Обоснование параметров вибрационного рабочего органа объемного типа снегобрикетирующей машины тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.04, кандидат технических наук Шаруха, Александр Викторович

• Шаруха, Александр Викторович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шаруха, Александр Викторович

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ УПЛОТНЕНИЯ СНЕГА ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ СНЕГОЛЕДОВЫХ ДОРОГ.

1. Снег как строительный материал.

1.1. Свойства снега.

1.2. Строительство временных снеголедовых дорог.

1.2.1. Классификация снеголедовых дорог.

1.2.2. Конструкции автозимников.

1.2.3. Технология строительства зимних автодорог.

1.3. Описание процесса упрочнения снега при строительстве автозимников.

1.4. Комплексы машин для создания снеголедовых дорог.

1.5. Применение вибрации при создании автозимников.

1.6. Уплотнение в замкнутом объеме.

1.7. Выводы по главе 1. Цели и задачи исследования.

2. ВЛИЯНИЕ ВИБРАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СПОСОБНОСТЬ СНЕГА К УПЛОТНЕНИЮ В ЗАМКНУТОМ ОБЪЕМЕ.

2.1. Рабочая гипотеза исследования.

2.1.1. Целевая функция.

2.2. Общая методика исследования.

2.3. Отбор значимых факторов.

2.3.1. Экспертная оценка влияния различных факторов на способность уплотнения снежной массы.

2.4. Математическая модель "Параметры виброуплотнения - плотность снега".

2.4.1. Учет частоты вибрации рабочего органа.

2.4.2. Учет величины внешней нагрузки.

2.4.3 Определение затрачиваемой мощности при статическом и вибрационном уплотнении снежной массы.

2.4.4 Определение необходимых геометрических размеров снежных блоков с точки зрения энергозатрат на их создание.

2.5 Выводы по главе 2.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1. Методика экспериментальных исследований.

3.2. Экспериментальная установка.

3.3. Определение минимально-необходимого количества опытов.

3.4. Закономерность изменения энергозатрат на изготовление снежных блоков при различных частотах.

3.5. Порядок и основные требования к проведению испытаний.

3.5.1. Подготовка снега.

3.5.2. Заполнение снегом формы.

3.5.3. Процесс создания снежных брикетов.

3.5.4. Журнал эксперимента.

3.6. Проверка адекватности теоретических исследований экспериментальным данным.

3.7. Выводы по третьей главе.

4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.1. Реализация результатов исследования.

4.2. Конструкции снегобрикетирующих машин с вибрационным рабочим органом объемного типа.

4.3. Методика расчета устройства для виброуплотнения снега в замкнутом объеме.

4.4 Разработка методики выбора параметров рабочего органа виброуплотняющей машины.

4.4.1 Расчет создаваемых усилий в рабочем органе виброуплотняющей машины.

4.4.2 Определение рабочей скорости машины.

4.4.3 Расчет тягового и мощностного баланса движения машины.

4.4.4 Расчета производительности машины.

4.4.5 Разработка алгоритмического обеспечения выбора параметров виброуплотнения.

4.5. Оценка экономической эффективности результатов исследования.

4.5.1 Расчет производственных затрат.

4.5.2 Расчет капитальных вложений.

4.5.3 Определение годового фонда времени.

4.5.4 Годовая эксплуатационная производительность.

4.5.5 Расчет годовых затрат на эксплуатацию техники.

4.5.6 Определение оптовой цены потребителя.

4.5.7 Расчет показателей эффективности.

4.6. Выводы по четвертой главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование параметров вибрационного рабочего органа объемного типа снегобрикетирующей машины»

Актуальность работы. Освоение Северных регионов России по добыче и транспортировке углеводородного сырья в последние годы получило новый импульс развития. Увеличивается интенсивность транспортного потока, в том числе и специальной нефтегазопромысловой техники. Как следствие возникла потребность в развитой сети автомобильных дорог.

Болота, сильное обводнение грунтов затрудняют строительство автомагистралей с твердым покрытием. По этим причинам почти весь объем перевозок выполняется в зимнее время путем использования временных (односезонных) снеголедовых дорог.

Высокая стоимость возведения снеголедовых дорог с одной стороны и возрастающая потребность в увеличении интенсивности транспортного потока с другой, ведут к поискам альтернативных методов возведения снеголедовых дорог, которые позволили бы добиться повышения прочностных показателей дорожного полотна, с уменьшением энергозатрат на строительство при сокращении сроков его формирования и продлением срока эксплуатации.

Проанализированы научные работы по проблеме создания временных снеголедовых дорог в суровых условиях Северных регионов России, различными авторами в нашей стране и за рубежом.

В ходе анализа было выяснено, что перспективным является создание снежных брикетов с применением вибрации в замкнутом объеме для строительства автозимников.

Данное направление малоизученно и представляет большой интерес. Возникает необходимость исследования данного процесса, с последующей разработкой методики расчета конструкций виброуплотняющих машин.

Целью работы является повышение эффективности строительства снеголедовых дорог, с учетом установления и использования зависимостей конечной плотности полотна автозимника от параметров виброуплотнения снега в замкнутом объеме.

Объект исследования - процесс создания снежных блоков за счет виброуплотнения в замкнутом объеме при строительстве оснований снеголедовых дорог.

Предмет исследования — установление связи конечной плотности снежных блоков с параметрами виброуплотнения в замкнутом объеме.

Методы исследований. В работе использовались следующие методы исследований: литературный поиск, патентный анализ, математическое моделирование исследуемого процесса, метод априорного ранжирования, экспериментальные исследования, математическая статистика при обработке экспериментальных исследований. Оценка исследований проводились с помощью стандартных программных пакетов Mathcad2000, Excel, Regress, Maple 8.

Научная новизна работы.

• Разработана математическая модель "Параметры виброуплотнения - плотность снега"

• Установлена зависимость конечной плотности снега от параметров рабочего органа виброуплотняющей машины при уплотнении в замкнутом объеме.

• Теоретически установлены и экспериментально подтверждены закономерности изменения конечной плотности снега от параметров виброуплотнения.

• Разработана методика выбора и расчета конструктивных параметров, и рабочих режимов вибрационного органа объемного типа снегобрикетирующей машины

Практическая ценность работы состоит в том, что на основе проведенных исследований разработаны оригинальные конструкции снегобрикетирующих машин, с возможностью уплотнения снега в замкнутом объеме с применением вибрации, разработана методика расчета и выбора параметров вибрационного органа объемного типа снегобрикетирующих машин, позволяющая получать необходимую конечную плотность снежного блока, варьируя значения частоты вибрации рабочего органа и величины внешней нагрузки.

На защиту выносятся: математическая модель "Параметры виброуплотнения -плотность снега"

Методика расчета и выбора параметров снегобрикетирующих машин, разработанная на основе данных исследований.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международной научно-практической конференции "Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях", Тюмень, 2002 г.; международной научно-технической конференции "Нефть и газ западной Сибири", Тюмень, 2003 г.; региональной научно-практической конференции "Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях" Тюмень, 2006 г.; международной научно-технической конференции "Геотехнические и эксплуатационные проблемы нефтегазовой отрасли" Тюмень, 2007 г.; международной научно-технической конференции "Проблемы эксплуатации и обслуживания транспортно технологических машин" Тюмень, 2007 г.; международной научно-технической конференции "Интерстроймех-2007", Самара, 2007 г.; на расширенном заседании кафедры "Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование" Тюменского государственного нефтегазового университета, Тюмень, 2007 г.

Публикации работы. По результатам исследований опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов и списка литературы из 76 наименований. Общий объем работы содержит 126 страниц машинописного текста, в том числе 31 рисунок, 16 таблиц и 4 приложения.

Заключение диссертации по теме «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины», Шаруха, Александр Викторович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

Сформулирована рабочая гипотеза и на ее основе проведены теоретические и практические исследования по разработке метода виброуплотнения снега в замкнутом объеме. Рабочая гипотеза подтвердила преимущество вибрационного уплотнения снега в замкнутом объеме по сравнению со статическим методом и показала эффективность данного способа при строительстве оснований автозимников.

Установлено, что математическая модель "Параметры виброуплотнения - плотность снега" однозначно связывает параметры конечной плотности снежного брикета с величиной внешней нагрузки и частотой колебаний рабочего органа объемного типа.

Выявлены факторы, оказывающие наибольшее влияние на величину конечной плотности снежного брикета.

Выявлен эффект снижения величины внешней нагрузки необходимой для получения снежных брикетов заданной конечной плотности при применении вибрации.

Разработанное алгоритмическое и программное обеспечение может служить основой методики выбора и расчета параметров рабочего органа снегобрикетирующей машины.

Разработанные практические рекомендации по использованию параметров виброуплотнения полученных с использованием разработанного метода виброуплотнения позволяют получать снежные брикеты с заданной конечной плотностью за счет варьирования частоты колебаний рабочего органа объемного типа и величины внешней нагрузки.

Разработанные конструкции снегобрикетирующих машин с вибрационным органом объемного типа, позволят добиться повышения прочностных показателей дорожного полотна автозимника, при сокращении сроков его формирования и уменьшении энергозатрат на строительство, а также позволит продлить срок службы снеголедовых дорог.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шаруха, Александр Викторович, 2009 год

1. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий Текст. / Ю.П. Адлер [и др.] / М.: Наука, 1976. С. 249.

2. Барахтанов, Л. В. Обоснование зависимости нагрузка-осадка при вертикальной деформации снега Текст. / Л.В. Барахтанов // Горысовский полит, ин-т, Деп. в ЦНИИТЭстроймаш № 53-сд90 (1), 1990. С. 16.

3. Вайсберг, И. С. О реологической модели уплотняемого снега Текст. / И.С. Вайсберг, В.Н. Вильдерман / ВНИИстройдормаш., Деп. в ЦНИИТЭстроймаш, 1982. С. 13

4. Вялов, С. С. Реологические основы механики грунтов Текст. / С.С. Вялов / М.: Высшая школа, 1978. С. 447.

5. Гмотинский, В. Г. Проходимость зимних дорог автотранспортом Текст. / В.Г. Гмотинский / Труды совещания по проходимости колёсных и гусеничных машин по целине и грунтовым дорогам / М.: изд. АН СССР, 1950. С. 175-194.

6. ГОСТ 8.207-76 Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений Текст. / М.: Изд-во стандартов, 1986.

7. Грей, Д.М. Снег и техника Текст. / Д.М. Грей / М.: Транспорт, 1980. С. 600.

8. Грей, Д.М. Снег Текст.: Справочник /Под ред. Д. М. Грея, Д. X. Мэйла; перевод с англ. / под ред. В. М. Котлякова // Л.: Гидрометеоиздат, 1986. С. 751.

9. Дьяконов, В. Мар1е7: учебный курс Текст. / В. Дьяконов / СПб.: Питер, 2002. С. 672.

10. Дьяконов, В. Mathcad2000: учебный курс Текст. / В. Дьяконов / СПб.: Питер, 2000. С. 592.

11. Евгеньев, И.Е. Защита природной среды при строительстве и содержании автомобильных дорог Текст. / И.Е. Евгеньев, В.В.Савин / М.: Транспорт, 1989.- 239с.

12. Егоров, A.JI. Снегоуплотняющие устройства Текст. / A.JI. Егоров // Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях: Матер. Междунар. Научн.-практ. конф. Ч.2.- Тюмень: ТюмГНГУ, 2002.

13. Егоров, A.JI. Лабораторная установка для изготовления и исследования снежных блоков Текст. / А.Л. Егоров, Ш.М. Мерданов // Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях: Материалы региональной научн.-практ. конф. Тюмень: ТюмГНГУ, 2003.

14. Золотарь, И.А. Автомобильные дороги севера Текст. / И.А. Золотарь /, -М.: Транспорт, 1981. С. 247.

15. Иванов, А.А. Подготовка оснований под снеголедовые дороги Текст. / А.А. Иванов, В.Н. Кривохижа // Проблемы эксплуатации систем транспорта: Материалы региональной НПК / Тюмень: ТюмГНГУ, 2006. С. 102-104.

16. Инструкция по строительству, содержанию и эксплуатации снежных и ледяных лесовозных дорог Текст. / Архангельск, 1982. С. 105.

17. Инструкция по проектированию, строительству и содержанию автомобильных дорог на снежном и ледяном покрове в условиях Сибири и

18. Северо-Востока СССР / ВСН 137-87 Текст. / М.: Минтрансстрой, 1987. С. 134.

19. Инструкция по проектированию, строительству и эксплуатации усовершенствованных ледяных переправ Текст. / Тюмень, Главтюменьнефтегаз, 1988. С. 134.

20. Карнаухов, Н. Н. Устройство для уплотн. снега на дорогах Текст. / Н.Н. Карнаухов Н. Н., И.Г. Дорошенко И. Г., В.Н. Вантик В. Н. [и др.] / АС №1350234 СССР. Бюл. №41, опубл. 07.11.87.

21. Карнаухов, Н. Н. Устройство для уплотнения снега Текст. / Н.Н. Карнаухов, А.А. Иванов, В.Н. Вантик [и др.] / Описание изобр. к АС №1461815. Бюл. №8, опубл. 28.02.89.

22. Карнаухов, Н.Н. Устройство для изготовления строительного материала для зимних автодорог Текст. / Н.Н. Карнаухов, Ш.М. Мерданов, А.А. Иванов / Описание изобр. к АС №1723232. Бюл. №12, опубл. 30.03.93.

23. Карнаухов, Н.Н. Каток для уплотнения снега при строительстве снеголедовых дорог. Текст. / Н.Н. Карнаухов, Ш.М. Мерданов // Тез. Докл. регион, научн.-тех. конференции "Эксплуатация машин в суровых условиях".- Тюмень, 1989. С. 100-103.

24. Карнаухов, Н.Н. Механизация строительства дорог из уплотнённого снега Текст. / Н.Н. Карнаухов, Ш.М. Мерданов/ Тюмень, 1989. С. 78.

25. Климат территории нефтегазовых месторождений на полуостровах Тазовский и Ямал Текст. / JL: Гидрометеоиздат, 1991. С. 220.

26. Котельников, В. В. Выбор скоростных режимов уплотнения снега дорожными машинами. Текст. / В.В. Котельников / Дис. . канд. тех. наук: 05.05.04/ ТюмГНГУ / Тюмень, 2000.

27. Котельников В. В. Исследования по увлажнению и уплотнению снега при строительстве снеголедовых дорог Текст. / В.В. Котельников,

28. Ш.М. Мерданов // Межвузовский сборник научных трудов: Эксплуатация технологического транспорта и специальной автомобильной и тракторной техники в отраслях топливно-энергетического комплекса / Тюмень: ТюмГНГУ, 1998. С. 100-101.

29. Лефевр, JI. Зим. дороги и переправы Текст. / JI. Лефевр / Civil Engineering, № 12, 1979. С. 15

30. Мерданов, Ш.М. Машины для уплотнения снега Печатный 2003 Проблемы эксплуатации транспортных систем в суровых условиях Текст. /

31. Отв. Редактор Ш.М. Мерданов., В.Г. Оржаховский, А.П. Школенко // Материалы региональной НПК / Тюмень: ТюмГНГУ, 2003. М.П.С. 139.

32. Мишин, В. А.Строительные и дорожные машины для Сибири и Крайнего Севера Текст. / В.А. Мишин [и др.] / Изд-во: ЦНИИТЭстроймаш. 1988. С. 44.

33. Мерданов, Ш.М. Совершенствование методов строительства и ремонта трубопроводов в условиях Крайнего Севера Текст. / Ш.М. Мерданов //Дис. . канд. тех. наук: 05.15.13/ ТюмГНГУ, Тюмень, 1996.

34. Рекомендации по технологии строительства зимних подъездных вдольтрассовых дорог Текст. / М.: Тюм. филиал ВНИИСТа. 1979. С. 31.

35. Ронгонен, В.Э. Выбор параметров фрезерно-теплового оборудования машин для стр-ва снеголед. Дорог Текст.: (диссертация) / В.Э. Ронгонен / Красноярск, 1987. с. 177.

36. Сатаров, Т.Х. Строительство зимн. дорог для освоения нефтегазодобывающих районов Зап. Сиб Текст. / Т.Х. Саттаров, П.А. Вислобицкий / М.: ВНИИОЭНГ, 1987. 43 с.

37. Сатаров, Т.Х. Строительство временных дорог при сооружении нефтегазопромысловых трубопроводов Текст. / Т.Х. Саттаров, В.П. Ментюков, В.Д. Прохоренков [и др.] /М.: ВНИИОЭНГ, 1981. С. 62.

38. Структурная идентификация модели виброуплотнения снежной массы Текст. / «ИНТЕРСТРОЙМЕХ 2007»: материалы МНТК, 11-14 сентября 2007 г., Самара /Самарск.гос. арх. -строит.ун-т. - Самара. 2007. С. 273 - 276 4 м.п.с.

39. Шаруха, А.В. Установка для вибрационного уплотнения снега Текст. / Г.Г. Закирзаков, Ш.М. Мерданов, А.Ф. Шакмаков / Эксплуатация автотранспорта и специальной нефтегазопромысловой техники:

40. Межвузовский сборник научных трудов / Тюмень: Издательство «Вектор Бук», 2006. С. 161-162.

41. Строительство зимних дорог для освоения нефтегазодобывающих районов Западной Сибири Текст. / М.: ВНИИОЭНГ, 1987. С. 52.

42. Суховский, А. Б. Машины для возведения снеголедяных покрытий Текст. / А.Б. Суховский, В.Э. Ронгонен / Строительные и дорожные машины, № 4, М.: 1978. С. 12-14.

43. Ульянов, Н. А. Эксплуатация катков на пневматических шинах Текст. / Н.А. Ульянов / М.: Автотрансиздат, 1956. С. 78.

44. Фёдоров, В.В. Теория оптимального эксперимента Текст. / В.В. Федоров/М.: Наука, 1971. С. 312.

45. Хархута Н. Я. Дорожные машины Текст. /Н.Я. Хархута / JL: Машиностроение, 1976. С. 176.

46. Хархута, Н.Я. Реологические свойства грунтов Текст. / Н.Я. Хархута Н. Я., Н.М. Иевлев /М.: Автотрансиздат, 1961. С.62.

47. Хархута, Н. Я. Машины для уплотнения грунтов Текст. / Хархута/ JL: Машиностроение, 1973. С. 176.

48. Хиксс, Ч. Основные принципы планирования эксперимента Текст. / Ч. Хиксс / М.: Мир, 1967. С.406.

49. Цытович, Н. А. Механика грунтов (краткий курс) Текст.: Учебник для строит, вузов / Н.А. Цытович/ М.: Высшая школа, 1983. С. 288.

50. Шабанов, П. П. Строительство снеголедовых дорог в Заполярье Текст. / П.П. Шабанов, Н.Н. Карнаухов [и др.] // Строительство трубопроводов, № 10, 1988. С. 35-37.

51. Abels, Н. Beobachtungen der taglichen periode der temperatur im schnee und bestimmun des warmeleitungsvermogens des schnees als function seiner dichtigkeit Текст. / H. Abies / Rep. Meteorol. Bd. XVI. No. 1, 1892P. 153.

52. Devaux, J. Ann. de phys Текст. / 1933/ P.228-231.

53. Dorsey, N. E. Properties of Ordinery Water-substance in all its Phases: Water Vapor, Water and all the Ices. Текст. / N.E. Dorsey / Mono. Ser. No.8, Am. Chem. Soc. Rheinhold Publ. Corp. ( reprinted Hafner Publ. Co., New York, 1968 ). 1940.

54. Fritzsche, W. New electronic avalanche rescue devices Текст. / Fritzsche, W. / Rep. Inst. High Frequency and Electronics, Tech, Univ. Graz, Austria.

55. Glen, J. W. The phisics of юеТекст. / J.W. Glen J. W. / Mono II -C2a., US Army Cold Reg. Res. Eng. Lab., Hanover, N. H. 1974.

56. Iosida, Z. Phisical studies on deposited snow: Thermal properties Текст. / [And others] / Inst, of Low Temp. Sci., Hokkaido Univ., Sapporo, 1955. P. 53-62.

57. Jaafar, H. Thermal conductivity of snow by a transient state probe method. Water Resour Текст. / H. Jaafar and J. J. C. Picot / Res., Vol. 6, No. 1, 1970. P. 333-335.

58. Jansson, M. OfVers. K. Svenska. Vet. Akad. Forh Текст. / M. Jansson / Vol. 58, 1901. P. 207-222.

59. Keenan, J. H. Steam Tables Текст. / J. H Keenan., F. G. Keyes, A. G. Hill and J. G. Moore / John Wiley and Sons, Inc., New York, N.Y, 1969.

60. Martin, H. Az. Automobiltechnische Zeitschrift Текст. / H. Martin / Heft 9. 1965. S 293-296.

61. Mellor, M. Ehgineering properties of snow Текст. / M. Mellor / J. Glasiol., Vol. 19, No. 81, 1997. P. 15-16.

62. Magono, C. Meteorological classification of natural snow crystals Текст. / С. Magono, С. Lee. / J. Fac. Sci., Hokkaido Univ., Ser. VII, Vol. 2, 1966. P. 321—335.

63. Magono, C. Aerodynamic studies of falling snowflakes Текст. / С. Magono and T. Nakamura. / J. Meteorol. Soc. Jpn., Vol. 43, 1965. P. 139—147.

64. National Research Council. Int. Assoc. Hydrol. Sci., classification for snow. Текст. / Tech. Memo No 31. Nat. Res. Couc. Can., Ottawa, Ont. 1954.

65. Pitman D., Effective thermal conductivity of snow at -88 °C, -27 °C and -5 °C. Текст. / D. Pitman and B. Zuckerman / J. Appl. Phis. Vol. 38. 1967 P. 2698-2699.

66. Sulakvelidze, G. K. Thermal conductivity equation for porous media containing saturated vapor, water and ice. Текст. / G. K. Sulakvelidze /Bull. Acad. Sci. USSRGeophis. Ser., January, 1959. P. 180-188.

67. Van Dusen, M. S. Thermal conductivity of non-metallic solids. Int. Crit. Tables. Vol. 5 Текст. / M. S. Van Dusen / 1929. P. 216-217.