Обоснование рациональных параметров гидропривода и конструкции манипуляторов морских кондукторов для погружения свай тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.02, кандидат технических наук Мазаев, Виталий Юрьевич

• Мазаев, Виталий Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мазаев, Виталий Юрьевич

Введение.

Глава 1. Современные технологии и производство свайных работ на акватории.

1.1. Функции конструктивных элементов системы «кран -сваепогружающий механизм - кондуктор — свайный элемент» и технические требования к ним.

1.2. Классификация кондукторов для забивки свай.

1.3. Применение гидропривода в технологическом оборудовании для свайных работ.

1.4. Обзор и анализ патентных материалов.

1.5. Выводы по главе. Цель и задачи исследования.

Глава 2. Исследование работы гидросистемы манипулятора.

2.1. Расчет привода с гидроцилиндром.

2.2. Исследование характера вибровоздействия на гидроагрегаты.

2.3. Основы расчета и проектирования гидрозамков для объемных гидроприводов манипуляторов.

2.3.1.Основные типы гидрозамков.

2.3.2. Анализ существующих методик расчета гидрозамков.

2.3.3. Разработка методики расчета параметров гидрозамков для работы в условиях вибрационных воздействий.

2.4. Выводы по главе.

Глава 3. Экспериментальные исследования элементов гидропривода.

3.1. Стенды для исследования элементов гидропривода.

3.2.Исследование влияния вибрации на гидрозамки.

3.3. Программа и методика экспериментальных исследований.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование рациональных параметров гидропривода и конструкции манипуляторов морских кондукторов для погружения свай»

Актуальность темы. В настоящее время Россия активно укрепляет свои позиции на мировом рынке жидких углеводородов. В связи с этим растет потребность и в строительстве новых морских терминалов. Прибрежное мелководье вынуждает выносить причально-перегрузочные комплексы для нефтеналивных танкеров далеко в море, соединяя их с береговыми комплексами хранения нефтепродуктов морскими эстакадами.

Для строительства морских эстакад, опоры которых, как правило, возводятся на забивных свайных фундаментах, широкое применение получают специализированные механизмы - кондукторы, через направляющие элементы которых и производится забивка свай. Введение в эксплуатацию таких кондукторов позволяет укорить темп строительства и снизить его стоимость. Современные модели оснащаются гидравлическим приводом.

Гидропривод кондуктора служит для выравнивания его при выставлении на проектные отметки, обеспечивает позиционирование направляющего устройства, раскрытие/закрытие захватного механизма и выполнения вспомогательных операций. Работа элементов гидропривода рабочего органа сопровождается вибрационными и ударными нагрузками, передающимися от погружающих устройств (вибропогружатель, гидромолот). Влияние вибрации негативно отражается на работе привода, что приводит к уводу сваи с оси забивки. Поэтому при проектировании гидроприводов важной задачей является выбор его параметров, позволяющих снизить или полностью устранить воздействие вибрации.

В процессе погружения свай на акватории наибольшую сложность представляет неопределенность геоподосновы дна. Т.е наличие в донном грунте препятствий (чаще всего валуны), при попадании на которых сваи резко увеличиваются нагрузки в узлах направляющих устройств, что на практике приводит к выходу их из строя из-за недостаточного запаса прочности.

В связи с этим актуальным становится вопрос исследования и обоснования рациональных параметров гидропривода направляющих устройств (манипулятора) под действием вибрации, а также анализ воспринимаемых нагрузок его металлоконструкцией при работе на акватории.

Целью работы является повышение эффективности эксплуатации объемного гидропривода и конструкции манипуляторов морских кондукторов для погружения свай в условиях вибрационного воздействия.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- разработана методика и выполнен расчет рациональных параметров объемного гидропривода манипулятора для погружения свай;

- разработана математическая модель воздействия вибрации на гидрозамок, что позволило скорректировать его параметры для устойчивой работы гидропривода.

- исследовано влияние вибрационного воздействия на гидрозамки, что позволило разработать способы стабильного позиционирования направляющего пенала манипулятора на заданной оси;

- обоснован коэффициент запаса по давлению в гидроприводе манипулятора, обеспечивающий надежность его эксплуатации при различных ситуациях, возникающих в процессе погружения свай;

- установлен режим восприятия гидроприводом паралеллограммной подвески и раздвижных створок манипулятора внешних воздействий при погружении свай ударным и вибрационным методами;

- установлен характер распределения нагрузок в металлоконструкции манипуляторов при различных условиях погружения свай, на основании которого разработана методика их расчета и проектирования;

- определена экономическая эффективность «пионерного» способа строительства при использовании гидрофицированного манипулятора.

Практическая ценность работы заключается в разработке модернизированных типов многозвенных манипуляторов, обладающих надежной металлоконструкцией и стабильным гидроприводом. Это обеспечило ритмичное и качественное выполнение свайных работ при строительстве морских причалов и эстакад «пионерным» способом с использованием переставных кондукторов.

Обоснованность и достоверность научных положений. Достоверность результатов исследований обусловлена корректностью исходных предпосылок и принятых допущений при составлении математических моделей и подтверждена данными, полученными в ходе лабораторных экспериментов. Достоверность научных положений подтверждается также результативным использованием разработанных рекомендаций, методик расчета и проектирования при создании современных моделей гидравлических манипуляторов и их эффективным использованием в составе кондукторов в процессе сооружения свайных оснований морских причалов и эстакад.

Реализация работы. Методика расчета манипуляторов с гидравлическим приводом использована филиалом ОАО ЦНИИС НИЦ «Стройтехкомплексы» при проектировании, изготовлении и поставке по заказу ООО «Сочиморстрой» манипуляторов новой модели МН-1 в составе специального технологического оборудования. Таким образом результаты работы были практически реализованы этой организацией при строительстве глубоководных причалов нефтеналивного терминала в г.Приморске на Финском заливе.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на международной научной конференции во Владимирском государственном университете в 2008 г., а также на заседании кафедры

Путевые, строительные машины и робототехнические комплексы» МИИТа в 2009-2010 годах.

Публикации. Получен (в соавторстве) патент РФ на полезную модель №91345 «Переставной четырехопорный кондуктор для строительства морских эстакад». Статьи:

1. Крицберг JI.B., Мазаев В.Ю. Сооружение свайных причалов на морских акваториях с использованием кондуктора. Научные труды ОАО ЦНИИС - Вып. 238 - М.: ОАО ЦНИИС, 2007 -124 с.

2. Крицберг JI.B., Мазаев В.Ю. Современные технологии и кондукторы для свайных работ на акватории. Транспортное строительство, №1, 2010, стр. 6-8.

3. Панин И.А., Крицберг Л.В., Виноградов О.В., Мазаев В.Ю. Особенности конструкции и гидропривода манипуляторов для свайных работ при сооружении морских эстакад и причалов. Подъемно-транспортное дело, №5-6 - М.: Hüll Подъемтранссервис, 2009.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов и 9 приложений. Диссертация содержит 183 страниц основного текста с иллюстрациями и список используемой литературы из 59 наименования.

Заключение диссертации по теме «Машиноведение, системы приводов и детали машин», Мазаев, Виталий Юрьевич

Общие выводы и рекомендации Выводы

Теоретические разработки, экспериментальные исследования и опыт применения конструкций в условиях реального строительства с участием автора позволили установить следующее:

1. Использование «пионерной» технологии обеспечивают высокую скорость строительства гидротехнических сооружений и неразрывность технологического потока. Наличие гидравлических манипуляторов, позволяет производить корректировку положения свайного элемента в случае его ухода от оси забивки, погружать сваи под любым необходимым углом.

2. Разработана математическая модель расчета выходной характеристики гидропривода, реализованная в электронных таблицах Excel, что позволяет существенно сократить трудоемкость и время расчета.

3. Разработана математическая модель воздействия вибрации на гидрозамок, что позволило скорректировать его параметры для устойчивой работы гидропривода.

4. Экспериментальные исследования воздействия вибрации на гидрозамки позволили установить характер изменения утечек при различной установке замка. На основании чего установлены параметры для максимального снижения возможных утечек на 42%.

5. Изменение геометрии раскрытия створок манипулятора позволило уменьшить требуемую рабочую зону манипулятора на 28%. Уменьшение габаритных размеров при раскрытии створки составило 35%.

6. Моделирование процесса погружения при различных положениях сваи в среде COSMOSWorks позволило произвести анализ распределения нагрузок на элементы металлоконструкции манипулятора. Повышение толщины стенки профиля с 8 до 10 мм увеличивает коэффициент запаса на 15% .В результате К3 = 2. Для уменьшения контактных напряжений за счет конструктивных изменений предложено увеличить К3 до 2,74.

7. Проведенные тензометрические испытания подтвердили адекватность результатов математического моделирования.

8. Полученные в результате выполнения работы новые технические решения являются патентно-способными. Получен в соавторстве патент на полезную модель №91345 «Переставной четырехопорный кондуктор для строительства морских эстакад».

Рекомендации

В качестве рекомендательных документов, обеспечивающих разработку перспективных комплектов гидравлического оборудования для работ по «пионерной» технологии в работе приведены:

1. Методика расчета металлоконструкции манипулятора в зависимости от используемых свай и рекомендации по металлоконструкции;

2. Методика расчета и выбор основных частей системы гидропривода для «пионерного» способа строительства;

3. Типоразмерный ряд виброагрегатов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мазаев, Виталий Юрьевич, 2010 год

1. Свайные работы/М. И. Смородинов, А. И. Егоров, Е. М. Губанова и др.; Под ред. М. И. Смородинова. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1988. - 223 с.

2. СНиП 3.07.02-87. Гидротехнические, морские и речные транспортные сооружения/Госстрой России. М.: ГУЛ ЦПП, 2000. - 120 с.

3. Мазаев В.Ю. Сооружение свайных причалов на морских акваториях с использованием кондуктора. Научные труды ОАО ЦНИИС Вып. 238 - М.: ОАО ЦНИИС, 2007 - 124с.

4. Крицберг JI.B., Мазаев В.Ю. Современные технологии и кондукторы для свайных работ на акватории. Транспортное строительство, №1, 2010, стр. 6-8.

5. Машкович О.Н., Удалов Н.К., Маргулис М.В., Самочернов В.Г. Плавучая копровая установка. Транспортное строительство, №10, 1980, стр. 27-28.

6. Novel poling pontoon for Hong Kong jetty. Ground engineering, 1981, July, vol. 14, №5, p.54, 57 - 58

7. Опыт применения кондукторов для погружения свай, шпунта, оболочек при возведении портовых гидротехнических сооружений. Под ред. Е.П. Сорокина. М.: ВПТИТРАНССТРОЙ, 1980.

8. Яковенко В.Г. Строительство причалов. М.: Транспорт, 1981 -256 с.

9. Бобриков В.Б. Строительные работы и машины в мосто- и тоннелестроении: Учебник для вузов. В 2-х ч. Часть 2. М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на ж.-д. транспорте», 2008. - 694 с.

10. Виноградов О.В. Диссертационная работа. — Обоснование параметров и разработка комплекта гидравлического виброоборудования для подачи и уплотнения бетона при сооружении буронабивных свай. 2004г. с. 44-45.

11. Мелик-Гайказов В.И. и др. Сравнение характеристик гидростатического и электрических приводов крановых механизмов. М.: Труды ВНИИПТМАШ «Исследование гидропривода подъемно-транспортных машин», вып. 5(92), 1969.

12. Черненко С.И. Диссертационная работа. Обоснование конструкции и параметров гидравлических амортизаторов к виброоборудованию для устройства буронабивных свай. 2006г. с. 37.13. Рекламные проспект Hydac.

13. Рекламные проспект Rexroth.

14. Рекламные проспект Plasser&Theurer.

15. Рекламные проспект Matiza.

16. Рекламные проспект Parker.

17. Ковальский В.Ф. и др. Расчет параметров гидравлического привода поступательного действия на ПЭВМ. М.: МИИТ 2002 -50 с.

18. Полякова JI.E. Гидравлический расчет объемного гидропривода. М., 2001 19 с.

19. Гавриленко Б.А., Минин В.А., Рождественский С.Н. Гидравлический привод. М.: «Машиностроение», 1968 492 с.

20. Абрамов Е.И. и др. (1977) Элементы гидропривода. Справочник. Киев: «Техника», 1977 320 с.

21. Кулагин A.B. и др. Основы теории и конструирования объемных гидропередач. М.: Высшая школа, 1968 381 с.

22. Гречин Н.К., Васильченко В.А., Житкова С.А. Гидравлическое оборудование для гидроприводов строительных, дорожных и коммунальных машин. М., ЦНИИТЭстроймаш, 1978.

23. Прокофьев В.Н., Данилов Ю.А. Кондаков JI.A. Аксиально-поршневой регулируемый гидропривод. М., Машиностроение, 1969.

24. Свешников В.К. Станочные гидроприводы: Справочник: Библиотека конструктора. 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2004. - 512 с.

25. Свешников В.К. Гидрооборудование. Международный справочник. В 3 кн. Кн. 2 Гидроаппаратура. М.: «Техинформ», 2002 509 с.

26. Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учебник для вузов. 1982 424 с.

27. Башта Т.М. и др. Объемные гидравлические приводы. М.: «Машиностроение», 1968 628 с.

28. Мелик-Гайказов В.И. и др. Гидропривод тяжелых дорожных машин и самоходных агрегатов. М.: «Машиностроение», 1968 -264 с.

29. Панин И.А., Крицберг Л.В., Виноградов О.В., Мазаев В.Ю. Особенности конструкции и гидропривода манипуляторов для свайных работ при сооружении морских эстакад и причалов.

30. Подъемно-транспортное дело, №5-6, стр. 4-8 М.: НПП Подъемтранссервис, 2009.

31. Гликман Б.Ф. Математические модели гидравлических систем. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986 368 с.

32. Зарубин B.C. Математическое моделирование в технике: Учеб. для вузов/Под ред. B.C. Зарубина, А.П. Крищенко. 2-е изд., стереотип. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2003 - 496 с.

33. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1990 - 478 е.: ил.

34. Яворский Б.М., Детлаф A.A. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов. — 4-е изд., перераб. М.: Наука, 1968-940 е.: ил.

35. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. -3-е изд., перераб. и доп. JL: Машиностроение, 1976 - 320 с.

36. Скрицкий В.Я., Рокшевский В. А. Эксплуатация промышленных гидроприводов. — М.: Машиностроение, 1984 -176 с.

37. Полюшков А.Г. Экспериментальное исследование гидросистем и агрегатов. М.: Машиностроение, 1972 - 37 с.

38. Елинсон И.И., Панин И.А., Солдатов B.J1. Методические указания на проектирование систем объемного гидропривода машин транспортного строительства. М.: Оргтрансстрой, 1972.

39. Веников В.А. Теория подобия и моделирования применительно к задачам электроэнергетики, Москва. Высшая школа, 1966. -487 с.

40. Веников В.А. Основы моделирования и подобия, Москва. Высшая школа, 1971. 506 с.

41. Зайдель А.И. Элементарные оценки ошибки измерений. Ленинград. Наука, 1968. 97 с.

42. Румшинский JI.3. Математическая обработка результатов эксперимента. Москва. Наука, 1971. 192 с.

43. Артоболевский И.И. Теория машин и механизмов. — М. Наука, 1974.-432 с.

44. Решетов JI.H., Самоустанавливающиеся механизмы. М.: Машиностроение, 1979. - 334 с.

45. Кожевников С.Н. Механизмы. Справочник. Изд. 4-е, перераб. и доп. М., Машиностроение, 1976 - 784 с.

46. Белов В.В. Теория графов. Учебное пособие для ВТУЗов. М.: Высшая школа, 1976-393 с.

47. Александров A.B., Державин Б.П., Потапов В.Д. Сопротивление материалов. М., Высшая школа, 2003. 560 с.

48. Дарков В.А., Шапиро Г.С, Сопротивление материалов: учебник для ВУЗов. М.: Высшая школа, 1975. - 654 с.

49. Смирнов А.Ф. и др. Сопротивление материалов: Учебник для ВТУЗов. М.: Высшая школа, 1975.-480 с.

50. Алямовский A.A., SolidWorks/COSMOSWorks. Инженерный анализ методом конечных элементов. М.-ДМК Пресс, 2004 -432 с.

51. Алямовский A.A., Собачкин A.A., Одинцов Е.В., Харитонович А.И., Пономарев Н.Б. SolidWorks компьютерноемоделирование в инженерной практике. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 800 с.

52. COSMOSDesignSTAR 4.5 Basic User's Guide. Structural Research and Analysis Corporation, USA, 2004.

53. COSMOS Works Online User's Guide. Structural Research and . Analysis Corporation, USA, 2004.

54. Галлагер P. Метод конечных элементов. Основы: Пер. с англ. -М.: Мир, 1984.

55. Технические условия на производство и приемку работ по постройке мостов и труб (ТУСМ-58). М., Трансжелдориздат, 1959 г.58. http://www.svarkaitifo.ru/rus/lib/quolity/defect/59. http://www.npprusmet.ru/svarka.php

56. Тензометрия в машиностроении: Справочное пособие/под ред. Р.А.Макарова.-М.: Машиностроение, 1975.-288 с.

57. Потенциальная точность измерений: Научное издание -Учебное пособие/ Под ред. В.А.Слаева С.-Пб.: АНО НПО «Профессионал», 2005 - 104 е.: ил.

58. Пиотровский Я. Теория измерений для инженеров / Пер. с польск. М.: Мир, 1989. 335 с.

59. Статистические методы обработки эмпирических данных. Рекомендации. М.: Госстандарт, 1978. - 232 с.

60. Львовский В.Н. Статистические методы построения эмпирических формул. М.: Высшая школа, 1988 - 239 с.

61. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы обработки данных. Мир, 1980-511с.

62. Каталог гидрооборудования. Гидроцилиндры, рукава высокого давления. РИЦ «Апельсин», г. Елец, 2008 140 с.

63. Методические указания по изготовлению, монтажу и наладке систем гидропривода машин транспортного строительства. М.: ЦНИИС, 1981.

64. Госстандарт России. ГОСТ Р 50906-96. Оборудование сваебойное. Общие требования безопасности. ИПК Издательство стандартов, 1996 г.

65. Левинзон A.J1. Современное оборудование для свайных работ. Обзор. Москва, ЦИНИС Госстроя СССР, 1975 г. 44 с.

66. Каталог Muller (вибропогружатели).

67. Каталог Ice (вибропогружатели).72. Каталог IHC Hidrohammer.