Обоснование выбора параметров землеройных машин для строительства траншейных фундаментов – часть 1

Геология      Постоянная ссылка | Все категории

УДК 624.137.4 На правах рукописи

КУРМАШЕВА БАКЫТ КУАНЫШЕВНА

Обоснование выбора параметров землеройных машин

для строительства траншейных фундаментов

05.05.04 – Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Республика Казахстан

Караганда, 2008

Работа выполнена в Карагандинском государственном техническом

университете

Научный руководитель: доктор технических наук

Кадыров А. С.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Ли С. В.

кандидат технических наук

Овчаров М. С.

Ведущая организация: Казахский национальный

технический университет

имени К. И. Сатпаева

Защита состоится 25 сентября 2008, в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д14.22.01 при Карагандинском государственном техническом университете по адресу:

100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, главный корпус, читальный зал, факс: 8(7212)56-52-34, e-mail: aspirantura@kstu. kz.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Карагандинского государственного технического университета

Автореферат разослан «___» августа 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук Тазабеков И. И.



Введение

Актуальность работы. Рост экономики Казахстана обусловил резкое увеличение объема строительно-монтажных работ. Стоимость работ нулевого цикла составляет до 40% общей стоимости здания или сооружения. Современное строительство в условиях городской застройки характеризуется стесненными условиями, возможным наличием грунтовых вод и агрессивной грунтовой среды, при которых строительство фундаментов необходимо производить рядом со стоящими зданиями.

В этих условиях экономически эффективным и, зачастую, единственно возможным решением является устройство подземных сооружений способом «стена в грунте» и строительство щелевых фундаментов. Сущность способа «стена в грунте» заключается в отрывке узких и глубоких траншей с последующим заполнением их сборным или монолитным железобетоном. Отрывка траншей производится под защитой глинистого тиксотропного раствора, который применяется для защиты стен траншеи от обрушения. Этим способом возводят подземные сооружения промышленного типа, метро, подземные гаражи, склады, а также устраивают противофильтрационные завесы, которые позволяют защищать водоемы от фильтрации в них вредных веществ и отходов производства.

Основной операцией при строительстве траншейных фундаментов является разработка траншей. Для разработки траншей используются землеройные машины циклического, непрерывного, позиционного действия: грейферы, фрезерные машины, бурильные установки, экскаваторы с обратной лопатой, бары. Использование того или иного типа оборудования, а также проектирование его в случае необходимости, зависит от условий строительства, которые определяют оптимальный вариант технологии, организации и механизации строительства, следовательно, тип и показатели назначения ведущей землеройной машины.

Перед разработчиками проекта производства работ ставится задача: выбор существующей землеройной машины или определение показателей назначения новой машины, применение которых в технологическом процессе обуславливает достижение принятых критериев оптимальности. При конструировании новых машин возникает проблема определения их оптимальных показателей назначения, связанных с основными критериями технологического процесса.

В связи с этим, установление взаимосвязей, определяющих оптимальные показатели назначения землеройных машин, является актуальной задачей.

Целью работы является установление закономерностей, связывающих показатели назначения землеройных машин и параметры технологического процесса для выдачи обоснованных технических решений и технических заданий на проектирование рабочего органа.

Идея работы заключается в определении показателей назначения ведущего оборудования технологического процесса, при сравнении технологических процессов в зависимости от условий строительства, а не при сравнении машины с машиной, т. е. в разработке метода выбора показателей назначения землеройных машин, определяющих оптимальный технологический процесс строительства.

В задачи исследования входит:

- обзор технологических процессов строительства конструкций методом «стена в грунте» в том числе щелевых фундаментов (далее траншейных фундаментов);

- анализ конструкций землеройных машин, применяемых для проходки траншей при строительстве траншейных фундаментов;

- разработка и исследование экономико-математической модели системы рабочий орган землеройной машины – технологический процесс (далее РОЗМ – ТП);

- выбор и обоснование критериев оптимальности режима и конструкции землеройных машин, а также системы РОЗМ – ТП;

- морфологический анализ конструкций рабочих органов землеройных машин;

- разработка и исследование математических моделей движения рабочих органов машин;

- экспериментальное установление основных показателей режима работы землеройных машин;

- разработка инженерной методики расчета оптимальных показателей назначения землеройных машин.

Объектом исследования является система «рабочий орган землеройной машины – технологический процесс».

Предметом исследования является рабочий орган землеройной машины.

Методы исследования. Исследование проводилось с использованием математического и экономико-математического моделирования, морфологического анализа, булевой алгебры, теории обработки эксперимента.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

- удельная энергоемкость процесса разрушения грунта и приведенные затраты процесса имеют минимум по значениям затрачиваемой мощности и скорости проходки и зависят от удельных сил сопротивления подачи и вращения инструмента;

- множество возможных рабочих органов землеройных машин описывается морфологической таблицей, признаками которой являются: траектория движения рабочего органа, количество однотипных инструментов, способ разрушения грунта, среда функционирования, способ транспортирования грунта, цикличность работы по времени, способ соединения транспортера и инструмента;

- взаимосвязь затрачиваемой на разрушение грунта мощности и скорости проходки в зависимости от траектории движения РО может быть описана линейной, квадратичной и кубической зависимостями;

- приведенные затраты разработки грунта рабочими органами землеройных машин детерминировано связаны с затрачиваемой мощностью, скоростью проходки траншеи, удельной энергоемкостью процесса, техническими и эксплуатационными параметрами оборудования.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается сравнением теоретических и экспериментальных результатов, выбранными методами математического анализа, экономико-математического моделирования, теории планирования эксперимента.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- в морфологическом анализе, позволяющим определить возможные конструкции рабочих органов землеройных машин, которые могут быть применены при строительстве траншейных фундаментов;

- в определении количества возможных землеройных машин для проходки траншей;

- в разработке и результатах исследования экономико-математической модели технологического процесса строительства траншейных фундаментов;

- в разработке и получении результатов исследования математической модели движения рабочих органов землеройных машин и установления их оптимальных показателей назначения;

- в разработанном методе определения показателей назначения машин на этапе разработки карты технического уровня и качества.

Практическая ценность работы заключается в разработке методики расчета оптимальных показателей назначения землеройных машин, применяемых для строительства траншейных стен в грунте.

Личный вклад автора заключается в постановке задач и выборе методов исследования, установлении зависимостей, определяющих скорость и мощность землеройной машины, определении оптимальных значений этих показателей, разработке и исследовании математической модели работы землеройных машин, участии в разработке плана эксперимента и его проведении, обработки экспериментальных данных.

Реализация результатов работы. Результаты исследования использовались:

- при проектировании машин ОТМ-4, 2БМ, РФ-600, УТФ-2;

- в учебном процессе (курсовое и дипломное проектирование) при подготовке студентов по специальности 280340 – Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование.

Апробация. Результаты исследований докладывались на X юбилейной международной научной конференции «Наука и образование – ведущий фактор стратегии «Казахстан – 2030» (26-27 июня 2007 г., КарГТУ, г. Караганда), II международной научно-практической конференции «Европейская наука XXI века – 2007» (16-31 марта 2007 г., «Наука и образование», г. Днепропетровск), 3-й международной научно-практической конференции молодых ученых «Новые технологии и информатизация современного общества» (30 марта 2007 г., ИАО «Болашак», г. Караганда), IV международной научно-практической конференции «Научная индустрия европейского континента – 2007» (01-15 декабря 2007 г., «Наука и образование», г. Прага), межвузовской региональной студенческой научной конференции «Студент и научно-технический прогресс» (19-20 апреля 2007г., КарГТУ, г. Караганда), научном семинаре кафедры «Строительные и дорожные машины» (11 апреля 2008 г., КарГТУ, г. Караганда), межвузовской региональной студенческой научной конференции «Студент и научно-технический прогресс» (17-18 апреля 2008 г., КарГТУ, г. Караганда).

Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 17 печатных трудах, включая 2 монографии.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, содержания, основной части из 6 разделов, заключения и приложений. Содержание работы изложено на 179 страницах, включает 25 таблиц, 39 рисунков, список использованных источников из 132 наименований.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность исследования, приведены цель и задачи исследования. Дана общая характеристика диссертации.

Первая глава посвящена аналитическому обзору, позволившему определить основные рабочие органы землеройных машин, применяемых при строительстве траншейных фундаментов, и обосновать цель и задачи исследования.

Выполнен анализ исследований по оптимизации параметров землеройных машин следующих авторов: Алимов О. Д., Артемьев К. А., Баловнев В. И., Бойко Н. В., Ветров Ю. А., Грузин В. В., Джиенкулов С. А., Жетесова Г. С., Жуков А. А., Завадкас Э. К., Зеленин А. Н., Кабашев Р. А., Кадыров А. С., Канторер С. Е., Кудрявцев Е. М., Кульгильдинов М. С., Кульсеитов Ж. О., Ли С. В., Мырзашев С., Недорезов И. А., Николаев Ю. А., Нураков С. Н., Пермяков В. Б., Пономаренко Ю. Е., Саргужин М. Х., Смирнов Ю. М., Смородинов М. И., Сурашев Н. Т., Тазабеков И. И., Тарасов В. Н., Тургумбаев Д. Д., Унайбаев Б. Ж., Харченко В. В., Хмара Л. А.

Проведен обзор технологических схем устройства траншейных фундаментов и анализ конструкций землеройных машин. Установлено, что в системе рабочий орган землеройной машины – технологической процесс наиболее быстро развивающимся, низким по стоимости и значительно влияющим на всю систему является элемент «рабочий орган» (далее РО).

В связи с этим методика исследования базируется на изменении качества системы РОЗМ – ТП за счет включения в систему новых РО.

Основным методическим положением исследования является применение метода оптимизации показателей назначения землеройных машин при сравнении их не с аналогами, а при сравнении различных вариантов системы РОЗМ – ТП.

Во второй главе представлена экономико-математическая модель (далее ЭММ) системы РОЗМ – ТП, позволившая в соответствии с основной идеей диссертации, установить взаимосвязь между показателями назначения землеройной машины и параметрами технологического процесса (параметры, определяемые ГОСТ 2.116-84 в технической документации принято называть показателями назначения).

ЭММ системы РОЗМ – ТП является инструментом системного подхода к рассматриваемой проблеме. Экономико-математическое моделирование для анализа эффективности работы строительных машин впервые применил проф. МАДИ, докт. техн. наук Баловнев В. И.

Анализ технологических схем показал многообразие условий строительства и, следовательно, возможных вариантов устройства траншейных фундаментов, поэтому систематизация их производилась с помощью графа, который соответствовал следующим требованиям: уровни графа отражают классификационные признаки процесса; движение по каждой из ветвей графа описывает в первом приближении конкретную технологию работ; в основании графа лежит та или иная конструкция РОЗМ; определение числа возможных технологических схем устройства траншейных фундаментов. Граф технологий строительства траншейных фундаментов позволил установить обратную связь между конструкцией машины и технологическим процессом.

Условия строительства при решении задачи выбора оптимальных показателей назначения РОЗМ и соответствующей ей оптимальной технологии строительства включают: глубину траншеи, категорию грунта, способ бетонирования, объем выполняемых работ, продолжительность строительства, расположение базовой организации, стоимость материалов, наличие кадров и т. д.

Разработанный граф и система показателей, характеризующих условия строительства, составляют исходную базу для ЭММ системы РОЗМ – ТП. ЭММ процесса позволяет проанализировать все возможные технологические схемы производства работ.

Задача решается в два этапа и на каждом этапе представляется отдельная ЭММ.

1 этап: (1)

2 этап: , (2)

где Пзо – приведенные затраты для землеройной машины; ∑Пзо. прсумма приведенных затрат по каждой операции процесса; Тз – трудозатраты; Тс – срок строительства; Эоэкономический эффект.

Общий экономический эффект можно перевести в доход предприятия, а с учетом коэффициента налоговой нагрузки в чистый доход.

В зависимости от условий строительства и требований заказчика выбирается основной критерий, определяются варианты, соответствующие минимуму этого критерия. Затем из этого множества выделяется подмножество, соответствующее минимуму второго критерия, из этого числа экстремальное значение третьего критерия. Из полученного результата, выбирается вариант, соответствующий максимальному доходу.

При анализе ЭММ исследована функция приведенных затрат на объем механизированных работ при выполнении операции разработки грунта. В результате математических преобразований функция приведенных затрат была представлена в виде

Геология      Постоянная ссылка | Все категории
Мы в соцсетях:




Архивы pandia.ru
Алфавит: АБВГДЕЗИКЛМНОПРСТУФЦЧШЭ Я

Новости и разделы


Авто
История · Термины
Бытовая техника
Климатическая · Кухонная
Бизнес и финансы
Инвестиции · Недвижимость
Все для дома и дачи
Дача, сад, огород · Интерьер · Кулинария
Дети
Беременность · Прочие материалы
Животные и растения
Компьютеры
Интернет · IP-телефония · Webmasters
Красота и здоровье
Народные рецепты
Новости и события
Общество · Политика · Финансы
Образование и науки
Право · Математика · Экономика
Техника и технологии
Авиация · Военное дело · Металлургия
Производство и промышленность
Cвязь · Машиностроение · Транспорт
Страны мира
Азия · Америка · Африка · Европа
Религия и духовные практики
Секты · Сонники
Словари и справочники
Бизнес · БСЕ · Этимологические · Языковые
Строительство и ремонт
Материалы · Ремонт · Сантехника