Введение к работе
Актуальность работы. 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 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. Вначале, для исключения повреждения трубопровода производится предварительное вскрытие с оставлением слоя грунта, находящегося в непосредственной близости. Затем 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 данное техническое решение имеет ряд существенных недостатков. 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.
Цель работы - повышение эффективности оборудования для разработки грунта под магистральным трубопроводом за счет выбора его рациональных параметров и режимов работы.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:
Провести обзор и анализ существующих конструкций оборудования для разработки грунта под магистральным трубопроводом.
Разработать математическую модель взаимодействия рабочего органа с грунтом.
Провести экспериментальные исследования процесса копания грунта рабочим органом.
Разработать методику 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.
Методы исследования. Обзор, анализ и обобщение результатов выполненных исследований; теоретические исследования базируются на положениях теории предельного равновесия и уравнениях теоретической механики; экспериментальные исследования основаны на использовании теории планирования и методах статистической обработки данных.
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 значимость:
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.
Результаты экспериментальных исследований процесса подкапывания грунта.
Методика обоснования рациональных параметров и режимов работы оборудования.
Достоверность научных положений, изложенных в работе, подтверждается экспериментальными исследованиями, проведенными в лабораторных условиях.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на заседаниях кафедры «Техника для строительства и сервиса нефтегазовых комплексов и инфраструктур» СибАДИ 16.05.2011, 16.02.2012, на заседании экспертного совета факультета «Нефтегазовая и строительная техника» 15.03.2012, на V и VI Всероссийских научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования» (Омск, 2010 г., 2011 г.), на 63-й научно-технической конференции ГОУ «СибАДИ» (Омск, 2009 г.), на 64-й научно-технической конференции ГОУ «СибАДИ» в рамках юбилейного международного конгресса, посвященного 80-летию СибАДИ «Креативные подходы в образовательной, научной и производственной деятельности» (Омск, 2010 г.), на III Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Россия молодая: передовые технологии - в промышленность» (Омск, 2010 г.).
Реализация результатов работы. Результаты исследований приняты к внедрению в отраслевом институте «ОМСКГАЗТЕХНОЛОГИЯ» ОАО «Газпром», а также используются в учебном процессе на кафедре «Техника для строительства и сервиса нефтегазовых комплексов и инфраструктур» при проведении лабораторных работ по курсу «Машины для земляных работ».
Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 7 статьях, из них 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено 2 патента на полезную модель.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов исследования и выводов, библиографического списка, включающего 73 наименования, и трех приложений. Работа изложена на 161 странице и включает 7 таблиц и 91 рисунок.
