CC BY
6
НАУКОВ1 ДОСЛ1ДЖЕННЯ
УДК 621.87:625.096
DOI: 10.30838/J.BPSACEA.2312.271118.10.361
ТЕОРЕТИЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ЗАСТОСУВАННЯ ВЕЛИКОГАБАРИТНО1 ТЕХН1КИ П1Д ЧАС ВИКОНАННЯ РОБ1Т 13 Л1КВ1ДАЦ11 3АВАЛ1В НА ДОРОГАХ I ПРИЛЕГЛИХ ТЕРИТОР1ЯХ ДО ОБ'СКТА НС
БСЛЖОВ А. С.1, д-р техн. наук, проф., КРЕКН1Н К. А.2, тж.,
НЕСТЕРЕНКО С. В.3, канд. техн. наук, ст. викл.
'Кафедра безпеки життедшльносп, Державний вищий навчальний заклад «Придншровська державна академш будiвництва та архггектури», вул. Чернишевського, 24-а, Дтпро, Укра!на, 49005, тел. +38 (056) 756-34-73, e-mail: bgd@mail.pgasa.dp.ua, ORCID ID: 0000-0001-5822-9682.
2Кафедра будгвельних i дорожнiх машин, Державний вищий навчальний заклад «Придншровська державна академш будiвництва та архггектури», вул. Чернишевського, 24-а, Дшпро, Укра!на, 49005, тел. +38 (063) 653-25-99, e-mail: kirmeh@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-1812-7400.
3Кафедра охорони пращ та безпеки життедшльносп, Харк1вський нацюнальний ушверситет мгського господарства гменг О. М. Бекетова, вул. Маршала Бажанова, 17, 61002, Харкгв, Укра!на, тел.: +38 (098) 402-06-37, e-mail: spriz.72@ukr.net, ORCID ID: 0000-0001-8255-109X
Анотащя. Постановка проблеми. Для розбирання масових завалгв доцшьне використання великогабаритно! техшки зг спецгальним обладнанням. Визначити види та кшьшсть засобгв мехашзацп дозволяють данг щодо характеру руйнувань об'екпв. Найважливший елемент цих машин - робоче обладнання, досконалгсть якого визначае ефективнгсть агрегатгв. Один гз перспективних напрямгв удосконалення робочого обладнання бульдозергв - це застосування трисекцшних шарнгрно з'еднаних вгдвалгв. Мета до^джень -розроблення теоретично! моделг для розбирання завалгв, що накопичуються перед трисекцшним вгдвалом, з урахуванням безпеки проведения робгт. Висновок. Розроблена теоретична модель досить об'ективно вгдображае закономгршсть змгни форми i об'ему уламкгв, що накопичуються перед секцгйним вгдвалом, та може використовуватись для Гнженерного прогнозу цього показника i визначення небезпечно! зони тд час розбирання завалГв.
Ключов1 слова: лжвгдащя завалгв; тдвищення безпеки; перемгщення уламюв
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ КРУПНОГАБАРИТНОЙ ТЕХНИКИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТ ПО ЛИКВИДАЦИИ ЗАВАЛОВ НА ДОРОГАХ И ПРИЛЕГАЮЩИХ
ТЕРРИТОРИЯХ К ОБЪЕКТУ ЧС
БЕЛИКОВ А. С.1, д-р техн. наук, проф., КРЕКНИН К. А.2, инж.,
НЕСТЕРЕНКО С. В.3, канд. техн. наук, ст. препод.
*Кафедра безопасности жизнедеятельности, Государственное высшее учебное заведение «Приднипровская государственная академия строительства и архитектуры», ул. Чернышевского, 24-а, г. Днипро, Украина, 49005, тел. +38 (056) 756-34-73, e-mail: bgd@mail.pgasa.dp.ua, ORCID ID: 0000-0001-5822-9682.
2Кафедра строительных и дорожных машин, Государственное высшее учебное заведение «Приднипровская государственная академия строительства и архитектуры», ул. Чернышевского, 24-а, г. Днипро, Украина, 49005, тел. +38 (063) 653-25-99, e-mail: kirmeh@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-1812-7400.
3Кафедра охраны труда и безопасности жизнедеятельности, Харьковский национальный университет городского хозяйства имени А. Н. Бекетова, ул. Маршала Бажанова, 17, 61002, Харьков, Украина, тел.: +38 (098) 402-06-37, e-mail: spriz.72@ukr.net, ORCID ID: 0000-0001-8255-109X
Аннотация. Постановка проблемы. Для разборки массовых завалов целесообразно использование крупногабаритной техники со специальным оборудованием. Анализ выполнения работ по ликвидации последствий при обрушении зданий и сооружений свидетельствует о том, что применение крупногабаритных машин (бульдозеров, скреперов, автогрейдеров и т. п.) позволяет сократить время на разборку завалов на дорогах и прилегающих территориях объектов. В то же время отсутствуют обоснования их эффективного и безопасного применения при разборе завалов. Для таких видов работ необходимо совершенствование рабочего
оборудования крупногабаритной техники, в частности, бульдозеров. Определить виды и количество средств механизации позволяют данные по характеру разрушений объектов. Наиболее важным элементом этих машин является рабочее оборудование, совершенство которого определяет эффективность агрегатов. Одним из перспективных направлений совершенствования рабочего оборудования бульдозеров является применение трехсекционных шарнирно - соединенных отвалов. Цель исследований - разработка теоретической модели для разборки завалов. Вывод. Принятая расчетная схема и математические зависимости по определению объемов элементарных составляющих частей позволили предложить дееспособную математическую модель для прогноза величины призмы перемещения при транспортировке обломков.
Ключевые слова: ликвидация завалов; повышение безопасности; перемещение обломков
THEORETICAL JUSTIFICATION OF THE APPLICATION OF LARGE-SIZED MACHINERY IN THE PERFORMANCE OF WORKS ON THE ELIMINATION OF THE DEBRIS ON ROADS AND SUPPORTING TERRITORIES FOR EMERGENCY SITE
BIELIKOV A. S.1, Dr. Sc(Tech), Prof., KREKNIN K. A.2, Engineer,
NESTERENKO S. V.3, Cand. Sc. (Tech.), Senior lecturer.
'Department of Life Safety, State Higher Education Establishment «Prydniprovs'ka State Academy of Civil Engineering and Architecture», 24-a Chernyshevskogo st., Dnipro, 49005, Ukraine, phone +38 (056) 756-34-73, e-mail: bgd@mail.pgasa.dp.ua, ORCID ID: 0000-0001-5822-9682.
2Department of Building and Road Machinery, State Higher Educational Establishment «Prydniprovs'ka State Academy of Civil Engineering and Architecture, 24-a, Chernyshevskogo st, Dnipro, 49600, Ukraine, phone +38 (063) 653-25-99, e-mail: kirmeh@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-1812-7400.
3Department of Labor Protection and Life Safety, Kharkiv National University of Urban Economy named after Beketov A.N., 17, Marshal Bazhanov st., Kharkiv, 61002, Ukraine, phone +38 (098) 402-06-37, e-mail: spriz.72@ukr.net, ORCID ID: 0000-0001-8255-109X
Abstract. Problem statement. For dismantling of mass debris, the use of large-sized machinery with special equipment is expedient. The analysis of the performance of works in the elimination of the collapse of buildings and structures suggests that the use of large-sized machinery (bulldozers, scrapers, motor graders, etc.) reduces the time for dismantling debris on roads and supporting areas of site. At the same time, there are no justifications for their effective and safe use in the analysis of debris, there is no possibility to predict the complexity and timing of such work. For these types of work, it is necessary to improve the working equipment of large-sized machinery, in particular bulldozers. To determine the types and number of mechanization allow data concerning the destruction of facilities. The most important element of these machines is the working equipment, the perfection of which determines the efficiency of these units. One of the perspective areas for improving the working equipment of bulldozers is the use of three-section hinged and connected dumps. The aim of research. The purpose of this work is to develop a theoretical model for disassembling debris which accumulates in front of a three-section dumps. Conclusion. The approved calculated scheme and mathematical dependencies to determine the volume of elementary components allowed to propose a viable mathematical model for predicting the size of the displacement prism during the transportation of debris, both with traditional and sectional dumps, and to identify dangerous areas. Developed theoretical model fairly objectively reflects the change of the shape and volume of debris, which accumulate before the sectional dumps and can be used in the engineering forecast of this indicator and the determination of the danger zone when performing work on dismantling debris.
Keywords: elimination of debris; increasing of safety; moving of the rubbles
Постановка проблеми. Масове використання великогабаритно! землерийно! техшки в р1зних галузях застосування потребуе постшного удосконалення 11 конструкцп та технолопчних показниюв. Найважлив1ший елемент цих машин -робоче обладнання, досконалють якого визначае ефектившсть цих агрегат1в. Один 1з перспективних напрям1в удосконалення робочого обладнання бульдозер1в - це застосування трисекцшних шаршрно -
з'еднаних вщвал1в з урахуванням безпеки робт
Анал1з публжацш. Анал1з роб1т, що присвячеш процесам призмоутворення тд час розчистки завал1в вщвальними робочими органами показав вщсутшсть дослщжень, що вщносяться до шаршрно з'еднаних систем вщвал1в. Це суттево ускладнюе теоретичний прогноз
ефективносп таких техшчних р1шень та порушуе безпеку процеав лшвщацп завал1в.
Мета 1 завдання - розроблення теоретично! модел1 для визначення об'ему уламюв, що накопичуються перед трисекцшним вщвалом 1з повернутими вперед боковими секщями тд час розчищення завал1в та визначення безпечно! зони.
Виклад матер1алу. Вщсуттсть постшного нагляду за належним станом буд1вель 1 споруд, невщповщтсть експлуатацп технолопчного обладнання нормам та правилам, як свщчить статистика [1], спричинюе надзвичайн ситуацп (НС), при яких вщбуваеться руйнування буд1вельних конструкцш та споруд у цшому. Для лшвщацл наслщюв НС, що пов'язат з проведенням аваршно-рятувальних та ремонтно-вщновних робгт, застосовуються машини та обладнання. У процес руйнуванн буд1вель виникають завали вщ уламюв буд1вельних конструкцш та технологичного обладнання, тому виникае необхщнють у розбиранн завал1в, лшвщацп аваршних ситуацш, демонтаж та монтаж1 конструкцш 1 обладнання [2].
.: , ¡г: ■■ л
** « 11 ■■ тт „
Рис. 1. Пошкоджет вибухами газу житловi будинки: а - м. Дтпро (2007р.); б - м. Миколагв (2007р.); в -м. Рязань (2016р.); г - м. Укратськ (Донецькоа обл., 2016 р.)
Споруди та буд1вл1 можуть бути зруйноваш або пошкоджет вщ дп техногенних катастроф, природних явищ, аварш та шших НС.
Причинами виникнення техногенних катастроф 1 аварш, пов'язаних 1з руйнуванням буд1вель 1 споруд, стають:
- збшьшення навантажень на буд1вл1 1 споруди понад нормативш значенння 1 тд час !х експлуатацп непередбачених проектами вплив1в на конструкцп [3; 4];
- зниження в процес експлуатацп мщносп елемеппв конструкцш, буд1вель 1 споруд вщ дп р1зноматтних чинниюв: вологосп, змши температури, мехатчного зносу й шших;
- неяюсш буд1вельш та ремонтн роботи, порушення норм !х виконання, а також несвоечасне виконання ремоппв.
Анал1з показав, що авар1я вщбуваеться, коли порушуеться виконання проектних р1шень 1 нормативних характеристик, виготовлення заводських
г
б
вироб1в, монтажу буд1вл1. В окремих випадках буд1вл1, !х конструктивы елементи та обладнання отримують ушкодження в результат сумарно! дп р1зних фактор1в.
з'еднання елеменпв зал1зобетонних вироб1в (рис. 2, а) 1 втомних явищ у буд1вельних конструкщях (рис. 2, б).
б
Рис. 2. Руйнування буд1вель вгд механгчного зносу: а - м. Шахтинськ (Карагандинська обл. 2017р.); б - м. Васильюв (Кишська обл., 2016р.)
Установлено, що причиною багатьох випадкових вибух1в виявляються порушення норм та правил користування газом. Велик катастрофи через вибух газу вщбулися (рис. 1): в м. Дншропетровськ (2007 р.), в м. Свпатор1я (2008 р.), в м. Астрахань (2012 р.), а також з обмеженими руйнуваннями: в 2009 р. в м. Луганськ, в 2012 р. в м. Харк1в, в 2014 р. в м. Микола!в 1 в 2016 рощ в м. Укра!нськ (Донецька обл.). Залежно вщ параметр1в 1 напрямку вибуху, типу споруд 1 !х кшькосп змшюеться характер руйнувань, структура завал1в 1 умови виконання роб1т.
Руйнування буд1вель вщбуваеться через зниження в процес експлуатацп мщносп конструкцш буд1вельних об'екпв вщ дп мехашчного зносу, особливо корозп мюць
б
Рис. 3. Будинки в м. Днгпро без ремонту, стан яких поггршуеться: а - вул. Сгчових Стртьщв, 28; б - по пр. Яворницького, 43
Нежитлов1 буд1вл1, що вимагають ремонту, з плином часу можуть руйнуватися вщ дп температури, вологи 1 стати джерелом пщвищено! небезпеки (рис. 3).
На територп Укра!ни найбшьше поширеш зсуви, повеш, урагани, смерч1, як спричинюють значш руйнування буд1вель (рис. 4).
У зв'язку з викладеним доцшьно розглянути 1 провести анал1з проведення аваршно-рятувальних та вщновних роб1т, яю виконуються тд час л1квщацп наслщюв вибух1в побутового газу.
У низщ праць проведено дослщження руйнування буд1вельних конструкцш, коли джерело вибуху газу розмщуеться на
а
нижшх 1 середшх поверхах буд1вель. Отримаш результати дозволяють 1з певною ймов1ршстю прогнозувати масштаби 1 характер руйнувань буд1вельних
конструкцш, що дозволяе формувати сили 1 засоби для лшвщацл наслщюв НС. Однак, як показав анал1з аварш [5], останшм часом вибухи газу часто вщбуваються у верхшх частинах буд1вель, руйнуючи в першу чергу дахи, верхш техшчний 1 житлов1 поверхи.
При цьому розл1т уламюв найбшьший, що викликае до блокування транспортних комушкацш (дор1г). Вщсутшсть дослщжень про характер таких руйнувань не дозволяе ефективно 1 безпечно проводити роботи в повному обсяз1, що зумовлюе необгрунтовашсть прийнятих р1шень пщ час оргашзацп та проведення аваршно-вщновних 1 ремонтно-буд1вельних робт Тому для устшного розбирання 1 розчищення завал1в 1з застосуванням необхщних техшчних засоб1в слщ вивчити характер руйнувань у житлових 1 промислових буд1влях, пов'язаних з обваленням буд1вельних конструкцш на транспорты комушкацп.
У теоретичних дослщженнях безпеки виконання роб1т як один 1з критерпв використовують техногенний ризик. Для цього застосовуют теоретико-в1рогщний метод, коли ризик визначаеться як множення двох випадкових величин: Q -в1рогщшсть наслщюв НС (аварш, вибух1в) 1 С - збиток вщ наслщюв.
Рис. 4. Вплив природних явищ: а - залишки буд1вель тсля зсуву в м. Днтропетровськ, 1997р.; б, в -рух смерчу I пошкодженI будинки в с. Волоське,
Днтропетровська обл. (2015 р.) Згщно М1жнародно! оргашзацп пращ та наукових дослщжень [6] встановлено, що тривалють часу л1квщацп наслщюв аварш тТ описуеться за допомогою розподшу Ерланга:
Ф -
Тт )
■1е
(1)
(т > 0;г - 0,1,2 ...);
де: ц - постшний параметр; г - порядок розподшу Ерланга. При цьому, з урахуванням в1ропдносп
того, що ТТ буде не меншим значенням Т (нормативне значення) згщно з [7]. Тому, з
б
в
а
урахуванням вфогщносп ризику ан.р. проведення роб1т за межею нормативного
значення часу ТН, можна визначити кшькють непередбачених роб1т 1з розбирання руйнувань, як1 будуть перевищувати даний час. У такому раз1 за
£н.р= 0,1 1з десяти випадюв для одного тривалють часу розбирання завалу буде
перевищувати нормативний час ТН;
Р(тт >тн) <ен ;
. р.' (2)
Анал1з процесу лшвщацл наслщюв НС свщчить, що з зменшенням значення ризику травмування пращвниюв пщ час розбирання конструкцш зумовлюе збшьшення часу лшвщацл наслщюв НС.
Застосування пщ час лшвщацп НС 1м1тацшно! модел1 «Тигрис» та модел1 Нью-Йоркського Ренд-шституту дозволяе прогнозувати безпеку та ефектившсть аваршно-вщновних та рятувальних роб1т, але фактичний основний показник, який характеризуе результативн1сть д1й спец1альних тдроздшв п1д час розбирання завал1в 1 демонтажу конструкцш та обладнання - час його проведення - не враховуе технолопчш процеси розбирання руйнувань. Кр1м того, одержат р1шення тсля моделювання не розглядають ризик при веденш роб1т 1з л1кв1дац1! завал1в та руйнувань буд1вельних конструкц1й та обладнання.
Для визначення ризику у процес1 л1квщацп насл1дк1в НС ми б прийняли залежнють визначення часу л1квщацп завалу та доступу до об'екта для виконання основних роб1т, зпдно з методикою визначення ризику збшьшення часу л1кв1дац1! НС.:
т =т + Т + Т ■+ Т +
л.з в.ч в.о о.1 з.е.з
+ т +т +т ;
с р л.з'
(3)
де Тв.ч - час 1з моменту виявлення НС, (зпдно з рекомендащями щодо визначення евакуацп 1 опов1щення в1д 3 до 6 хв);
Тво - час 1з моменту опов1щення кер1вних служб (вщ 3 до 4 хв); Т
I
1 хв [25]);
01 - час вщ обробки шформацп (до
¿з.е.з - час на прииняття р1шень, застосування тих чи шших сил та засоб1в (3 хв зг1дно з наказом УМВС Укра'ни № 325 вщ 01.07.1993 р. та 1 хв на зб1р особового складу пщроздшу);
т - час сл1дування до об'екта НС (15 хв с
зпдно з постановою Кабшету Мш1стр1в вщ 27.11.2013);
т - час л1квщацп завалу, розбирання
л. з
руйнувань (який можна прогнозувати з урахуванням складу аварп).
Що стосуеться прогнозування часу тквщацп насл1дк1в НС, то в1н, повною м1рою, залежить в1д виконання технолог1чних процеав розбирання конструкц1й, завал1в та звшьнення потерп1лих. Тому виникла необх1дн1сть провести дослщження процес1в розбирання руйнувань буд1вель 1з використанням засоб1в механ1зац1! та визначення критерпв ефективност1 та безпеки.
На основ1 анал1зу проведення роб1т 1з л1кв1дацГ! насл1дк1в надзвичайних ситуацш, що пов'язан1 з руйнуванням буд1вель, споруд 1 транспортних мереж, та дослщжень 1з ц1е! проблеми, запропоновано оцшювати ефективн1сть та безпеку процеав розбирання руйнувань та використання засоб1в механ1зац1! такими показниками та вимогами до них.
У процес1 виконання технолопчних процес1в розбирання руйнувань та рятувальних роб1т, коли головним параметром е час розбирання завал1в для звшьнення потерпших:
1. Як показують дослщження та анал1з НС, тривалють ТР розбирання завалу повинна бути найменшою з урахуванням безпеки життед1яльносп потерп1лих:
т = У т
р I
^ тт.
т < тф
р ф
6... 120 годин
(4)
де Т - тривалють виконання окремих процеав;
ТФ - чинник часу на розбирання тих частин завалу, де можливе перебування потерпших.
2. Середня продуктивнють П виконання роб1т з урахуванням особливостей завалу:
п = У
г V ^
^ тах
(5)
де V- об'ем розробленого завалу. 3. Тривалють робочого циклу Тц засоб1в мехашзацп:
Т = У I
1 ц
опр .1
^ тт
(6)
де Ъпрл - тривалють окремих робочих операцш засоб1в мехашзацп.
З урахуванням використання машин та обладнання згщно з теор1ею надшносп в1рогщнють безвщмовно! роботи Rt будь-яко! системи тд час виконання технолопчних операцш з розбирання завалу може змшюватися, а в1рогщшсть вщмови може бути визначена з умови:
К
(*)
1 - %);
(7)
В1рогщшсть вщмови техшки спричинюе збшьшення часу виконання роб1т та пщвищуе ризик травмування та загибел1 людей в завалах.
Згщно з анал1зом положень теорп надшносп для визначення модел1 ризику л1квщацп наслщюв НС може бути використаний розподш Вейбулла, щшьшсть якого визначасться 1з залежносп:
г Ь т Ь-1 /{т) = " (-) • ехР
а а
тЬ
v а у
; (8)
де а - параметр масштабу (середне значення вщпрацювання техшки на вщмову
т0);
Ь - параметр форми щшьносп розподшу;
т - дшсне значення напрацювання техшки.
Безперервний час вщпрацювання на вщмову наведено в стандартах (нормативах), або може бути визначений:
т =
1 о
1
ш,
у * т
/—! 1 = 1 0
(9)
де то1 - час безперервно! роботи техшки тсля вщновлення м1ж зм1жними вщмовами;
к - загальна кшьюсть вщмов тд час дослщження N техшки;
Шк - математичне очшування кшькосп вщмов N техшки до вщпрацювання то:
Ш,
1 ^ N
= N у 1=1
к
(10)
де К, - одинична вщмова за час то1 безперервно! роботи техшки.
З урахуванням зад1яних техшчних засоб1в мехашзацп тривалють виконання роб1т 1з розбирання завал1в може бути прогнозована, що дозволяе визначити додаткову техшку та людсью ресурси для забезпечення безпеки життед1яльносп потерпших у завалах та виконання в цшому аваршно-вщновних роб1т.
4. Питом1 показники фактичного виконання роб1т та окремих операцш з урахуванням безпеки !х виконання:
П П
^ тах.--> тах (П)
ф Тц
5. Кшьюсть засоб1в NРМ мехашзацп для розбирання частин завал1в, у яких перебувають потерпш, з урахуванням прогнозу настання вщмови в робот засоб1в мехашзацп:
Тф
N М = у
Г т \
р
т
V ц у
^ тт
(12)
Пщ час виконання технолопчних процеав ремонтно-вщновних роб1т, коли основну вимогу становить зниження соб1вартосп роб1т, необхщно враховувати ремонтно-вщновш роботи з урахуванням затрат на безпеку пращ згщно з нормативами з охорони пращ:
1. Економ1чш витрати y на розбирання завалу:
у = СТЕ + К ^ min, (13)
де СТЕ - поточш експлуатацшш витрати з урахуванням затрат на охорону пращ;
К - каттальш витрати.
2. Питом1 витрати на ремонтно-вщновш роботи:
Уо
у
■■-—> min
П .
(14)
1. Продуктившсть П виконання ремонтно-вщновних роб1т з урахуванням охорони пращ:
П = 1
T
v p у
^ тах
(15)
2. Тривалють Тр виконання роб1т:
Tp=Yl> ^ min. (16)
3. Тривалють робочого циклу Тц засоб1в мехашзацп:
Тц = ^опР.г ^ min.
(17)
4. Питом1 показники
П
П П
--> max ---> max •--> max •
M ' N ' Тц '
П_ Т.
^ тах
(18)
де М - маса засоб1в мехашзацп; N - потужшсть засоб1в мехашзацп. 5. Кшьюсть засоб1в N3М мехашзацп для розбирання руйнувань тд час ремонтно-вщновних роб1т:
N
М В
Гт \ p
T
v ц у
^ min
(19)
Анал1з виконання роб1т 1з лшвщацп наслщюв вщ обвалення буд1вель 1 споруд свщчить [8], що застосування великогабаритних машин (бульдозер1в, скрепер1в, автогрейдер1в тощо) дозволяе скоротити час на розбирання завал1в на дорогах та прилеглих територ1ях об'екпв. У той же час вщсутш обгрунтування !х ефективного та безпечного застосування тд час розбирання завал1в, що не дозволяе прогнозувати складшсть та час виконання таких робгт. Для них необхщне удосконалення робочого обладнання великогабаритно! техшки, зокрема, бульдозер1в.
Анал1зуючи конструктивы особливосп трисекцшних вщвал1в бульдозерних агрегат1в, слщ зазначити, що найважлив1шим режимом !х роботи е процес транспортування в умовах накопичення перед вщвалом максимально! кшькосп уламюв, що являе собою визначальний фактор пщвищення продуктивносп та зниження енергоемносп виконуваних роб1т
[9].
Теоретична оцшка форми та об'ему призми перемщення, що утворюеться перед трисекцшним вщвалом 1з повернутими вперед боковими секщями, дозволяе оптим1зувати параметри робочого органа 1 режими його роботи та визначення зони небезпеки.
Процес призмоутворення супро-воджуеться штенсивним рухом уламюв перед лобовою частиною вщвала та розвалу уламюв за зону дп робочого органа в боков1 валки.
Дослщженями встановлено, що у м1ру перемщення робочого органа в забо! величина втрат уламюв у боков1 валки постшно збшьшуеться, це зумовлюе зростання енергоемносп процесу перемщення та збшьшення шляху формування максимально! призми перемщення, що визначае 1 збшьшення зони небезпеки. Найбшьш1 втрати уламюв в боков1 валки спостер1гаються на прикшцевш стадп перемщення, коли кшьюсть уламюв, що транспортуеться 1з забою, дор1внюе кшькосп, що втрачаеться в
боков! валки. Як показують
експериментальш дослщження, величина втрат уламюв у боков! валки тюно пов'язана з висотою те! частини призми перемщення, що прилягае до поверхш вщвала. Шсля досягання висоти вщвала таю втрати набувають максимального значення 1 настае р1вновага м1ж масами уламюв, яю перем1шуються та втрачаються за меж ро6очого органа, що утруднюе визначеня зони небезпеки пщ час виконання ро61т [10].
Проектуючи таю вщвали, необхщно враховувати конструктивы та юнематичш особливост складових частин, яю визначають форму лобово! (внутр1шньо!) частини та максимальну юльюсть грунту, що може накопичуватись перед ними. Особливють юнематики шаршрно з'еднаних вщвал1в ¡з нахиленими осями полягае в тому, що при поворот бокових секцш вперед леза !х нож1в нахиляються вщносно леза середньо! секцп вниз пщ кутом 5, як показано на рис. 5, а лобов1 частини нахиляються вперед, суттево впливаючи на фронтальну проекщю робочого органа. Для визначення геометричних параметр1в фронтально! проекци трисекцшного вщвала з нахиленими осями бокових секцш, що повернут! вперед на кут а, була розглянута розрахункова схема, показана на рисунку 5.
На схем! видно, що поворот боково! секцп вщносно ос 001 з початкового положення ( а = 0 ), коли нижнш А ! верхнш А1 кути секцп знаходяться в площин! середньо! секцп, на кут а Ф 0, вказан! кутов! точки перемщуються в нахилених пщ кутом в площинах, перпендикулярних фронтальнш проекцп. Колов! траекторп кутв А ! А1 у цих площинах являють собою напрямн! прям! вщповщно т - п ! т} - п¡. Видно, що з1 збшьшенням кута повороту а зростають вертикальн! координати к ! к}, яю зумовлюють зм1ну форми фронтально! проекц!! вщвала. Величина цих координат, як видно з рисунка, залежить вщ кута нахилу осейшаршр1в 0 01 ! кута повороту бокових секцш:
5к = Ь • sin 3(1 - cos а); (20) 3\ = Ь • sin 33(1 - cosа). (21)
Вильоти точок А \ А} в поперечному напрямку визначаються за формулами:
I = ь[1 - COS 3(1 - COSа)] ; (22) 11 = Ь [1 - ^ 3(1 - COS а)] ; (23)
Наведен! залежност (20-23) дозволяють на основ! конструктивних параметр1в складових частин вщвала визначати його фактичну довжину та форму поперечного перетину об'ему уламюв, що транспортуються.
Зокрема, довжина вщвала при повернутих уперед бокових секщях на кут а по ножовш систем! дор1внюе:
В = а + 21 =
а + 2Ь[1 - cos 3(1 - cos а)] (24)
?
а по верхньому перетину -
В1 = а1 + 211 =
а1 + 2Ь1 [1 - cos 3(1 - cos а)]; (25)
Унаслщок нахилу лез бокових секцш при поворот! !х на кут а площа поперечного перетину уламюв зростае на величину трикутника 0 А М з кожно! сторони. Геометричн! параметри кожного трикутника визначаються сторонами I' г к, яю забезпечують технолопчш вимоги до утворюваного профшю транспортованих уламюв.
п,
"А,
п
'а
Рис. 5. Схема фронтальноI проекци трисекцшного вгдвала з нахиленими осями шарнгргв бокових секцш
Пщ час роботи трисекцшного вщвала уламки, що перемщуються, спочатку заповнюють робочу частину вщвала за мш1мальних втрат у боков! валки осюльки
боков! секцп спрямовують уламки на середню частину завдяки кутовому нахилу до траекторп руху. При заповнеш внутр1шньо! частини робочого органа подальше наростання призми перемщення вщбуваеться таким же чином, як 1 в лшшних (традицшних) вщвал1в. Тобто, передня частина призми формою нагадуе тригранну призму, що виходить за меж вщвала. Таю спостереження дозволяють запропонувати спрощену формулу маси уламюв, що накопичуються перед трисекцшним вщвалом на кшцевш стадп перемщення (рис. 6).
Враховуючи складшсть дшсно! форми призми перемщення, що накопичуеться перед трисекцшним вщвалом, прийняли таю припущення: 1 - трисекцшний вщвал являе собою конструкщю, що складаеться ¡з трьох щипв, причому боков! щити шаршрно з'еднаш до центрально! пщ кутом в; 2 -боков! секцп вщвала вщносно до середньо! повернут! вперед тд кутом а; 3 - на кшцевш стад!! транспортування зовшшня форма призми перемщення являе собою ф1гуру, що обмежуеться площинами лобово! частини та передньо! примикаючо! площини, нахилено! до горизонту п1д кутом природного вщкосу ф0; 4 - уламки в призм! перемщення являють собою сипке середовище з внутр1шшм тертям ! зчепленням.
Рис. 6. Розрахункова схема до визначення об 'ему призми перемгщення
Вщповщно до схеми (рис. 6.) призму перемщення можна показати у вигляд! окремих елемеппв (рис. 7).
Основш конструктивн! параметри робочого органа вщповщно до схеми так!:
- довжина середньо! секцп a;
- довжина бокових секцш b;
- висота робочого органа Н;
- кут повороту бокових секцш ОС ;
При цьому необхщно враховувати
максимальну зону небезпеки для оточуючих за призмою перемщення ^небезпеки.
Режим взаемодп робочого органа з уламками визначаеться товщиною шару уламюв, що перем1щуються ¿з поверхн! h, i швидк1стю пересування бульдозерного агрегата VK.
Рис. 7. Схема елементного складу призми перемгщення
За прийнятих конструктивних параметр1в в!двала a i b кут повороту бокових секцш обмежуеться шириною захвата В, яка повинна перекривати габарит гусенично! або колюно'! системи базового трактора. На практищ кут повороту бокових секцш приймають у межах 25...350, що зумовлюе в!дпов!дну довжину середньо! а та бокових секцш b. У цьому випадку м!н!мальний захват визначаеться за формулою:
B = a + 2 b ■ cos а > Б + А , (26)
де: Б - габарит ходово! системи трактора, м;
А - виступ крайшх елеменпв вщвала за габаритами ходово! системи, А = (0,25.0,5) м.
За заданих габарипв ходово! системи трактора сшввщношення довжин середньо! та бокових секцш визначають i кут повороту останшх. Очевидно, його значення сягае
мЫмуму за а = 0, тод1 мае мюце при двосекцшних вщвалах.
Тод1:
В = 2 Ь • 008 а > Б + А . (27)
У випадку, коли а > Б + А, боков1 секцп можуть бути повернут на кут а = 90 0 1 ми отримаемо неповоротний вщвал 1з боковими щитками, або вщкрилками, загальна довжина якого визначаеться за формулою:
В = а + А1 > Б + А ,
де: Ь - довжина бокових щитюв. У цьому випадку:
В - а
(28)
В =
2еоБа
(29)
Критерш конструктивно! якост секцшних вщвал1в, очевидно, становить !х властивють накопичувати максимальну кшькють уламк1в за мш1мальних втрат !х у боков1 валки.
Прийнявши зовн1шню форму призми перемщення, як показано на рисунках 6, 7, !! об'ем можна визначити як суму об'ем1в елементарних ф1гур У1, У2, У3 , У4, У5.
Тобто:
У=У1+2У2+УЗ+2У4,
(30)
де: V1 - об'ем паралелетпеда, що утворений середньою секц1ею в1двала, м3;
V2 - об'ем тригранно! призми, що утворена боковою секщею в1двала, м3;
Vз - об'ем тригранно! призми, що утворюеться перед елементарними об'емами V! 1 V2;
V4 - об'ем боково! ур1зано! п1рам1ди, утворено! в результат1 зсуву уламк1в з активно! зони вщвала в боков1 валки.
Об'ем паралелеп1педа V1 визначаеться формулою з урахуванням залежносп (29):
У1
[а + (а + 2HtgP)] 4
х
(Н - к) • (В • а)эта 1
(31)
де: а - довжина середньо1 секцп, м; Ь - довжина боково! секцп, м;
Н - загальна висота вщвала, м; к - товщина стружки, що вир1заеться, м; а - кут повороту бокових секцш, град; в - кут нахилу з'еднання боково! секцп вщносно центрально! , град;
Об'ем тригранно! призми утворено! боковою секщею вщвала, визначаеться формулою:
2 У, =
21 • еоБ а• Н(Б1иа + еоБа)-Н
2 • еоБа
(I • sin2а- Н •
1 :
х
(32)
де I - довжина верхньо! частини боково! секцИ на рисунку 6.
Об'ем тригранно! призми, що утворюеться перед елементарними об'емами V1 1 V2, дор1внюе:
У3
(Н - к)2 В1
(33)
де В1 - довжина поздовжшх ребер дано! призми з урахуванням зсуву уламюв з активно! зони вщвала в боков1 валки.
Довжина ребер В1 визначаеться 1з розрахунково! схеми на рисунку 5.
Рис. 8. Схема до визначення довжини В1 (вид спереду)
Вщповщно до схеми, довжина В1 дор1внюе:
В1 = В - 2Ь2 (34)
де Ь2 - довжина боково! частини вщвала.
Геометричш параметри боково! системи призми перемщення (рис. 7) визначаються з умови кшця копання:
Кр • Бс = 25б, (35)
2
X
X
де КР - коефщ1ент розпушення середовища;
8С - площа уламюв, що перемщаються; 8б - площа поперечного перетину бокового валка.
З урахуванням геометричних параметр1в вщвала можна записати:
.2
В • к • Кр =
к2
ЧФ0
(36)
звщки:
к = 7Вк • Кр^ф , (37)
де кI - висота вершини бокового валка. Довжина основи бокового валка Ь} дор1внюе:
= к = д/Вк • КрЩф
Ь
. (38)
Параметри прямокутника у верхнш частиш вщвала к2 1 Ь2 визначаються за
формулами:
к2 = (Н - к) - к =
(Н - к) - д/Вк • К^Ф ; (39)
Ь2 = к2
(Н - к) -VВк • К,,1Ш , ;
^0
(40)
Ь2 = (Н - к) "VВк • Кр 1Ш • 1ЯФ0 . (41)
З урахуванням (34) 1 (40) можна записати:
V,
(Н - к)2 21£Ф
X
В - 2
(Н - к)-д/Вк • КР • 1Ш
. (42)
Бокова частина призми перемщення V4 являе собою ур1зану призму ACDKFE (рис. 3), що являе собою частину повно! тригранно! призми ACDM, об'ем яко! виражаеться формулою:
= VАВС ^БКМ =
Ы- 4 ( + Ь)—к
21&Ф 3
' Ь. (43)
Тод1 з урахуванням розгорнутих значень
Ь], Ь2 \ к]
2УЛ
д/в • к • • Кр
31№ (Н - к)3
■X
л/В • к • Кр ■ •
- В • к • КР
. (44)
Пщставивши у формулу (4) розгорнут значення складових (31), (32), (41) 1 (43), отримаемо формулу максимального об'ему уламюв, що накопичуються перед секцшним вщвалом у юнщ процесу перемщення.
V
а • (В - а)(Н - к)^а
4
(В - а)2(Н - к)^а
+ 4 +
(Н - к)2
+ --— X
+
(
В - 2
(Н - к)-д/Вк • КР • &Ф>0
+
X
X
X
+
4В ■h ■ tgn ■ kf
3tgPo
■X
(h - hf
■¡В ■ h ■ KP ■ tgp0 ■ tgy0
- В ■ h ■ KP
. (45)
Висновки. Прийнята розрахункова схема та математичш залежносп для визначення об'ем1в елементарних складових частин дозволили запропонувати д1ездатну математичну модель для прогнозу величини призми перемщення тд час
транспортування уламк1в як традицшними, так i секцшними вщвалами та визначити зони небезпеки. Таким чином, запропонована теоретична залежшсть досить об'ективно вiдображаe
закономiрнiсть змiни форми i об'ему уламкiв, що накопичуються перед секцiйним вiдвалом, i може використовуватись для шженерного прогнозу цього показника, щоб визначити небезпечну зону та забезпечити безпеку тд час розбирання завалiв.
СПИСОК ВИКОРИСТАНО1 Л1ТЕРАТУРИ
1. Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий : учеб. пособ. в 3 кн. Кн. 1 / под ред. К. Е. Кочеткова, В. А. Котляревского, А. В. Забегаева. - Москва : АСВ, 1995. - 320 с.
2. Улитина М. Ю. Повышение безопасности ведения работ при ликвидации последствий, связанных с обрушением зданий : дис. ... канд. техн. наук : 05.26.01 : защищена 27.05.2017 / Улитина Марина Юрьевна ; науч. рук. Шатов С. В. - Днипро, 2017. - 195 с.
3. Научные основы эффективного предупреждения и борьбы с чрезвычайными ситуациями и стихийными бедствиями : метод. рук. / М. В. Болотских, М. В. Орешкин, П. В. Шелихов, Е. П. Луганцев ; Глав. упр. М-ва чрезвычайн. ситуаций Украины в Луган. обл., Луган. нац. аграр. ун-т, Фонд историософ. исслед. - Луганск : ЛНАУ, 2004. - 35 с.
4. Боровский Б. Техногенные аварии в системах газоснабжения и их предупреждение / Б. Боровский, Е. Лапина // Motrol. - 2009. - № 11А. - С. 120-122.
5. Гончаренко Д. Ф. Технология демонтажных и строительно-монтажных работ при восстановлении частично разрушенного здания / Д. Ф. Гончаренко, Н. А. Меленцов, А. С. Константинов // Промислове буд1вницгво та шженерш споруди. - 2013. - № 1. - С. 42-44.
6. Моделирование пожаров и взрывов : монография / под общ. ред. Н. Н. Брушлинского, А. Я. Корольченко ; [И. Ф. Астахова, В. П. Беляцкий, Н. Н. Брушлинский, Л. П. Вогман]. - Москва : Пожнаука, 2000. - 482 с.
7. Совершенствование организации и управления пожарной охраной : совместное узд. СССР-НРБ / [Н. Н. Брушлинский, А. К. Микеев, Г. С. Бозуков и др.] ; под ред. Н. Н. Брушлинского. - Москва : Стройиздат, 1986. - 152 с.
8. Баловнев В. И. Повышение производительности машин для земляных работ : учеб. / В. И. Баловнев, Л. А. Хмара. - Киев : Будiвельник, 1988. - 152 с. : ил. - (Производительность труда - самое важное, самое главное).
9. Зеленин А. Н. Машины для земляных работ. Основы теории разрушения грунтов, моделирование процессов, прогнозирование параметров : учеб. пособие для вузов / А. Н. Зеленин, В. И. Баловнев, И. П. Керов ; ред. А. Н. Зеленин. - Москва : Машиностроение, 1975. - 424 с.
10. Модернизация бульдозера ДЗ-110А / И. А. Недорезов, Т. И. Аскарходжаев, М. А. Мирсадыков, В. В. Котов // Строительные и дорожные машины. - 1994. - № 2. - С. 4-5.
REFERENCES
1. Kotlyarevsky V.A., Kochetkov K.E. and Zabegaev A.V., eds. Avarii i katastrofy. Preduprezhdenie i likvidatsiya posledstviy [Accidents and disasters. Prevention and elimination of consequences]. Мoskva: АSV, 1995, vol 1, 320 p. (in Russian).
2. Ulitina M.Yu. Pidvyschennia bezpeky provedennia robit pry likvidatsii naslidkiv poviazanykh z obrushenniam budivel:dys, kand.tech. nauk 05.26.01: zakhuschena 27.05.2017 [Enhancement of the safety of conducting works in the elimination of the consequences concerning with the crumbling of buildings: Cand Sc. (Tech.) Dissertation: 05.26.01 protected on 27.05.2017]. Dnipro, 2017, 195 p. (in Ukrainian).
3. Bolotskih M.V., Oreshkin M.V., Shelihov P.V. and Lugantsev E.P. Nauchnyie osnovyi effektivnogo preduprezhdeniya i borbyi s chrezvyichaynyimi situatsiyami i stihiynyimi bedstviyami [Scientific fundamentals of effective prevention and control of emergencies and natural disasters] Glav. upr. M-va chrezvyichayn. situatsiy Ukrainyi v Lugan. obl., Lugan. nats. agrar. un-t, Fond istoriosof. Issled [The main directorate of Minisry of
X
Emergency Situation of Lugansky region, Lugansk agricultural national institute. Fund of hist. research]. Lugansk: LNAU, 2004, 35 p. (in Russian).
4. Borovsky B. and Lapina E. Tehnogennyie avarii v sistemakh gazosnabzheniya i ikh preduprezhdenie [Technological accidents in gas supply systems and their prevention]. Motrol, 2009, no. 11A, pp. 120-122. (in Russian).
5. Goncharenko D.F., Melentsov N.A. and, Konstantinov A.S. Tehnologiya demontazhnykh i stroitelno-montazhnykh rabot pri vosstanovlenii chastichno razrushennogo zdaniya [The technology of dismantling and construction and assembly work in restoring of a partially destroyed building]. Promislove budivnitstvo ta inzhenerni sporudi [Industrial construction and engineering structures]. 2013, no. 1. pp. 42-44. (in Russian).
6. Brushlinsky N.N., Korolchenko A.Ya., Astahova, I.F., Belyatsky V.P. and Vogman L.P., eds. Modelirovaniya pozharov i vzryvov [Design of fires explosions]. Moskva: "Pozhnauka", 2000, 482 p. (in Russian).
7. Brushlinsky N.N., Mikeev A.K. and Bozukov G.S. Sovershenstvovanie organizatsii i upravleniya pozharnoy okhranoy: sovmestnoe izd. SSSR-NRB [Improvement of organization and control of fire prevention: joint issue USSR-PRB]. Moskva: "Stroyizdat", 1986, 152 p. (in Russian).
8. Balovnev V.I. and Khmara L.A. Povyshenie proizvoditelnosti mashin dlya zemlyanykh rabot [Increasing of productivity of machines for excavation work]. Kiev: Budivelnyk, 1988, 152 p. (in Ukrainian).
9. Zelenin A.N., Balovnev V.I. and Kerov I.P. Mashiny dlya zemlyanykh rabot Osnovy teorii razrusheniya gruntov, modelirovanie protsessov, prognozirovanie parametrov [Machinery for excavation works. Fundamentals of the theory of soil destruction, process modeling, parameter prediction]. Moskva: Mashinostroenie, 1975, 424 p. (in Russian).
10. Nedorezov I.A., Askarhodzhaev T.I., Mirsadykov M.A. and Kotov V.V. Modernizatsiya buldozera DZ - 110A. [Modernization of the bulldozer DZ - 110A.] Stroitelnye i dorozhnye mashiny [Building and road machines]. 1994, no. 2, pp. 4-5. (in Russian).
Рецензент: Гончаренко Д. Ф., д-р техн. наук, проф. Надшшла до редколеги: 27.10.2018 р.
