CC BY
30
УДК 621.643.002.2/625.001.24
А.В. Краснолудский, канд. тех. наук, доц., (8453) 44-56-04, kafpsm@bittu.org.ru (Россия, Балаково, БИТТУ СГТУ),
Н.В. Краснолудский, асп., (8453) 46-44-96, kafpsm@bittu.org.ru (СГТУ)
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВИБРОНАКОНЕЧНИКА ДЛЯ БЕСТРАНШЕЙНОЙ ПРОКЛАДКИ КОММУНИКАЦИЙ МЕТОДОМ ВИБРОПРОКОЛА
Рассмотрена методика определения основных геометрических параметров вибронаконечника для бестраншейной прокладки трубопроводов методом вибропрокола при известных экcneлямeнталъных данных с целью полячения высокой эффективности разрабатываемого оборудования.
Ключевые слова: статический прокол, сопротивление проколя, оптимальные параметры, наконечник, амтитуда колебаний, проектирование.
Прокладка трубопроводов способом статического прокола является одним из наиболее простых и доступных способов бестраншейной прокладки коммуникаций. Однако, широкое применение данного способа сдерживают высокие напорные усилия и низка точность прокладки трубопроводов. Если с последним недостатком еще можно бороться, то большие напорные усилия приходится уменьшать за счет использования других бестраншейных способов прокладки коммуникаций, в частности вибропрокола, что позволяет значительно снижать напорные усилия без серьезного усложнения оборудования в целом.
Для определения необходимых геометрических рамеров вибронаконечника необходимо определиться с его расчетным положенем относительно оси обрауемой скважины. С учетом возникающей обкатки рабочей части наконечника в скважине, в первую очередь, нас будет интересовать его крайние положения (рис. 1).
Для рассматриваемого положения характерны следующие условия:
1. Уплотнение грунта в станки скважины осуществляется только конической и цилиндрической частью наконечника, при этом глубина внедрения цилиндрической части ограничена задаваемой величиной И.
2. Гарантированный диаметр получаемой скважины определяется по крайнему положению конической части (рис. 1, точка Ь).
3. Корпус с вращающимся дебаансом в процессе работы поверхности образуемой скважины не касается, что учитывается задаваемой величиной а (рис. 1) и позволяет реаизовать рычаг Архимеда с увеличением напряжений на рабочей чети наконечника.
6 12 3 4 5
Рис. 1. Рабочее положение вибронаконечника:
1-конусная часть рабочего наконечника; 2-цилиндрическая часть рабочего наконечника; 3-корпус вибратора круговых колебаний;
4-напорная штанга; 5-прокладываемый трубопровод;
6-сферический шарнир
Расчет наконечника состоит из следующих основных этапов:
1. По проведенному ранее анализу для определения оптимального угла заострения конической части вибронаконечника 2ак, дающего минимальное сопротивление проколу, принимаем
2ак ~ 50°,
где ак - величина, равна половине угла заострения конической части наконечника [1].
2. Определяется величина диаметра скважины, зависящая от диаметра прокладываемого трубопровода, согласно рекомендациям [2]:
аскв = / ( ^Трубы ), где АСКВ - диаметр образуемой скважины, мм; Агрубы - диаметр прокладываемой трубы, мм.
3. С учетом анализа данных, полученных опытным путем [3] задаемся значением максимальной амплитуды колебания наконечника^тах, соответствующей минимальным значениям сопротивления сдвига грунта в радиальном направлении.
4. Определяем диаметр цилиндрической части вибронаконечника с учетом Атах и диаметра образуемой скважины Аскв с учетом нахождения наконечника в нейтральном положении (рис. 2).
АСКВ =А Ц +2 Лпах,
Откуда диаметр цилиндрической чети
АЦ = АСКВ _ 2 Аmax , где Ац - диаметр цилиндрической части вибронаконечника, мм; - максимальная амплитуда коле бани наконечника, мм.
4. Определяем дину конусной части рабочего наконечника (рис. 2):
tgaк =
В
Ц
2Ь
K
Откуда получаем дину конусной части рабочего наконечника
А
Ц
2^gак
где ^ - дина конусной части рабочего наконечника, мм.
Рис. 2. Нейтральное положение наконечника
6. Определяем угол раскатки аРАСК вибрационного рабочего органа с учетом допущений, принтых ранее. Из АаЬс (рис. 1) можно выразить
^(ак +арАСК)
= ВСКВ 2й
(1)
где аРАСК - угол раскатки вибрирующего рабочего наконечника, град; й - длина образующей конуса, мм.
Величину й можно получить по зависимости (рис. 2)
а
і? +^Ц
іа + 4
Подставляя полученное выражение (2) в формулу (1) получаем
^П_(аК + аРАСК) =
В
СКВ
ІЇС + — K 4
арАск = агоБіи
7. Определем длину цилиндрической части Ьц наконечника. Для этого рассмотрим более подробно выноску А с рисунка 1 (рис. 3).
Рис. 3. Расчетная схема для определения длины цилиндрической части еибронаконечника: 1-коническая часть наконечника;
2-цилиндрическая часть наконечника
Для определения длины цилиндрической части наконечника Ьц необходимо предварительно задать максимальную глубину внедрения в грун И. Величину И из проведенного ранее графического анализа необходимо принимать в пределах 0,2...1,5 мм в зависимости от полученной Ац (большему Ац соответствуют большие значения И).
Тогда из Abfg (рис. 3) можно получить
Из выражения (3) получаем выражение для определения искомой величины
8. Принимаем величин зазора между стенкой скважины и корпусом вибратора а » 2...5 мм.
9. Задаем оптимальное соотношение даит1 корпуса вибратора ЬКд и его диаметра АКд. Данное оптимальное соотношение должно обеспечивать максимальное значение силы инерции от вращающегося дебаланса, т. е.
БШ арАск = Т , ЬЦ
Н
(3)
(4)
где Fmi - сила инерции, возникающая от вращения дебаланса; m -масса дебаланса, кг; e - эксцентриситет дебаланса, мм; ю - угловая скорость вращения дебаланса, с-1.
к • n
ю =-----,
30
где n - частота вращения дебаланса, об/мин.
Как видно из выражения (4), если принять ю = const, то необходимо обеспечить произведение m • e = max.
Предлагаемая конструкция рабочего наконечника сохраняет функциональные возможности виброснаряда с круговыми колебаниями и высоким КПД привода, а установка ее на конце прокладываемого трубопровода не требует образования лидерной скважины. Использование предлагаемого наконечника позволит на порядок снизить напорное усилие и повысить точность прокладки коммуникаций без применения дополнительных технических средств.
Список литературы
1. РомакинН.Е., КраснолудскийН.В., Макова Н.В. Выбор оптимальных параметров и расчет усилия внедрения рабочего наконечника в грунт при статическом проколе // Известия ТулГУ, Подъемно-транспортные машины и оборудование. Вып. 6. Тула : Изд-во ТулГУ, 2005.
2. Котюков Д.А., Поляков В.Ф. Бестраншейная прокладка подземных коммуникаций. Исследование основных параметров рабочих органов установок для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций методом прокола с протаскиванием расширителей. / ЦНИИС (Центр научнотехнической информации по гражданскому строительству и архитектуре). М. : 1969.
3. Краснолудский Н.В. Исследование параметров вибронаконечника при бестраншейной проходке горизонтальных скважин способом вибропрокола // Сбор. Научных трудов, посвященных 50-летию БИТТУ (филиал) СГТУ «Проблемы прочности и надежности и эффективности». Бала-ково : Изд-во СГТУ, 2007.
A. Krasnoludsky, N. Krasnoludsky
Technique of definition of the basic geometrical parametres vibronakonechika for bestrancheynoy linings of communications by a method vibroprokola
The technique of definition of the basic geometrical parametres vibronakonechika for bestrancheynoy of pipelines by a method vibroprokola is considered at known experimental data for the purpose of reception of high efficiency of the developed equipment.
Получено 07.04.09
