авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

СРЕДСТВА ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ОТ ДОННЫХ

-- [ Страница 2 ] --

8. Разработать математическую модель и методику расчета движения земснаряда с роторно-винтовым движителем и установить их адекватность.

9. Обобщить опыт создания и практического использования машин с роторно-винтовым движителем при создании инновационной техники для очистки водных объектов от донных отложений.

Во второй главе рассмотрены технологии очистки водных объектов и существующие средства гидромеханизации.

Водные объекты от донных отложений очищаются следующими способами: механизированным, гидромеханизированным, взрывным и ручным.

Наибольшее распространение получили механизированный и гидромеханизированный способы разработки донных отложений, рис 1.

Рис 1. Способы очистки водоемов

При всем многообразии техники для очистки водных объектов от донных отложений, наиболее перспективной отечественной разработкой являются малогабаритные землесосные снаряды серии «Нижегородец», из зарубежных - хорошо зарекомендовал себя финский земснаряд «Watermaster», как многофункциональная машина.

В целом представленный во второй главе анализ существующей техники для гидромеханизации показал, что в России в настоящее время нет необходимых и совершенных машин, с помощью которых могла бы решаться поставленная задача очистки малых водных объектов от донных отложений, и поэтому стоит острейшая потребность в создании таких машин.

В третьей главе дано теоретическое обоснование метода определения физико-механических свойств донных отложений.

Обзор методов дистанционного исследования грунтов в экстремальных условиях позволил установить, что наиболее оперативным и технически приемлемым в условиях заболоченной и обводненной местности является метод гравитационного зондирования дна, заключающийся в оценке прочности грунта по количеству ударов, глубине погружения или совпадению ударных импульсов гравитационного зонда в натуре и на грунтах-аналогах. Аналитического описания этого метода не существует. Отсутствие достоверных данных о прочностных свойствах донных грунтов приводит к несоответствию параметров грунторазрабатывающих машин реальным условиям их эксплуатации.

В настоящем разделе разработан математический аппарат метода оценки свойств подводных грунтов по результатам гравитационного зондирования донного массива в условиях естественного залегания.

Рис. 2. Расчетная схема зондирования грунта Рис. 3. Графики движения зонда в грунте: а - ускорение; б - скорость; в - глубина погружения

На рис.2 приведена расчетная схема гравитационного зонда при внедрении его в грунт, а на рис. 3 - графики движения зонда в грунте. Уравнения движения сферического зонда в массиве грунта имеет вид:

(1)

Установлено, что разработанная модель гравитационного зондирования позволяет по одному удару свободно падающего сферического зонда определять динамическую структурную вязкость и сцепление донных грунтов на месте залегания согласно приведенным ниже формулам:

 (2) ………….(3) асчетная схема-4 (2)

 ………….(3) асчетная схема-5 ………….(3)

 асчетная схема разработки-6
Рис.4 Расчетная схема разработки подводного грунта


Дальнейшей задачей этой части работы являлось исследование сопротивления разработке донных отложений. Рассмотрено движение вязкопластичного водонасыщенного грунта по наклонной поверхности рабочего органа, в качестве которого выбран элементарный нож, выполненный в виде плоской прямоугольной пластины с острой режущей кромкой.

Далее была определена сила, действующая на нож, на основе расчетной схемы разработки подводного грунта, показанной на рис. 4.

Сила сопротивления разработке подводного грунта примет вид:

(4)

где - динамическая структурная вязкость, Па*с; - сцепление грунта, Па; - глубина резания, м; - скорость ножа, м/с; и - соответственно ширина и длина ножа, м; - угол резания, рад; и - плотность грунта и воды, кг/м3; - ускорение свободного падения, м/с2.

Таким образом, для определения сопротивлений резанию необходимо знать свойства донного грунта - вязкость, сцепление, плотность, а также параметры рабочего процесса. Значения последнего обусловлены конструкцией рабочего органа и кинематикой процесса резания.

а б в
 г Проведение испытаний (а) зонда с-21 г
Рис. 5. Проведение испытаний (а) зонда с датчиком ускорений (б и в) на озере Глуховское (Нижегородская область), г) образец осциллограммы с записанным ускорением зонда при его внедрении в донное сапропелевое отложение на оз. Глуховское.

Свойства же подводных грунтов в условиях естественного залегания определяют методом гравитационного зондирования с помощью зондов, разработанных автором в Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии, рис 5.

Четвертая глава посвящена описанию натурных исследований свойств подводных грунтов, проведенных на мелководье озера Глуховское Шатковского района Нижегородской области. В ходе испытаний определены физико-механические характеристики различных типов донных отложений и отработана методика гравитационного зондирования грунтов. Проведено 127 опробований грунтов мелководного полигона.

а) б) в)
г) д) Рис 6 Глинисто-водорослевый-25 д) Рис 6 Глинисто-водорослевый сапропель:-26
Рис 6 Глинисто-водорослевый сапропель: а, б, в - параметры движения зонда; г, д - расчетные значения вязкости, и сцепления,

Сопротивление движению сферического зонда в донном массиве включает сопротивление , пропорциональное вязкости грунта и скорости деформатора и сопротивление , пропорциональное напряжению сдвига, не зависящее от скорости.

Для определения динамической структурной вязкости и предельного напряжения донных сапропелевых отложений использована программа на базе пакета MathCAD.

Свойства грунтов определяли исходя из уравнения движения зонда в вязко-пластичной среде :

,

где (5)

где - масса зонда, кг; - ускорение свободного падения, м/с2; - ускорение, скорость и перемещение зонда, м/с2, м/с, м; и вязкость и сцепление грунта, Па*с, Па; означает, что в случае погружения шара в грунт на глубину более его диаметра величина стабилизируется и принимает постоянное значение .

Для расчета динамической структурной вязкости и сцепления донных сапропелевых отложений регистрируемый график ускорения сферического зонда (рис. 3) дважды интегрировался в среде MathCAD.

а) б)
Рис. 7. Плотности распределения сцепления (а) и вязкости (б) донных отложений: 1 - торфянисто-водорослевый сапропель; 2 - глинисто-водорослевый сапропель; 3 известковистый сапропель; 4 - глина

Таблица 1. Значения параметров распределения сцепления и вязкости донных сапропелевых отложений в районе проведения испытаний на оз. Глуховское

Сапропель Параметры Торфянисто-водорослевый Глинисто-водорослевый Известковистый
Математическое ожидание
, кПа 2,5 2,0 15,0
, кПас 0,23 0,48 5,25
СКО (Среднеквадратичное отклонение)
, кПа 0,346 0,27 1,79
, кПа с 0,05 0,092 1,19
Дисперсия
, кПа2 0,1197 0,073 3,20
, кПа с2 0,0025 0,0085 1,42
Коэффициент вариации
13,8 13,5 11,9
21,7 19,2 22,7

В результате получены графические зависимости изменения реологических свойств глинисто-водорослевого сапропеля по ударному импульсу с учетом массово-габаритных параметров сферического зонда (рис 6). Аналогично получены зависимости для торфянисто- водорослевого и известковистого сапропелей, приведенные в диссертации.

 Рис 8 Зависимость силы сопротивления-53
Рис 8 Зависимость силы сопротивления разработки от вязкости и предельного напряжения сдвига




По опытным выборкам построены плотности распределения свойств донных сапропелевых отложений (рис. 7). Распределение сцепления и вязкости донных осадков показывает, что оно соответствует нормальному закону. Статистические характеристики распределения физико-механических свойств донных отложений оз. Глуховское, полученные методом гравитационного зондирования, сведены в таблицу 1.

 Рис 9 Зависимость силы сопротивления-54
Рис 9 Зависимость силы сопротивления разработки от длины резца и угла резания

Проведенные исследования показали, что коэффициенты вязкости водонасыщенных грунтов, полученные методами гравитационного зондирования, согласуются между собой с точностью около 15 %. Сходимость значений сцепления грунтов, определенных зондом и вращательным срезом находится в пределах 17 %.

На рис. 8, 9 приведены зависимости сил сопротивления резанию донных грунтов от их свойств и параметров деформатора (рабочего органа машины), построенные при помощи моделирующей программы MathCAD.

 Классификация грунтозаборных-55

Рис. 10. Классификация грунтозаборных устройств

Таким образом, установлена аналитическая взаимосвязь прочностных характеристик вязко-пластичных грунтов от параметров их ударного нагружения.

В пятой главе проведено исследование грунтозаборных устройств, предназначенных для разработки донных отложений.

 реза собственной конструкции-56
Рис.11 Фреза собственной конструкции автора

Классификация грунтозаборных устройств землесосных снарядов приведена на рис. 10.

На основе опыта разработки донных отложений землесосными снарядами установлено, что наиболее производительным является разработка донных отложений с предварительным механическим их рыхлением фрезой, установленной перед всасывающим устройством. Вид фрезы предлагаемой конструкции приведен на рис. 11.

Для обоснования параметров фрезы была разработана математическая модель рабочего органа, основанная на исследованиях С. П. Огородникова и личных исследованиях автора.

Математическое описание процессов взаимодействий рабочих органов грунтозаборного устройства с водно-грунтовой средой осуществлено с использованием ПЭВМ, пакетов современных расчетных и моделирующих программ: Excel, MathCAD.

 Рис 12 Зависимость суммарного момента-57
Рис 12 Зависимость суммарного момента сопротивления разработке от плотности и вязкости среды
 Рис 13 Зависимость суммарного момента-59
Рис 13 Зависимость суммарного момента сопротивления разработке от предельного напряжения сдвига и вязкости сапропеля

Получены зависимости суммарного момента сопротивления резанию от физико-механических параметров среды, построенные по программе MathCAD (рис 12,13).

Полученные результаты моделирования реального процесса, приведенные на рис 12, 13, подтверждают адекватность принятых положений.

Шестая глава посвящена разработке инновационной методологии по созданию машин и технологий для очистки водоемов от донных отложений.

Рис.14 Обобщенное свойство машин разработке донных отложений

Первоочередная задача – это создание отечественных технических средств, предназначенных для очистки водных объектов от донных отложений с учетом реальных экономических условий в стране, основанных на исследованиях по созданию новых рабочих органов.

На основании анализа функционирования родственных технических объектов и функционирования машин по разработке донных отложений автором предлагается комплексная модель оценки качественных показателей машин, рис. 14.

Разработанную модель оценки качества целесообразно положить в основу оценки качества машин для очистки водоемов. Комплексное рассмотрение вопросов, касающихся процесса проектирования и создания машин для разработки донных отложений должно быть основано на системном исследовании.

Рис. 15 Условное изображение процесса проектирования новой машины

Условно процесс проектирования новой машины показан на рис. 15.

Автором разработан и применен функционально-структурный подход и модульная технология проектирования и создания машин для добычи сапропеля и очистки водоемов от донных отложений. Функционально-структурный подход позволяет перейти к модульному принципу комплектования машины. Модульный принцип представлен на рис. 16.

(6)

где: - целевая функция, - обобщенная структура, - модуль.

(7)

где: - элементарная функция, - элементарная структура, - элементарный модуль.

Модульный принцип комплектования позволяет обеспечить: сокращение объема, снижение трудоемкости, стоимости и сроков выполнения проектно-конструкторских работ; уменьшение объема технологической документации; сокращение времени сборки узлов и постройки земснарядов для очистки водоемов.

Рис 16 Функционально-структурный подход и модульная технология проектирования и создания машин для очистки водоемов от донных отложений.


Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.