Введение к работе
Актуальность проблемы. Дальнейший технический прогресс в строительстве и дорожном машиностроении предусматривается в направлении создания специализированных комплексов машин и оборудования, дальнейшего повышения производительности и единичной мощности, улучшения удельных показателей, важнейших рабочих параглетров, повышения надежности, улучшения эргономических показателей и комфортабельности обслуживания, а таїске создания принципиально новых строительных и дорожных машин и оборудования.
В настоящее время, наиболее слабым звеном в организации комплексной механизации строительного процесса является недостаточная вооруженность строителей специальными машинами и оборудованием для работы в таких условиях, где существующая базовая техника либо не эффективна, либо ее применение сильно ограничено или невозможно. Такие условия принято называть стесненными. Перечень выполняемых работ в стесненных условиях достаточно велик. Работы, ведущиеся в настоящее время в плане разработки и создания новых прогрессивных средств для комплексной механизации строительных работ в стесненных условиях, подтверждают актуальность решения данной проблемы, и тот факт, что скорейшая разработка новых универсальных, малогабаритных, высокопроизводительных, надежных, простых и удобных в эксплуатации машин и устройств многоцелевого назначения дает достаточно большую экономию средств и рабочего времени за счет сокращения объема разданных ручных работ, повышения производительности труда и улучшения качества работ.
Сейчас, практически все ведущие промышленно-развитые страны, такие как США, Япония, Великобритания, Франция и др. и в том числе Россия разрабатывают комплексные научно-технические программы,
предусматривающие разработку и внедрсшіє новых техкологическш; процессов в области строительства и производства строительных материалов. В первую очередь, к такий процессам относятся is.niy. оше, реализующие энергию взрыва, электроразряда, электршапсг ного поля, квантового генератора и др.
і'їіеханизаціш и автоматизации строительного производства па б. зе импульсных процессов подлежат в первую очередь земляные раб' ты, как наиболее трудоемкие, свайные, бетонные, моита;лшє ц др
В последние года появилось достаточно иного работ, посвящен решению сла-шой проблемы использования злектрпческого взрыва / элсктроразряда / в качестве практического способа воздействк на вещество. Исследования в этой области ученых и специалистов стран СНГ, выполненные в 11КБ Электрогидравлики АН Украины / т.. колаев /, ФТИ АН республики Беларусь / г.Минск /, в ряде ВУЗов и НИИ России, в Санкт-Петербурге, Москве, Томске, Петрозаводск и др. показали не только несомненную перспективность массового внедрения электроразряда для механизации строительного произво. ства, но и доказали наличие существенных преимуществ у него по сравнению, например, с использованием взрывов ВВ: возможность управления процессом накопления и выделения энергии, автоматиз вдш процессов воздействия на обрабатываемый объект, отсутствие источника повышенной опасности после отключения установки, про тота и низкая себестоимость рабочих органов для реализации эле троразряда и др. Однако, до сих пор отсутствуют теоретические методологические основы создания таких машин и оборудования. 1І тому, решение указанной проблемы и ее задач имеет большое науч и народно-хозяйственное значение.
Цель таботы. Разработка теоретических и методологических ос
создания строительных и дорожных многоцелевых электроразрядных машин-орудий, обеспечивающих существенную экономию энергетических, материальных и трудовых ресурсов, механизацию процессов разработки, уплотнения, разрушения грунтов, негабаритов прочных пород и строительных конструкций и других операций в стесненных условиях и специфических ситуациях производства строительных работ. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи: 1^ Проведение критического анализа современного состояния средств механизации строительного производства и обоснование актуальности более широкого использования импульсной техники, в частности электроразрядной, в строительстве. Классификация машин, устройств и механизмов для механизации строительного производства на основе элек-трогидроимпульсной технологии.
2.: Обоснование возможности унификации энергетической части электроразрядных строительных и дорожных машин-орудий, устройств и механизмов с целью повышения их эффективности при совместном использовании в виде универсальных комплексов и для рационального применения разработанных рабочих органов и орудий при взаимодействии с грунтом, прочной породой и другими средами / строительными конструкциями /.
-
Обобщение опытных и расчетных данных по гидродинамическим особенностям электрического разряда в жидкости. Разработка методов управления режимом выделения энергии с целью достижения оптимизации разряда для данной технологической операции при условии существенного ограничения объема жидкости. Разработка шизико-технологических основ взаимодействия со средами рабочих органов и орудий для проектирования электроразрядных многоцелевых строительных и дорожных машин.
-
Разработка новых электроразрядных средств механизации уплотнения
и рыхления грунта, дробления негабаритов прочных пород и бетонн оснований, бурения шпуров и скважин, а такие свайных работ. 5. Разработка рекомендаций для обоснованного проектирования и Э' тивнаго внедрения в строительстве многооперационных электроразр ных машин-орудий, устройств и рабочих органов.
На защиту выносятся следующие результаты, полученные лично а ром и обладающие научной новизной:
-
Результаты теоретических и экспериментальных исследований Фи: ческого процесса преобразования электрической энергии в механич кую, применительно к проблеме взаимодействия рабочих органов с і батываемой средой, определения методов управления этим процесса
-
Математические модели кинематических и энергосиловых характе; тик основных классов строительных и дорожных многооперационных : троразрядных машин-орудий.
-
Результаты экспериментальных исследований моделей строительн и дорожных многоцелевых электроразрядных машин-орудий в лаборат< ных условиях и опытных образцов новой техники в полевых условия; строительства.
-
Рекомендации по выбору рациональных Форм рабочих органов стр< тельных и дорожных многоцелевых электроразрядных машин-орудий, : нологвдеской оснастки, рабочей жидкости, ее температуры и режиме выделения энергии при выполнении той или иной технологической ее ительной операции, а также предложения по созданию мобильных ст] тельных и дорожных многоцелевых электроразрядных машин-орудий."
Методы исследований. Б работе использован комплексный метод і следований, включающий в себя обобщение ранее выполненных работ, создание единой методологии поиска оптимальных решений, теоретик кие и экспериментальные исследования конкретных устройств. Теоре ческие исследования выполнены с привлечением трех законов coxpai механики при построешш аналитических схем и методов математичес
статистики с применением теории подобия и размерности, регрессионного анализа при обработке экспериментальных данных. Экспериментальные исследования выполнены на моделях и опытно-промыпшенных образцах строительных и дорожных многоцелевых электроразрядных машин-орудий с использованием современной измерительной аппаратуры.-
Научная новизна. Научная новизна работы заключается в обосновании возможности создания мобильных многоцелевых электроразрядных строительных и дорожных машин-орудий, имеющих свою технологическую нишу и не отменяющие, а дополняющие парк существующей строительной и дорожной техники; В работе определены основные параметры таких машин, условия для оптимизации этих параметров и тем самым заложены научные основы для их проектирования.
Ряд таких опытных машин прошли проверку в производственных условиях, что обеспечивает достоверность выполненных исследований.
Практическая ценность. Практическая ценность работы заключается в том, что внедрение новых машин в области строительства существенно расширит диапазон использования электрогидроимпульсной технологии в народном хозяйстве, позволит реально создать средства комплексной механизации строительного производства. Кроме этого, разработанные методы расчета строительных и дорожных многоцелевых электроразрядных машин-орудий позволяет уже на стадии проектирования конструировать их с рациональными параметрами, вплоть до создания многооперационных универсальных комплексов.
Мобильность и многоцелевое применение строительных и дорожных электроразрядных машин-орудий, как показала практика, наиболее перспективны в стесненных условиях строительства или в специфических ситуациях^ для ликвидации последствий аварий и стихийных бедствий. Это определило границы выполненных исследований. Объектом исследования явилась электрогидроимпульсная технология, применительно к механизации строительных работ, а преметом - машины реализующие эту технологию.
Реализация работы. На базе теоретических и экспериментальных исследований, разработанных методов расчета, были спроектировав сконструированы, испытаны и внедрены в- строительное производство в Санкт-Петербурге, Лен. области и Карелии серии опытно--тюмышленных образцов новой алектроразрядной техники. Кроме этого, автором разработаны обоснованные предложения по использо ванию электроразрядных машин при восстановлении железных дорог и реализованы в соответствии с программой МО РФ " Колокол ". и рекомендации к внедрению их при реконструкции и ремонте гидро технических объектов водного транспорта. Основные результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс Санкт-Петербургского государственного технического университета. Петрозаводского государственного университета, ВАТТ, Санкт-Петербургского военно-транспортного института железнодорожных войск и БОС и др. учебных заведений.
Аптобапия работы. Основные результаты исследований и диссерт ция в целом докладывались и обсуждались: на 1,2,3 и 4 Всесоюзны НТК " Электрический разряд в жидкости и его применение в промыт ленности " - г. Николаев, 1976, 1980, 1984 и 1988 г.г.; Всесоюа ной НТК " Перспективные направления комплексной механизации стр ительного производства "; - г. Ленинград, 1985 г.; 5-й Всесоюзно: конференции " Получение и обработка материалов высоким давление] - г. Минск, 1987 г.: Всесоюзной НТК " Разработка и внедрение пе спективных технологий и устройств для строительства и реконстру] ции народохозяйственных объектов в свободной экономической зоне Ленинграда и области " - г. Ленинград, 1991 г.; на ряде межвузо ких, региональных и городских конференциях по строительству.
В полном объеме работа была заслушана и одобрена на 52-й нау ной конференции Санкт-Петербургского государственного архитекту но-строительного университета, г. Санкт-Петербург, 1995 г.
Публикации. В диссертации использованы результаты исследований, выполненных в период с 1974 по 1994 годы на базах научных лабораторий ЛБУ ВДВ и БОСО им. М.-В.Фрунзе, Ленинградского политехнического института им. М^И.Калинина, Кировского политехнического института, Петрозаводского государственного университета им. О.В^Куусинена и ЛВИМУ им. адм.С."0;Макарова. По результатам исследований опубликовано 70 научных работ, из них 36 авторских свидетельств.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Содержит 2І0 странна машинописного текста,118 рисунков, 59 таблиц. , 2 приложения и список литературы на 170 наименований.
