Введение к работе
Актуальность темы. Российская Федерация располагает развитой трубопроводной инфраструктурой. На долю этого вида транспорта сегодня приходится более 30 процентов общего грузооборота страны. Суммарная протяженность трубопроводов составляет более 230 тыс. километров. Большая их часть эксплуатируется свыше 30 лет. В связи с этими обстоятельствами остро стоит вопрос о ремонте магистральных трубопроводов, что сопряжено с большими затратами труда и материальных средств, для экономии которых необходимы наиболее прогрессивные методы строительства и ремонта и ускоренные темпы их проведения.
Кроме того, протяженность трубопроводных магистралей России постоянно увеличивается, осуществляются модернизация и техническое перевооружение ранее построенных трубопроводов, внедряются современные средства связи и управления, совершенствуются технологии транспорта и ремонта объектов магистральных трубопроводов.
Наиболее сдерживающим фактором повышения производительности ремонта трубопроводов является несовершенство средств механизации выполнения земляных работ. Одноковшовые экскаваторы и бульдозеры не могут обеспечить необходимой производительности. При реализации технологии ремонта трубопровода применяется послойная разработка грунта подкапывающей машиной. В отличие от традиционного метода снятия плодородного слоя грунта бульдозером, исключается перемещение машины поперек трубопровода. Разработка трубопроводной траншеи с применением подкапывающей машины сокращает количество технологических операций при вскрытии трубопровода, что приводит к увеличению производительности строительных работ при капитальном ремонте трубопроводов.
Однако разработка связных и плотных грунтов подкапывающей машиной практически невозможна в силу несовершенства конструкции рабочих органов. К тому же высокие значения силы сопротивления разработке грунтов, возникающие на рабочих органах подкапывающей машины, резко снижают ее производительность. Минимизация силы сопротивления позволит не только повысить энергоэффективность процесса разработки грунта, но и снизить сжимающие усилия на трубопроводе, реализуемые захватами подкапывающей машины.
Следовательно, актуальным является проведение теоретических и экспериментальных исследований для создания высокоэффективных рабочих органов подкапывающей машины.
Объект исследований - конструктивно- технологическая система «рабочий орган подкапывающей машины - разрабатываемый грунт».
Предмет исследований - закономерности процесса взаимодействия рабочего органа подкапывающей машины с разрабатываемым грунтом.
Целью работы является: повышение эффективности работы подкапывающей машины путем совершенствования конструкции и обоснования основных параметров рабочего органа.
Задачи исследований:
разработка математической модели процесса взаимодействия рабочего органа подкапывающей машины с разрабатываемым грунтом;
разработка методики обоснования основных параметров рабочего органа подкапывающей машины путем снижения энергоемкости процесса разработки грунта;
создание эффективной конструкции рабочего органа подкапывающей машины;
проверка адекватности теоретических результатов путем проведения экспериментальных исследований новой конструкции подкапывающей машины;
экономический анализ использования подкапывающей машины новой конструкции.
Достоверность научных исследований обеспечена
методологической базой исследования, основанной на фундаментальных теориях;
применением математического анализа в качестве основного инструмента исследования;
практической и экспериментальной проверкой адекватности теоретических исследований.
Научная новизна:
1. Разработана математическая модель процесса взаимодействия
рабочего органа подкапывающей машины с разрабатываемым грунтом.
2. Установлены зависимости составляющих суммарной силы
сопротивления разработки грунта от его физико-механических свойств и
параметров рабочего органа подкапывающей машины.
3. Определены рациональные параметры рабочего органа
подкапывающей машины исходя из критерия минимизации энергоемкости
процесса разработки грунта.
Практическая значимость:
Разработана методика обоснования основных параметров рабочего органа подкапывающей машины.
Создана конструкция рабочего органа подкапывающей машины повышенной эффективности (патенты на полезную модель № 64312, 93126 «Машина для удаления грунта из-под магистрального трубопровода»).
Возможность использования разработок и результатов исследований в учебном процессе по специальностям и направлениям подготовки кадров высшей квалификации, а также на предприятиях и в организациях, занимающихся проектированием и созданием землеройных машин.
Апробация работы. Основные научные положения и результаты
теоретических и экспериментальных исследований докладывались,
обсуждались и получили положительную оценку на IX-ой Международной
научно-технической конференции молодежи «Транссибнефть» (2008 г.),
Всероссийских научно-практических конференциях студентов, аспирантов
и молодых ученых «Развитие дорожно-транспортного комплекса и
строительной инфраструктуры на основе рационального
природопользования» (СибАДИ, 2008 - 2011 г.г., г. Омск), научно-технических конференциях СибАДИ, научных семинарах факультета «Нефтегазовая и строительная техника» СибАДИ, (СибАДИ, 2008 - 2011 г.г., г. Омск), Международном конгрессе «Креативные подходы в образовательной, научной и производственной деятельности» (СибАДИ, 2010 г., г. Омск), молодежном форуме «Ритм» (2011 г., Омск).
Реализация результатов. Методика определения параметров подкапывающей машины внедрена в Конструкторском бюро ттранспортного машиностроения, Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ) (г. Омск) при выполнении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. По предложенной методике разработан, изготовлен и успешно испытан рабочий орган подкапывающей машины повышенной эффективности, новизна которого подтверждена патентами на полезную модель.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 9 научных работах, в том числе 4 публикации - в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендуемых ВАК Министерства образования и науки РФ; двух патентах на полезную модель.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов, выводов и рекомендаций, библиографического списка используемой литературы.
