Развитие научных основ взаимодействия контактной поверхности рабочих органов землеройных машин с мерзлыми грунтами

2. Анализ и обобщение предыдущих работ показал, что применение решений задачи исследования процессов взаимодействия рабочих органов землеройных машин с мерзлыми грунтами с точки зрения теории прочности и механики сплошной среды без учета ее сжимаемости, равно как и решение этой задачи для плоской системы сил, не позволяют описать данный процесс достаточно адекватно. Системная и комплексная интерпретация процессов взаимодействия рабочих органов землеройных машин с мерзлыми грунтами возможна с позиций динамики и пространственности его протекания.

3. Разработана обобщенная математическая модель процесса взаимодействия рабочего органа землеройной машины и мерзлого грунта в трехмерном пространстве с учетом особенностей его физико-механических свойств, параметров и режимов разработки.

4. В результате проведенных исследований выявлены закономерности изменения величин, характеризующих процесс взаимодействия рабочего органа землеройной машины с мерзлым грунтом. К ним относятся:

- уравнения регрессии величин сжимаемости для различных типов мерзлых грунтов в зависимости от их температуры и сжимающего давления. Величина сжимаемости различных типов мерзлых грунтов при температуре

от - 3 до - 11⁰ С, влажности 15 % и величине сжимающего давления 0,5 МПа соответствует следующим значениям: песок - 0,95…0,97; суглинок - 0,97…0,99; глина - 0,98…0,99.

- пространственное распределение напряжений, возникающих на контактной поверхности рабочих органов землеройных машин (наконечника зуба рыхлителя и зуба ковша экскаватора) при разработке мерзлых грунтов. Анализ эпюр распределения напряжений позволяет голографически интерпретировать исследуемые процессы. Зона глобального максимума напряжений расположена выше режущей кромки на расстоянии 2/5 относительной длины рабочего органа. Значения напряжений в зоне глобального максимума напряжений для различных типов мерзлых грунтов при температуре от - 3 до - 11⁰ С, влажности W следующие: песок (W = 19 %) - 4…12 МПа, супесь (W = 13 %) - 2,5…3 МПа, глина (W = 20 %) - 1,8…3,5 МПа.

5. Разработанные теоретические положения опробованы экспериментально. Экспериментальные исследования позволили подтвердить адекватность математической модели, определить зависимости, численные значения коэффициентов, входящих в математическую модель, и установить границы ее адекватности. Полученная по результатам эксперимента регрессионная зависимость согласуется с аналитически построенной эпюрой распределения напряжений по длине рабочего органа рыхлителя; погрешность составляет 6 - 8%.

6. Впервые разработана методология обоснования и определения методами вариационного исчисления оптимальных параметров рабочих органов землеройных машин повышенной эффективности, заключающейся в снижении удельной энергоемкости процесса разработки мерзлых грунтов с одновременным увеличением износостойкости рабочих органов. Данный подход позволяет получать различные конфигурации оптимальных форм контактных поверхностей рабочих органов в зависимости от вариации факторов разработки мерзлых грунтов: типа грунта, его физико-механических свойств, температуры, влажности, максимального тягового усилия трактора, скорости и глубины разработки.

7. Теоретически обоснованы, экспериментально подтверждены и запатентованы оптимальные значения основных параметров конфигурации рабочих органов землеройных машин, которые должны удовлетворять следующим требованиям:

- продольный профиль контактной поверхности рабочего органа должен иметь прямолинейный вид;

- конфигурации поперечного сечения контактной поверхности рабочего органа должна быть прямоугольной, так как это обеспечит наименьшее значение величины энергоемкости процесса разработки мерзлого грунта;

- необходимым условием для определения значений геометрических параметров контактной поверхности рабочего органа является обеспечение прочностной защиты рабочего органа от разрушения в процессе разработки мерзлого грунта, а также выполнение ряда технологических ограничений.

Полученные результаты экспериментальных исследований подтверждают адекватность выполненных теоретических исследований; погрешность составляет 6 - 8 %.

8. Результаты проведенных натурных экспериментальных исследований подтверждают эффективность предложенных пространственных форм рабочих органов землеройных машин по критерию удельной энергоемкости процесса разработки мерзлых грунтов. Удельная энергоемкость снизилась в среднем на 10 - 13 %. Суммарное время на разработку участка размером 16х100 м продольными резами на глубину 0,7 м мерзлого песчаного грунта при температуре - 9⁰ С рыхлителем с модернизированным наконечником составило 58 минут.

9. Снижение удельной энергоемкости обеспечивается уменьшением сопротивления на разработку грунта, что, в свою очередь, приводит к меньшему изнашиванию рабочего органа; скорость изнашивания снижается на 18 - 23 %. Средняя наработка модернизированных наконечников зубьев рыхлителей до предельной величины изнашивания составила 44 часа, для зубьев ковшей экскаваторов - 40 часов. Средняя наработка модернизированных наконечников до предельной величины коэффициента затупления составила 44 часа, для зубьев ковшей экскаваторов - 42 часа. Процесс изнашивания поверхностей модернизированных зубьев ковшей экскаваторов и наконечников зубьев рыхлителей, укрепленных на режущей кромке износостойкой накладкой, подчиняется одной и той же закономерности: на поверхностях образуются площадки изнашивания. При работе таких рабочих органов наблюдается эффект самозатачивания.

10. Полученные в результате исследований практические рекомендации внедрены на предприятиях отрасли при создании рабочих органов землеройных машин, осуществляющих разработку мерзлых грунтов. Созданы, испытаны и рекомендованы к внедрению инженерные разработки, новизна которых подтверждена свидетельством на полезную модель, патентами на полезную модель, свидетельством о государственной регистрации программы для ЭВМ.

11. Использование полученных результатов теоретических и экспериментальных исследований позволит повысить эффективность процесса разработки мерзлых грунтов и решить проблему создания эффективных импортозамещающих рабочих органов землеройных машин.

12. В результате проведенного экономического расчета определены цены модернизированных наконечников зубьев рыхлителей оптимальной конфигурации для разработки мерзлых грунтов различных типов. Средняя цена наконечника составляет 3297 рублей. Доход эксплуатационного предприятия от внедрения комплекта модернизированных наконечников на месяц работы рыхлителя составляет более 70000 рублей (в ценах 2008 г.).

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Кузнецова В.Н. Теоретические и экспериментальные предпосылки создания эффективных рабочих органов землеройных машин для разработки мерзлых и прочных грунтов // Механизация строительства, 2005. - № 10. - С. 7 - 9.

2. Кузнецова В.Н. Об использовании самозатачивающихся наконечников при рыхлении мерзлых грунтов / В.Н. Кузнецова, Р.А. Мартюков // Межвузовский сборник трудов студентов, аспирантов и молодых ученых, 2005. - С. 31-33.

3. Кузнецова В.Н. К вопросу определения износостойкости композиционных материалов для изготовления рабочих органов землеройной машины // Механика композиционных материалов и конструкций (РАН, институт прикладной механики), 2005. - № 4, том 11. - С. 509 - 515.

4. Кузнецова В.Н. Об основных требованиях к структуре рабочих органов землеройных машин / Н.А. Азюков, В.Н. Кузнецова, Л.Н. Азюкова // Материалы международной научно-технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения д.т.н., проф. К.А. Артемьева, Омск: СибАДИ, 2005 - С. 129 - 131

5. Кузнецова В.Н. Экспериментальные исследования нагружения зуба рыхлителя при разработке мерзлых грунтов / В.Н. Кузнецова, Р.А. Мартюков. // Строительные и дорожные машины, 2006. - № 4. - С. 35 - 36.

6. Кузнецова В.Н. Определение ресурса коронки зуба рыхлителя // Строительные и дорожные машины, 2006. - № 6. - С. 29 - 31.

7. Кузнецова В. Н. Методика определение критерия замены рабочих органов землеройных машин при их затуплении // Известия ВУЗов. Строительство, 2006. - № 1 - С. 79 - 83.

8. Кузнецова В. Н. К вопросу об инвестиционной привлекательности проектов и решений / В.Б. Пермяков, А.Н Витушкин, В. Н. Кузнецова // Вестник СибАДИ, 2007. - № 5. - С. 281 - 288.

9. Кузнецова В. Н. Аналитический подход к описанию процесса взаимодействия рабочего органа рыхлителя с мерзлым грунтом в трехмерном пространстве / В.Н. Кузнецова, А.М. Завьялов // Вестник СибАДИ, 2008. - выпуск 7. - С. 56-60.

10. Кузнецова В.Н. Оптимизация конфигурации рабочих органов землеройных машин как результат решения задачи их взаимодействия с мерзлым грунтом в трехмерном пространстве // Вестник СибАДИ, 2008. - № 7. - С. 56 - 60.

11. Кузнецова В.Н. Мерзлый грунт как пластически сжимаемая среда / В.Н. Кузнецова, А.М. Завьялов // Строительные и дорожные машины, 2008. - № 7. - С. 37 - 39.

12. Кузнецова В.Н. К вопросу оптимизации рабочей поверхности наконечника зуба рыхлителя при разработке мерзлых грунтов // Межвузовский сборник трудов студентов, аспирантов и молодых ученых, 2008. - С. 34-38.

13. Кузнецова В.Н., Завьялов А.М Оптимизация формы рабочих органов землеройных: монография. - Омск, изд-во ОмГПУ, 2008. - 183 с.

14. Кузнецова В.Н. Оптимизация поперечного профиля лобовой поверхности наконечника зуба рыхлителя для разработки мерзлых грунтов / А.М. Завьялов, В.Н. Кузнецова // Вестник МАДИ (ГТУ), 2008. - № 4 (15). - С. 17- 23.

15. Кузнецова В.Н. Оптимизация формы продольного профиля режущего инструмента землеройной машины для разработки мерзлых грунтов / А.М. Завьялов, В.Н. Кузнецова, С.С. Черняк // Известия ВУЗов. Строительство, 2008. - № 7. - С. 85 - 90.

16. Кузнецова В.Н. Решения задачи оптимизации поперечного профиля лобовой поверхности наконечника зуба рыхлителя при заданных ограничениях /А.М. Завьялов, В.Н. Кузнецова // Известия ВУЗов. Строительство, 2008. - № 11-12. - С. 96-103.

17. Кузнецова В.Н. Теоретические аспекты описания процесса взаимодействия рабочего органа рыхлителя с мерзлым грунтом в трехмерном пространстве / А.М. Завьялов, В.Н. Кузнецова // Известия ВУЗов. Строительство, 2008. - № 10. - С. 114-120.

18. Кузнецова В.Н. Оптимизация поперечного сечения рабочей поверхности наконечника зуба рыхлителя при разработке мерзлых грунтов / В.Н.Кузнецова, А.М. Завьялов // Строительные и дорожные машины, 2009. - № 4. - С. 38 - 40.

19. Наконечник зуба рыхлителя: свидетельство на полезную модель № 28135 / Азюков Н.А., Кузнецова В.Н. // Бюллетень изобретений, 2003. - № 7.

20. Зуб рыхлителя землеройной машины, оборудованный динамическим гасителем колебаний: патент на полезную модель № 45412 / Кузнецова В.Н., Мартюков Р.А., Рыжих Е.А. // Бюллетень изобретений, 2005. - № 13.

21. Наконечник зуба рыхлителя: патент на полезную модель № 49039 / Кузнецова В.Н., Мартюков Р.А. // Бюллетень изобретений, 2005. - № 13.

22. Расчетный модуль «Оптимизация параметров рабочих органов землеройных машин для разработки мерзлых и прочных грунтов»: свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2009610704 / В.Н. Кузнецова, А.М. Завьялов и др. // Официальный бюллетень «Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем» , 2009. - № 1.

Размещено на Allbest.ru