Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современный уровень механизации и технологии производства фундаментных работ
1.1. Передовые технологии возведения фундаментных конструкций... 17
1.2. Средства механизации для строительства фундаментов 27
1.3. Применение гидропривода в технологическом оборудовании для строительства фундаментов 35
1.4. Современная конструкция амортизаторов и исследования в области их создания 39
1.5. Анализ нерешенных проблем 50
Глава 2. Система «Виброоборудование - Амортизатор - Строительная машина»
2.1. Принцип действия гидравлического амортизатора, оснащенного рукавами высокого давления 52
2.2. Общие требования к амортизатору вибратора, навешиваемому на базовую машину 54
2.3. Математическая модель системы «Виброоборудование -Амортизатор — Строительная машина» и программа расчета гидроамортизатора 62
2.4. Выводы по главе 82
Глава 3. Экспериментальные исследования на стендах лабораторного комплекса
3.1. Основные предпосылки и задачи экспериментальных исследований 84
3.2. Приложение теории инженерного эксперимента к проведенным исследованиям и испытаниям 88
3.3. Экспериментальные исследования и их результаты 95
3.3.1. Характеристики упругости РВД 95
3.3.2. Физическая модель вибросистемы с гидроамортизатором 101
3.3.3. Программа и методика экспериментов 105
3.3.4. Порядок проведения исследований, смена условий и нагрузок 112
3.4. Выводы по главе 121
Глава 4. Испытания гидроамортизатора с комплектом оборудования в условиях строительства
4.1. Головной образец гидравлического амортизатора 128
4.2. Методика натурных исследований и испытаний 131
4.3. Комплекты гидравлического вибрационного оборудования 133
4.4. Испытания на объектах строительства транспортных сооружений 136
4.5. Выводы по главе 147
Глава 5. Модульный комплект гидрообъемных амортизаторов
5.1. Структура модульного комплекта виброоборудования с гидрообъемным амортизатором 149
5.2. Принципы выбора и расчета составных частей амортизатора 153
5.3. Принципы компоновки гидроамортизатора 156
5.4. Технико-экономическая эффективность применения гидроамортизаторов 156
Общие выводы 158
Публикации по материалам диссертации 161
Список использованной литературы 162
Приложения
- Применение гидропривода в технологическом оборудовании для строительства фундаментов
- Общие требования к амортизатору вибратора, навешиваемому на базовую машину
- Приложение теории инженерного эксперимента к проведенным исследованиям и испытаниям
- Испытания на объектах строительства транспортных сооружений
Введение к работе
Развитие процессов фундаментостроения в России и за рубежом происходит с достаточно интенсивным увеличением доли свайных фундаментов, сооружаемых в транспортном и других видах строительства из железобетона буронабивным методом с погружением в образуемую скважину арматурного каркаса и заполнения ее бетонной смесью, доставляемой непосредственно на место строительства. Для данной технологии, получившей наименование ВПТ (метод вертикально перемещаемой бетонолитной трубы) промышленность ведущих стран освоила выпуск самоходных гидравлических бурильных агрегатов и других сопутствующих средств механизации. Исследования российских ученых показали, что характеристики буронабивных свайных фуівдаментов могут быть значительно улучшены, если применить бетонные смеси более высоких марок с обеспечением их подачи и укладки на глубину, в том числе под воду, и виброугаютнение смесей по всей высоте сваи. Кроме того, в большинстве случаев представляется целесообразным предварительное уплотнение основания свай путем втрамбовывания в грунт на определенную глубину сыпучих материалов (щебня, песка). Усовершенствованная технология сооружения буронабивных фундаментов получила наименование «Вибростолб». Для ее осуществления было признано необходимым создание мобильного отечественного вибрационного оборудования, построенного на принципе модульной компоновки узлов и агрегатов, потребляющего ограниченную мощность и обеспечивающего переменные скоростные и силовые параметры с оперативной их адаптацией к условиям производства. Работы по созданию нового виброоборудования были проведены в Филиале ОАО ЦНИИС НИЦ «Стройтехкомплексы». Оборудование полностью гидравлическое; его основой служит полый вибратор дебалансного типа, оснащенный виброблоками вращательного действия, лишенными жесткой механической связи их валов. Это обеспечивает свободу компоновки вибратора, вариантность расстановки и количества виброблоков на нем и технологичность подачи материалов для укладки и обработки на глубине и по всей высоте сооружаемой сваи.
Условия работы виброоборудования для сооружения железобетонных фундаментов повышенной несущей способности требуют наличия грузоподъемных мобильных средств (краны на автомобильном или гусеничном ходу); при этом следует в максимально возможной степени обеспечить виброизоляцию базовой машины и оператора как в период направленного движения вибратора вниз (погружение в скважину, трамбование, уплотнение, штампование укладываемых материалов), так и во время принудительного подъема работающего вибратора (извлечение виброштампа из уплотненной смеси или слоя щебня).
С целью повышения эффективности виброизоляции и продления срока службы кранов, в НИЦ «Стройтехкомплексы» были проведены теоретические и экспериментальные исследования процесса гашения колебаний, передаваемых от гидравлического дебалансного вибратора на крюковую подвеску крана. Использование гидропривода в современных видах вибротехники позволяет использовать в составе комплекта амортизатор, состоящий из силового и демпфирующего элементов, получающих питание от общего источника — насосной станции высокого давления и требуемой производительности.
На начальном этапе была проверена возможность использования в качестве демпфирующего элемента, заменяющего пружины или детали из эластомеров, серийно выпускаемых рукавов высокого давления (РВД), изучены их упругие свойства и определен модуль упругости. На основании полученных данных в НИЦ совместно с кафедрой СДМ МИИТ разработана программа теоретического расчета показателей гидрообъемного амортизатора в зависимости от требуемых параметров вибраторов. Программа с помощью ЭВМ позволяет на основании известных параметров гидравлической системы (внутренний диаметр трубопроводов, их длина, приведенный модуль упругости, величина настройки предохранительного клапана, тип и марка гидромоторов) и технических характеристик виброоборудования (суммарный момент дебалансов, масса вибропогружателя с оборудованием, масса колеблющихся частей, сопротивляемость внешней среды) произвести расчет и выбор характеристик силового элемента гидрообъемного амортизатора и его демпфирующих элементов.
Для подтверждения теоретических расчетов, полученных с использованием программы для ЭВМ, разработана стендовая физическая модель, которая включает в себя серийный двухмоторный гидравлический вибратор дебалансного типа, кран с грузоподъемной кареткой и крюковой обоймой, четырехстропный захват и амортизатор, состоящий из силового демпфирующего элемента (гидроцилиндра), комплекта длинномерных РВД и пульта управления, регулирующего рабочий объем демпфирующих элементов в зависимости от условий колебаний вибросистемы. В набор РВД включены рукава, различаемые по внутреннему диаметру, количеству стальных армированных слоев оплетки и длине. Экспериментальные исследования выполнялись в соответствии с разработанной методикой и матрицей экспериментов. Основным критерием оценки эффективности гашения колебаний признан коэффициент демпфирования Кд, который представляет собой отношение амплитуды колебаний вибратора Кв к амплитуде колебаний Кк крюковой подвески крана.
На основании полученных результатов были построены зависимости коэффициента демпфирования Кд от времени протекания процесса при различной массе колеблющихся частей, длине амортизирующих элементов (РВД) и частоте колебаний вибратора; разработаны рекомендации по применению гидроамортизатора нового типа на практике.
Приводятся результаты лабораторных исследований процессов гашения колебаний, передаваемых от вибратора к крану с использованием амортизатора гидрообъемного типа. Описана физическая модель системы. Дана сравнительная оценка данных, полученных на основании программы расчета амортизаторов, с практическими результатами. На основании полученных материалов запроектирован и изготовлен опытный образец гидравлического амортизатора, с успехом прошедшего испытания в составе серийного образца гидравлического виброоборудования в реальных условиях строительства.
Автором изучены материалы российских и зарубежных ученых в области вибротехники и гидравлического привода; проведен математический анализ действия технологической вибросистемы, включающей гидромоторный вибратор с амортизатором, вибропередающий ствол с рабочим органом (виброштампом) и обрабатываемую среду (бетон, щебень). Проведен анализ работы дебалансного вибратора без жесткой связи вибровалов с вывешиванием его на крюке крана через гидравлический амортизатор, имеющий ступенчатое регулирование упругости. В качестве упругих элементов используются рукава высокого давления, выпускаемые серийно.
Разработана масштабная физическая модель (М 1:2), на которой с высокой степенью приближения изучалась работа технологического снаряда (насосная станция — вибратор — амортизатор - кран), с возможностью регулирования параметров по частоте, массе колеблющихся частей и упругости подвески. На основании полученных аналитических данных и результатов стендовых экспериментов разработаны положения, принятые за основу при разработке типоразмерного ряда амортизаторов к оборудованию для технологии «Вибростолб».
Автор принял активное творческое участие в изготовлении серийного образца гидравлического амортизатора, его испытании и применении на объектах транспортного строительства в г. Москве. На основании накопленного практического опыта работы оборудования в реальных условиях проведено обоснование параметров средства гашения колебаний, передаваемых на крюковую подвеску от виброоборудования во время подачи и уплотнения бетона при сооружении буронабивных свай, разработана методика расчета основных конструктивных характеристик амортизирующего устройства в зависимости от диаметра сваи и ее высоты, определен типоразмерный ряд модульных амортизирующих конструкций. Установлена технико-экономическая эффективность использования гидравлического амортизатора, подтвержденная практическими результатами.
Работа проводилась по тематике НИЦ «Стройтехкомплексы», на имеющейся в его распоряжении экспериментальной базе и с участием предприятий и организаций «Угличдормаш», «Можайское экспериментально механическое предприятие (МЭМП)», «Люберецкий завод мостостроительного оборудования (ЛЗМО)», «Инсотранс» и «Спецтехнострой-4».
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Технология сооружения буронабивных свай повышенной несущей способности предусматривает виброукладку бетонной смеси на глубину, в том числе под воду и виброуплотнение смеси по всей высоте сооружаемой сваи. В ряде случаев требуется укрепление грунтового основания сваи путем вибровтрамбовывания в него сыпучих материалов. С этой целью необходимо применение специального вибрационного оборудования, обеспечивающего регулируемость характеристик процесса воздействия на обрабатываемый материал (бетонная смесь, щебень, песок, грунт) по амплитуде, частоте и возмущающей силе в режиме вибрации и виброудара. Эти условия наиболее эффективно обеспечиваются средствами механизации, снабженными гидравлическим приводом и системами дистанционного, ручного и автоматизированного управления. На сегодняшний день отечественные строители обеспечены комплектами оборудования, полностью отвечающего выдвигаемым требованиям, необходимым для соблюдения технологических регламентов по сооружению буронабивных свай методом виброуплотнения бетонной смеси. Однако слабым звеном в кинематической цепи составных частей оборудования является амортизатор, предназначенный для гашения колебаний виброснаряда, передаваемых на базовую машину - автомобильный или гусеничный стреловой кран. Существующие амортизаторы пружинного типа малоэффективны, так как они обладают постоянной упругостью и не обеспечивают надлежащего гашения колебаний при различных режимах работы вибратора от колебательного с высокой частотой (25 - 35гц) до виброударного с частотой (10 - 12гц) при постепенном изменении массы колеблющихся частей (подача бетонной смеси на глубину, виброштампование смеси, виброуплотнение щебня, вибропогружение арматурных каркасов в уложенную смесь). Чтобы обеспечить масштабность применения новой технологии, необходима разработка специализированного амортизатора, обладающего принудительной регулируемостью характеристик упругости, компактностью конструкции и возможностью автоматизации настройки системы подвески на кране. Такое решение дало бы возможность сооружать буронабивные сваи повышенной несущей способности при любом их диаметре и глубине заложения, принятых в отечественном фундаментостроении на сегодняшний день и на перспективу, а также повысить надежность базовых кранов и продлить сроки их безаварийной эксплуатации.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью данной работы является разработка типоразмерного ряда гидравлических компактных амортизаторов к вибрационному оборудованию, обладающих возможностью модульной компоновки его составных частей и регулируемостью характеристик в ручном и автоматическом режимах при сооружении буронабивных свай. Амортизатор должен обеспечить снижение динамических нагрузок на базовую машину при виброуплотнении бетонной смеси на большой глубине и грунтовых оснований при сооружении буронабивных свай, и применение за счет этого базовых кранов меньшей грузоподъемности с более низкими эксплуатационными затратами. НАУЧНАЯ НОВИЗНА.
Изучены упругие свойства серийных рукавов высокого давления (РВД), имеющих различные диаметр внутренней полости и число слоев наружной оплетки из стальной проволоки. Определены модули упругости типоразмеров РВД, характер приращения объема камер в зависимости от давления в них. Установлена практическая независимость приращения объема от конфигурации расположения РВД в подвешенном и уложенном состоянии. Выбраны наиболее рациональные типоразмеры РВД для решения поставленной задачи исследований.
Исследованы процессы гашения колебаний, передаваемых через амортизатор от вибратора к базовой машине при различных частотах вибрации, массе колеблющихся частей, амплитудах колебаний и характеристиках упругости набора РВД. Определены режимы регулирования упругости с учетом режимов работы вибратора (разгон, торможение, установившееся движение) и приемлемых диапазонов степени гашения колебаний (полосы частот) для определенных типоразмеров РВД и их активной суммарной длины.
Разработаны принципы регулирования параметров амортизатора, обеспечивающие виброизоляцию стрелы крана с поддержаним заданных режимов работы виброштампов на переменных глубинах при выполнении технологических операций виброштампования подвижных сред.
Определены граничные условия использования РВД для гашения виброколебаний в зависимости от диапазона их амплитуд. Установлены принципы выбора типоразмеров и длины РВД в амортизаторе, обеспечивающие их надежность и долгий срок эксплуатации.
Разработана программа к ЭВМ для расчета параметров вибросистемы с гидравлическим амортизатором, с введением в нее корректирующих данных, полученных экспериментальным путем. Программа дает возможность проведения многофакторного анализа параметров вибропроцесса с их варьированием в широких пределах.
5. Разработана математическая модель расчета гидрообъемного амортизатора описывающая поведение амортизатора, вибропогружателя а также виброштампа в уплотняемых грунтах различной структуры.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Обоснована применимость рукавов высокого давления в качестве упругих элементов амортизаторов и уточнены их типоразмеры для практического использования.
Разработан компонуемый на унифицированной основе типоразмерный ряд регулируемых гидравлических амортизаторов, агрегатируемых с насосной станцией виброоборудования и обеспечивающий гашение колебаний оголовка стрелы крана в периоды виброуплотнения бетонной смеси, щебня, песка и других сыпучих материалов при сооружении буронабивных сваи и щебеночных фундаментов, а также вибропогружения арматурных каркасов и других длинномерных металлоконстркуций при сооружении столбчатых фундаментов большой длины по бурошнековой технологии.
Разработан и изготовлен серийный образец гидроамортизатора для специализированного виброоборудования ВО-32, с помощью которого осуществлено сооружение около 100 свайных фундаментов повышенной несущей способности на объектах транспортного строительства с использованием базового стрелового крана пониженной грузоподъемности. НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:
1. Методика расчета параметров и выбора составных частей (агрегатов и комплектующих изделий) гидравлического амортизатора с регулируемыми характеристиками упругости к вибрационному оборудованию для виброуплотнения бетонной смеси, учитывающая динамику запуска и остановки инерционных масс, переменную частоту и амплитуду колебаний, изменяемую массу колеблющихся частей, большую длину ствола технологического снаряда и возможность выбега гидромоторов виброблоков.
Программа расчета на ЭВМ и сопоставительного анализа работы гидравлических многомоторных вибрационных машин, снабженных гидроамортизатором с переменными параметрами, обеспечивающих выполнение процесса виброуплотнения бетоннной смеси, слоев щебня на глубине и погружения в них арматурных конструкций значительной протяженности.
Характеристики упругости (объемной податливости) серийных рукавов высокого давления с одинарной и двойной оплеткой под действием статического нагружения и вибрации с передачей импульсов возмущения вдоль оси внутренней камеры рукава.
4. Принципы расчета и компоновки составных частей гидроамортизатора и их агрегатируемости с гидросистемой остального оборудования (вибратор, наголовник), обеспечивающие исходную настройку амортизирующего устройства, принудительную регулировку характеристик упругости и периодическую компенсацию внутренних и внешних утечек рабочей жидкости в системе.
5. Рекомендации по увеличению моторесурса и повышению надежности в работе всего комплекта гидравлического оборудования и базового стрелового крана автомобильного или гусеничного типа.
Применение гидропривода в технологическом оборудовании для строительства фундаментов
Объемный гидропривод в современных строительных, дорожных и путевых машинах и машинах транспортного строительства является одним из основных типов привода. Он позволяет при помощи серийно изготавливаемого оборудования осуществлять глубокое и плавное регулирование параметров при сохранении во всем диапазоне требуемых силовых и скоростных показателей. Объемный гидропривод обладает следующими преимуществами: высокая компактность при небольшой массе и габаритах; низкий собственный момент инерции, обеспечивающий хорошие динамические свойства механизмов; относительно высокая вибростойкость гидромоторов и гидравлических коммуникаций, которая значительно выше вибростойкости электродвигетелей и электрических проводящих соединений; простота регулирования и поддержания скорости, крутящего момента и вынуждающей силы, что создает предпочтительные условия для автоматизации процессов; предохранение от перегрузок передач, первичного двигателя, и металлоконструкций оборудования; возможность развивать большие усилия при относительно малых объемах передач, т.е. высокая энергоемкость конструкций; простота реверсирования движения механизмов; гибкая связь первичного источника мощности (насоса) и исполнительных механизмов (гидромоторы, гидроцилиндры) с простой разветвления потоков энергии, что открывает широкие возможности при компоновке рабочих органов машин и оборудования; возможность запуска рабочих органов из состояния покоя при полной внешней нагрузке; простота преобразования вращательного движения в поступательное с возможностью выполнения быстрых и замедленных высокоточных операций; применение унифицированных сборочных единиц, позволяющее снизить себестоимость привода и упростить ремонт, обеспечить модульный многоуровневый принцип компоновки узлов и агрегатов; возможность сочленения вибратора воедино с захватным органом (наголовником) и амортизатором;
В состав системы гидропривода отечественных и зарубежных средств механизации для сооружения фундаментов входят: генератор гидравлической энергии - насосная станция, которая приводится в действие от первичного двигателя (дизельный двигатель внутреннего сгорания, электродвигатель) и создает один или несколько потоков рабочей жидкости, подаваемой под высоким давлением в периферийные контуры гидропривода; гидродвигатели (гидроцилиндры, гидромоторы), в которых гидравлическая энергия трансформируется в механическую; устройства коммутации потоков гидравлической энергии (гидроаппаратура) — реверсивные распределители, клапаны давления, дроссели, регуляторы; соединительные линии — проводники гидравлической энергии (жесткие трубопроводы, рукава высокого давления, коллекторы); вспомогательные механизмы кондиционирования рабочей жидкости (фильтры, охладители, нагреватели, баки)
Системы гидропривода определяются исходными требованиями к строительному оборудованию и компонуются на основании разрабатываемых принципиальных схем и расчетах параметров по давлению и расходу жидкости. В гидросистемах применяются различные типы отечественного гидрооборудования: насосы — шестеренные типа НШ и аксиально-поршневые типы 210, 207, 310, 311; гидромоторы аксиально-порпшевые с наклонным блоком цилиндров и с наклонным диском; реверсивные распределители односекционные и многосекционные моноблочные с ручным, гидравлическим и электромагнитным управлением; дроссели и регуляторы потока; предохранительные клапаны прямого действия и двухкаскадные; поршневые гидроцилиндры различных типов, сервовентили и некоторые другие специальные аппараты, в том числе гидропневматические аккумуляторы. За рубежом наибольшим спросом пользуется продукция специализированных фирм по выпуску различных элементов гидропривода (Германия, США, Италия, Франция, Швеция, Дания) [48-53]. В нашей стране выпуск аналогичной продукции освоен на специализированных заводах в городах Москва, С-Петербург, Ульяновск, Гаврилов Ям, Екатеринбург, Салават, Шахтинск, Грязи, Павлово на-Оке, Ульяновск, Людиново, Липецк. Вопросами исследования и совершенствования гидропривода строительных и дорожных машин отражены в трудах отечественных ученых Башты Т.М., Прокофьева В.Н., Скрицкого ВЛ., Гамынина Н.С., Алексеевой Т.В., Коробочкина Б.Л., Кузина Э.Н., Марышева Б.С., Панина И.А., Крицберга Л.В., Тарасова А.Н., Панчева О.Н., Ермакова В.В., Майорова Ю.П., Ковальского В.Ф., а также зарубежных ученых Г. Берга, С. Финка, С. Кралера, Е. Льюиса, Н. Стюарта и других.
Общие требования к амортизатору вибратора, навешиваемому на базовую машину
В нашей стране использование вибропогружателей в качестве навесного оборудования для стреловых самоходных кранов регламентируется ГОСТ 22827-85 «Краны стреловые самоходные. Технические требования», требования которого предусматривают разработку заводом-изготовителем соответствующей инструкции по эксплуатации крана при работе с навесным оборудованием вибрационного и ударного действия. Еще на стадии проектирования крана необходимо рассмотреть особенности воздействия нагрузок от вибропогружателя и сформулировать требования, обеспечивающие его безопасную работу. Основным элементом системы виброизоляции является амортизатор, подвешенный между вибропогружателем и крюковой обоймой крана. В настоящее время амортизатор проектируется по классической формуле теории колебаний [60]: где ц — коэффициент виброизоляции; со — частота вынужденных колебаний вибропогружателя; р — частота собственных колебания вибропогружателя, подвешенного на амортизаторе.
По различным источникам коэффициент виброизоляции ц. должен находится в пределах от 0,2 до 0,06 [61]. Однако при таком подходе, основанном на предположении о том, что крюк крана является относительно жестким основанием, а силой взаимного трения грунта о виброштамп и влиянием его силы тяжести на вибросистему можно пренебречь, невозможно точно определить эффективность амортизатора в реальных условиях строительства. У кранов, работающих со свободно навешиваемым на крюк вибропогружателем, жесткость стреловой системы имеет тот же порядок, что и у амортизатора. Поэтому при расчетах коэффициента виброизоляции амортизатора необходимо исследовать многомассную систему, в которой рассматривались бы не только параметры вибропогружателя, но и жесткостные, инерционные характеристики базовой машины, а также учитывались силы трения возникающие при погружении (извлечении) виброштампа в грунт, вплоть до свойств различных типов грунтов. Формула (2.1) в таком случае непригодна, необходимо создание математической модели позволяющей проводить расчет амортизатора с учетом всех вышеперечисленных параметров вибросистемы. Непосредственные измерения напряжении на кране, извлекающем металлический шпунт с помощью вибропогружателя, проведенные А.Н. Макаровым показали, что наиболее нагруженным элементом базовой машины является стрела. В связи с этим при анализе работы конструкции крана можно рассматривать только нагрузки, действующие в ее сечении, так как переменные напряжения в других элементах базовой машины примерно на порядок меньше [62]. Технологический цикл работы кранового оборудования состоит из вспомогательных и основных операций. Первые включают в себя подъем и перемещение вибратора, складирование извлеченных секций бетонолитной трубы и другие операции, производятся при выключенном вибраторе и по характеру нагружения не отличаются от обычных крановых. По грузоподъемности в этом случае кран используется на 10-20% своих возможностей.
При выполнении основных технологических операций на стрелу действуют динамические нагрузки, вызванные установившимися и переходными (пуск, выбег) режимами работы вибратора. Действие таких нагрузок способствует накоплению усталостных повреждений и может привести к превышению предела выносливости материала стрелы. Современная тенденция проектирования кранов заключается в том, чтобы элементы их конструкции имели тот же срок службы, что и кран в целом [63]. Во время переходных режимов изменяется частота вынуждающей силы и возникают резонансные явления. Они характеризуются увеличением в несколько раз амплитуды цикла напряжений по сравнению с максимальными амплитудами установившегося режима. Количество циклов напряжений в стреле в переходных режимах определяется с учетом того, что динамические нагрузки возникают в среднем один раз: при выбеге — на каждую сооруженную сваю, а при пуске — на каждую подвергаемую виброобработке сваю. Пуск вибратора перед началом укладки и выбег после погружения штампа производятся при ослабленном грузовом канате без передачи динамических нагрузок на кран. По данным [64,65] максимальные амплитуды и напряжения при запуске и выбеге вибратора возникают во время работы крана с максимальным вылетом стрелы.
Приложение теории инженерного эксперимента к проведенным исследованиям и испытаниям
Физическая модель представляет собой систему, имеющую определенное сходство с оригиналом (приводом или агрегатом оборудования). При составлении модели и сборке ее на стенде обеспечивалось прежде всего подобие временного и пространственного протекания всех процессов, которые в основном определяют характер изучаемых явлений [69,70]. В общем виде это можно записать где: х{ , y i , Zi , Xt , Yt , Zt - координаты i-ых сходных точек двух рассматриваемых систем (модель и оборудование); г, и Rt — i-e сходные параметры процессов и элементов системы (давление и расход жидкости, к.п.д., удельные нагрузки, температурный режим, линейные потери энергии и т. п.); Мх, Му, Mz,Mr - коэффициенты подобия и масштабы. На стадии физического моделирования использовались те же элементы гидропривода, которые впоследствии использовались на реальных образцах оборудования, вследствие чего при имитации работы оборудования на модели величины основных параметров — давление, расход жидкости, вынуждающее усилие на рабочем органе — задавались в натуральную величину. За базовые единицы физической модели принимаются: частота вынужденных и собственных колебаний; амплитуда собственных колебаний. Масштабируемыми параметрами назначены: геометрические соотношения элементов модели; массы элементов; вынуждающие силы. Для того, чтобы процессы, протекающие в модели, были адекватны натуральному объекту необходимо добиться равенства частот вынужденных колебаний, собственных частот колебаний, амплитуд собственных колебаний.
Из этих условий, по определению, вытекает Так как Х0 = —, в где К — статический момент дебалансов; тв - масса вибросистемы, в соответствии с равенством (3.2) статический момент дебалансов в модели Если обеспечить равенство ам = озр, вынуждающая сила виброблока модели Исходя из равенства собственных частот бетонной смеси со01м = ео0Хр, получим откуда масса условной бетонной смеси в модели должна быть Аналогично, для второй частоты собственных колебаний бетонолитной трубы получим для массы трубы Однако масса трубы и ее жесткость непосредственно связаны друг с другом В задачу экспериментальных исследований входит не только нахождение самих величин, но также оценка допущенных при измерениях погрешностей, производимая на основе теории эксперимента [71,72]. Условия выполнения экспериментальной части исследований на модели, испытательном стенде лабораторного комплекса и в реальных условиях позволили принять за основу закон нормального распределения ошибок.
При стремлении уменьшить ошибку измерений и получить доверительную оценку их точности, было взято правило, согласно которому ошибка Да среднего арифметического я, принимаемого за истинное значение искомой величины, должна быть меньше системной ошибки 8 с тем, чтобы последняя определяла окончательную ошибку результата Aa S, и при этом будем полагать, что доверительная оценка обладает свойствами несмещенности, состоятельности и эффективности. Систематическая ошибка 5 соответствует точности системы измерений где: , - относительная ошибка измерения одного из параметров; / - количество измеряемых параметров; где: є, - абсолютная ошибка измерения; АР - предел измерений данного параметра; Составляющие правой части уравнения (3.13) определяют, соответственно, абсолютные ошибки измерений, связанные с классом точности контрольно-тарировочного прибора, классом точности преобразовательной аппаратуры, погрешностью, допускаемой экспериментатором при тарировке датчика и при отсчете величины по шкале прибора или по осциллограмме. Исходя из реально имеющихся средств измерений, относительные ошибки измеряемых величин были определены следующими
Испытания на объектах строительства транспортных сооружений
В соответствии с разработанными технологическими регламентами, комплекты были применены при строительстве одиночных и групповых фундаментных свай диаметром 0,6-1,2 м глубиной от 15 до 31 метра. Ниже приведены примеры сооружения свайных фундаментов различного назначения по технологии «Вибростолб» с участием автора.
Строительство свайного основания транспортной эстакады с использованием поэстакадного пространства для гаража-стоянки на узле транспортной развязки МКАД с шоссе, идущим к Москве из Ново-Косино. Производилось вибровтрамбовывание щебня в грунт забоя буровых скважин диаметром 1,2 м на глубине 25 — 28 м с последующим виброштампованием укладываемой бетонной смеси. Те же операции выполнялись при сооружении автомобильного переезда и двухуровневого пересечения Ярославского шоссе в г. Королеве (рис. 4.3). Суточная производительность работ составила 2-3 сваи с использованием крана РДК-25 вместо гусеничного или автомобильного крана грузоподъемностью 60т.
На начальном этапе работ была опробована эффективность использования гидравлического амортизатора с корректировкой набора РВД по типу и по длине. Практические замеры падения амплитуды колебаний, приходящихся на оголовок стрелы по сравнению с колебаниями вибратора при длине технологического виброснаряда длиной от 15 до 30 метров представлены в таблице 4.2. Замеры производились в ходе процесса виброуплотнения бетона на серийных образцах гидравлического виброоборудования ВО — 32 со следующими параметрами: масса вибратора — 2000 кг.; масса секций бетонолитной трубы с бандажами — 1500-3000 кг.; глубина обрабатываемой сваи — 15,19, 24 и 30 м; диаметр сваи — 0,75; 1,2 м; высота одновременно обрабатываемого столба бетона (шаговый залог) — 2,5-4 м.; частота задаваемых колебаний — 13-25 гц.
Практические замеры подтвердили результаты экспериментальных исследований, проведенных на стадии физического моделирования процесса виброуплотнения бетонной смеси. Выявлено на практике падение амплитуды колебания стрелы по мере увеличения длины обрабатываемой сваи. Сопоставление реальных, стендовых и расчетных характеристик гидроамортизатора применяемого при сооружении буронабивных свайных фундаментов для гашения колебаний передающихся на оголовок стрелы базовой машины позволило определить степень коррекции параметров амортизатора при использовании его с различными типами крановых установок. Так для гусеничного крана РДК-25 степень сходимости теоретического расчета и практических измерений амплитуды колебаний оголовка стрелы составляет 25-35%, что определяет степень коррекции суммарной длины РВД. Для колесного крана КС-35722 грузоподъемностью 25т степень коррекции составляет 15-25%. Различия в степени коррекции объясняются различными жесткостными и инерционными характеристиками кранового оборудования. Проведенные исследования (физическое моделирование, натурные эксперименты) позволяют скорректировать параметры гидрообъемного амортизатора полученные в результате математического моделирования и с достаточно высокой степенью точности определить необходимые параметры гидроамортизатора применительно к различным типам строительного оборудования. Измерения проведенные в реальных условиях строительства (рис. 4.4) позволяют утверждать, что в
Эффективность влияния гидроамортизатора на гашение колебаний передаваемых вибропогружателем на стрелу гусеничного крана РДК - 25 при сооружении буронабивных свай (при сохранении частоты колебаний) среднем амплитуда колебаний оголовка стрелы уменьшается в 8-10 раз и снимает динамические нагрузки на стрелу в соответствии с требованиями, сформулированными в разделе 2.1 главы 2. Это означает, что разработанный гидроамортизатор к комплекту виброоборудования ВО-32 дает возможность гарантировано обрабатывать сваи глубиной до 35 метров при их диаметре до 1,7 м, с использованием стрелового крана пониженной грузоподъемности. В случае, если возникнет необходимость обработки свай на глубину до 60 метров, потребуется увеличение мощности вибратора минимум вдвое. Однако практический выход из положения может быть достигнут путем работы вибраторов в тандеме с соединением их в два яруса или в горизонтальной плоскости с вывешиванием его на стреле крана через сдвоенный амортизатор.
