Введение к работе
Актуальность темы. Несмотря на общепризнанные достоинства гидромеханизированного способа производства земляных работ (неразрывность технологических операций от подводной разработки грунта до его гидравлической укладки в сооружение (при возведении намывных земляных сооружений) или в штабель (при разработке обводненных месторождений нерудных строительных материалов), высокая степень механизации и автоматизации всех процессов, высокая производительность и относительно низкая себестоимость работ и др.), его эффективность далеко не всегда отвечает современным требованиям. При этом при гидромеханизированной добыче и укладке в штабель нерудных строительных материалов (НСМ) часто имеет место нерациональное использование статического напора гидротранспортной системы грунтона-сосов при подаче гидросмеси в конические грохоты (КГ) и недооценка финансовых потерь из-за превышения оптимальной величины срока эксплуатации рабочих колес (РК) грунтонасо-сов (ГН) - главного механизма земснарядов (плавучих землеройных машин). В то же время, Т.И.Пеняскиным, Ю.А.Поповым, Д.В.Рощупкиным, Б.М.Шкундиным и др. доказано, что при регулируемой высоте КГ (аппарата для удаления на входе в штабель фракций крупнее 5 мм) и при своевременной замене РК грунтонасосов с обоснованием оптимального срока их эксплуатации технико-экономические показатели гидромеханизации могут быть существенно повышены. Однако решить указанные задачи на практике до последнего времени было невозможно, во-первых, из-за отсутствия метода аргументированного обоснования режима регулирования высоты КГ, во-вторых, из-за отсутствия достаточно достоверного метода обоснования оптимального срока эксплуатации РК грунтонасосов. В свою очередь, во многом это объясняется сложностью учета динамики координат рабочей точки гидротранспортной системы земснарядов как при регулировании высоты установки КГ, так и при снижении напора ГН по мере абразивного износа их рабочих колес. При этом часто имеют место и дополнительные сложности, связанные с возникновением нештатных ситуаций в режи-
мах работы ГН («Дефицит напора грунтонасоса», «Кавитация грунтонасоса», «Разорванные рабочие характеристики» и др.). Проведенный автором анализ показал, что для решения задачи оптимизации технологических процессов гидромеханизированной добычи НСМ необходимо решить задачи: 1) оптимизации режима регулирования высоты КГ; 2) оптимизации срока службы рабочих колес ГН; 3) оптимизации способа вывода грунтона-сосов из нештатных ситуаций при решении задач по п. 1-2.
Цель диссертационной работы - совершенствование технологии гидромеханизированной разработки обводненньїх месторождений НСМ с их эффективным обогащением как на входе в штабель (удалением фракций крупнее 5 мм), так и с от-мывом мелких (засоряющих) фракций с отработанной водой.
Основная идея исследования состоит в использовании широких возможностей метода математического моделировании сложных физических и организационно - технологических процессов в совокупности с современными средствами вычислительной математики и с современными информационными технологиями.
Задачи исследований: решение актуальных научно-технических задач, связанных:
с обоснованием оптимального режима регулирования высоты установки конических грохотов, обеспечивающего рациональное использование регулируемой величины статического напора в гидротранспортной линии земснарядов;
с технико-экономическим обоснованием как варианта исполнения РК из обычной, так и из износостойкой стали, с последующим обоснованием оптимального срока службы РК с разной износостойкостью;
с обоснованием способа вывода ГН из нештатных ситуаций, возникающих в процессе абразивного износа их рабочих колес.
Научная новизна полученных результатов:
1. Научно обоснован оптимальный (трехступенчатый) режим регулирования высоты установки КГ, позволяющий за счет уменьшения средневзвешенного по времени статического напо-
pa в гидротранспортной системе земснаряда на 11% сократить время намыва штабеля и на 10% уменьшить себестоимость продукции за счет уменьшения удельных энергозатрат на разработку, гидравлический транспорт и укладку песка в штабель.
На основании проведенных исследований динамики координат рабочей точки гидротранспортной системы земснарядов, обусловленной изменением положения напорной характеристики ГН на масштабном фафике по мере абразивного износа их рабочих колес с различной износостойкостью (300, 500, 700, 1000 и 1500 часов чистой работы земснарядов), а также с учетом: а) единовременных затрат на изготовление новых рабочих колес из обычной или износостойкой стали; б) финансовых потерь из-за уменьшения грунтопроизводительности земснарядов по мере износа РК; в) снижения КПД грунтонасосов и, как следствие, увеличения удельных энергозатрат на разработку, гидравлический транспорт и укладку песка в штабель из-за износа их рабочих колес, научно обоснован как метод оптимизации срока службы рабочих колес с различной износостойкостью, так и метод определения оптимальных единовременных затрат на изготовление рабочих колес ГН с различной износостойкостью.
Разработан метод обоснования способа вывода грунтонасосов из нештатных ситуаций, возникающих в процессе абразивного износа их рабочих колес.
Практическая значимость работы:
Обоснован и практически реализован на Марусинском (Новосибирская область) месторождении НСМ регулируемый режим установки КГ, позволяющий до 11% сократить время намыва штабеля и как следствие - до 14% сократить удельные затраты на разработку, гидравлический транспорт и укладку в штабель песка строительного.
Обоснованы как оптимальные единовременные затраты на изготовление рабочих колес ГН, так и оптимальный срок их службы (без замены) в зависимости от величины единовременных затрат.
3. Разработан метод обоснования способа вывода грунто-насосов из нештатных ситуаций, возникающих в процессе абразивного износа их рабочих колес.
Достоверность полученных результатов подтверждается сопоставлением данных расчетов, выполненных по разработанным автором методам, и результатов натурных измерений при разработке Марусинского месторождения НСМ.
Апробация основных результатов. Основные результаты диссертационной работы доложены на 62-й (2005 г.), на 63-й (2006 г.) и на 64-й (2007 г.) научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава НГАСУ (Сибстрин), а также на I и II Всероссийских научно-технических конференциях «Актуальные проблемы строительной отрасли» (2008 г., два доклада и 2009 г.).
Личный вклад автора. Все результаты, приведенные в диссертации и имеющие научную новизну, получены лично автором. Автором сформулированы задачи исследований. Разработаны физическая и математическая модели динамики координат рабочей точки гидротранспортной системы земснарядов при регулируемой высоте установки КГ и путем численной реализации математической модели обоснован оптимальный режим регулирования высоты КГ. Разработаны также физическая и математическая модели динамики координат рабочей точки по мере абразивного износа РК грунтонасосов и путем численной реализации математической модели обоснованы оптимальные сроки службы РК с различной износосойкостью и оптимальная износостойкость РК на примере разработки Марусинского месторождения НСМ в Новосибирской области.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в четырех печатных научных трудах, в том числе в журнале с внешним рецензированием (две статьи в журнале «Известия вузов. Строительство») и в трудах Всероссийских научно-технических конференциях (три публикации).
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и списка литературы
(121 наименование), 54 рисунков, 25 таблиц и изложена на 132 страницах.
