гидролинии.
Определение фактической производительности ШПУ производится путем хронометрирования, т.е. замеров подачи шланга в единицу времени. Для этого применяется хронометр (секундомер) и специальный измерительный инструмент (рулетка). Все измерительные приборы проверены и опломбированы в отделе стандартизации (г. Ростов-на-Дону).
При определении производительности ШПУ производится подача шланга внутрь дренажного трубопровода на расстояние не менее 275м, при давлении воды на выходе из насоса Рт О МПа. Подача шланга осуществляется при взаимодействии шланга со шкивом, при этом частота вращения п,шг= 7об/мин. Шланг и ДПУ подаются внутрь дрены до тех пор пока шкив ШПУ не начнет проскальзывать по шлангу. После чего определяется расстояние, пройденное шлангом за данный отрезок времени.
Уравнение регрессии и матрица планирования экспериментов
Как видно из предварительного анализа, между указанными параметрами наблюдается корреляционная связь, которая нами определена экспериментальным путем. Для снижения затрат времени на проведение экспериментальных исследований использовали методику оптимального планирования многофакторного эксперимента.
В качестве факторов, оказывающих наиболее существенное влияние на выход процесса, были приняты усилие Р(Н), момент М(Нм) и коэффициент упругости трубы К(Нм). В качестве критерия оптимизации параметров ШПУ использовали толкающее усилие У (Н).
Установка представляет собой штатив 1 с кронштейном 2 и хомутом 3, в котором зажимается образец дренажной трубы 4 на конце, которой закрепляется хомут 5. Те изометрический датчик 6 измеряет усилие Д, прикладываемое стяжкой 7 к трубе (шлангу) 4 для отклонения его на трубы длиной L. Для упрощения сравнительной оценки гибкости труб, изготовленных из различных материалов и имеющих различные характеристики сечения, их длина L принималась равной 1000 мм. Это позволило представить результаты измерения значений коэффициентов к в Н/м. После закрепления трубы в хомуте 3 стяжкой 11 задавали деформацию трубы , измеряя тензодатчиком 6 усилие деформации Д.
Усредненные значения коэффициента гибкости трубы к для двух образцов труб, выполненных из различных материалов, но имеющих практически одинаковые размеры, представлены в графе 9 таблицы 2 (наружный диаметр с!=25мм, толщина стенок 5=2мм).
Очень большое влияние на величину толкающего усилия ШПУ оказывает качество наружной поверхности трубы, которое зависит от вида используемого материала и применяемого оборудования, так и от режима обработки. В принципе, все перечисленные особенности можно характеризовать шероховатостью поверхности, применяя известный в технологии конструкционных материалов термин «средняя высота неровностей» и, следовательно, использовать стандартную методику оценки поверхности машиностроительных изделий. При этом следует учитывать, что как только сухая труба погружается в пульпу, ее поверхностные характеристики изменяются, а конечный результат, то есть толкающее усилие зависит от консистенции пульпы. В таблице 3 представлены 3 фактора, как мы уже отметили выше, оказывающих наиболее существенное влияние на выход процесса, а также интервалы их варьирования в натурных и кодированных значениях. При выборе граничных значений диапазонов варьирования каждого из 3-х факторов исходили из реальных условий работы ШПУ в дренажном колодце в полевых условиях . При этом стремились обеспечить реализацию такого сочетания факторов, которые могут обеспечивать достижение максимального значения критерия, оптимизации параметров подачи шланга, то есть наибольшего толкающего усилия роторно-роликового устройства.
Во-первых, диапазон регулировки нажимного усилия Р не должен допускать чрезмерной деформации шланга, т.к. это может привести не только к преждевременному его износу, но прежде всего, может нарушить взаимодействие всех трех элементов: ротора, роликов и шланга. Недостаточное усилие нажима не позволит реализовать потенциальные возможности ШПУ, то есть продвижение трубы в дрене будет невозможно.
Наименьший рост интенсивности толкающего усилия наблюдается при Хг=1 и Хз=-1, то есть во всем диапазоне изменения нажимного усилия Р и даже при максимальном значении крутящего момента М величина развиваемого ШПУ толкающего усилия ограничивается упругостью трубы. Характерно, что при переборе сочетаний основных параметров изменяется характер зависимостей, и некоторые линии уровня совпадают полностью или имеют близкие параметры. Например, совпадают линии уровней 2 и 8, расхождения составляют всего несколько Н, что даже невозможно показать на графике в масштабе. Таким образом, (рисунок 18) позволяет оценить влияние фактора Xi (нажимного усилия Р) на толкающее усилие ШПУ с учетом уровней остальных двух факторов Х2 и Хз.
На рисунке 19 показаны двумерные сечения поверхности отклика при изменении фактора Хг (крутящего момента) для различных, стабильных сочетаний факторов Xi и Х3. Из рисунка 19 видно, что различные их сочетания оказывают различное влияние на толкающее усилие У ШПУ. Так, при Xi=l и Хз=-1 линия сечения поверхности отклика 3 имеет круто выраженный спад от Xi=-1 к Xi=l почти на 300 Н. Это - первая линия, у которой сочетание факторов дает такой интенсивный спад толкающего усилия для всего ранее исследованного 3-х факторного пространства. Линия 2 для Xf=0 и Хз=-1 характеризует сочетание всех 3-х факторов, дающее практически неизменное толкающее усилие У. Однако крутящий момент М в данном сочетании реализуется только наполовину. Остальные сочетания факторов Хь Хг и Хз обеспечивают рост толкающего усилия У, что объясняется увеличением нажимного усилия Р от минимума до максимума во всем диапазоне его значений и, следовательно, лучшим контактам трубы с ротором. Спад значения толкающей силы У (линия 3) объясняется повышенной деформацией трубы малой упругости в желобе ротора и, следовательно, нарушением их сцепления. На рисунке 20 подобное явление отражает линия 7, которая иллюстрирует снижение толкающего усилия У в результате недостаточного крутящего момента, приложенного к ротору. Как видно (рисунок 20), несмотря на увеличение упругости трубы, толкающее усилие У падает. Большинство сочетаний факторов дают практически стабильное или незначительное возрастающее усилие. Наибольшее толкающее усилие позволяет развить сочетания факторов, соответствующее (линии 3 рисунок 18, линии 9 рисунок 19 и линии 9 рисунок 20). Рассмотренные двумерные сечения отклика позволили установить влияние каждого фактора на выход процесса, то есть на толкающее усилие ШПУ при фиксированных значениях других факторов.
Для изучения комплексного влияния факторов на выход процесса рассмотрим вид поверхности отклика, построенной по уравнению (Ї2) при фиксированных значениях одного из факторов.
Как видно из рисунка 21, минимальные значения толкающего усилия У получены при Xi=-1; Х2=-1; Хз=-1 для всех 3-х вариантов сочетания факторов. При этом номинальные значения усилий составляют около 200Н. В каждом варианте сочетаний факторов идет последующий рост усилий при увеличении факторов Xj и Х2 к 1. В исследуемой области трехфакторного пространства наблюдается максимум толкающего усилия при Хз=-1 в области с координатами Xj=l и Хг=-1, когда величина толкающего усилия У=940Н. Максимальное значение толкающей силы У=997Н ШПУ развивает при значениях факторов Xi=l; Хг-\ и Хз=1, поэтому оптимальные параметры раскодирования составляет (таблица 3): сила нажимного усилия Р=600Н; ШПУ соответствуют указанным значениям факторов, что после и крутящий момент М=280 Нм; коэффициент гибкости трубы к=61,6 Н/м.
Определение коэффициента сопротивления перемещению водоподающего шланга внутри дренажного трубопровода
Для проведения исследований по определению коэффициента перемещения шланга внутри дренажного трубопровода нами была разработана лабораторная установка, представляющая собой сварной металлический стол, на котором закреплена доска и пластмассовая дрена 0100мм (рисунок 22) [61].
Лабораторная установка по определению коэффициента сопротивления перемещению дренажной трубы. Дрена внутри наполнена илистыми отложениями, аналогичными по составу и консистенции с отложениями в реальных условиях (рисунок 23). Внутри дрены помещается испытуемый образец с обеих сторон, у которого имеются крючья. К одному из концов присоединяется капроновая нить. Шланг перемещается по полости трубы за счет усилия, возникающего в нити, которая одним концом присоединена к барабану, а другим к водоподающему шлангу. Дрена с илистыми отложениями Для исследований использовались образцы, изготовленные из одинакового материала, одного диаметра, но разной длины: і=0,5м; г=1,5м; з=2,5м. Для обеспечения естественных условий при движении водоподающего шланга при промывке, нами было обеспечено: наличие илистых отложений дренажного стока (рисунок 24). Илистые отложения предварительно были взяты в одном из низовых колодцев ЗГД. При этом, интенсивность дренажного стока (искусственного) смоделирована в соответствии с интенсивностью естественного.
Все образцы поочередно устанавливались и перемещались по полости трубы лабораторной установки. При перемещении образцов с помощью тензозвена измерялось усилие необходимое для перемещения и время, за которое образец преодолеет расстояние в Юм.
Тензозвено закреплено на специальной тележке, т.к. собственный вес тензозвена будет изменять усилие перемещения шланга (рисунок 25). Тензозвено предназначено для измерения сопротивления перемещению опытных образцов за счет его растяжения под действием нагрузки от сопротивления перемещению.
Рисунок 24 - Искусственный дренажный сток Рисунок 25- Использование тензозвена при определении коэффициента сопротивления при перемещении шланга внутри дрены.
При растяжении тензозвена происходит деформация наклеенных на него тензодатчиков, что приводит к изменению их сопротивления, а следовательно, и к изменению электрического сигнала от тензостанции через токопередающий провод. Изменение электрического сигнала определяется тензостанциеи и на мониторе выдается его среднее значение за время перемещения опытного образца. Тензодатчики наклеены на тензозвено по мостовой схеме.
Результаты исследований представлены в таблице 5. На основании данных была построена графическая зависимость (рисунок 27). Всего нами были проведены 9 опытов по определению коэффициента сопротивления перемещения шланга внутри дренажной трубы. Средние значения к каждого из образцов =0,5;1,5;2,5м суммировались, а затем усреднялись. В результате проведенных исследований мы получили среднее значение коэффициента 1с=0,495. Принимаем значение к=0,5.
Определение упругости водоподающего шланга Для проведения исследований по определению коэффициента упругости водоподающего шланга нами была разработана лабораторная установка, представляющая собой сварную металлическую конструкцию, имеющую форму прямоугольника (рисунок 17,28).
Все образцы поочередно устанавливались на специальный стенд, затем при помощи натяжного устройства свободный конец шланга отклоняется на величину 300мм, а величина отклонения фиксируется при помощи линейки, установленной на стенде. В момент отклонения опытного образца возникает усилие Д, величина которого фиксируется при помощи тензозвена. Затем импульсы поступают в тензостанцию, там обрабатываются и передаются на монитор. Отклонение опытного образца на величину 300мм осуществляется поэтапно. Интервал увеличения і 50мм, т.е. каждый образец подвергался шестикратному исследованию [18,20].
Результаты измерений представлены в таблице 2, опыт имел 3х кратный повтор. Определенные экспериментально значения усилий Д, переведены в расчетные значения Др с учетом коэффициента относительной деформацииет.
Для исследования упругости пружины нами была разработана лабораторная установка. Установка сварена из кусков швеллера и представляет форму прямоугольника (рисунок 11,29). Для проведения исследований по определению упругости пружины, ее закрепляют на верхней части стенда, присоединяют натяжное устройство и динамометр № 635 ДПУ-0,2-2 (ГОСТ-9409-60), имеющий предельную нагрузку 200кгс и ценой деления 2кгс. В момент проскальзывания шкива по шлангу тензозвено передавало импульсы в аналоговый цифровой преобразователь, откуда информация выводилась на монитор ЭВМ.
Вращающий момент на валу ШПУ увеличивался до момента начала проскальзывания шкива по шлангу, при этом для обеспечения получения более точных данных мы смачивали соприкасаемые поверхности водой. В момент проскальзывания шкива по шлангу тензозвено передавало импульсы в аналоговый цифровой преобразователь, откуда информация выводилась на монитор ЭВМ.
