Обоснование рациональных параметров и режимов работы оборудования для разработки грунта под магистральным трубопроводом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.04, кандидат технических наук Семкин, Дмитрий Сергеевич

• Семкин, Дмитрий Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Семкин, Дмитрий Сергеевич

Введение.

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования.

1.1 Технология ремонта магистральных трубопроводов.

1.2 Обзор конструкций оборудования для вскрытия трубопроводов.

1.3 Патентный обзор.

1.4 Обзор теоретических исследований.

1.5 Выводы, цель и задачи исследования.

2. Математическая модель взаимодействия рабочего органа с грунтом.

2.1 Определение касательной силы сопротивления копанию одним скребком.

2.2 Определение касательной силы сопротивления копанию рабочим органом.

2.3 Определение нормальной составляющей силы сопротивления копанию.

2.4 Выводы.

3. Экспериментальные исследования.

3.1 Описание экспериментального стенда.

3.2 Методика проведения эксперимента.

3.3 Мероприятия по обеспечению точности измерений.

3.4 Методика обработки данных эксперимента.

3.5 Результаты экспериментальных исследований.

3.6 Проверка адекватности математической модели и ее анализ.

3.6 Выводы.

4. Рекомендации по выбору рациональных параметров и режимов работы оборудования.

4.1 Конструкция оборудования для подкапывания трубопроводов.

4.2 Выбор рациональных параметров и режимов работы оборудования.

5. Основные результаты исследования и выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование рациональных параметров и режимов работы оборудования для разработки грунта под магистральным трубопроводом»

Россия располагает протяженной сетью магистральных трубопроводов, которые являются важной составляющей ее энергетической системы. Поддержание их в исправном состоянии необходимо для безопасного функционирования всего топливно-энергетического комплекса страны. Для своевременного обслуживания трубопроводов составляются перспективные и текущие планы их капитального ремонта.

Для обеспечения современных темпов проведения ремонтных работ, их безопасности и качества ремонта, требуется эффективное технологическое оборудование.

В настоящее время вскрытие магистральных трубопроводов при капитальном ремонте осуществляется в два этапа. В начале, для исключения повреждения ремонтируемого трубопровода рабочими органами вскрышных экскаваторов, производится предварительное вскрытие с оставлением слоя грунта, находящегося в непосредственной близости к трубопроводу. Затем с помощью подкапывающих машин, средств малой механизации или вручную осуществляется окончательное удаление грунта, как правило, по всему периметру трубы. Сложность выполнения данной технологической операции обусловлена ограниченным доступом к разрабатываемому грунту, а также возможностью повреждения трубопровода.

Наиболее распространенным оборудованием, выполняющим окончательное удаление грунта, являются роторные подкапывающие машины, передвигающиеся по трубопроводу с помощью отталкивания от него. Однако данные машины не в полной мере отвечают современным требованиям. В процессе работы на трубопровод оказывается силовое воздействие, поэтому во избежание повреждения трубопровода сила тяги машины ограничивается, что не позволяет значительно повысить производительность. Низкая производительность подкапывающих машин является сдерживающим фактором для движения ремонтно-строительной колонны. Потребность машины во внешнем источнике энергии и привлечении дополнительных средств механизации затрудняет перебазировку на места локальных повреждений. Поэтому актуальной является задача разработки новой конструкции оборудования, которая позволит повысить эффективность производства земляных работ при капитальном ремонте магистральных трубопроводов.

Одним из направлений совершенствования конструкции является создание универсального сменного оборудования на базе одноковшового экскаватора. При этом для эффективной работы требуется создание оборудования непрерывного действия, процесс подкапывания грунта которым изучен недостаточно.

В настоящей работе изложены результаты исследований процесса копания грунта цепным рабочим органом при выполнении подкапывания. Предложена методика обоснования рациональных параметров и режимов работы оборудования.

Объектом исследования является конструктивно-технологическая система «цепной рабочий орган - грунтовый массив».

Предмет исследования - закономерности влияния параметров и режимов работы цепного рабочего органа на удельную энергоемкость процесса копания грунта.

Научная новизна работы:

- Разработана математическая модель процесса копания грунта цепным рабочим органом при удалении грунта из-под магистрального трубопровода и разработке траншеи;

-установлены зависимости удельной энергоемкости процесса копания грунта цепным рабочим органом от его геометрических параметров и режимов работы;

- экспериментально установлена зависимость коэффициента транспортирующей способности скребка от углов установки его транспортирующих поверхностей.

Практическая ценность:

- предложено техническое решение конструкции оборудования для разработки грунта под магистральным трубопроводом;

- предложена методика обоснования рациональных параметров и режимов работы оборудования;

- использование разработок и результатов исследований в учебном процессе по соответствующим специальностям и направлениям подготовки.

На защиту выносятся:

1. Математическая модель взаимодействия цепного рабочего органа с разрабатываемой средой.

2. Результаты экспериментальных исследований процесса подкапывания грунта.

3. Методика обоснования рациональных параметров и режимов работы оборудования.

Апробация работы. Основные положения и результаты теоретических и экспериментальных исследований прошли апробацию на научно-технических конференциях СибАДИ (г. Омск 2009 - 2011), ОмГТУ (г. Омск 2010), на заседаниях кафедры «Техника для строительства и сервиса нефтегазовых комплексов и инфраструктур» и в публикациях.

Заключение диссертации по теме «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины», Семкин, Дмитрий Сергеевич

5. Основные результаты исследования и выводы

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований процесса взаимодействия цепного рабочего органа с грунтом была разработана методика обоснования рациональных параметров и режимов работы оборудования для разработки грунта под магистральным трубопроводом. В качестве критерия эффективности принята удельная энергоемкость процесса копания грунта.

На основании проведенных исследований сделаны следующие выводы:

1. Проведен обзор и анализ существующих конструкций. Предложено и научно обосновано эффективное техническое решение конструкции оборудования с цепным рабочим органом на базе одноковшового экскаватора.

2. Разработана математическая модель взаимодействия цепного рабочего органа с грунтом, которая позволяет установить закономерности влияния параметров рабочего органа, режимов его работы и свойств разрабатываемого грунта на процесс копания. Для снижения удельной энергоемкости копания при изменении скорости рабочего хода необходимо пропорциональное изменение скорости движения цепи. Рациональное соотношение г)ц/г)р.х составляет 8 -Мб.

3. Проведены экспериментальные исследования процесса копания грунта рабочим органом. Наиболее значительное повышение транспортирующей способности скребка наблюдается при увеличении угла установки его боковых поверхностей. Так при изменении данного угла от 0° до 10° транспортирующая способность повышается на 30 %.

4. Разработана методика обоснования рациональных параметров и режимов работы оборудования. Предлагается два типоразмера рабочего органа для разработки грунта под магистральными трубопроводами диаметром 4001400 мм, при этом угол установки рабочего органа в плане изменяется в пределах 42 + 90°.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Семкин, Дмитрий Сергеевич, 2012 год

1. Алимов О.Д., Юдин В.Г. Цепные землерезные машины с унифицированными модульными механизмами // Строительные и дорожные машины. 1989. №7. С. 4-7.

2. Артемьев К.А. Основы теории копания грунта скреперами. М.: Машиностроение, 1963. 128 с.

3. Айзеншток И.Я. К построению физической теории резания грунтов // Резание грунтов. М.: Изд-во АН СССР, 1951. С. 25-31.

4. Баладинский В.Л., Фомин A.B. Основы создания высокопроизводительной мобильной землеройной техники // Строительные и дорожные машины. -1996. №4. С. 7-8.

5. Баловнев В.И. Моделирование процессов взаимодействия со средой рабочих органов дорожно-строительных машин. М.: Высшая школа, 1981. -33 с.

6. Баловнев В.И. Резание грунтов изогнутым лезвием // Строительные и дорожные машины. 1964. №5. С. 27-29.

7. Баловнев В.И., Завадский Ю.В., Мануйлов В.Ю. Обработка и планирование эксперимента при исследовании дорожных машин. М.: МАДИ, 1983.-59 с.

8. Баловнев В.И., ХмараЛ.А. Интенсификация земляных работ в дорожном строительстве. М.: Транспорт, 1983. 184 с.

9. Борисенков В.А, Кандалинцев В.В., Нилов В.А. Эффект косого резания // Механизация строительства. 1985. №3. С. 10-11.

10. Бондаренко В.П. Универсальный режущий инструмент для траншейных экскаваторов // Строительные и дорожные машины. 1981. №1. С. 11-13.

11. Бреева C.B. Траншейные экскаваторы для разработки мерзлых грунтов // Строительные и дорожные машины. 2007. № 6. С. 44-46.

12. Буянов Г.Ф., Ивашков И.И., Пустынский Ф.Н. Цепной рабочий орган траншейных экскаваторов // Механизация строительства. 1978. №4. С. 11-13.

13. Вартанов С.Х., Перспективные направления развития технологии производства землеройных работ и конструкций траншейных экскаваторов // Механизация строительства. 1991. №9. С. 2-5.

14. Вассерман О.С., Румянцев В.А., Фиглин И.З. Повышение производительности цепных траншейных экскаваторов // Строительные и дорожные машины. 1958. № 4. С. 4-5.

15. Ветров Ю.А. Резание грунтов землеройными машинами. М.: Машиностроение, 1971. 359 с.

16. Волобоев В.Г. Методологические основы обоснования оптимальных параметров элементов рабочего оборудования землеройных и землеройно-транспортных машин: монография. Омск: СибАДИ, 2002. -167 с.

17. ВСН 39-1.10-006-2000. Правила производства работ по выборочному капитальному ремонту магистральных газопроводов в различных природно-климатических условиях.

18. Гарбузов З.Е., Донской В.М. Экскаваторы непрерывного действия. М.: Высшая школа, 1987. 287 с.

19. Гарбузов З.Е., Нарышкина B.JI. Прогноз развития машин для образования протяженных выемок // Механизация строительства. 1977. №1. С. 1316.

20. Гарбузов З.Е., Подборский JI.E. Будущее землеройной техники машины непрерывного действия // Строительные и дорожные машины. - 1961. №11. С. 5-8.

21. Герцог Е.В., Соколов JI.K. Унифицированные резцы для траншейных экскаваторов // Строительные и дорожные машины. 1990. №8. С. 19-20.

22. Горячкин В.П. Собрание сочинений: Т.2. М.: Колос, 1965. -460 с.

23. Далин А.Д. Исследования по резанию грунтов плужным и фрезерным ножами // Резание грунтов. М.: Изд-во АН СССР, 1951. С. 16-41.

24. Дарков A.B., Шпиро Г.С. Сопротивление материалов. М.: Высшая школа, 1975.-654 с.

25. Демиденко А.И., Семкин Д.С. Сменное рабочее оборудование одноковшового экскаватора для подкопа трубопроводов // Механизация строительства. М.: Креативная экономика, 2011. №4. С. 10-13.

26. Джангулян Э.А. Землеройные машины. Ереван: Луйс, 1978. 341 с.

27. Джангулян Э.А. Сопротивление грунтов резанию скребковыми рабочими органами траншейных экскаваторов // Строительные и дорожные машины. 1967. № 9.

28. Домбровский Н.Г. Сопротивление грунта копанию при работе одноковшового экскаватора // Резание грунтов. М.: Изд-ва АН СССР, 1951.-С. 42-75.

29. Домбровский Н.Г. Экскаваторы. М.: Машиностроение, 1969. 320 с.

30. Дорожные машины. 4.1. Машины для земляных работ / Т.В. Алексеева, К.А. Артемьев, A.A. Бромберг и др. М.: Машиностроение, 1972. 504 с.

31. Завьялов A.M., Кузнецова В.Н. Процессы взаимодействия рабочих органов строительных и дорожных машин с контактной средой: учебное пособие. Омск: СибАДИ, 2010. 235 с.

32. Зеленин А.Н. Основы разрушения фунтов механическими способами. М.: Машиностроение, 1968. 376 с.

33. Зеленин А.Н., Баловнев В.И., Керов И.П. Машины для земляных работ. М.: Машиностроение, 1975. 424 с.

34. Зеленин А.Н., Красильников JI.B. Косое резание и копание грунта // Строительные и дорожные машины. 1967. № 4. С. 23-24.

35. Землеройные машины непрерывного действия: конструкции и расчеты / 3-Е. Гарбузов, В.К. Ильгисонис, Г.А. Мутушев и др.; Под общ. ред. JI.E. Подборского. М.: Машиностроение, 1965. 276 с.

36. Кавалеров A.A., Крымчанский Ф.Г., Быков A.B. Бесковшовый цепной рабочий орган траншейных экскаваторов // Строительные и дорожные машины. 1974. №3. С. 19-20.

37. Киевский В.Г. Экономическая эффективность новой техники в строительстве. М.: Строиздат, 1978. 177 с.

38. Кирилов Ф.Ф., Школьный А.Н. Влияние схем расстановки резцов цепного исполнительного органа на силовые показатели процесса резания // Строительные и дорожные машины. 1995. №12. С. 7-9.

39. Кремер Н.Ш. Теория вероятности и математическая статистика: учебник для вузов. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000. 240 с.

40. Лебедев М.Н., Джангулян Э.А. Экскаваторы со скребковыми рабочими органами для рытья узких траншей // Механизация строительства. 1965. № 12.С. 11-13.

41. Лобов А.Г., Дядченко В.А., Румянцев В.А. Методика расчета тяговых характеристик траншейных экскаваторов // Строительные и дорожные машины. 1981. №12. С. 6-7.

42. МасловН.Н Основы инженерной геологии и механики грунтов. М.: Высшая школа, 1985.

43. Мануйлов Ю.Г. Новые землеройные машины непрерывного действия // Механизация строительства. 1962. №11. С. 20-22.

44. Минаев Н.Ф. Использование экскаваторов непрерывного действия в строительстве // Механизация строительства. 1971. №7. С. 21-22.

45. Миронов В.И., Коршиков A.A. Лучше использовать траншейные экскаваторы // Механизация строительства. 1983. №1.

46. Нарышкина B.J1. Прогнозирование развития траншейных экскаваторов // Строительные и дорожные машины. 1972. №11. С. 11-13.

47. Недорезов И.А. Моделирование взаимодействия скребкового рабочего органа цепного траншейного экскаватора с грунтом // Строительные и дорожные машины. 2002. №9. С. 10-11.

48. Писаренко Г.С. Сопротивление материалов. 5-е изд., перераб. и доп. К.: Вища школа, 1986. - 735 с.

49. Попов В.Г. Оценка эффективности подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин: учебное пособие. Череповец: ГОУ ЧГУ ВПО, 2005.- 183 с.

50. Порядок технической инвентаризации, учета и использования труб, демонтированных при капитальном ремонте и реконструкции магистральных газопроводов ОАО «Газпром» (утвержден ОАО «Газпром» 07.03.2006 г.)

51. Разработка грунтов обрушением / Г.В. Родионов, В.М. Владимиров, Э.Г. Чайковский и др. Новосибирск: Наука, 1970.

52. Рахматуллин Х.А., Сагомонян А.Я., Алексеев H.A. Вопросы динамики грунтов. М.: МГУ, 1964. 239 с.

53. Реброва И.А. Планирование эксперимента: учебное пособие. Омск: СибАДИ, 2010.- 106 с.

54. Розин J1.A. Метод конечных элементов в применении к упругим системам. М.: Строиздат, 1977. 128 с.

55. Румянцев В.А. Повышение производительности цепных траншейных экскаваторов // Строительные и дорожные машины. 1975. №2. С. 5-6.

56. Румянцев В.А., Фиглин И.З., Синдаловский JI.M. Новые конструкции траншейных экскаваторов. М., "Машиностроение", 1969. 127с.

57. СНиП 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы.

58. Соколов J1.К., Данилов В.К., Данилевский А.Г. Рабочие органы и специальное оборудование к траншейным экскаваторам для разработки мерзлых грунтов // Строительные и дорожные машины. 1990. №8. С. 1719.

59. Соколовский В.В. Статика сыпучей среды. М.: Гостехиздат, 1960. 242 с.

60. Соколовский В.В. Теория пластичности. М.: Высшая школа, 1969. 609 с.

61. Станевский В.П. О физической сущности влияния скорости на силу резания грунтов // Горные, строительные и дорожные машины. К.: Техника, 1966. Вып. 4.

62. Станевский В.П. Совершенствование рабочего процесса землеройных машин. Киев: Вища школа, 1984. 128 с.

63. СТО Газпром 2-2.3-116-2007. Инструкция по технологии производства работ на газопроводах врезкой под давлением.

64. СТО Газпром 2-2.3-231-2008. Правила производства работ при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов ОАО «Газпром».

65. Тензометрия в машиностроении / Под ред. P.A. Макарова. М.: Машиностроение, 1975. 288 с.

66. Трянин В.П., Румянцев В.А., Фиглин И.З. Траншейный экскаватор с бесковшовым роторным рабочим органом // Строительные и дорожные машины. 1976. №3. С. 18-20.

67. Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике. М.: Недра, 1987. -221 с.

68. Федоров Д.И. Рабочие органы землеройных машин. М.: Машиностроение, 1990. 358 с.

69. Фомичев В.П. Методика расчета оптимальных режимов работы траншейных экскаваторов. Ростов-на-Дону: Ростовский инженерно-строительный институт, 1971. 118 с.

70. Цытович H.A. Механика грунтов. М.: Высшая школа, 1983. 288 с.