Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Характеристика природно-хозяйственных условий Колхиды 17
1.1. Природно-климатические условия 17
1.2. Краткая характеристика почв Колхиды 19
1.3. Состояние осушительных систем Колхиды и объем очистных ~раб,б.т на каналах 22
Глава II. Существующие-способы очистки каналов в условиях Колхиды 30
2.1. Технология производства очистки мелиоративных каналов 30
2.2. Способы очистки мелких осушительных каналов 34
2.3. Исследование по очистке канала экскаваторами цикличного действия 36
2.4. Классификация рабочих органов каналоочисти-тельных машин 42
Глава III. Исследование-процесса очистки каналов модернизированным рабочим органом многоковшово го экскаватора поперечного черпания 51
3.1. Оценка устойчивого и рационального поперечного профиля канала 51
3.2. Обоснование устойчивой формы канала 55
3.3. Гидравлический расчет параболического сечения русла 65 стр.
3.4. Технологические требования к очистке канала и их влияние на совершенствование конструкции мелиоративного экскаватора 69
3.5. Обоснование выбора рабочего органа 79
3.6. Модернизация рабочего органа многоковшового экскаватора поперечного черпания ЭМ-202 (ЭМ-152Б) для очистки мелких и средних каналов (дна и откосов за один проход одновременно с одного берега 83
3.7. Организация и технология работ 89
3.8. Анализ исследований по определению усилий в ковшовых цепях многоковшовых экскаваторов. 97
3.9. Существующие положения в области теории. резания и копания грунтов 104
ЗЛО.Взаимодействие рабочего органа с грунтом 107 3.11.Составление уравнений движения механической и
гидравлической части привода 118
3.12.Исследование полной энергоемкости при работе ковшовой цепи в процессе очистки каналов
(определение усилий и мощности) 125
Глава ІV. Экспериментальные и лабораторные исследо вания модернизированного рабочего органа каналоочистителя 138
4.1. Методика проведения экспериментальных исследований 138
4.2. Методика тензометрирования модернизированного рабочего оборудования, мелиоративного экскаватора . 153 стр.
4.3. Экспериментальное исследование расхода мощности модернизированным рабочим органом 156
4.4. Исследования параметров и режим работы модернизированным рабочим органом ЭМ-202 (ЭМ-152Б). 158
Глава V.Рекомендация по производству работ при очистке каналов и их технико-экономическая эффектив ность 172
5.1. Основные параметры и технико-экономические показатели предполагаемого процесса очистки каналов 172
5.2. Методика определения технико-экономических показателей 176
Основные выводы и предложения 178
Список использованной литературы 182
Приложения 195
- Природно-климатические условия
- Технология производства очистки мелиоративных каналов
- Оценка устойчивого и рационального поперечного профиля канала
- Методика проведения экспериментальных исследований
Введение к работе
ХХУІ съезд партии поставил задачу добиться такого роста сельскохозяйственного производства, который позволит резко увеличить ресурсы сельскохозяйственного сырья с тем, чтобы в изобилии обеспечить население продуктами питания в широком ассортименте, и высокого качества и удовлетворить все другие потребности государства в сельскохозяйственных продуктах. В решении этого вопроса мелиорация земель определена как важнейшая составная часть работ. В этом свете немаловажное значение приобретает мелиорация засушливых и заболоченных земель.
Улучшение водного режима переувлажненных земель производится путем закладки дренажа и открытых каналов.
Мелкие и средние каналы глубиной до 2,0 м, представляющие осушительную и коллекторную сети, составляют около 86% общей протяженности каналов Z~I03J.
Идея обновления земли на основе мелиоративных работ глубоко занимала В.И.Ленина, он писал "... техника с невероятной быстротой развивается в наши дни, а земли, непригодные сегодня, могут быть сделаны пригодными завтра, если будут найдены новые приемы, если будут произведены большие затраты капитала" .
Осушение и освоение Колхидской низменности имеет исключительно важное народнохозяйственное значение.
Колхидская низменность по природным условиям единственный крупный массив в Советском Союзе, где произрастают ценные субтропические культуры /"83J, цитрусовые, эфирномасличные, чай, тунг.
Впервые вопрос об осушении Колхидских болот был поставлен в 1902 г., в связи с сильным наводнением на р.Риони, но он
так и остался без внимания. Особенно остро проблема осушения Колхидских болот стала после постройки Потийского порта, но все старания привлечь внимание царского правительстве к Колхидской низменности успеха не имели /"71-7.
Только после установления в Грузии Советской власти Колхиде было уделено серьезное внимание. Колхидская проблема стала делом большой государственной важности.
В настоящее время, согласно схеме осушения и освоения Колхидской низменности, общая площадь земель составляет 225 тыс. га, на 100 тыс.га проведены инженерно-мелиоративные мероприятия, а 125 тыс.га подлежит осушению и освоению. На осушенной территории Колхиды имеются многочисленные высокотермальные, сильноминерализованные радиоактивные источники, на базе которых можно организовать бальнеологические курорты.
Отвод избыточных вод с осушаемых массивов производится сетью открытых каналов, наиболее ответственной частью которых являются водоприемники.
Для нормальной работы каналов необходима своевременная очистка их от заиления и зарастания. Из-за недостаточного уровня механизации каналоочистительных работ очистка внутрихозяйственных и оросительных систем зачастую производится вручную. С целью осуществления механизации каналоочистительных работ необходимо создание высокопроизводительных, маневренных, дешевых и надежных в эксплуатации машин.
В связи с большим объемом ежегодных работ по ремонту и очистке каналов (около 20 млн.м3), а также недостатка надежных средств механизации, актуальной проблемой становится разработка прогрессивных технологических процессов очистки каналов и повышение их эффективности. Если в настоящее время уровень механизации работ по строительству и очистке круп-
7 ных каналов достигает 95%, то уровень механизации ремонта и очистки каналов внутрихозяйственной и межхозяйственной сети не превышает 50$.
Специфичность работ по ремонту и очистке мелких и средних каналов осушительных и оросительных систем от наносов и растительности породила большое разнообразие машин и процессов очистки, находящих применение сегодня в нашей стране и за рубежом. Наиболее характерными группами каналоочистительных машин по их конструктивному исполнению являются следующие:
одноковшовые экскаваторы с уширенными ковшами для попе-речной очистке каналов; с грейферными ковшами* принудительного замыкания челюстей для очистки каналов от плотных слежавшихся наносов и т.п.
машины с многоковшовым и скребковым рабочими органами;
машины с роторным, фрезерным и шнековым рабочими органами.
Наилучшее качество работ дают каналоочистители с рабочими органами непрерывного действия /"44,48,49,71,82,85,103,104, 105,109,113,120-7. Механизация каналоочистительных работ, улучшающий технологические процессы очистки мелиоративных систем находится в центре внимания научных и конструкторских учреждений.
Существующие каналоочистительные машины в силу конструктивных особенностей их рабочих органов имеют ограниченное применение по условиям производства работ.
Особое место среди каналоочистительных машин занимают мелиоративные экскаваторы (ЭМ-152Б, ЭМ-202) поперечного черпания с многоковшовым рабочим органом, так как они обладают наиболее широкими эксплуатационными возможностями и универсальностью применения и разнообразных условиях эксплуатации
8 /"38,41,43,70,72,89,90,105,107 7.
Учитывая предстоящее резкое увеличение площади мелиорированных земель, всевозрастающие объемы работ по текущему ремонту и очистке каналов, следует предположить значительное расширение в мелиоративных хозяйствах парка экскаваторов поперечного черпания с многоковшовым рабочим органом. Это обстоятельство требует прежде всего исследовать возможности и направления дальнейшего совершенствования технологического процесса очистки каналов мелиоративными экскаваторами, повышения их технико-экономических показателей и эксплуатационной надежности.
Цель работы. В настоящее время вопросы технологии и организации ремонта и очистки Колхидских осушительных каналов с применением современных машин и механизмов изучены недостаточно. В связи с этим совершенствование способов эксплуатации мелиоративных систем на базе комплексной механизации, внедрение прогрессивной технологии и организации очистки и ремонтов мелиоративных каналов является весьма актуальным.
Диссертационная работа имеет целью исследование и разработка технологического процесса и рабочего органа для очистки мелиоративных каналов шириной по дну 0,4 - 0,5 м, глубиной до 1,4 м, с заложением откосов 1:0,75; 1:1,1; 1:1,25 за один проход машины с одного берега.
В соответствии с этим в работе решались следующие задачи:
определение объема и условий проведения очистных работ;
исследование существующих способов и средств механизации, выявление недостатков в их работе, определение путей дальнейшего улучшения технологического процесса очистных работ;
изучение процесса взаимодействия рабочего органа с
9 грунтом. Определение длины и площади грунта вырезанного по периметру канала;
расчет гидравлических элементов устойчивого сечения канала;
исследование работы многоковшобого каналоочистителя ЭМ-202 (ЭМ-152Б) с модернизированным рабочим органом на собирателях осушительной сети в Колхидской низменности, для изучения устойчивого и рационального поперечного профиля канала. Обоснование устойчивой формы канала;
определение усилий и модности при работе модернизированного рабочего органа поперечного черпания при заложениях откосов 1:0,75; 1:1; 1:1,25;
« проведение аналитического исследования процесса очистки и его сопоставление с данными полевых исследований, полученными посредством тензометрирования;
установление основных требований, предъявляемых к модернизированному рабочему органу поперечного черпания;
определение экономической эффективности модернизированного рабочего органа.
Объекты исследования. Модернизированный рабочий орган многоковшового каналоочистителя (ЭМ-152Б, ЭМ-202) поперечного черпания, очищающий канал одним проходом с одного берега.
Новизна научных исследований. Предложена принципиальная схема модернизации рабочего органа многоковшового каналоочистителя поперечного черпания для очистки мелких и средних осушительных каналов от наносов и растительности ЭМ-202 (ЭМ-152Б) (авт.свид. №781273), уточнены параметры модернизированного рабочего органа.
Предложена принципиальная схема многоковшового мелиоративного экскаватора (приоритет № 2545246/03/143441).
Практическая ценность. Модернизированный рабочий орган может работать на очистке осушительных и оросительных систем при размерах канала: глубина до 1,4 м, ширина по дну 0,4-0,5м, с заложением откосов 1:0,75; 1:1; 1:1,25.
Реализация работы. Результаты исследований использованы при составлении агротехнических требований и технических заданий на модернизированный рабочий орган одобрены Ученым Советом ГрузНИИГиМ (от 22 декабря 1977 г., прот.№22), согласованы с зам.министра сельского хозяйства ГССР и зам.председателя Гос.ком.Грузсельхозтехника Совета Министров ГССР и утверждены зам.министра мелиорации и водного хозяйства ГССР. Имеется авторское свидетельство №781273 "Рабочий орган многоковшового каналоочистителя поперечного копания". Модернизированный ка-налоочиститель ЭМ-202М для очистки осушительных каналов включен в "Рекомендации по внедрению новой техники".
Проведено ведомственное испытание машины (приказ Минвод-хоза ГССР и Минсельхоза ГССР № 2906а - І0У567 от 30 ноября 1978г., г.Тбилиси).
На основе схемы и экспериментального образца модернизированного рабочего органа многоковшового каналоочистителя разработанного и изготовленного ГрузНИИГиМ, а также постановления объединенного совета МСХ ГССР Гос.ком.Грузсельхозтехника (протокол №2/2/11 от 25 ноября 1977г.) в Институте конструкторского технологического проектирования и экономического прогнозирования при Гос.ком.Грузсельхозтехнике г.Тбилиси запроектирован рабочий орган ЭМ-202, ЭМ-152Б поперечного черпания.
Внедрение. Каналоочиститель с модернизированным рабочим органом применялся на очистке мелких каналов глубиной 1,2 м.
в Цхакаевском и Хобском районах ГССР в 1973-1975гг. Очищены каналы протяженностью 130,0 тыс.м и вынуто 40 тыс.куб.м наносного слоя. В 1978-1979 гг. на Колхиде (Очамчирский и Лан-чхутский районы) был применен многоковшовый каналоочиститель поперечного черпания с модернизированным рабочим органом. Очищены каналы протяженностью 38 тыс.м. В 1980 г. в Очамчирском районе (с.Тамши) Груз.ССР был использован модернизированный рабочий орган поперечного черпания для очистки мелких собирателей. Очищены каналы протяженностью 15 тыс.м.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
научно-производственной сессии по проблеме: "Осушение и освоение переувлажненных земель Колхидской низменности"23-26 сентября 1975г., Тбилиси-Хоби;
конференции под названием: Достижения науки сельскому хозяйству. СХИ, г.Тбилиси, 1976г.;
юбилейной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов, посвященной 60-летию Великой Октябрьской Социалистической революции, г.Тбилиси;
объединенном научно-техническом Совете Мнистерства сельского хозяйства ГССР и Гос.ком. Грузсельхозтехника, Тбилиси, 1977 г., 25 ноября;
Секции Ученого Совета ГрузНИИГиМ по дождеванию и механизации, 1979г.;
научно-техническом семинаре ГрузНИИГиМ, г.Тбилиси, 1979г.;
Республиканской научной конференции молодых ученых и аспирантов, посвященной 60-плетию установления Советской власти в Грузии, ГрузНИИГиМ, г.Тбилиси, 1981 г.;
научно-технической конференции, г.Тбилиси-Поти, 1981г.
На юбилейной выставке Грузинской ССР к бО-летию Октября
12 на ВДНХ СССР в период с мая по январь 1977 г. был экспонирован макет "Многоковшовый каналоочиститель поперечного черпания с модернизированньм рабочим органом", как перспективная мелиоративная машина.
Распоряжением Совета Министров Грузинской ССР от 26 мая 1980 г., № 661р работе "Модернизация рабочего органа многоковшового каналоочистителя поперечного черпания для очистки осушительных каналов (ЭМ-202, ЭМ-152Б)" присуждена третья премия в республиканском конкурсе на лучшие работы по интенсификации промышленного и сельскохозяйственного производства, строительства, в области транспорта и связи.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 статей, одно авторское свидетельство и одна брошюра.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и приложений. Содержание работы изложено на 194 страницах машинописного текста, включая 24 рисунка, 26 таблиц. Список использованной литературы содержит 133 наименования, из них 9 - на иностранных языках.
В разделе "Введение" изложены задачи по мелиоративному освоению болот и заболоченных земель в нашей стране. Дано обоснование актуальности разрабатываемой темы и составлена цель настоящей работы.
I глава посвящена физико-географической характеристике Колхидской низменности. Описание осушительных систем Колхидской низменности. Объему очистительных работ осушительных каналов Колхиды, который изучался преимущественно путем обследования. Даются основные виды деформации Колхидских осушительных каналов, приводится описание с указанием вызванных их причин.
Во П главе приводится технология содержания каналов,уход за осушительной системой, исправление деформаций каналов.Такие операции, как очистка каналов от наносов, могут выполняться ежегодно в требуемом объеме или один раз в несколько лет, то есть технический уход в какой-то мере трансформируется в текущий и капитальный ремонт и в связи с этим капитальный ремонт осушительных каналов находится в тесной связи с уровнем организации технического ухода и текущего ремонта.
Излагаются способы очистки мелких осушительных каналов в условиях Колхидской низменности.
Предложен многоковшовый рабочий орган поперечного черпания (ЭМ-202, ЭМ-152Б), который дает наилучшее качество работ при очистке мелкой и средней сети.
Приводятся работы на очистке и ремонте каналов одноковшовыми экскаваторами. Дан обзор и анализ химической и биологической борьбы против растительности на каналах. Прогрессивными методами очистки каналов от растительности являются термический и механический. С целью проверки термического метода на каналах Колхиды исследованы травосжигательные машины, работающие на газе и жидком топливе. Анализ работы показал,что при этом наблюдается повышенный расход горючего и для полной очистки от корневой системы требуется все же механическая обработка. Поэтому предложена принципиальная схема комбинированного каналоочистителя, смонтированного на базе экскаватора (ЭМ-202, ЭМ-152Б).
Поскольку при капитальных и текущих ремонтах необходимо восстанавливать ранее выполненные размеры каналов, то практически дело сводится к удалению наносов, оползней, которые по сравнению с естественными грунтами отличаются малой плот-
ностью и большой насыщенностью водой. Вследствие этого на их разработку необходимо затрачивать в 5-Ю раз меньше усилий, чем на грунты естественной плотности. Учитывая непригодность конструкции ковшей строительного назначения и потребную малую энергоемкость при разработке наносов, созданы машины непрерывного действия и многоковшовые экскаваторы поперечного действия.
В Ш главе рассматривается вопрос исследования и обоснования устойчивого поперечного профиля русла канала. Исследования и практика показывают, что наиболее высокую устойчивость имеют русла ложбинообразной (параболической, эллиптической) формы. В результате анализа отмечается, что в наибольшей степени соответствуют требованиям мелиоративные экскаваторы (ЭМ-202, ЭМ-152Б), выполняющие очистку как при движении по обеим бермам канала, так и при движении по одной из них. Это преимущество компановки экскаваторов повышает универсальность их применении в различных условиях и обеспечивает более рациональное использование по сравнению с другими типами каналоочистителей.
Установлены недостатки процесса очистки и определены основные задачи исследования.
Недостатками являются:
а) Машины не могут с одного берега канала очистить дно и
оба откоса одновременно.
б) Ограниченность сферы применения, т.к. экскаватор может
выполнять только каналоочистительные работы, а также высокая
себестоимость работ, что выражается в сложности обязательного
демонтажа и монтажа при траспортировке. Техническое требова
ние к каналоочистительным машинам, классификация машин с ана-
лизом их работы, области применения и проведенный анализ состояния вопроса показал необходимость повышения работоспособности, эффективности, производительности каналоочистителей при различных грунтовых условиях и выявил перспективность применения модернизированного рабочего органа многоковшового экскаватора поперечного черпания.
Изучение результатов ранее проведенных исследований защиты рабочих органов землеройных машин от перегрузок, позволяет установить, что для снижения динамических усилий широко применяются различные амортизаторы. Данные эксплуатации подтверждают надежность защитных свойств гидропривода модернизированного рабочего органа. Изложены результаты по исследованию и обоснованию основных параметров и режим работы модернизированного рабочего органа.
Приводится методика по определению длины поперечного сечения и площадь поперечного сечения наносов, очищаемых ка-налоочистителем за один проход. Анализируется взаимодействие рабочего органа с грунтом.
Рассматривается исследование полной энергоемкости работы ковшовой цепи модернизированным рабочим органом при разных заложениям откосов.
В ІУ главе изложена методика проведения экспериментальных исследований, описание экспериментальной установки с тензометрической аппаратурой и результаты экспериментальных работ. Применение аппаратуры информационно-измерительной системы типа ЧЕК-І в комплексе с широкоиспользуемой ЭВМ позволило получить интересующие данные с высокой точностью. Экспериментальные исследования полностью подтвердили теоретические предположения и прогрессивность модернизированного
рабочего органа многоковшового экскаватора поперечного черпания.
В У главе даются рекомендации по методике расчета и выбора основных параметров модернизированного рабочего органа многоковшового каналоочистителя поперечного черпания и дани его техникокэкономические показатели.
Природно-климатические условия
Проводимые в западных районах Грузии осушительные мелиорации имеют целью не только увеличить сельскохозяйственный фонд земель, но и оздоровить эти районы республики.
Главным объектом осушения является Колхидская низменность, насчитывающая 225 тыс.га заболоченных земель, из них в настоящее время на 100 тыс.га осуществлены мелиоративные мероприятия, переданные в постоянную эксплуатацию. Намечено проведение мелиоративных работ на площади 125 тыс.га /"69.7.
Колхидская низменность представляет собой область опускания между западной частью Главного Кавказского хребта и горными цепями западной части Малого Кавказа, заполненную выносами р.р.Риони, Цхенис-цкали, Ингури и др., текущих с гор и впадающих в Черное море.
Географические отметки поверхности Колхидской низменности меняются в пределах от 0 до 75 м над уровнем Черного моря при значительном изменении уклонов. Вследствие этого значительная часть водосбросно-осушительной сети находится в подпоре со стороны водоприемника (моря) /"86,96-7.
Центральная часть по левому и правому берегам нижнего течения р.Риони и водоразделу между р.р.Риони и Хоби, которая является основным объектом осушительной мелиорации, имеет наиболее спокойную поверхность и наинизшие отметки (1-Ю м н.у.м.).
Климатически низменность можно охарактеризовать следующими данными: средняя годовая температура воздуха в разных пу нктах меняется от 16,4 до 18,9С.
Продолжительность вегетационного периода для субтропических культур (со средней суточной температурой выше 10) составляет 222-252 суток. Сумма температур в этом интервале составляет 3900-4600. Годовая сумма осадков меняется в пределах 1300-2400 мм. Среднегодовое количество осадков для заболоченной части Колхидской низменности составляет I6II мм, за исключением относительно сухих месяцев (апрель, май). В годовом разрезе характерно наличие большого числа суток с осадками - 149-176. Продолжительность ливневых осадков не превышает 0,14-0,15% от продолжительности всего дождливого периода, а количество осадков, выпадающих при ливнях, составляет не более 0,4 от всей суммы осадков.
Наибольшую повторяемость имеют ветры со скоростями менее 4,0 м/с. Большое количество осадков при повышенном тепловом режиме обусловливает высокую относительную влажность воздуха, доходящую в летнее время, при морских ветрах, до 82%, редко, особенно в зимний период, при сильных и продолжительных ветрах, величина относительной влажности по Рионской низменности падает до 16%. Среднемесячные значения относительной влажности отличаются на 2-3%, максимальное значение разницы не превышает 6%. Среднемесячная влажность воздуха всегда превышает влажность, необходимую для нормального развития с/х культур, однако при восточных ветрах наблюдается резкое снижение относительной влажности воздуха (до 15-25%).
Недостаток насыщения воздуха влагой за вегетационный период среднего года не превыша.ет 4-5 мм. Суммарное годовое количество влаги, испаряемое почвой и растительностью, составляет, в среднем, 900 мм.
Описанные климатические условия свидетельствуют, что при осуществлении рациональных схем осушения, а также правильном содержании и уходе за осушительными системами на значительных площадях Колхидской низменности могут быть успешно выращиваться субтропические культуры и чай.
Колхидская низменность является сложнейшим мелиоративным объектом, полноценное осушение и освоение которого требует осуществления комплекса мероприятий по регулированию поверхностного и внутреннего стоков, с применением механических способов осушения, кольматажа, рефулирования и т.д.
Технология производства очистки мелиоративных каналов
Содержание каналов включает следующие операции: - засыпка ям, ликвидация неровностей на бермах каналов; - скашивание растительности на бермах каналов и срребание ее в валки; - очистка дна каналов от наносов; - планировка откосов каналов; разравнивание вынутого из каналов грунта.
Основными требованиями, предъявляемыми к каналам, являет» ся длительное сохранение их формы и размеров, обеспечение заданной устойчивости.
Среди причин, вызывающих деформацию каналов, немаловажное место занимают способы их прокладки. При прокладзе каналов, например, одноковшовыми экскаваторами, откосы разрыхляются на большую глубину и деформируются в большей степени, чем при прокладке фрезерными рабочими органами. Факторы, влияющие на деформацию, разнообразны и многочисленны. Способов же борьбы с деформированием каналов сравнительно немного.
Основными из них являются поддержание профилей и уклонов путем очистки каналов, укрепление откосов залужением (посев тра), одерновка, бетонирование и укрепление дна каналов.
При содержании каналов осушительной сети различают уход и ремонтные работы на каналах с закрепленными откосами и ре-монтно-восстановительные работы на каналах с незакрепленными откосами. По периодичности выполнения ремонтных рабт различают текущий, средний и капитальный ремонты каналов.
Каналы, у которых русловая часть укреплена фашинами, камнями и сооружениями типа подпорной стенки, а откосы укрепления бетонными плитами, одерновкой или залужением, отличаются простотой ухода и ремотных работ lZQj.
Благодаря тому, что укрепленные каналы длительное время сохраняют свою проектную форму, все ремонтные операции (скашивание откосов, очистка дна, местный ремонт одежды) легко выполняются механизмами.
При текущем ремонте осушительных каналов с укрепленными откосами объем работ сравнительно невелик. Текущий ремонт является профилактическим и должен проводиться систематически не менее 1-2 раза в год.
При выполнении текущего ремонта удаляется растительность с откосов и дна каналов (обильно зарастающие откосы окашивают 3 раза в год), регулирующая сеть очищается от ила и других препятствий, мешающих течению воды в каналах, при необходимости ремонтируется одежда канала.
Средний ремонт проводится для частичной ликвидации износа одежды каналов осушительной сети с периодичностью примерно один раз в год и очистки их от наносов если толщина слоя более 10 см и общий объем заиления по системе достигает 30% от проектного объема.
К капитальному ремонту относятся комплексные работы по восстановлению проектных размеров каналов (глубины, ширины по верху и по дну, заложений откосов).
Каналы с неукрепленными откосами недолговечны. В настоящее время на Колхиде количество таких каналов велико. Меха ниэация работ по восстановлению профиля таких каналов затруднена, т.к. под действием фильтрационного потока откосы оплывают, сдвигаются и происходит их естественное уполаживание. При этом верхняя часть откоса зачастую обрушивается в канал, который быстро теряет свою проектную форму и глубину и перестает действовать. Это особенно относится к каналам, проложенным в песчаных и суглинистых грунтах. Кроме того, каналы зарастают травой, окашивать которую вследствие неправильной формы откоса возможно только вручную. При обрушении откосов изменяется не только глубина, но и ширина канала по верху. Это в значительной степени затрудняет создание и эксплуатацию специальных очистительных машин, так как в условиях постоянно изменяющейся формы канала необходимы высокая маневренность машины и высокая квалификация оператора. На рис. 2.1 изображена деформация профилей осушительных каналов после их эксплуатации.
Механизация работ по очистке от заиления каналов с укрепленными откосами затрудняется разнообразием профилей каналов, различной влажностью наносов, наличием перегораживающих сооружений (мосты, шлюзы и др), различных включений в русле канала, неспланированных берм и посевов на них сУх культур.
К машинам, предназначенным для текущего ремонта осушительной сети предъявляются следующие требования: очистка каналов за один проход должна ооеспечивать восстановление поперечного и продольного профилей русл до проектных размеров, независимо от физико-механических свойств грунтов;
Оценка устойчивого и рационального поперечного профиля канала
Открытие каналы в основном служат для осушения и орошения полей, отвода паводков и ливневых вод, поддержания устойчивости полотна дорог. Каналы - это искусственные водотоки,устройство которых требует больших капитальных затрат.
В связи с большим объемом работ по очистке каналов актуальной проблемой становится механизация этих работ с учетом обеспечения рациональных профилей поперечных сечений русл каналов. Создание устойчивых профилей русл каналов позволит сократить объем каналоочистительных работ. Устойчивость русл особенно важна на каналах, имеющих сложившийся профиль и труднодоступных для частого ремонта.
Нормальная работа, увеличение срока службы и сокращение ремонтных работ открытых мелиоративных каналов обеспечивается их пропускной способностью, т.е. сохранением проектного поперечного сечения. Между тем каналы, как все водотоки, в процессе эксплуатации изменяют, формируют свое русло.
М.А.Великанов охарактеризовал русловой процесс так: "Специфическим является взаимодействие потока и русла. Р усло управляет потоком, формируя его скоростное поле, а поток влияет на форму своего русла, производит размывы и намывы и, путем переноса вниз по течению размытого материала-наносов,создает себе то рус ло,.-которое отвечает его скоростному полю" Г 62, 92 7.
Изучением условий формирования русл рек и влияющих на этот процесс факторов занимались многие ученые А.Ф.Печкуров, В.М.Лохтин, В.Г.Глушков, Н.И.Маккавеев, С.Т.Алтухин, П.А.Шатберашвили и др.
Исследования показали, что форма поперечного сечения явля-ется индикатором, отражающим влияние различных факторов на интенсивность руслоформирования. Поэтому в качестве показателя устойчивости русла лучше принять форму его поперечного сечения.
При проектировании мелиоративных каналов необходимо учитывать рекомендации С.Ф.Аверьянова, И.И.Агроскина, С.Т.Алтунина, М.А.Великанова, А.Н.Костякова, А.Д.Панадиади, А.П.Печкурова, Н.А.Ржаницына, В.М.Зубца, П.А.Шатберашвили и др. с целью придания каналам устойчивого поперечного профиля.
Исследования Н.В.Кушнир i"79 7 подтвердили, что трапецеидальная форма поперечного сечения русла неустойчива: откосы таких русл деформируются, угловые пространства заиливаются и в конце концов первоначальная форма русла совершенно изменяется - она принимает неправильное произвольное очертание в верхней части и криволинейное в нижней. При очистке экскаваторами сечение в нижней части также принимает криволинейное очертание, обусловливаемое самим процессом работ. В соответствии с этим, проектируемому канала в нижней части следует придавать криволинейное очертание а в верхней, для достижения наибольшей устойчивости грунтовых масс при наименьшем объеме выемки, - сложный профиль. При этом не следует полагать, что деформации под влиянием естественных факторов будут полностью устранены.
Для ремонта и очистки каналов машины с рабочими органами, которые производили бы операцию по восстановлению рабочего сечения канала, необходимо подбирать в соответствии со сложившимися условиями и техническим состоянием канала. Формы поперечных сечений выемок, выполняемых различными машинами при очистке осушительных каналов, можно классифицировать по группам по возрастанию степени устойчивости (таб« лица 3.1).
Методика проведения экспериментальных исследований
При экспериментальных исследованиях модернизированного рабочего органа решались вопросы: - Возможность восстановления канала шириной по дню 0,4 - 0,5 м с заложением откосов 1:1; 1:0,75; 1:1,25 за один проход до проектных размеров. - Рациональная технология очистки канала глубиной до 1,4 м с приданием ему устойчивой формы, приближенной к параболе, и укладка вынутого грунта на берме. - Влияние угла концевой головки модернизированного рабочего органа на создание профилированного поперечного сечения с одного берега без перехода машины на другую сторону. - Влияние угла концевой головки модернизированного рабочего органа на энергоемкость процессов копания, резания и производительность при работе в различных грунтах. - Определение объема грунта, забираемого ковшами на деформированных каналах. - Определение наполнения ковша при работе в различных грунтах и в различных каналах. - Определение удельных сопротивлений копанию для различных грунтовых условий. Для исследования выбирались каналы с ровным рельефом берм.
Исследование производилось в два этапа - на канале без воды и без растительности и на канале с наличием воды и растительности высотой до 0,6 м.
Производились замеры плотности, влажности, объемного веса грунта. Путем лабораторного анализа определялись гранулометрический состав и свойства грунта.
Грунты, в которых проводились опыты, представляли песок и глину. Кроме глин и песков имеются грунты смешанного происхождения, именуемые супесями и суглинками. Частицы, составляющие грунты, классифицируются по их крупности. Представление о типе грунта можно получить по содержанию в нем глинистых фракций, (табл. 4.1.)
Таблица 4.1. Количество частиц, % по весу Размеры частиц, мм Содержание I- 0,25- 0,05-0,01-0,005 частиЧ 0,001 0,01 0,25 0,05 0,01 0,00о 0,001 21,9 16,11 12,90 5,76 20,98 22,Зо 49,09 % 0,66 0,23 9,36 3,42 31,63 54,70 89,75 % Влажность определялась по пробам взятым стаканами через каждые 10 см сверху вниз. В таблице 4.2 даются проценты влажности на каналах осушительных систем.
При экспериментальных исследованиях модернизированного рабочего органа решались вопросы: - Возможность восстановления канала шириной по дню 0,4 - 0,5 м с заложением откосов 1:1; 1:0,75; 1:1,25 за один проход до проектных размеров. - Рациональная технология очистки канала глубиной до 1,4 м с приданием ему устойчивой формы, приближенной к параболе, и укладка вынутого грунта на берме. - Влияние угла концевой головки модернизированного рабочего органа на создание профилированного поперечного сечения с одного берега без перехода машины на другую сторону. - Влияние угла концевой головки модернизированного рабочего органа на энергоемкость процессов копания, резания и производительность при работе в различных грунтах. - Определение объема грунта, забираемого ковшами на деформированных каналах. - Определение наполнения ковша при работе в различных грунтах и в различных каналах. - Определение удельных сопротивлений копанию для различных грунтовых условий. Для исследования выбирались каналы с ровным рельефом берм.
Исследование производилось в два этапа - на канале без воды и без растительности и на канале с наличием воды и растительности высотой до 0,6 м.
Производились замеры плотности, влажности, объемного веса грунта. Путем лабораторного анализа определялись гранулометрический состав и свойства грунта.
Грунты, в которых проводились опыты, представляли песок и глину. Кроме глин и песков имеются грунты смешанного происхождения, именуемые супесями и суглинками. Частицы, составляющие грунты, классифицируются по их крупности. Представление о типе грунта можно получить по содержанию в нем глинистых фракций, (табл. 4.1.) Таблица 4.1. Количество частиц, % по весу Размеры частиц, мм Содержание I- 0,25- 0,05-0,01-0,005 частиЧ 0,001 0,01 0,25 0,05 0,01 0,00о 0,001 21,9 16,11 12,90 5,76 20,98 22,Зо 49,09 % 0,66 0,23 9,36 3,42 31,63 54,70 89,75 % Влажность определялась по пробам взятым стаканами через каждые 10 см сверху вниз. В таблице 4.2 даются проценты влажности на каналах осушительных систем.
