CC BY
27
УДК 628.157
В.М. Земсков, канд. техн. наук, доц. зав. кафедрой, (8453) 44-56-04, [email protected] (Россия, Балаково, БИТТиУ филиал СГТУ),
П.В. Егоров, адъюнкт, (927) 6240323, [email protected] (Россия, Вольск, ВВВУТ)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСЕВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ВНЕДРЕНИЮ ВИБРОРАСКАТЫВАЮЩЕГО РАБОЧЕГО НАКОНЕЧНИКА УСТАНОВКИ ДЛЯБЕСТРАНШЕЙНОЙ ПРОКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДОВ
Предложена зависимость для определения осевого сопротивления внедрению виброраскатывающего рабочего наконечника установки для бестраншейной прокладки трубопрол одов.
Ключевые слова: транспортировка газ, трубопроводы, виброраскатывающий рабочий наконечник.
Трубопроводы как вид транспорта получили в нашей стране л за рубежом большое развитие. По трубопроводам транспортируются природные и попутные газы, нефть и нефтепродукты, различные жидкости, а также сыпучие и твердые материалы.
Интенсивный рост городского строительства в последние годы обусловил необходимость модернизации и развития трубопроводного транспорта коммунальной инфраструктуры. В первую очередь это касается объектов водоснабжения, водоотведения и энергоснабжения современных городов. При этом состояние коммуникационных сетей жизнеобеспечения городов России достигло критической отметки. По различным статистическим данным инженерные сети изношены на 70 % и более [1]. Большинство трубопроводов в России находится в эксплуатации с середины пошлого столетия, хотя нормативный срок эксплуатации трубопроводов составляет: чугунных - 20 лет, стальных до 15 лет [2]. Ежегодно на каждые 100 км трубопроводов в среднем приходится более 50 аварий. Эксплуатация изношенных трубопроводов ухудшает социальную, экономическую и экологическую обстановку в городах. Для замены аварийных трубопроводов в течение 10 лет ежегодно необходимо реконструировать более 40 тысяч километров подземных коммуникаций.
Решение данной проблемы траншейными методами требует значительных затрат, а иногда в условиях плотных городских застроек замена трубопроводов открытым способом просто невозможна. В настоящее время многие городские администрации приняли решение, что основным способом прокладки и переустройства подземных городских коммуникаций является закрытый (бестраншейный) способ. К основным преимуществам бес-
траншейных технологий относятся: высокие темпы проведения работ по замене и прокладке коммуникаций, соблюдение экологических требований, значительная экономия (до 50 % ) финансовых средств, бесперебойное движение транспорта в месте проведения работ.
До 70 % повреждений приходится на трубопроводы диаметром до 300 мм. Анализ способов бестраншейных технологий показывает, что для замены коммуникаций такого типоразмера наиболее простым с конструктивной точки зрения и дешевым с экономической, является способ прокола [3]. Также весьма перспективен является сравнительно новый способ походки скважин без извлечения грунта раскаткой, обладающей сравнительно низкой энергоемкостью процесса [4].
Одним из путей повышения эффективности процесса бестраншейной прокладки трубопроводов является применение вибрации. Анализ применения вибрационной технологии в данном процессе показывает следующие ее преимущества: возможность комплексной механизации работ с уменьшением доли ручного труда и сокращение сроков устройства переходов через препятствия. Кроме того, вибрация не только снижает сопротивление внедрения в грунт, но и способствует преодолению этих сопротивлений вследствие перехода сухого трения в условно-вязкое [5].
В настоящей работе сделана попытка получить теоретическую формулу для определения осевого сопротивления внедрению виброраскатывающего рабочего наконечника установки для бестраншейной прокладки трубопроводов, конструкция и принцип работы которой описаны в работе [6].
Осевое сопротивление внедрению предлагаемого рабочего органа представляет собой один из основных критериев эффективности устройства, так как от его величины завися габариты и металлоёмкость установки, чем меньше осевое сопротивление пи прочих равных условиях, тем лучше выбраны параметры устройства.
Для определения осевого сопротивления внедрению рассмотрим рабочий наконечник в виде прямого кругового конуса с радиусом г и углом заострения а, перемещающийся в однородном грунте с постоянной скоростью уос. Согласно расчётной схеме ось конуса на вершине пересекается с осью прокладываемого трубопровода, а на его основании имеется эксцентриситет е относительно оси прокладываемого трубопровода. Рабочий наконечник, обкатываясь по поверхности скважины с частотой юк, вызывает колебания грунта в радиальном направлении, что способствует уменьшению сил внутреннего трения и сцепления в нем, и, как следствие этого, уменьшению усилия внедрения в грунт. При этом поступательное движение рабочего наконечника с обкатыванием по грунту обеспечивает формирование грунтовой скважины.
В соответствии с расчётной схемой осевое сопротивление можно определить как
Foc = (osin а + of cos a)SK, (1)
где o - нормальное напряжение, возникающее на рабочей поверхности при вибрационном воздействии конуса наконечника, Па; а- угол заострения конуса рабочего наконечника; f - коэффициент трения грунта о наконеч-
'у
ник; Бк - площадь контакта конуса рабочего наконечника с грунтом, м .
Расчётная схема к определению осевого сопротивления
Площадь контакта конуса рабочего наконечника с грунтом определяется по зависимости
S = ——— r 2 (2)
к 2sin а ’
где фк - угол контакта конуса рабочего наконечника с грунтом по основанию; r - радиус основания конуса, м.
Наиболее полно реальные процессы взаимодействия движителя со средой отражает функционаьна зависимость, предложения В.В. Кацы-гиным и определяюща подчинение нормаьного напряжения закону гиперболического тангенса [7]:
к
<з = оо tanh — h, (3)
°о
где оо - несуща способность грунта или предел прочности грунта на одноосное сжатие, при котором деформация грунта начинает возрастать без
дальнейшего действующего увеличения, на опорную площадку вертикаь-ной нагрузки, Па; к - коэффициент объемного смятия грунта, Н/м3; h - деформация частиц грунта, м.
Деформация частиц грунта будет определяться осевой подачей конуса рабочего наконечника и величиной эксцентриситета установки оси конуса относительно оси прокладываемого трубопровода. Учитыва то, что эффективность действия устройства определяется вибрационным
воздействием на грунт, что позволяет уменьшить внутреннее трение в грунте и сцепление частиц грунта, для упрощения расчётов деформацию грунта
определим без учёта осевой подачи при небольших ошибках вычислений. Данное допущение основано на сравнении значений частот вращения оси конуса вокруг оси прокладываемого трубопровода и осевой подачи конуса рабочего наконечника.
Деформация частиц грунта при обкатывании конуса рабочего наконечника имеет достаточно сложный характер. Деформация частиц грунта будет изменяться от 0 на вершине конуса до 2е на его основании при обкатывании конуса рабочего наконечника без скольжения и буксования. Для инженерных расчётов с достаточной точностью можно принять деформацию грунта в формуле (3) как h = e. Таким образом, деформацию грунта определяет величина эксцентриситета установки вала относительно оси прокладываемого трубопровода.
В итоге зависимость для определения осевого сопротивления внедрению виброраскатывающего рабочего наконечника запишется в виде
Í \ Фк 2 k
= (sinа + f cosа)-----r оо tanh — е. (4)
2sin а оо
Предложенна зависимость (4) позволит определить осевое сопротивление внедрению виброраскатывающего рабочего органа в зависимости от физико-механических свойств грунта и геометрических параметров конуса рабочего наконечника.
Список литературы
1. Голота М.Б. Строительство тоннелей в России - практическое применение новых технологий: материалы 26-й конференции и выставки Международного общества по бестраншейным технологиям. М.
2. Рыбаков А.П. Замена трубопроводов различного назначения бестраншейным способом: материалы 26-й конференции и выставки Международного общества по бестраншейным технологиям, М., 2008. - 1 элек-трон.опт.диск (СБ-КОМ),
3. Полтавцев И.С., Орлов В.Б., Ляхович И.Ф. Специаьные землеройные машины и механизмы для городского строительства: Киев.: Буд1вельник, 1977. 136 с.
4. Ряшенцев А.Н. Оборудование «КЛ№ЕК»: проходка и формирование скважин в грунтах: материаы 26-й конференции и выставки Международного общества по бестраншейным технологиям. М., 2008. - 1 элек-трон.опт.диск (СБ-КОМ).
5. Кершенбаум Н.Я., Минаев В.И., Виброметод в проходке горизонтальных скважин: М.:«Недра»,1968. 152с.
6. Егоров П.В., Земсков В.М. Ус тройств о для бестраншейной прокладки коммуникаций способом виброраскатки // Дороги и мосты. ЖКХ и строительство. 2008. №5-6. С.24-25.
7. Гуськов В.В., Велев Н.Н., Атаманов Ю.А. Тракторьы теория. М.: Машиностроение, 1988. 376 с.
V. Zemskov, P. Egorov
Definition of axial resistance to introduction vibraunrolling of the working tip of installation for intrenching linings ofpipelines
Dependence for definition of axial resistance is offered to introduction vibraunrolling a working tip of installation for intrenching linings ofpipelines.
Получено 07.04.09
УДК 622.73
В.И. Коноплев, канд. техн. наук, доц., (4872) 33-22-88, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
B.И. Ануфриев, канд. техн. наук, доц., (4872) 33-22-88, [email protected] (ТулГУ),
C.В. Ануфриев, асл., (4872) 33-22-88, [email protected] (ТулГУ),
П.Ю. Калабин, магистрант, (4872) 33-22-88, [email protected] (ТулГУ)
К РАСЧЕТУ ГРАВИТАЦИОННОГО ИНЕРЦИОННОГО УСТРОЙСВА ДЛЯ ВЫГРУЗКИ КУСКОВОГО МАТЕРИАЛА ИЗ БУНКЕРА
Рассмотрено устройство, восстанавливающее условие гравитационного истечения материала при разгрузки сыпучих и кусковых материалов из бункеров. Предлагаемое устройство позволяет проводить процесс осушения и ворошения кускового материала и облегчает его выгружу.
Ключевые слова: бункер, гравитационное инерционное устройство, фоосунка.
На предприятиях ло производству щебня широко используются гравитационные устройства, в которых кусковые грузы движутся вниз ло наклону под действием силы тяжести. Если груз массой m скользит с коэффициентом трения f ло наклонной плоскости под углом в на дине і, разность уровней в начаьной и конечной точках h = і sinP и скорость в этих точках и и ик, то работа силы тяжести груза, затрачиваема на работу трения и приращение кинетической эн ерги [1]
