Введение к работе
Актуальность работы.
Любое строительное производство связано с земляными работами и практически всегда возникает необходимость в уплотнении грунтов. В общем технологическом процессе строительства эта операция является весьма чажной н ответственной.
Долговечность дорогостоящих иткенерных сооружении — здании, . одежд автомобильных дорог и аэродромов во многом зависігг от тщательности уплотнения грунтов, на которых возводятся данные сооружения. Затраченные на уплотнение грунтов средства всегда с избытком окупаются kVнаоборот, там, где эта операция выполняется недостаточ-' но тщательно, имеют место огромные убытки.
Грунтоуплотняющие машины используются при земляных работах на больших открытых площадях и в стесненных условиях.
В первом случае применяются тяжелые самоходные машины массой более 1000 кг, а во втором — специальные малогабаритные машины массой от 10 до 500 кг, обладающие высокой маневренностью.
Для выполнения земляных работ и стесненных условиях в Российской Федерации требуются десятки тысяч малогабаритных удобных и высокоэффективных грунтоугшотняющих машин, отвечающих соаременным эргономическим показателям. Требования к качеству и эффективносги машин постоянно повышаются и поэтому возникла необходимость существенного повышения удельных энергетических показателей, вибробезопасное, надежности', удобства эксплуатации и значительного расширения ряда данных машин.
В настоящее время отсутствуют работы, в которых комплексно исследуются динамические характеристики грунтоуплотняющих машин с учетом уплотняемой среды и неравномерности вращения ротора электродвигателя. Мало работ по оптимизации параметров грунтоуплотняющих машин. Дальнейшее совершенствование конструкций этих машин в значительной мере связано с развитием теории и созданием современных методов расчета, имеющих целью установле-
4.
ниє структуры, оптимальных параметров, конструктивных и режимных характеристик машин.
Цель рМоты- '
Основной задачей данной работы ягшяется:
теоретическое и экспериментальное исследонанпе современных механизмов грунтоуплотняюішгх машин с целью определения возможности із части повышения их энергетических показателен, снижения нагрузок, действующих на ударный механизм и обеспечения вибробе-зопасиости;
исследование и разработка новых более прогрессивных схем грунтоуплотняющих машин;
разработка комплексных методик расчета грунтоуплотняюших машин с учетом упруговязких свойств грунтового основания и динамики электропривода;
создание и внедрение в серийное производство ряда вибробезопасных груитоуилотняюших машин и бетоноломо» (базопых машин для трамбовок — насадок) повышенной эффективности.'
Работа предусматривает решение комплекса задач, связанных с исследованиями динамики, кинематики, энергетики и оптимизации параметров различных механизмов грунтоуплотняюших машин виброударного действия и создание на этой основе новых машин, спосс")ных эффективно уплотнять грунты в стесненных условиях строительства.
Научная новизне роботы. — Сформулировано и обосновано новое перспективное научное направление в развитии виброударных машин с нелинейной связью и смешенным (силовым и кинематическим) возбуждением колебаний рабочего органа, предназначенный для уплотнения грунтов, бетона и других строительных работ.
о.
— Определены рациональные границы использования дебалаисно-
го механизма в случаях регулирования энергии рабочего органа и
снижения уровня вибрации корпуса машины.
Созданы н исследованы новые виды ударных механизмов мото- и электробетоноломов — пружинно-воздушные ударные механизмы, позволяющие значительно (в два—три раза) снизить усилие отдачи и уровень вибрации корпуса машины.
Созданы и исследованы новые (дифференциальные) компрессионно—вакуумные ударные механизмы, осуществляющие дифференцированную подачу сжимаемого воздуха в воздушную подушку, обеспечипа^ тем самым формирование рационального графика
усилия отдачи машины.
Определено оптимальное соотношение параметров пружинных ударных механизмов электромеханических машин, при котором используется энергия отскока бойка для увеличения потенциальной энергии ударного механизма, возможно переключение работы механизма с ударного режима колебаний бойка на безударный (холостой ход).
Доказана целесообразность снижения усилия отдачи машин ударного действия путем уменьшения отношения частоты собственных колебаний бойка к вынужденной частоте колебаний.
— Установлена и реализована возможность существенного
повышения удельных энергетических показателей грунтоуплотняю-
* щнх машин путем снижения отношения масс корпуса и трамбующего башмака. Определены удельные энергетические'показатели "идеализированной" трамбующей машины.
Методы, ишедйуаняя.
Исследования виброударных систем с двумя и более степенями свободы проводились методами припасовок с использованием ЭВМ.
При исследовании пружинных одномассовых виброударных систем использовался -аналитический метод И.Г.Русакова и А.А.Харке-вича (решение дифференциальных уравнений с нелинейными граничными условиями).
6.
— При исследовании грунтоуплотняющих машин с воздушной и
пружинно-воздушной связью ударника использовались ЭВМ и
численный метод интегрирования нелинейных дифференциальных
уравнений (метод Эйлера), а также метод физіїческого моделирования.
— При наличии эталонных образцов машин использовались
принципы теории подобия и размерностей.
— Степень обоснованности и достоверности научных положений
и рекомендации обеспечивалась удовлетворительным совпадением
теоретических и экспериментальных данных в пределах 10+15%,
достаточным объемом испытаний экспериментальных, макетных и
промышленных образцов машин в стендовых и производственных
условиях. Количество необходимых опытов при этом определялось
методом математической статистики.
Практическая шччтетъ работы
— Разработаны комплексные методики расчета различных типов
механизмов грунтоуплотняющих машин и бетоноломов, которые
могут быть использованы научными и инженерно-техническими
работниками научно-исследовательских институтов и заводских
конструкторских бюро при создании новых и модернизации сущес
твующих механизмов ударного действия.
— Созданы вибробезопасные грунтоуплотняющие машины
повышенной эффективности массой 16+160 кг, предназначенных для
уплотнения грунтов и бетона в стесненных условиях строительства.
Созданы электро- и мотобетоноломы, предназначенные для разрушения и уплотнения мерзлого и насыпного грунта, разрушения бетона и других работ в строительстве.
Созданы стенды и установки для исследования динамики и ресурсных испытаний трамбующих машин и бетоноломов.
Сформулированы основные направлешія дальнейшего совершенствования механизмов грунтоуплотняющих машин и бетоноломов.
Разработан унифицированный с Германией стандарт на "Трамбовки электрические", в котором установлены единые основные
7.
/параметры машин и технические требования, а также общие правила іцрнемкн и методы испытаний трамбовок.
— Г1а вибробезопасные конструктивные схемы грунтоуплотняго-
untx машин ті бетоноломсп получены отечественные авторсісие свиде
тельства и иностранные патенты (Англии и ФРГ).
Ргалціаиия результатов раооты.
На Даугавпилсском заводе "Электроинструмент" внедрены в серийное производство электрические трамбующие машины массой 16+160 кг (ИЭ—4501; ИЭ-4502; ИЭ-4501; ИЭ-4506), а также электробетополомы с энергией удара 40 Дж (ИЭ—4209; ИЭ—4216).
На Btpxne-Турниском машиностроительном заводе внедрен в серийное производство мотобетонолом с энергией удара 35 Дне — ИМ-4606.
На Даугавпилсском и Верхне-Туринском заводах внедрены в производство стенды для ресурсных і гспытаний электро-11 мотобетої юло-мов.
На Даугавгашсском заводе "Электроинструмент" и на Центральном научно-исследовательском полигоне "ВНИИСтройдормаша" внедрены в эксплуатацию стенды для Изучения динамики электромолотков, бетоиоломов и трамбовок, снабженные поглотителями энер-гии удара рабочего органа машин.
— Внедрены в производство комплексный методики расчета
оптимальных параметров трамбующих машин и бетоиоломов.
Апро$ащт роботы.
Основные разделы диссертационной работы доложены:
На "Межвузовских научных конференциях по электрическим машинам ударного действия" в Институте горного дела Сибирского отделения АН, г. Новосибирск.
На Всесоюзных научно—техшгаесю'х конференциях по проблемам повышения технического уровня механизированного инструмента (ручных машин): г. Москва и г. Даугавпилс.
8.
— На Всесоюзных совещаниях по проблеме "Электрические
силовые импульсные системы" в Институте горного дела Сибирского
отделения АН, г. Новосибирск.
— На расширенном семинаре по теории машин и механизмов в
Институте машиноведения имени А.А.Благонрапова АН.
На Всесоюзной научно-технической конференции "Пути сокращения доли ручного труда в дорожном хозяйстве", г. Новгород.
На научном Совете чехословацкого Научно-исследовательского института землеройных и строительных машин "ВУСЗ" (г. Брно) и техническом Совете болгарского Института электротехнической промышленности "ИЕП" (г. София), а также в Научно-производственном объединении "Баукема" (г. Лейпциг).
Совместные научно-исследовательские работы институтов ВНИИСМИ (СССР), ВУСЗ (ЧССР), ИЕП (НРБ) и Научно-производственного объединения "Баукема" (ГДР) проводились в рамках научно-технического сотрудничества стран—членов СЭВ.
Публикации.
В трудах ВНИИстроіідормаша "Исследование и расчет ударных механизмов", лып. XXX.
В монографиях: "Ручные электрические машины ударного действия", Недра; "Уплотнение грунтов обратных засыпок в стесненных условиях строительства", Стройиздат.
-г В брошюрах и обзорах "Ручные машины ударного действия", "Грунтоуплотняющие машины ударного действия", "Электрические молотки и перфораторы", "Новые отечественные и зарубежные ручные и переносные электромеханические машины ударного действия", "Конструкции ударных механизмов ручных машин", изданных ЦНИИТЭстроймашем.
— В трудах Сибирского отделения АН СССР "Исследование
технологии открытых горных работ землеройных машин и электромаг
нитных узлов" издательств "Наука".
9.
В тезисах докладов Межвузовских и Всесоюзных научно—технических конференщшй.
В статьях журналов "Машиностроение", "Строительное и дорожное машиностроение" и "Механизация строительства".
В авторских заявках, иностранных патентах и других печатных работах.
Структура дтсерташм-
Диссертационная работа состоит из введения; двенадцати глав, выводов, списка использованной литературы и приложения, общим объемом 380 стр. Основной текст изложен на 266 стр. машинописного текста, сэясняется 83 рисунками и 31 таблицей. Библиография диссертации содержит 175 наименований.
