Введение к работе
Актуальность. На территории России, пролегает большое количество магистральных трубопроводов, общая длина которых исчисляется в тысячах километрах.
Учитывая качество и технологию нанесения антикоррозионного покрытия трубопроводов, сооруженных в 1960-1970 г.г., можно ожидать возрастания объёма предстоящих неотложных ремонтных работ по поддержанию транспортной системы в работоспособном состоянии. Это обусловлено выработкой гарантийного ресурса изолирующего покрытия. Изолирующий слой со временем приходит в негодность и перестаёт защищать трубопровод от коррозии.
Трубопровод с нарушенным изоляционным покрытием под действием коррозии может частично разрушаться и его ремонт уже не ограничится заменой изоляции, а приведёт к замене участка трубы, пришедшей в негодность, что потребует больших финансовых вложений, чем при замене изоляционного покрытия трубопровода.
В наше время фирмы нефте-газовой промышленности заинтересованы в новых, современных методах изоляции трубопровода, обеспечивающих надёжную и долговременную защиту трубопровода от коррозии, а также в новой современной технике, применяемой при ремонте. Впереди всего комплекса машин, предназначенного для восстановления изолирующего покрытия трубопровода, устанавливают подкопочную машину, которая удаляет грунт из-под трубопровода При этом тип грунтов и температура окружающей среды оказывают существенное влияние на выбор времени года для проведения ремонтных работ. Так, например, на слабонесущих грунтах в летний период проведение каких-либо ремонтных работ невозможно без предварительной подготовки местности для работы техники из-за того, что машины теряют устойчивость Следовательно, на таких грунтах целесообразнее все работы проводить в зимний период, когда грунт промёрзнет В зоне распространения сезонно-мёрзлых или мёрзлых грунтов проведение работ связано с рядом трудностей: разработка замёрзшего грунта, по сравнению с незамерзшим, более трудоёмка, малопроизводительна и стоимость её превышает стоимость разработки немёрзлых грунтов в несколько раз Обычные землеройные машины мёрзлый грунт разрабатывать не могут без предварительной подготовки грунта Всвязи с этим проведение работ осуществлялось только в летний период Сезонность проведения ремонтных работ приводила к увеличению срока ремонта, и как следствие, долговременному отключению ветки трубопровода, что влекло за собой большие финансовые потери.
Поэтому исследование процессов взаимодействия рабочих органов машин, предназначенных для удаления мёрзлого грунта из-под трубопровода, а также изучение физико-механических свойств разрабатываемого материала, с целью совершенствования конструкций рассматриваемых машин, является актуальной научной задачей.
Цель работы. Разработка методики выбора рациональных конструктивных параметров и режимов работы рабочих органов машины, предназначенной для удаления мёрзлого грунта из-под магистральных трубопроводов.
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С Петербург Я»|>К
Объект исследований. В качестве объекта исследования был выбран рабочий орган подкопочной машины ПТ-НН1020П (рис. 1), выполненный в виде двух концевых фрез, расположенных симметрично относительно вертикальной оси машины и вращающихся во взаимно противоположные направления
Рис. 1. Подкопочная машина ПТ-НН1020П
Методы исследований. В теоретической части работы применены методы математической статистики, спектрального анализа, методы нелинейного программирования и математического моделирования на ЭВМ. Экспериментальные исследования проведены в натурных условиях на рабочих органах машины. Кроме того, определялись физико-механические свойства типовых рабочих сред. Результаты экспериментальных исследований обрабатывались с помощью персонального компьютера. Теоретические исследования производились при помощи стандартных пакетов программ для ПК, таких как MathCAD 2000, MATLAB, EXCEL.
Научная новизна.
-
Осуществлён переход от удельного сопротивления резанию, полученного с помощью ударника ДорНИИ, к эталонной силе резания, определяемой с помощью ударника КИСИ.
-
Разработана математическая модель взаимодействия рабочего органа подкопочной машины, которая имеет ряд отличий от ранее применяемой математической модели:
Рабочий орган подкопочной машины представляет собой две концевые фрезы, расположенные симметрично относительно вертикальной оси машины, вращающиеся во взаимно противоположные направления.
Фрезерование мёрзлого грунта происходит не в сплошном массиве, как было в ранее применяемой математической модели, а разрушается часть мёрзлого
грунта, расположенного под трубопроводом с открытыми боковыми стенками.
Фрезерование мерзлого грунта в сплошном массиве происходило только резанием на дуге более 180, где были участки с встречным, переходным и попутным фрезерованием. В нашем случае участок мёрзлого грунта под трубой разрушается двумя фрезами на дуге более 76 при встречном фрезеровании в два этапа: разрушение перемычки грунта, образованной между фрезами, за счёт изгибающих усилий и резание грунта. 3. Предложена методика выбора рациональных конструктивных параметров
рабочего органа, отличающаяся проверкой развиваемого тягового усилия на
предел сжимаемости трубопровода.
Практическая ценность данной работы заключается в реализации разработанной методики и программы при проектировании, создании, модернизации и использовании машин фрезерного типа, предназначенных для разрушения мёрзлого грунта.
Реализация работы. Результаты работы использованы при модернизации существующей подкопочной машины ПТ-НН1020П, а также при разработке перспективных проектно-конструкторских решений для создания новых образцов подкопочных машин.
Методики, алгоритмы и комплекс программ для ЭВМ используются в учебном процессе на кафедре "Строительные и дорожные машины" HI ТУ г. Н.Новгород, а также в научно-исследовательской лаборатории специальных строительных и дорожных машин (НИЛ ССДМ Hi ТУ, г.Н.Новгород).
Апробация работы. Отдельные этапы и основное содержание работы докладывались на V Российской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в транспортных системах», проходившей в 2001 году в г. Оренбурге, на научно-технической конференции «Современные технологии в кораблестроительном образовании, науке и производстве», проходившей в 2002 году в г. Н.Новгороде, на международной конференции «Проблемы транспортных и технологических комплексов», проходившей в 2002 году в гННовгороде, на региональной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки Нижегородского региона», проходившей в 2003 году в Г.Н.Новгороде, на всероссийской научно-технической конференции «Будущее технической науки Нижегородского региона», проходившей в 2004 году в Г.Н.Новгороде, на научно-технической конференции «Проблемы и достижения автотранспортного комплекса», проходившей в 2004 году в Екатеринбурге.
Публикации: основное содержание диссертации опубликовано в 7 печатных работах.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка литературы и пяти приложений. Содержит 210 страниц основного компьютерного текста, 73 рисунка, 21 таблицы, библиографии из 91 наименований и приложений на 32 страницах.
Основные положения выносимые иа защиту:
-
Математическая модель резания мёрзлого грунта рабочим органом подкопочной машины.
-
Инженерная методика расчёта конструктивных параметров рабочего органа подкопочной машины, предназначенного для удаления мёрзлого грунта из-под трубопровода.
-
Результаты экспериментальных исследований, направленных на обоснование выбора конструктивных параметров рабочего органа.
