Введение к работе
Актуальность темы. По оценочным данным, степень износа
водопроводных, канализационных сетей и сетей теплоснабжения в Российской
Федерации при суммарной протяженности более 880 тыс. км. составляет более
60%. При этом прирост составляет 1 – 2 % в год. Одним из путей выхода из
сложившейся ситуации является поиск новых конструктивных и
технологических решений, которые снизят затраты и сократят сроки проведения ремонтных работ.
Строительство, плановый и аварийный ремонты подземных коммуникаций открытым способом в городских условиях сопровождаются отрывкой траншей и котлованов. Значительный объем работ связан с удалением асфальтобетонного покрытия. В местах, где производится удаление асфальтобетонного покрытия, требуется предварительная нарезка технологических швов. Традиционно, эта операция выполняется фрезерованием или абразивным резанием и является энергоемкой, трудоемкой, требует использование специальных машин.
Одним из перспективных направлений развития технологии нарезки швов
является использование нового оборудования – дисковых
свободновращающихся ножей, реализующие принципиально другой, менее
энергозатратный и более эффективный рабочий процесс. Предварительные
испытания дисковых ножей для разработки асфальтобетонных покрытий
показали высокую технологичность, производительность и надежность
оборудования. При эксплуатации дискового ножа совместно с одноковшовым
экскаватором сокращается время проведения работ, пропадает необходимость в
использовании дополнительных машин, увеличиваются показатели
эргономичности и безопасности.
Вместе с тем, проектированию, широкому использованию и обоснованию
области эффективного применения дисковых ножей мешает отсутствие
рекомендаций по выбору основных параметров оборудования. В связи с этим,
работа, посвященная обоснованию технических решений, позволяющая
обосновать параметры дисковых ножей и повысить эффективность
использования оборудования является актуальной.
Цель и задачи работы. Цель работы - разработка методики расчета конструктивных параметров дискового ножа для разработки асфальтобетонных покрытий.
Для выполнения поставленной цели сформулированы следующие задачи:
- выбрать методы, позволяющие производить оценку прочностных
показателей асфальтобетона, характеризующие процесс резания материала
дисковым ножом;
- выявить закономерности процесса резания асфальтобетона в зависимости
от типа материала, его температуры и конструктивных параметров
оборудования;
- составить математическую модель процесса резания асфальтобетона
дисковым ножом;
- на основе математической модели составить программный комплекс для
расчета составляющих силы резания асфальтобетона дисковым ножом;
- разработать методику экспериментальной проверки выявленных
закономерностей и изготовить необходимое оборудование;
- экспериментально проверить работоспособность математической модели;
- разработать опытные образцы дисковых ножей и проверить их
эффективность при эксплуатации в реальных условиях.
Объектом исследования является процесс взаимодействия дискового ножа с асфальтобетонным покрытием.
Методы исследований. При проведении теоретических и
экспериментальных исследований использовались методы теории вероятности и математической статистики, теории подобия, методы математического, компьютерного и физического моделирования.
Экспериментальные исследования проводились на масштабной физической модели и на опытных образцах оборудования.
Научная новизна представленной работы заключается:
- в обосновании методов статической пенетрации для определения
показателя прочности дорожного асфальтобетона при работе дискового ножа;
- в разработке математической модели взаимодействия дискового ножа с
асфальтобетоном, учитывающей показатель прочности материала,
геометрические параметры дискового ножа, опорную и касательную
составляющие силы резания;
- в разработке алгоритмов и методики расчета основных параметров
дискового ножа при проектировании оборудования для разработки
асфальтобетонных покрытий;
Практическая ценность состоит в реализации теоретических разработок, методик расчетов, практических рекомендаций при создании новых конструкций дисковых ножей, выполнении конструкторских работ, создании опытных образцов оборудования и получения опыта эксплуатации дисковых ножей.
Реализация работы. Результаты экспериментально-теоретических
исследований по теме диссертации и опытно-конструкторские образцы оборудования внедрены в ООО «ЯрТехГаз», ООО «Союз Технология»,. Результаты работы используются в учебном процессе на кафедре «Гидротехническое и дорожное строительство» ФГБУО ВО «Ярославский государственный технический университет».
Основные положения, выносимые на защиту.
- математическая модель процесса взаимодействия дискового
свободновращающегося ножа с асфальтобетонным покрытием;
- методика выбора конструкционных параметров оборудования дисковых
ножей для нарезки швов в асфальтобетонных покрытиях;
- результаты экспериментальных исследований по определению
прочностных свойств дорожных асфальтобетонов;
- результаты экспериментальных и теоретических исследований рабочего
процесса дискового ножа;
Апробация работы.
Отдельные результаты и основные положения диссертации докладывались и обсуждались на 62-й региональной научно-технической конференции
студентов, магистрантов и аспирантов высших учебных заведений с
международным участием «Молодежь. Наука. Инновации-2009» г. Ярославль; на
13-й Московской международной межвузовской научно-технической
конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы» (2009 г.) г. Москва; на Международной научно-практической конференции «Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе» (2014 г.) г. Пермь; на 67–й региональной научно-технической конференции студентов, магистрантов и аспирантов высших учебных заведений с международным участием (2014 г.) г. Ярославль; на 11–й Всеросийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Экология и научно-технический прогресс. Урбанистика» (2013 г.) г. Пермь; на международной научно-практической конференции «Инновации, логистика, техническое знание» (2014 г.) г. Брянск.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ, в том числе – 3 работы в печатных изданиях, рекомендованных ВАК, 6 – патентов на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Содержит 198 страниц текстового материала, 72 рисунка, 10 таблиц, списка источников из 135 наименований.