Зв"язок мiж фiзико-механiчними властивостями ґрунту, режимом його руйнування в свердловині, транспортуванням продуктів руйнування і параметрами шнекового кільцевого бура. Механізм ущільнення зруйнованого ґрунту на лопатях шнека та корпусі кільцевого бура.
Аннотация к работе
Зокрема, тільки в будівельних організаціях енергетики країн СНД щорічний сумарний обєм створюваних свердловин великого діаметру складає близько 12…15 млн. погонних метрів, з яких понад 3 млн. метрів - в міцних грунтах. У звязку з вище викладеним зявилась необхідність в забезпеченні будівельних організацій, що виконують земляні роботи в складних гірничо-геологічних умовах, машинами та механізмами, які дозволяють ефективно розробляти міцні грунти. ґрунт свердловина бур шнековий При влаштуванні свердловин під опори ліній електропередач, пальові основи та стовбчасті фундаменти в міцних та мерзлих грунтах в теперішній час використовують серійні машини, призначені для утворення свердловин в грунтах міцністю до IV категорії СНІП IV-2-82. Будівельні організації не мають машин та робочих органів для розробки свердловин в грунтах міцністю від IV до VIII категорії. Для досягнення поставленої мети були визначені наступні основні задачі: - визначити закономірності, що встановлюють звязок між фізико-механічними властивостями ґрунту, режимом руйнування ґрунту в свердловині, транспортуванням продуктів руйнування із свердловини та конструктивними параметрами шнекового кільцевого бура;Основні положення та результати досліджень по темі дисертації доповідались, обговорювались і одержали позитивну оцінку: на міжнародних науково-практичних конференціях “Форум гірників” (Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2003); “Сучасні проблеми землеробської механіки” (Харківський державний технічний університет, 2003); “Проблеми конструювання, виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки” (Кіровоградський державний технічний університет, 2003); “Промислова гідравліка і пневматика” (Київ, 2004); на регіональних науково-практичних конференціях по проблемам розробки, виробництва, експлуатації та ремонту підйомно-транспортних будівельних та дорожніх машин (Кіровоград, 1997, 2003). За тематикою дисертації отримано 2 авторських свідоцтва на винахід.Для побудови математичної моделі руху зруйнованого грунту по кільцевому шнеку розглянуто схему дії сил на елементарний обєм матеріалу, що розташований на шнеку кільцевого бура, обмежений валом шнека або корпусом бура, стінкою свердловини, поверхнею шнека та площинами, що проходять через вісь обертання шнека (рис. Оскільки режим роботи кільцевого бура зумовлюється необхідністю забезпечення мінімальної енергоємності процесу руйнування грунту в кільцевій щілині, оптимальні конструктивні параметри шнека вибирають після оптимізації режиму роботи бура при відомих кутовій швидкості обертання wш та швидкості подачі у забій V. , де r - радіус корпуса шнекового кільцевого бура; Ку - коефіцієнт ущільнення грунту, при якому відбувається закупорка бура; c - зазор між шнеком та стінкою свердловини Потужність на валу кільцевого бура, що припадає на транспортування зруйнованого грунту із свердловини, Вт: , (1) де wш - кутова швидкість обертання шнека, рад/с; fc - коефіцієнт тертя транспортованого матеріалу по стінці свердловини; g - густина матеріалу, кг/м3; l - довжина шнека, м; x - коефіцієнт бокового тиску; wm - кутова швидкість обертання матеріала відносно стінки свердловини, рад/с; g - прискорення сили тяжіння, 9,81 м/с2. Із рівності продуктивностей шнека та руйнування грунту з урахуванням просипання грунту в зазор між шнеком та стінкою свердловини знаходять залежність що звязує висоту шару матеріалу на шнеку h зі швидкістю обертання шнека wш та його конструктивними параметрами: . де Dr - величина зазору між стінкою свердловини та шнеком, м; S - вертикальна подача бура за один оберт, м/об; кр - коефіцієнт розпушення грунту; Rk - радіус керна, утворюваного в процесі проходки свердловини шнековим кільцевим буром, м.Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою в якій теоретично обгрунтовано і практично вирішено задачу створення високоефективного, низькоенергоємного грунторуйнуючого робочого органу для утворення свердловин в міцних грунтах Вперше встановлено механізм ущільнення зруйнованого грунту на поверхні кільцевого бура при взаємному зміщенні осей робочого органа та свердловини і механізм транспортування матеріалу з урахуванням сил бокового тиску, що дозволяє мінімізувати енергоємність процесу буріння. Розроблено нову модель ущільнення зруйнованого грунту на поверхні кільцевого бура при взаємному зміщенні осей робочого органа та свердловини. За результатами досліджень створено нові конструкції шнекових кільцевих бурів, які дали можливість зменшити енергоємність утворення свердловин в 1,5…2 рази, розширити діапазон грунтів, що ефективно руйнуються, Вони дозволили підвищити швидкість проходки та зменшити витрати грунторуйнуючих різців у 2 рази при утворенні свердловин діаметрами 476 та 512 мм в грунтах міцністю до VIII категорії за СНІП IV-2-82.
План
Зміст дисертації викладено автором самостійно.ОСНОВНИЙ ЗМІСТ
Вывод
1. Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою в якій теоретично обгрунтовано і практично вирішено задачу створення високоефективного, низькоенергоємного грунторуйнуючого робочого органу для утворення свердловин в міцних грунтах
2. Вперше встановлено механізм ущільнення зруйнованого грунту на поверхні кільцевого бура при взаємному зміщенні осей робочого органа та свердловини і механізм транспортування матеріалу з урахуванням сил бокового тиску, що дозволяє мінімізувати енергоємність процесу буріння.
3. Розроблено модель переміщення грунту по кільцевому шнеку, яка відрізняється тим, що враховує сили бокового тиску в тілі транспортованого грунту, які діють на стінку свердловини та корпус бура.
4. Розроблено нову модель ущільнення зруйнованого грунту на поверхні кільцевого бура при взаємному зміщенні осей робочого органа та свердловини.
5. Встановлені нові закономірності руху грунту по кільцевому шнеку, які грунтуються на балансі потужностей, це дозволило мінімізувати процес утворення свердловин шнековим кільцевим буром.
6. В результаті досліджень розбіжність експериментальних даних із результатами аналітичних досліджень не перевищують 9 % при довірчій вірогідності 0,95 у всьому діапазоні робочих режимів кільцевого шнека.
7. Запропоновані закономірності дозволили оптимізувати параметри шнекового кільцевого бура при його обертанні зі швидкістю меншою за критичну.
8. За результатами досліджень створено нові конструкції шнекових кільцевих бурів, які дали можливість зменшити енергоємність утворення свердловин в 1,5…2 рази, розширити діапазон грунтів, що ефективно руйнуються, Вони дозволили підвищити швидкість проходки та зменшити витрати грунторуйнуючих різців у 2 рази при утворенні свердловин діаметрами 476 та 512 мм в грунтах міцністю до VIII категорії за СНІП IV-2-82.
9. Методику розрахунку та нові шнекові кільцеві бури впроваджено у виробництво в спеціалізованому ремонотно-будівельному і монтажному управлінні тресту “Укрспецрембудмонтаж”, “ТОВ ДОК” (м. Кіровоград), в мехколоні № 87 тресту “Востоксельэлектросетьстрой” (м. Єлізово), на будівельних обєктах тресту “Забайкалсельэлектросетьстрой” (м. Улан-Уде) та в навчальний процес студентів механічних спеціальностей Кіровоградського національного технічного університету з економічним ефектом 1635 тис.грн.
10. Сукупність нових наукових положень, результатів і висновків, сформульованих в дисертації, дозволяють класифікувати її як вирішення важливої науково-прикладної задачі в галузі землерийного машинобудування.
Список литературы
1. Машини та робочі органи для проходки свердловин великого діаметра в міцних грунтах // Гірн., будів., дор. та меліор. машини: Всеукр. міжвід. зб. наук. праць. - К.: КНУБА. - 2003. - № 62. - С. 5-12 (співавтор: М.К. Сукач).
2. Закономірності транспортування грунту вертикальним шнеком кільцевого бура // Гірн., будів., дор. та меліор. машини: Всеукр. міжвід. зб. наук. праць. - К.: КНУБА. - 2003. - № 61. - С. 90-100 (співавтор: М.К. Сукач).
3. Оптимізація режиму роботи та конструктивних параметрів шнекового кільцевого бура // Техніка будівництва. - 2003. - № 14. - С. 17-23 (співавтори: М.К. Сукач).
4. Закономірності процесу видалення грунту та подачі кільцевого бура в забій // Нові технології в будві. - 2003. - № 2(6). - С. 60-63 (співавтор: М.К. Сукач).
5. Розрахунок параметрів шнекового кільцевого бура для міцних грунтів // Зб. праць ЛНАУ сер “Технічні науки”. - Луганськ. - 2003. -№ 33 (45). - С. 57-63 (співавтори: М.К. Сукач, В.А. Настоящий).
6. Робочі процеси руйнування та транспортування міцного грунту шнековими бурами // Будівництво України. - 2004. - № 1. - С. 43-47 (співавтор: М.К. Сукач).
7. Кернорватель: А.с. 1333764 СССР, МКИ4 Е 21 В 25/10 / (співавтори: В.Л.Баладінський, В.П.Головань, О.Ю.Вольтерс).- Опубл. 30.08.87, Бюл. №32. - 3 с.
8. Устройство для образования скважин: А.с. 1411422 СССР, МКИ4 Е 21 В 7/24 / (співавтори: В.Л.Баладінський, В.П.Головань, О.Ю.Вольтерс, В.М.Смірнов, В.О.Крупко, В.М.Маріч, Ю.О.Кособродов, І.А.Свешников, Л.М.Віровец).- Опубл. 23.07.88, Бюл. №27. - 4 с.
9. Дослідження шнекового кільцевого бура у виробничих умовах // Тр. міжнар. наук.-практ. конф. ”Промислова гідравліка і пневматика”. - К.: НАУ-КПІ. - 2004. - № 4- С. 54-60. (співавтори: М.К. Сукач, В.В. Яцун).