Введение к работе
Актуальность темы. Экологическая безопасность и рациональное использование водных объектов как источников чистой воды в прямой степени зависит от степени их загрязненности и заиленно- сти донными отложениями. Загрязняющие вещества совместно с поверхностным стоком, образующимся на водосборе, промышленными и бытовыми сбросами, и привносимые из атмосферного воздуха, поступают в водные объекты и по мере их накопления ухудшают их экологическое благополучие и провоцируют интенсивное образование донных отложений. Накоплению органических донных отложений способствует осаждение отмирающей водной флоры и фауны, а также листвы и веток околоводной растительности. Сапропели - донные отложения с содержанием органики более 15% и наличию в них органоминеральной составляющей, делают их прекрасным органоми- неральным удобрением.
Количество сапропелевых отложений в водоемах Российской
Федерации ежегодно увеличиваются на 1x10 м , а их общий запас исчисляется миллиардами кубических метров. Накопленные в огромных количествах сапропели являются источником органического сырья для сельского хозяйства, промышленности, строительства, медицины.
Известны различные технологические приемы очистки водных объектов от донных отложений, например, ручной, механизированный и гидромеханизированный способы. Однако, в настоящее время, выпуск машин и механизмов для очистки водных объектов в России практически прекращен.
В связи с этим для очистки водных объектов от донных отложений и добычи сапропелей необходимы новые подходы к созданию современных машин и новых технологий.
Цель работы. Разработка научных основ и создание инновационных средств гидромеханизации для очистки водных объектов от донных отложений.
Объекты исследования. На разных этапах работы в качестве объектов исследований являлись донные отложения в водоемах Нижегородской области, рабочие органы и движители мобильных земснарядов «Нижегородец-1», «Нижегородец-2» и «ЗРС-М», а также технологии очистки водоемов от донных и сапропелевых отложений.
Общая методология исследований. В теоретической части работы применены методы теории вероятностей, математической статистики, математического моделирования на ПЭВМ. При математиче-
ском моделировании использованы пакеты современных расчетных и моделирующих программ: Excel, MathCAD, MatLAB , конструкторская программа Auto CAD.
Экспериментальные исследования проведены в натурных условиях на опытных и серийных образцах техники для гидромеханизации. Результаты экспериментальных исследований обрабатывались с использованием специального оборудования. Все теоретические исследования и обработка экспериментальных данных выполнены с применением программного обеспечения MS Office и стандартных программ офисного обеспечения.
Разработана и применена новая методология создания землесосных снарядов.
Научная новизна. Разработана новая концепция создания инновационных машин для очистки водных объектов от донных отложений и добычи сапропелей; научно обоснована методика дистанционного определения физико-механических свойств донных отложений в естественном сложении; разработана математическая модель расчета фрезерного рабочего органа земснаряда с учетом взаимодействия его с донными отложениями; разработана комплексная методика расчета параметров самопередвижения земснаряда в переходных средах вода- суша.
Достоверность результатов. Экспериментальными исследованиями, проведенными на мобильных земснарядах, опытных образцах, стендах и установках, установлена справедливость физических представлений и теоретических положений, обоснованность допущений и адекватность математических моделей.
Практическая ценность заключается в реализации разработанных методик при проектировании, создании и эксплуатации мобильных землесосных снарядов «Нижегородец-1» и «Нижегородец-2» и создании новой методологии поискового проектирования машин и технологий для очистки водоемов от донных отложений.
Реализация работы. Результаты исследований использованы при создании новых и модернизации существующих технических средств гидромеханизации для очистки водных объектов от донных отложений.
На целый комплекс технических средств гидромеханизации получены 33 авторских свидетельства и патента, которые реализованы на практике в научно-производственном предприятии «Сапропель».
Под руководством и при участии автора были спроектированы и изготовлены различные модификации земснарядов «Нижегородец», которые успешно выполняют очистку водоемов от донных отложе-
4 ний. В 1987-1995 гг. производилась добыча сапропеля на озере Глу- ховское в колхозе «Гигант» Шатковского района Нижегородской области.
По заказу организации «Смоленскагропромпроект» (1991 г.) был спроектирован и изготовлен земснаряд для добычи сапропеля, очистки водоемов и добычи песка.
Для научно-исследовательского института измерительных систем (НИИС) Министерства атомной промышленности РФ (г. Нижний Новгород) в 1992 г. спроектирован и изготовлен земснаряд, с помощью которого выполнены работы по добыче сапропеля и очистке водоемов в совхозе «Майский» Вадского района Нижегородской области.
С помощью модернизированной модели производились работы (2002 г.) по добыче песка в р. Кудьма пос. Дружный Богородского р- на Нижегородской области, осуществлялось строительство пожарного водоема в Кудьминской промзоне Богородского района.
По заказу «Главного Федерального Управления инженерных защит Чебоксарского водохранилища» (2003 г.) выполнен большой объем работ по очистке водоотводящих каналов Фокинской сельхоз- низины Воротынского района Нижегородской области.
На основании выполненных исследований в настоящее время под руководством автора создаются различные типы землесосных снарядов, комплектуемые грунтозаборными устройствами с учетом конкретных природных условий объекта.
При помощи разработанных технических средств гидромеханизации выполнялись работы:
-по очистке водозабора на р. Быстрица пос. Лянгасово Кировской области;
-по совмещенной работе добыче сапропеля и очистке водоема (оз.Глуховское пос.Красный Бор Шатковского района Нижегородской области);
-по очистке каналов инженерной защиты Чебоксарского водохранилища;
-по очистке водохранилища и русел рек (водохранилища на р. Валава г. Лысково Нижегородской области, по восстановлению русла реки Железница г. Выкса Нижегородской области);
-по строительству пожарных и мелиоративных водоемов (пос. Лакша Богородского раона Нижегородской области);
-по строительству рыбоводных прудов Фокинской сельхознизины (пос. Воротынец Нижегородской области);
-по намыву строительных площадок и замыву территории (микрорайон «Водный мир» Автозаводского района г. Нижний Новгород;
г. Выкса Нижегородская область строительство трубопрокатного завода);
-при пожаротушении полигона твердых бытовых отходов (пос. Игумново г. Нижний Новгород);
-при намыве песков для строительства дорог (дер. Галкино Ба- лахнинский район Нижегородской области; дер. Чуварлей Дальнекон- стантиновский район Нижегородской области).
Проведенные исследования по самоходности землесосных снарядов с применением роторно-винтового движителя позволили разработать технические решения и получить патенты и авторские свидетельства на плавающие рабочие машины (земснаряды), которые в дальнейшем открывают новое направление в создании самопередвижных земснарядов. Получен патент № 42237 на изобретение машины с роторно-винтовым движителем для самостоятельного входа в воду и для самостоятельного передвижения по воде, патент № 39900 для вездеходного малогабаритного земснаряда с комбинированным колесным и роторно-винтовым движителем, патент № 41746 для глубоководной разработки подводных грунтов с самоперемещающейся подводной площадкой на роторно-винтовых движителях, на которой установлено заборное устройство, патент № 41314 для автоматического привода заборного устройства при разработке подводных грунтов.
Получены авторские свидетельства на роторно-винтовые движители (авт. свид. № 551215, 901141, 1205434) и на машины с роторно- винтовым движителем для передвижения по топким грунтам и для работы в переходных средах вода-суша (авт. свид. № 745762, 996254, 1284850), на различные конструктивные решения машин для добычи сапропеля (авт. свид. № 1687790) машины для обезвоживания сапропелевых массивов (авт. свид. № 1250189) и для очистки водоемов (авт. свид. № 1687750), а также на земснаряд (авт. свид. № 1700158) и рабочие органы к земснаряду (авт. свид. № 1738937, 1754852).
На основе теоретических исследований по взаимодействию ро- торно-винтового движителя с переувлажненными, топкими грунтами и водой предложена конструкция базовой машины для механизации процессов в прудовом рыбоводстве и машина для забора воды из труднодоступных водоемов (авт. свид. № 1123593).
ТЛ с с
В результате найденных новых технических решений технических средств гидромеханизации, получено 21 авторское свидетельство на изобретения и 7 патентов.
Апробация работы. Отдельные этапы и основное содержание работы докладывались на научно-технических конференциях и семинарах: на Всероссийском семинаре «Торфяные и сапропелевые ресур -
6 сы России: проблемы комплексного изучения, рационального использования, структура геологической службы по торфу и сапропелю (г. Н. Новгород, 1999), на научной конференции Нижегородской сельскохозяйственной академии (Н. Новгород, 2001), на Девятых Международных рождественских чтениях на секции «Православие и современная техническая реальность» (Московский энергетический институт — технический университет, 2001 г.), на научно-практической конференции агропромышленного комитета Горьковской области «Повышение плодородия почв в колхозах и совхозах области» (Горький, 1989), на VII зональной конференции кафедр «Трактора и автомобили» сельскохозяйственных вузов Поволжья и Предуралья по вопросам совершенствования конструкции и повышения производительности тракторов, автомобилей и автотракторных средств (Горький, 1982), на научной конференции профессорско- преподавательского состава, научных работников и специалистов сельского хозяйства на тему: «Достижение науки — сельскохозяйственному производству» (Пенза, 1985), на международной научно- технической конференции НГТУ АВТО-НН «Автомобильный транспорт в ХХІ веке» (Н. Новгород, 2003), на научно-технической конференции Волжской Государственной академии водного транспорта (Н.Новгород, 2003), на международной научно-технической конференции НГТУ АВТО-НН - 2005 (Н. Новгород, 2005), на международной научно-технической конференции НГТУ «Проблемы транспортных и технологических комплексов» (Н.Новгород, 2008), на всероссийской молодежной научно-технической конференции НГТУ АВТО- НН - 2009 (Н. Новгород, 2009), доклады на IV и V съездах гидромеханизаторов России (Москва, 2006, 2009), на 12-ом Международном научно-промышленном форуме «Великие реки (экологическая, гидрометеорологическая, энергетическая безопасность)"/! C E F в 2010 г.
Отдельные этапы работы опубликованы в виде статей в научно- техническом журнале «Транспортно-технологические машины и комплексы» (Москва-Н. Новгород, 2003, 2004, 2006 г.), в научно- техническом журнале Известия высших учебных заведений «Машиностроение» №5 и №6 2006 , в научно-техническом издании Нижегородской научной школы вездеходных, транспортно-технологических комплексов и специального оборудования (Н. Новгород, 2007), в сборниках научных статей «Гидромеханизация -2006» и «Гидромеханизация -2009» по материалам IV и V съездов гидромеханизаторов России (Москва, 2006, 2009).
Квалификационная формула работы. Диссертационная работа является самостоятельной научной работой, в которой на основании выполненных автором исследований изложены положения, которые
можно квалифицировать, как совокупность научно обоснованных технических решений, заключающихся в обосновании и разработке научных методов создания средств гидромеханизации для очистки водных объектов от донных отложений. Внедрение технических решений при создании семейства самоходных мобильных земснарядов вносит значительный вклад в решение народно-хозяйственных, социальных и экологических задач при восстановлении и оздоровлении водоемов.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 76 печатных работ, в том числе: 13 работ в изданиях согласно Перечню ВАК РФ, 33 описания изобретений к авторским свидетельствам и патентам.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, выводов, списка использованной литературы из 334 источников и приложений. Общий объем работы 360 страниц, в том числе текст работы без приложений изложен на 305 страницах.
