Введение к работе
Актуальность работы. Производство эемлянных работ в зимнее время при строительстве новых промышленных и гражданских объектов,, ведение аварийных работ по ремонту подземных коммуникации требует применения все более совершенного специализированного мерзлотораэрушающего оборудования.
. Иэ всего многообразия разрабатываемых типов грунтов, наибольшие трудности возникают в процессе разрушения мерзлых грунтов содеряадос камевиотаэ включения в виде гальки, гравия, щебня и валунов. Как показали йвжеяэрно-геологические исследования, грунты с каменистыми вкййзаиями, . обладающие высокими прочностными и абразивными свойствами, занимают около 30 х территории страны и, преястаздяйт собой особый патологический тип грунта, состоящий из грунта-связки и набора каменистых включений произвольной формы и
размеров. .''..."
При рз^рущвдаи такого грунта рабочий орган машины неоднократно встречая на" пути движения каменистые включения испытывает динамические нагрузки* досгигаазвие . ':~~:; предельных значений.
- Достаточная 'надежность машшы в таком случае обеспвчиваатся либо применением :специальных предохранительных устройств, либо увеличением прочности конструкции, что ведет к ее усложнению и увели*
. чениэ.материалаэмкодтй. Кроме того, для разработки мерзлых каменистых грунтов традиционными рабочими органами требуется применение базовых машин тягового класса не ниже 250 кН. Однако их пре-мение не всегда.приводит я положительному результату из-за увеличения- аксплуатационных- затрат.
В настоящее, время одним иэ направлений з решении указанной проблемы является применение рыхлителей с рабочими органами ста-тикЬ-дияямяческого действия, эффективность которых объясняется
тем, что рабочий процесс статико-динамического рыхлителя соответствует дивамическрму режиму, реально протекающему при реэании каменистого грунта. Но их широкое применение на практике сдерживается недостаточной теоретической й экспериментальной проработкой в плане создания конструкции и эффективности взаимодействия рабочего органа с грунтом. К тому же, исследований по разрушению мерзлых грунтов с каменистыми .включениями рыхлителями статико-динамического действия ранее не проводилось.
Поэтому, изыскание эффектного метода разработки мерзлых грунтов с каменистыми включениями и создание на его основе мере-лоторазрушавдей машины является актуальным.
Дедь .работы. Создание эффективного статико-динамического рыхлителя для послойной разработки мерзлого грунта' с каменистыми включениями на основе оптимальных критериев расчета обеспечивающих наилучшую эффективность рабочего процесса.
Поставленной целью определены следующие задачи исследования:
1. Дать аналитическое описание процесса взаимодействия с мерзлым каменистым грунтом рабочего органа статико-динамического рыхлителя с учетом волновых процессов, ' проходящих в теле инстру-. мента и грунте, на основе выявленных особенностей мерзлых каме-нистосодержажих грунтов и анализа работ по статико-динамическому разрушения мерзлых и прочных грунтов и пород.
2. Экспериментально, подтвердить правильность полученных в ходе аналитических исследований зависимостей и суждении. '.
-
Разработать методику инженерного расчета статико-динамического рыхлителей мерзлого грунта с каменистыми включениями на -стадии проектирования..
-
Провести натурные испытания опытныного образца статико-динамического рыхлителя.
Научная новизна работы состоит .в том, что:
- 4 - '"'.
і. При аналитическом изучении механизма-р.* .зрушення мерзлого каменистого грунта впервые рабочий'-орган статико-динамического рыхлителя рассматривается как физическое тело с конктерными раз- -мерами.
-
Процесс .г-іедрениа рабочего органа при статико-динамическом приложении нагрузки рассматривается не только под действием мгновенного импульса, но и под действием отраженных волн напряжений возникающих и распространяющихся в теле инструмента при ударе по нему.
-
Рассмотрен процесс взаимодействия упругой волны деформации, распространяющейся й-объеме каменистого грунта, с включением внедренным в грунт-связку.
-
Получены аналитические уравнения, описывающие процесс
взаимодействия.рабочего органа рыхлителя статико-динамического
действия с. мерзлым- каменистыми грунтами, учитывающие волновые
. \ .'
процессы протекающие в теле инструмента и грунте.
5. Определены основные'принципы построения структурно-компо
новочных схем и разработаны новые типы статико-динамического ра
бочего оборудования- для разрушения мерзлых грунтов с каменистыми
включениями^(а.С. N 1477354, а.с. N 15ЕС020).
, - Практическая ценность, работы. Разработаны эффективные устройства для разрушения мерзлых грунтов с каменистыми включениями, использующие- эффект высокочастотного' воздействия и позволяющие использовать в качестве базовой техники машины тягового класса 100 кН. Разработана методика инженерного расчета и выбора основных параметров статико-динамического оборудования мерзлых грунтов с каменистыми включениями. Спроектированы и изготовлены навесное рабочее оборудование на базе трактора класса 100 кН для разработ-' ки мерзлых каменистых грунтов, .навесное рабочее оборудование для разрыхления смерзшегося балласта внутришальной решетки подкрано- .
вых путей;
Реализация работы. Результаты работы.нашли практическое'применение при проектировании динамического рыхлителя мёрзлых грунтов, изготовленного в Управлении механизации N 4 треста "Стройме-ханизация - 1" Главленинградстроя, а также при проектировании рыхлителя смерзшегося балласта в ментальном ящике подкрановых путей башенных кранов, изготовленного 2 Управлении механизации N 3 треста "Строймеханизация - 2" Главленинградотроя..
Апробация работы.. Основные результаты работы докладывались ка 41...44 научных конференциях профессорско-преподавательского состава ЛйСЙ (Ленинград, 1984...1987 гг.), на Y Всесоюзной конференции по статике и.динамике пространственных конструкций и рабочих процессов строительных и дорожных маиин (Киев, ' 1985 г.), на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Иркутского политехнического института (Иркутск, 1987 г.), Братского индустриального института (Братск, , 1987 г.), Томской государственной архитектурно-строительной академии (Томск, 1993...1995 гг.), на научно-практической конференции Новосибирской государственной архитектурно-строительной академии (Новосибирск, 1995 г.):
Основные научные положения,, защищаемые в работе:
основные закономерности- процесса взаимодействия статико- динамического рабочего органа с мерзлым грунтом, .содержащим каменистые включения; '
явление саморегулирования динамического высокочастотного рабочего органа, работающего .в режиме автоколебаний, йри его взаимодействии с мерзлым каменистым грунтом; .
зависимости производительности и удельной энергоемкости разрушения мерзлого грунта с каменистыми включениями при высокочастотном разрушении; '. , \
- . - 6 -
":г-!~зтзты исследований по назначению- -рациональных параметре::. и.;сокз';зстотного динамического разрушения мерзлого грунта с каменистая» їікдючєниями;
новое оборудование для комплексной механизации землеройных работ з зимний период времени.
Публикации. Сс.товныэ положения диссертации опубликованы в 8 печатных работах и 2-х авторских свидетельствах на изобретение.
Структура и объои работы. Диссертационная работа общим объемом 160 страниц 2КЕЯ~а9Т 09 страниц мапинописнего текста, 30 рисунков, 5 таблиц п сезтопт введения, четырех глав, общих выводов, приложений и 'бибдиогрофгмеского списка из 160 наименовании.
