Технология непрерывной подачи объёмно-фильтрующих материалов при строительстве и реконструкции закрытого горизонтального дренажа

Никитенко, Андрей Васильевич

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Технология непрерывной подачи объёмно-фильтрующих материалов при строительстве и реконструкции закрытого горизонтального дренажа
ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Технология непрерывной подачи объёмно-фильтрующих материалов при строительстве и реконструкции закрытого горизонтального дренажа"

Йа правах рукопйси

НИКИТЕНКО АНДРЕЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

технология НЕПРЕРЫВНОЙ помчи ОБЪЁМНО-ФИЛЬТРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ СГРОІГГЕЛЬСГВЕ И РЕКОНСТРУКЦИИ ЗАКРЫТОГО ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ДРЕНАЖА

Специальность: 06.01.02 - «Мелиорация, рекультивация и охрана земель»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертацйи на соискание учёной степени кандидата технических наук

з ок г ті

Новочеркасск - 2013

005534133

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении1 высшего профессионального образования «Новочеркасская государственная мелиоративная академия»

Научный руковбдитель:

Коршиков Александр Алексеевич

доктор технических наук, профессор

Официальные окгаоненты: Тарасьянц Сергей Андреевич

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО' «Новочеркасская государственная мелиоративная академия», профессор кафедры «Водоснабжения и водосггведения»

Кузнецов Евгений Владимирович

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», зав. кафедрой «Гидравлики и сельскохозяйственнбго водоснабжения»

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное научное

учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации» (ФГБНУ «РосНИИПМ»),

Защита диЬсертации состоится «24» октября 2013 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 220.049.01 в ФГБОУ ВПО «Новочеркасская государ1 ственная мелиоративная академия» по адресу: 346428, г. Новочеркасск, Ростовская область, ул. Пушкинская, 111, ауд1. 339.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в научном отделе библиотеки ФГБОУ ВПО «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» по адресу: 346428, г. Новочеркасск, Ростовская область, ул. Пушкинская, 111.

Автореферат разослан «23» сентября 2013 г. и размещён на официальных Интернет - сайгах ВАК РФ и НГМА

Учёный секретарь л

диссертационного совета ' Иванова Нина Анисимовна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. По данным Федерального агентства кадастра объектов недвижимости 52,7% орошаемых площадей Южного федерального округа подвержены вторичному засолению, которое обусловлено интенсивным поднятием уровня грунтовых вод (УГВ) из-за низкой эффективности работы закрытого горизонтального дренажа (ЗГД).

Установлены три основных фактора снижения эффективности работы ЗГД: ошибки проектирования, строительные дефекты, неправильная эксплуатация. Большая часть отказов дренажа в первые годы его эксплуатации приходится на долю строительных дефектов, что связано в первую очередь с недостаточной изученностью процессов укладки ЗГД.

По современной узкотраншейной технологии строительства дренажа укладку дренажных труб на дно траншеи с одновременной их обсыпкой объёмно-фильтрующими материалами производят бункерами дреноукладчиков. Исследования конструкций бункеров как отечественного, так и зарубежного производства показали, что ограниченное пространство бункера дреноукладчика в совокупности с физико-механическими свойствами фильтрующей обсыпки провоцируют образование внутри бункера статически устойчивых сводов. При этом процесс подачи объёмно-фильтрующего материала (ОФМ) осуществляется прерывисто с образованием пустот, что приводит к возникновению сифонных перегибов, нарушению целостности дренажных линий, сдавливанию дренажной трубы и способствует в дальнейшем интенсивному засорению и заиливанию дрены.

В связи с этим совершенствование технологиии и агрегатов, обеспечивающих высокое качество строительства ЗГД, устойчивое и высокоэффективное функционирование дренажных систем является важной и актуальной проблемой.

Степень разработанности темы. Существующая технология подачи ОФМ к месту его укладки и послойного распределения для защиты дренажной трубы не предусматривает возможности контроля и управления процессом дозирования ОФМ в автоматическом режиме, что приводит к образованию многочисленных строительных дефектов. Основы теории и практики по обеспечению бесперебойной подачи сыпучих материалов бункерными устройствами изложены в трудах А. Н. Панченко (1977,1979, 1985), Р. Л. Зенкова (1964, 1977, 1987), К. В. Алферова (1946, 1955), Л.В.

Гячева (1968), В. А. Богомяпсого (1973, 2007), С.К. Янчина (1966), Э. В. Дженике (1968) и других учёных с обоснованием изыскания, проектирования и конструирования дозирующих бункерных устройств.

Цель исследования - повышение эффективности, надежности и долговечности работы закрытого горизонтального дренажа за счёт совершенствования технологии обсыпки пластмассовых дренажных труб сыпучим объёмно-фильтрующим материалом.

Задачи исследования;

- выполнить анализ существующих технологий и средств строительства ЗГД в зоне орошения, атак же конструкций дренажных фильтров;

- провести анализ факторов, влияющих на качество обсыпки дренажных труб сыпучим ОФМ при строительстве ЗГД узкотраншейным способом;

- разработать математическую модель процесса подачи ОФМ в зону его послойного распределения и обосновать параметры устройства для механизированного разрушения статически устойчивых сводов из ОФМ в бункере узкотраншейного дрено-укладчика

~ разработать методику расчёта сводоразрушающего устройства;

- разработать технологию обсыпки дренажных труб ОФМ и провести опытно-производственную проверку бункера оснащённого сводоразрушающим устройством;

- выполнить технико-экономическое обоснование результатов исследований.

Научная новизна исследования:

- установлены факторы, провоцирующие образование статически устойчивых сводов из ОФМ в бункере узкотраншейного дреноукладчика;

- разработана математическая модель процесса подачи ОФМ в зону его послойного распределения;

- разработана методика расчёта оптимальных параметров сводоразрушающего устройства для осуществления обсыпки пластмассовых дренажных труб сыпучим ОФМ без образования статически устойчивых сводов в бункере-дозаторе дреноукла-дочного устройства;

- предложена технология обсыпки дренажных труб объёмно-фильтрующим материалом с применением разработанного сводоразрушающего механизма;

Теоретическая и практическая значимость работы. В результате теоретических и экспериментальных исследований разработана математическая модель про-

цесса подачи ОФМ в зону его послойного распределения, которая позволила определить условия образования статически устойчивого свода ОФМ в бункере дреноукладчика, получить выражения для определения режимов работы сводоразрушаю-щего устройства, зависимости для определения необходимых конструктивных и режимных параметров бункерного устройства дреноукладчика

На основании проведенных исследований производству предложены новая технология подачи объёмно-фильтрующих материалов при строительстве и реконструкции закрытого горизонтального дренажа, а так же комбинированный рабочий орган для механизированного разрушения сводов в бункере узкотраншейного дреноукладчика (патент РФ Е02Р 5/10 76356 Ш).

Работа выполнена по плану Межведомственной координационной программы фундаментальных исследований по научному обеспечению АПК РФ на 2011 - 2015 г.г., тема: «Разработка орудий, средств и технологий механизации строительства, восстановления и эксплуатации мелиоративных систем и объектов природообу-стройства».

Методология я методы исследования. Теоретические исследования выполнены на базе математических и логических методов познания объекта, экспериментальные - с использованием стандартных и частных методик проведения экспериментов и методов их планирования. Опытные данные научных исследований получены в результате использования общеизвестных методик натурных и лабораторных экспериментов, метрологически аттестованных приборов и стандартного оборудования промышленного изготовления.

Положения, выносимые на защиту:

- технология обсыпки дренажных труб объёмно-фильтрующим материалом с применением разработанного сводоразрушающего механизма;

- физико-механическая модель сыпучего ОФМ;

- математическая модель процесса подачи сыпучего ОФМ в зону его послойного распределения;

- конструкция рабочего органа для механизированного разрушения статически устойчивых сводов из ОФМ в бункере узкотраншейного дреноукладчика (патент РФ Е02Р 5/10 763561Л);

- методика расчета параметров рабочего органа для разрушения статически устойчивых сводов в бункере узкотраншейного дреноукладчика.

Степень достоверности и апробация результатов подтверждена достаточным объёмом экспериментального материала, применением стандартных методик математико-статистической обработки экспериментальных данных, удовлетворимой сходимостью экспериментальных и теоретических данных, критическим анализом и заключением экспертов.

Материалы диссертации и результаты исследований обсуждены и одобрены на межвузовских научно-технических конференциях «Совершенствование технологий и средств механизации производственных процессов в АПК» (г. Новочеркасск, 2007, 2009, 2011 гг.), международных научно-практических конференциях МГУП (г. Москва, 2008, 2009 гг.), международной научной конференции «Человек в современном мире» (г. Ростов на Дону, 2010 г.), донской аграрной научно-практической конференции «Инновационные пути развития агропромышленного комплекса: задачи и перспективы» (г. Зерноград, 2012 г.), международной научно-практической конференции «Интеграция науки и образования - стратегия устойчивого развития водно-мелиоративного комплекса» (г. Новочеркасск, 2013 г).

По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ общим объёмом с учётом долевого участия в коллективных публикациях 3,3 п.л., из них лично автора 2,8 п.л. Получен патент на полезную модель.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определены цель и задачи исследования, научная новизна, практическая значимость работы, научные результаты выносимые на защиту, достоверность и апробация работы

В первой главе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследований» изложено современное состояние проблемы с анализом отечественного и зарубежного опыта повышения эффективности дренажных систем и совершенствования технологий строительства: Е.Д. Томин (1987), В. А. Духовный (1979, 1981), В. Н. Бердянский (1964, 1981), H. Н. Бредихин (1987, 1988), А А. Коршиков (1982, 1990, 1997), А. В. Колганов (1982, 1998), Г. А. Сенчуков (1993, 2003), В. Н. Щедрин (2001, 2005), В. И. Миронов (1992, 1997, 2001, 2002, 2004), Н. Г. Пивовар (1980, 1982, 1985), А. Т. Лис-конов (1992), Ц Е. Мирцхулава (1974), А. И Мурашко (1973, 1978, 1982), Э. Е. Фишер (1973, 1989), L. Awenson (1977), L. S. Fisher, A. R. Jarret (1984) и другие учёные.

Обобщение результатов исследований показало, что эффективность и эксплуатационная долговечность закрытого горизонтального дренажа главным образом определяются качеством устройства и надёжностью работы дренажных фильтров. В работах Н.Н. Бредихина (1984), А. К. Бехбудова (1978), В. А. Васильченко (1981), В. А. Шрейдера (1970), А. И. Мурашко (1982), Г. Г. Шилера (1997) и ряда других авторов показано, что наиболее оптимальной является конструкция дрены, выполненная с фильтром из синтетических нетканых полотен (геополотно) и обсыпкой объёмными фильтрующими материалами (песчано-гравийная смесь).

При узкотраншейном способе строительства дренажа операция укладки дрены включает процесс изоляции дренажной трубы ОФМ с его одновременным распределением вокруг дрены. Всвязи с малой шириной траншеи, вводятся ограничения на геометрические параметры бункера Опыт укладки дрен показал, что раскладка фильтра и дренажных труб бункерами имеет ряд недостатков: слой фильтра распределяется неравномерно, что приводит к волнообразной укладке труб; внутри грузового отсека образуются статически устойчивые своды, которые приводят к прерывистой подаче или полному прекращению истечения ОФМ; после укладки тело фильтровой обсыпки не имеет конечного агрегатного состояния и в нем протекают структурные деформации, приводящие к изменению проектных уклонов.

Строительство горизонтального пластмассового дренажа узкотраншейным способом осуществляется специализированными дреноукладчиками. Бункеры как отечественных, так и зарубежных дреноукладчиков выполнены по общей конструктивной схеме с нераздельной совместной раскладкой подстилающего и застилающего слоёв песчано-гравийного фильтра. Основной недостаток применяемых конструкций заключается в образовании внутри бункера статически устойчивых сводов, которые препятствуют свободному истечению ОФМ через щелевой распределитель. Такое положение вызвано, прежде всего, недостаточной изученностью технологии формирования защитной изоляции дрены, отсутствием адекватной математической модели процесса и, как следствие, нерациональными с точки зрения сводообразова-ния параметрами бункеров.

Таким образом, существенным резервом улучшения технологии распределения слоёв фильтра является применение устройств способствующих непрерывному истечению ОФМ, обеспечивающих требуемое качество укладки дрены и повышение производительности дреноукладчиков.

Решением задачи по обеспечению бесперебойной подачи ОФМ является оснащение бункеров побудителями провоцирующими истечение материала через разгрузочные отверстия на базе физико-математических моделей описывающих процессы, происходящие при истечении сыпучих материалов. Исследованием закономерностей движения сыпучего материала из дозировочных бункеров занимались Л.В. Гячев (1968), В. А. Богомягких (2007), Э. В. Дженике (1968) и другие, однако работы большинства авторов направлены на изучение процесса дозирования при свободном истечении сыпучих тел. При этом следует особо подчеркнуть, что процессы движения ОФМ в бункере дозаторе дреноукладчика практически не рассматривались.

Во второй главе «Математическое моделирование процесса подачи ОФМ в зону его послойного распределения» на основании комбинированной механической модели сыпучего тела Л.В. Гячева и В.А. Богомягких, подчиняющейся закону Кулона, объяснен механизм статического сводообразования ОФМ в бункере дреноукладчика, определены условия устойчивостиих сводчатых структур, их основные параметры, а также влияние этих параметров на расходные характеристики щелевого распределителя бункера дреноукладчика

Модель сыпучего ОФМ дополнена допущениями, которые позволяют учитывать реальную форму частиц ОФМ через коэффициенты формы - кф и искажения формы - киф и приводить произвольную форму ОФМ к условно шаровой - ¿у, что существенно влияет на адекватность результатов теоретических исследований. По наблюдениям форма реальной частицы ОФМ близка к форме параболического бочонка, для которого справедливо:

(1)

где Кф = 0,72 - коэффициент, характеризующий форму частицы ОФМ;

Киф = \1ь -{2а2 + ас+0,75с2), (2)

где Ки.ф. - коэффициент, характеризующий искажение формы реальной частицы ОФМ от формы шара;

а,Ь,с- соответственно, ширина, длинна и толщина частицы ОФМ.

йу з 0,72 • ф ■ {2а1 + ас + 0,75с2) (3)

Согласно предложенной модели любая частица «А» ОФМ в потоке участвует, в двух движениях - поступательном со скоростью Уае и относительном - Уд.к (рисунок 1).

1 - линии переносного движения; 2 - линии скольжения относительного движения; 3 - статически устойчивый свод

Рисунок 1 - Процесс движения ЗФМ в желобе бункера

пульсов, которые препятствуют движению и обуславливают возникновение неустойчивых и статически устойчивых сводов.

В момент образования статически устойчивого свода его опорой является частица ОФМ, расположенная на стенке желоба (рисунок 2). Для равновесия опоры свода необходимо выполнение условия ()<Е. При О = Р условие устойчивости опоры свода для гидравлического движения ЗФМ в желобе имеет вид:

Л ОсьсЫа И Х = СС±(рст, (4)

И \ I « где Фет " угол трения частиц ОФМ о

стенку желоба.

Из приведенного выше следует, что равновесие опоры статически устойчивого свода не нарушится даже тогда, когда <р,т = О. В этом случае условие устойчивости опоры статически устойчивого свода запишется в виде:

Х = а (5)

Из указанных зависимостей следует, что при гидравлическом движении ОФМ в желобе устойчивость опоры статического свода зависит от угла наклона стенки желоба. Статический свод наиболее устойчив при диаметре жёлоба меньшим

Рисунок 2 - Схема условия образования статически устойчивого свода

Такой характер перемещения частиц в потоке является следствием того, что в процессе движения частицы сближаются. Происходит «эффект» сужения потока, ведущий к увеличению сил трения между частицами, что приводит к появлению тормозящих им-

или равным наибольшему сводообразующему размеру:

Л <Л„,.

Таким образом, статически устойчивый свод (рисунок 3) образуется при выполнении выше указанных условий (1,2 и 3).

Рисунок 3 - Схема сил, действующих на элемент «£Й>> статически устойчивого свода

Уравнения равновесия свода примет вид: ^у = 0; (Т + с/Г)-соб(ч'+6/11>)-Г- сое и1 - Р ■ с1х = 0; х = 0; (Т + с/Т)■ 5т(и> + с1™)-Т-5тч>+РгГ1у = 0, где № - угол, образованный элементом дуги «¿¿Я» с осью Оу;

Р, и Р - усилия, приходящиеся на единицу длины проекций свода. Их интегрирование позволит получить систему:

ей? с1х

Т•— = -Р-х+с . . йЪ

Решением системы относительно «7>>, будет дифференциальное уравнение

(7)

(8)

(Рх+с)--= -Р'-у+сг.

4'у

Его решение при начальных условиях х = Н- fm и у = 0; ~ = О

Приводя уравнение (11) при с = -(р ■ К ■ сщ% + Н1\) к явному виду относительно «у», получим уравнение кривой статически устойчивого свода в продольном сечении желоба:

1» ^ 2(Н.Рх+Р.11.<*Вс) Р> I Ь (12)

р р р ' ■'се' р

Преобразование уравнения (12) и его решение позволит определить высоту свода:

/„ = Л ■ „ ■ ctgx ± Ru a, ■ л]^2 ■ ctg2% + A, (13)

Для гидравлического вида движения ОФМ в желобе коэффициент «А» равен:

А = 2 {ctg(j3 + <p„p)+(tgoi + <p6)), (14)

где I? - угол укладки частиц ОФМ в желобе

Наибольший сводообразующий размер желоба бункера: U = dy[A{2a -7 + 3 у)- tg(/3 + <pj+3y sin 2 f3tgX\

+ (15)

где >/ - плотность частицы «т», кг/м3; у - удельный вес частицы «т»; л „ - осевая податливость свода. В формуле (15)

tgyp +а Л уст tg

1 + tg\<p +а ■tg •eos/?

(16)

теоретический коэффициент для гидравлического истечения ОФМ из бункера.

Разрушение статически устойчивого свода происходит при разовом и достаточном импульсе, но вместо него на этом же месте сразу же образуется новый. На основании этого можно предположить, что время разрушения «старого» свода равно

времени образования «нового», то есть, 1раз = 1,г3р .

При подаче внешнего импульса на его «замковую» частицу, последняя начинает свободное падение с высоты, равной стреле свода, под действием гравитационной силы «С„,» - силы тяжести замковой частицы «т».

Дифференциальное уравнение свободного падения замковой частицы «да» по оси х с высоты, равной стреле /с„ свода, будет иметь вид:

С11X'

т--= т-я

Шг

Решение данного уравнения позволит получить: <2

fce=g' cosa--

раз

2 fce

(17)

(18)

2 ' г V

Формула (18) не учитывает осевую податливость «А0» статически устойчивого свода и, следовательно, темп его разрушения. Полное время разрушения устойчивого свода

в 10-15 раз больше ¡раз.

Линейная частота возникновения или разрушения статически устойчивого свода равна:

1 _ 1 /Я-соб а

п. обр

2 •/«

(19)

где полное время разрушения свода.

Частота вращения сводоразрушающего устройства: 60

gcosa

К i

2-R-S

(20)

Формула (19) определяет максимально допустимые обороты сводоразрушающего устройства, при которых достигается околорезонансное разряжение ОФМ,

предотвращающее возникновение статически устойчивых сводов.

Процесс дозирования ОФМ сводоразрушающим устройством представлен на рисунке 4. Шнек транспортирует объём ОФМ (У/) плотностью (о/) к выпускной щели бункера размером Ь х / , где Ъ - ширина щели, а / - её диина. Рисунок 4 - Схема подачи шнеком ОФМ Объём V] уплотняется под

к выпускной щели бункера действием динамического давления

шнека и становится равным К2. Тогда, Уг ■ р1 = т1, где рг - плотность укладываемого ОФМ. Определяя массу ОФМ через число частиц пч в объёме V, плотность отдельной частицы -77 и условный диаметр частицы с1у, находится дефицит частиц па + в объёме К,:

ягч/, ч

1-4.

(21)

где иа+, и+<3 - действительное и возможное число частиц в объёме ОФМ.

В выражении (21) сомножитель (1-р,/?/) - относительная скважность ОФМ в объёме У,, выраженная в долях единицыс, = (1-р,/ч). Аналогично решается задача по определению относительной скважности ОФМ в объёме У2. Тогда,

— = м = ~—~ - - коэффициент относительной скважности в объёмах V, и Г;.

П~Рг

При укладке дренажная труба испытывает давление от создаваемого напором шнека динамического давления <?н ^ и давления слоя ОФМ ак, то есть,

аобе ~ н.дин Условие сохранения кольцевой устойчивости дренажной трубы

имеет вид:

+ (22)

В третьей главе «Методика лабораторно-полевых исследований» предстаате-на методика и программа проведения экспериментов, описано оборудование и ме-лиоративно-хозяйственные условия объекта исследования.

На первом этапе исследований согласно ГОСТ 25100-82 «Грунты. Классификация» проведены лабораторные испытания песчано-гравийной смеси (ПГС) для определения её основных физико-механических свойств.

На втором этапе исследований был изготовлен в металле экспериментальный образец бункера дреноукладчика с сводоразрушающим механизмом в виде двух наклонных комбинированных шнеков (рисунок 5). Исследования проводились в грунтовом канале кафедры «Машины природообусгройсгва» НГМА.

Дня определения величины максимально возможной нагрузки на стандартную гофрированную дренажную трубу были проведены натурные испытания дрен с

обсыпкой ОФМ и без обсыпки кратковременными механическими нагрузками на одноосное сжатие.

а) механизм сводоразрушения; б) привод механизма сводоразрущения Рисунок 5 - Экспериментальный бункер дреноукладчика

Качество обсыпки дрены ПГС экспериментальным бункером дреноукладчика со сводоразрушающим устройством осуществлялось визуально по специальным параметрам, объединённым в оценочные группы «неудовлетворительно», «удовлетворительно» и «хорошо».

Для проведения трёхфакгорного эксперимента с целью определения оптимальных параметров и режимов работы сводоразрушающего устройства использован план Бокса-Бенкина.

Полевые исследования проводились в ЗАО «Краснокутское» Веселовского района, где в рамках диссертационной работы была проведена реконструкция дренажной линии, путем замены повре- ^ , *

бункером-трубоукладчиком предложенной конструкции (рисунок 6).

Рисунок 6 - Экскаватор ЭТЦ -208 с экспериментальным бункером

Дрена заложена в соответствии с ВСН 33-2.03-86 по методике, предложенной НГМА и дополненной автором. Водопроводящая часть выполнена из дренажных гофрированных ПВХ труб (ТУ 2248-003-2003) диаметром 110 мм, обернутых в один слой нетканым ЗФМ с обсыпкой по периметру песчано-гравийной смесью (ПГС).

Подача ПГС и формирование фильтра вокруг дренажной трубы, производилась принудительно сводоразрушающим устройством. Требуемая плотность тела фильтра достигалась регулированием частот вращения комбинированных шнеков сводоразрушающего устройства Это вызывает изменение сил динамического воздействия транспортируемого потока ПГС на укладываемый слой фильтрующей обсыпки, обеспечивая необходимую плотность материала. Диапазон изменения частот находился в пределах от 40 до 100 об/мин в зависимости от скорости движения дреноукладчика Во время испытаний ходоуменьшитель трактора позволил изменять рабочую скорость передвижения в диапазоне от 0,11 до 0,98 км/ч.

Исследование работы дрены заключалось в определении её технической и мелиоративной эффективности. Исследование технической эффективности дрены выполнялось по методу, предложенному Р.Г. Джанумовым и Ю.Г.Филипповым.

В четвертой главе «Результаты лабораторно-полевых исследований и их анализ» произведён анализ исследований основных физико-механических свойств ПГС, представлены результаты экспериментальных исследований разработанных технологии и устройства для непрерывной подачи ОФМ в зону послойного распределения.

Полученные характеристики ПГС соответствуют требованиям ВСН 33-2.20886, предъявляемым к фильтрам и обеспечивают образование в теле фильтра пор и фильтрационных ходов, достаточных для свободного выноса в дрену частиц грунта диаметром менее 0,05 мм и задержания частиц диаметром более ОД мм

Хронометраж образования статически устойчивых сводов в бункере дреноукладчика показал, что среднее время простоя бункера составило 27 % от общего времени смены. Отсюда следует, что в бункере необходима установка сводоразрушающего устройства, параметры и режимы которого обеспечивали бы равномерное истечение ОФМ из бункера дреноукладчика.

В результате экспериментальных исследований получено поле частот внешнего воздействия на свод в зависимости от угла наклона стенки бункера а и величины стрелы статически устойчивого свода /ст, образующегося в бункере.

В опытах угол а изменялся от 0° до 90°, а от 0,1 до 0,4 м. В результате получены графики функций одни из которых представлены на рисунках 7, 8.

оЛ. м

— экспериментальное

— теоретическое

— экспериментальное

— теоретическое

Рисунок 7 - График функции V = /3 (а) при Яв = 0,09 м

Рисунок 8 - График функции V = Л(Я„) при а = 10°

Анализ графиков (рисунки 7, 8) показывает, что каждым значениям а и Дв соответствует частота V возникновения и разрушения статически устойчивых сводов Следовательно, для каждых значений а и Яв можно определить значения числа оборотов щнека, обеспечивающие заданный расход ОФМ и его разрыхление.

В реальной конструкции угол а находится в диапазоне от 0° до 10° при этом, Дв = 0,2 м, что соответствует требованиям укладки дренажа (рисунки 9,10).

% а, град.

„ О- &

NN гы,Ю

009 а е 027 ОМ 0.І А!

— экспериментальное

— теоретическое

экспериментальное теоретическое

Рисунок 9 - I рафик функции п = /5 (а) при /?в = 0,2 м

Рисунок 10 - График функции при а = 10°

В связи с тем, что расход ОФМ зависит от осевой подачи шнека, выбор числа оборотов шнека необходимо производить исходя из подачи секундного объёма ОФМ, укладываемого вокруг дренажной трубы в процессе строительства дренажа.

Доказано, что основными факторами, влияющими на величину наибольшего сводообразующего размера О,,.«, выпускной щели бункера, являются размер с1у частиц ОФМ и осевая податливость статически устойчивого свода К, зависящая от физико-механических свойств ОФМ и фрикционных свойств материала бункера.

Теоретические исследования показали, что одним из основных параметров дозирования ОФМ при строительстве дренажа является отношение скоростей Уож/У№. Это отношение зависит от ръ р2, 1,1г и Яв = йж. Проведенный эксперимент подтвердил эти выводы и показал, что для любого соотношения к ■ р, и /?ж • р2 существует конкретное соотношение Уом/У№ , по которому можно определять Кош при заданном значении Уяр, или наоборот.

Проведены сравнительные лабораторные исследования экспериментального и базового бункеров по качеству укладки ОФМ и соответствующих энергетических затрат. На рисунке 11 показана оценка качества укладки.

а б в

а - прерывистая укладка ОФМ бункером базового дреноукдадчика; б - неравномерная укладка ОФМ бункером со сводоразрушающим устройством при Ц. = 0,03 м/с, п = 25,0 мин-1; в - качественная укладка ОФМ бункера со сводоразрушающим устройством при Ц. = 0,042м/с, п = 40,0мин-1

Рисунок 11 - Лабораторные исследования качества укладки ОФМ бункерами базового дреноукладчика и предложенной конструкции

Результаты тяговых сравнительных испытаний показали, что сводоразрушаю-щее устройство позволяет уменьшить тяговое сопротивление, примерно, на 7% за счет нагнетаемого шнеками потока ОФМ и повысить оценку качества укладки с негативной на хорошую. При этом подтверждено, что скорость укладки дренажа

должна обеспечивать соотношение плотностей ОФМ, выходящих из желоба бункера и укладываемых на дно траншеи.

Для выявления степени влияния факторов на процесс дозирования ОФМ был проведен трёхфакторный эксперимент. В него вошли факторы, полученные в результате выполнения априорного ранжирования соотношение р2/р\, г2 - форма выпускного отверстия; г3 - площадь выпускного отверстия бункера). Математическая модель, полученная в результате описания поверхности отклика уравнением регрессии второго порядка приняла вид:

у = 0,6012 + 0,654 ■ г! + 0,0045 ■ гг + 0,0275 • г3 - 0,0039 ■ ■ г2 + +0,0750 г1-г3 + 0,0246 • ■ г3 - 0,0783 ■ г\ + 0,458 • - 0,034 • г|. (23) Модель проверялась с помощью критерия Фишера и дала хорошие результаты с 95% вероятностью, так как ¥расч = 0,12 < ¥табл = 2,1.

Далее анализируя полученное уравнение регрессии, были построены графики поверхности отклика. Для этого последнее уравнение подверглось каноническому преобразованию, которое в стандартной канонической форме имеет вид:

у = 0,597 + 0,0476 • г| - 0,0364 • г|. (24)

Подставляя различные значения «у» в последнее уравнение, получаем уравнения соответствующих контурных линий - гипербол, в совокупности представляющих собой целое семейство сопряженных гипербол (линий равного значения соотношений Рх/Рг ОФМ, выходящего из выпускного отверстия бункера, площадь которого соответствует наибольшей сводообразующей площади (рисунок 12)).

Круглая I

а Круглая , 1 ~ ' I

| Прямоугольная |

Прямоугольная Прямоугольная

609 707 1257 1963 2136

Площадь выпускного отверстия мм' Рисунок 12 - Двумерное сечение поверхности отклика при — 0

Из графика следует, что оптимальный вариант отношения плотностей ОФМ

для круглого сечения жёлоба равен р\/р2 = 0,62, или — = — = 1,61.

Рі 62

Это условие справедливо для статического уплотнения ОФМ в желобе бункера. В динамике при работающем шнеке уплотнение ОФМ снижается в 1,5 ч-1,7 раза Поэтому, оптимальным будет значение р2/Рі = 1,61/1,5 = 1,073.

Жёлоб бункера переходит в щелевую форму, при которой, как следует из рисунка 12, — = 0,579 или — = г 1,11, что отвечает оптимальным условиям.

Рг Рг 579-1,5

Таким образом, исходя из простоты изготовления бункера с щелевым отверстием, в предлагаемой конструкции устройства принимаем щелевое отверстие с размерами I х 2ДЖ > 2136 мм2 .

Аналогичным способом строились двумерные сечения при г2 = 0, г3 = 0. Результаты трёхфакторного эксперимента позволяют сделать следующие выводы:

1. Форма выпускного отверстия бункера, в принципе, не влияет на соотношение рг/Р\- Следовательно, её следует выбирать конструктивно, исходя из конфигурации укладываемого валка ОФМ.

2. Ширина щелевого отверстия бункера при дозировании ОФМ, должна быть больше сводообразующей, то есть О ж > ДІС[І.

3. Соотношение Рг/Рх должно находиться в пределах от 1,1 до 1,2. Анализ результатов исследования эффективности работы дрен уложенных по

предлагаемой технологии показал, что с наименьшим фильтрационным сопротивлением (таблица 1) работает новая дрена (Фс = 18,53 м).

Таблица 1 - Средние значения фильтрационных сопротивлений дрен, рассчитанных различными методами

Номер дрены По А.М. Сойферу Решение обратных задач

Число наблюдений Фильтрационное сопротивление, м Число наблюдений Фильтрационное сопротивление, м

дрена тіш конструкции дрена тип конструкции

ЗДр-1 16 17,52 17,52 14 18,53 18,53

ЗДр-2 16 18,58 18,32 14 2222 21,69

ЗДр-3 16 18,06 14 21,16

Фильтрационное сопротивление новой конструкции с песчанно-гравийной обсыпкой на 12-15% меньше существующей.

Применительно к рассматриваемым конструкциям выполнены расчёты коэффициентов гидравлического сопротивления и водозабора, и установлены зависимости д=Т(И). Водозаборные характеристики исследуемых дрен, зависимости удельных расходов от напоров (рисунок 13) и фильтрационные сопротивления (таблица 2), установленные различными методами, позволяют сделать обоснованные выводы об эффективности изучаемых конструкций. Так, у дрены, уложенной с применением новой технологии обсыпки фильтрационное сопротивление в среднем на 10-15% меньше, чем у конструкции построенных по традиционной технологии.

Таблица 2 - Показатели технической эффективности конструкций дрен

Технология обсыпки дрены ОФМ Удельный расход, ^ л/с-км Фильтрационное сопротивление, Ф, м Коэффициенты Показатель водоприём. способности р, м/сут

по А.М. Сойферу решение обратных задач % Ц

Внедряемая 0,40... 0,55 17,52 18,53 3,75 0,28 0,31

Традиционная 0,36... 0,52 18,32 21,69 4,10 0,22 0,28

Дрена, уложенная взамен повреждённой характеризуется меньшим значением коэффициента гидравлического сопротивления (4 = 3,75), большим коэффициентом водозабора (ц = 0,28) и обеспечивает удельные расходы в среднем до 0,5-0,6 л/с-км при напорах до 0,6 м.

Анализ результатов полевых исследований дрен позволяет сделать заключение об эффективности новой технологии обсыпки труб ОФМ и целесообразности её применения для строительства и реконструкции дренажа.

На основании теоретических и экспериментальных исследований разработана методика расчёта дозирующей системы бункера дреноукладчика.

а/г.1-м 0.069

0.052

вам

0.017

0.2 Ті Ш й л

1-дрена ЗДр-1; 2-дрена ЗДр—2; З-дренаЗДр-З

Рисунок 13 - График удельных расходов дрен от действующих напоров

В пятой главе «Экономическая эффективность разработки» рассмотрены экономические показатели применения усовершенствованного технологического приёма обсыпки дренажных труб. Предлагаемая технология предусматривает исключение остановок дреноукладчика, вызванных прекращением истечения ОФМ из бункера в придренную полость. Такие остановки занимают до 35% общего времени цикла Исключение остановок приводит к увеличению производительности работ на 18%.

Экономический эффект от применения разработанных технологий и технологических средств составляет 14140 рублей на 1000 м реконструируемого дренажа, что составит для оросительной системы ЗАО «Краснокутское» 1256000 рублей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Технологические процессы и технические средства, применяемые при строительстве и реконструкции ЗГД, не обеспечивают равномерную подачу ОФМ в зону его распределения. Низкое качество укладки обусловлено недостаточной изученностью процесса формирования защитной изоляции дрены, нерациональными с точки зрения сводообразования параметрами бункеров.

2. Предложенная математическая модель процесса подачи ОФМ в зону его послойного распределения позволяет определить скорости движения и условия образования в бункере дреноукладчика статически устойчивого свода ОФМ, а так же режимы воздействия на него сводообрушителем, при которых достигается околорезонансное разряжение ОФМ, предотвращающее сводообразование.

3. Поступательная скорость агрегатирования устройства при строительстве дренажа прямо пропорциональна осевой скорости шнека-дозатора, соотношению плотностей, истекающего из бункера и укладываемого в валок ОФМ, квадрату ширины щели выпускного отверстия и обратно пропорциональна ширине и высоте валка ОФМ.

4. Полученные зависимости позволили определить все необходимые конструктивные и режимные параметры бункерного устройства с улучшенным качеством технологического процесса. Так для дреноукладчика УДМ-350М оборудованного бункером со сводоразрушителем и шнековым дозатором, число оборотов ворошилки равно 10,1 об/мин, размеры выпускной щели 40x30 см, скорость движения дреноукладчика 187,2 м/час.

5. Проведенные экспериментальные исследования спроектированного по предложенной методологии бункера со сводоразрушителем и шнековым дозатором подтвердили его работоспособность и высокую эффективность.

6. Технологические затраты на строительство дренажа по предложенной технологии более чем на 15% ниже затрат по существующей технологии. Производительности работ повышается на 18%. Внедрение технологии непрерывной подачи ОФМ основанной на применении разработанного бункера дреноукладчика с устройством сводоразрушения и дозирования ОФМ (патент РФ Е02Е 5/10 76356 1Л) позволило получить экономический эффект в сумме 14140 рублей на 1000 метров реконструируемого дренажа, что составит для оросительной системы ЗАО «Краснокутское» Ве-селовского района 1256000 рублей.

Рекомендации

1. Для адекватного описания процесса движения ОФМ в бункере дреноукладчика необходимо учитывать параметры бункера, физико-механические свойства ОФМ и форму его реальных частиц. Выпускное отверстие бункера должно превышать его наибольший сводообразующий размер.

2. Кинематические параметры сводоразрушающего механизма необходимо рассчитывать исходя из условия, что подпор, создаваемый работающим шнеком должен соответствовать допускаемому напряжению на смятие дренажной трубы. Максимальное уменьшение диаметра дренажной трубы не должно превышать 3%.

4. Необходимо определять величину максимально возможной нагрузки на дренажную трубу кратковременными механическими нагрузками на одноосное сжатие.

Перспективы дальнейшей разработки темы

- адаптировать результаты исследований и разработать методику для обоснования параметров устройства механизированного разрушения статически устойчивых сводов в бункере безтраншейнош дреноукладчика;

- уточнить математическую модель процесса подачи ОФМ в зону его послойного распределения с учетом силового воздействия статически устойчивого свода фильтра на нагрузки элементов конструкции бункера дреноукладчика

Список работ, опубликованных автором по теме диссертации

в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Никитенко, А. В. Математическое моделирование процесса сводообразова-ния сыпучего защитно-фильтрующего материала в грузовом отсеке бункера дрено-укладчика / А. В. Никитенко. // Природообустройство: науч.-практич. журн. / МГУП. - 2010. - № 1. - С. 89 - 93.

2. Никитенко, А. В. Частотная характеристика образования статически устойчивых сводов объемно-фильтрующего материала в жёлобе бункера узкотраншейного дреноукладчика / А.В. Никитенко, А.В. Осипов // Труды КубГАУ. - Краснодар. -2010. - № 3 (24). - С. 169 - 171.

3. Никитенко, А В. Методика инженерного расчёта дозирующей системы узкотраншейного дреноукладчика / А. В. Никитенко // Мелиорация и водное хозяйство. -2010.-№4.-С. 15-16.

4. Никитенко, А.В. Исследование технологии принудительной обсыпки дренажных труб объёмно-фильтрующим материалом при строительстве закрытого горизонтального дренажа/ А.В. Никитенко, В.П. Максимов//Полигематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2013. - №04(88). - IDA [article ID]: 0881304043. - Режим доступа: http://ei.kubagro.ru/20I3/04/pdf/43.pdf. 0,813 у.п.л., импакт-фактор РИНЦ=0,577.

патенты:

5. Бункер узкотраншейного дреноукладчика: пат. RU 76356 U1 Рос. Федерация: МПК E02F 5/10 (2006.01) / А.В. Никитенко.; заявитель и патентообладатель Ново-черк. гос. мелиор.акад. - № 2007126508/22; заявл. 11.07.2007; опубл. 20.09.2008, Бюл. № 26. -2 е.: ил. (автор- 100%).

в других изданиях:

6. Никитенко, А. В. Уплотнение песчанно-гравийного фильтра при строительстве закрытого горизонтального дренажа усовершенствованным бункером дрено-

укладчика / А. В. Никитеико. // Роль мелиорации и водного хозяйства в реализации национальных проектов: материалы междунар. науч.-практ. конф./ МГУП. - М., 2008. -Ч. 1. - С. 186-189.

7. Никитенко, А. В. Анализ бункеров узкотраншейных дреноукладчиков, применяемых для строительства пластмассового закрытого горизонтального дренажа в зоне орошения/ А. В. Никитенко // Технологии и средства механизации в АПК: сб. науч. Тр. / НГМА. - Новочеркасск, 2009. - С. 153 -156.

8. Никитенко, А. В. Закрытый горизонтальный дренаж как средство ухода за насаждениями винограда / А. В. Никитенко // Человек в современном мире: междунар. сб. науч. - пракгич. работ / ГинГо - Ростов н/Д, 2010. - Вып. 3. - С. 318 - 322.

9. Никитенко, A.B. Назначение дренажных фильтров и требования, к ним предъявляемые / А. В. Никитенко // Человек. Общество. Природа: междунар. сб. науч. -пракгич. работ. / ГинГо. - Ростов н/Д, 2011. - Вып. 1. - С. 322 - 326.

10. Никитенко, А. В. Исследование кольцевой устойчивости пластиковых дренажных труб/ А. В. Никитенко// Инновационные пути развития агропромышленного комплекса: задачи и перспективы: междунар. сб. науч. трудов // Высокоэффективные технологии и технические средства в сельском хозяйстве. - ФГБОУ ВПО АЧГАА - Зерноград, 2012. - С. 265 - 269.

11. Никитенко, A.B. Технико-экономическое обоснование технологии принудительной обсыпки дренажных труб объёмно-фильтрующим материалом/ A.B. Никитенко, В.П. Максимов. // Материалы междунар. науч.-практ. конф. 29-30 мая 2013 г. «Интеграция науки и образования - стратегия устойчивого развития водно-мелиоративного комплекса страны» / Новочерк. гос. мелиор. акад. - Новочеркасск: Лик, 2013. - С. 244-251.

Подписано к печати Формат 60x80 1/16

Объем 1,0 п.л._Тираж 100 экз._Заказ №_

Отдел оперативной полиграфии ФГБОУ ВПО НГМА, 346428 г. Новочеркасск, ул. Пушкинская, 111

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата технических наук, Никитенко, Андрей Васильевич, Новочеркасск

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "НОВОЧЕРКАССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕЛИОРАТИВНАЯ

АКАДЕМИЯ"

Никитенко Андрей Васильевич

ТЕХНОЛОГИЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ПОДАЧИ ОБЪЁМНО-ФИЛЬТРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И РЕКОНСТРУКЦИИ ЗАКРЫТОГО ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ДРЕНАЖА

Специальность: 06.01.02 - «Мелиорация, рекультивация и охрана земель»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор

А.А. Коршиков

Новочеркасск 2013

Содержание

Введение ..............................................................................................................5

1 Состояние вопроса. Цель и задачи исследований.........................................10

1.1 Характеристика и особенности конструкции закрытого горизонтального дренажа на оросительных системах............................................10

1.2 Технология строительства дренажа узкотраншейным способом в зоне орошения................................................................................................17

1.3 Анализ машин для строительства горизонтального дренажа из пластмассовых труб узкотраншейным способом......................................27

1.4 Анализ сыпучих защитно-фильтрующих материалов........................35

1.4.1 Назначение фильтров и требования, предъявляемые к ним............35

1.4.2 Анализ фильтров из сыпучих гранулированных материалов.........38

1.5 Обзор и анализ исследований процессов подачи ОФМ в придрен-ную полость и сводообразования в бункерах.............................................40

1.6 Выводы по главе. Цель и задачи исследований...................................43

2 Математическое моделирование процесса подачи ОФМ в зону его послойного распределения.................................................................................45

2.1 Физико-механическая модель песчано-гравийной смеси как сыпучего тела.....................................................................................................45

2.2 Движение ОФМ в бункере.....................................................................50

2.3 Аналитическое определение параметров процесса подачи ОФМ................................................................................................................53

2.4 Основные параметры статически устойчивого свода ОФМ в желобе .................................................................................................................56

2.5 Частотная характеристика статически устойчивого свода ОФМ в желобе бункера..............................................................................................64

2.6 Параметры процесса дозирования ОФМ..............................................67

2.7 Выводы по главе......................................................................................71

3 Методика лабораторно-полевых исследований............................................73

3.1 Цель и задачи экспериментальных исследований...............................73

3.2 Общая программа и методика экспериментальных исследований...................................................................................................................73

3.3 Методика лабораторных исследований................................................74

3.4 Методика многофакторного эксперимента..........................................88

3.5 Методика полевых исследований..........................................................89

3.6 Мелиоративно-хозяйственные условия объекта исследования.........94

3.6.1 Характеристика дренажного участка в ЗАО «Краснокутское» Веселовского района.....................................................................................95

4 Результаты лабораторно-полевых исследований и их анализ.....................100

4.1 Физико-механические свойства ОФМ..................................................100

4.1.1 Физико-механические показатели ПГС.............................................100

4.1.2 Влияние свойств ПГС на деформацию дренажных труб.................106

4.1.3 Основные физико-механические свойства ПГС...............................109

4.2 Наибольший сводообразующий размер выпускной щели желоба бункера...........................................................................................................110

4.3 Анализ частотных характеристик статически устойчивых сводов ОФМ................................................................................................................112

4.3.1 Определение плотности ПГС и соответствующей величины деформации дренажной трубы в зависимости от частоты вращения сводоразрушителя.........................................................................................112

4.3.2 Поле частот внешнего воздействия и характеристики статически устойчивого свода..................................................................................113

4.4 Параметры процесса дозирования ОФМ..............................................117

4.5 Влияние параметров процесса дозирования ОФМ на энергоёмкость и скорость строительства дренажа...................................................120

4.5.1 Энергетические показатели и оценка качества процесса укладки песчано-гравийного ОФМ............................................................................120

4.5.2 Влияние параметров процесса дозирования ОФМ на скорость строительства дренажа.................................................................................128

4.6 Анализ результатов оптимизации некоторых параметров процесса дозирования ОФМ из желоба бункера...................................................133

4.7 Методика расчета дозирующей системы устройства..........................141

4.7.1 Общие положения методики расчета.................................................141

4.7.2 Последовательность расчета устройства...........................................142

4.7.3 Пример расчета дозирующего устройства........................................143

4.8 Сравнительный анализ качества работы дрен уложенных по традиционной и предлагаемой технологии................................................145

4.9 Выводы по главе......................................................................................152

5 Экономическая эффективность разработки..................................................154

5.1 Особенности технологии непрерывной подачи объёмно-фильтрующего материала и её влияние на технологические затраты

при строительстве дренажа..........................................................................154

5.2 Расчет экономическая эффективность разработки....................................158

Заключение...............................................................................................!...........175

Рекомендации.......................................................................................................176

Перспективы дальнейшей разработки темы.....................................................177

Словарь терминов................................................................................................178

Список литературы..............................................................................................180

Список иллюстрированного материала............................................................197

Приложения.........................................................................................................202

Приложение А......................................................................................................203

Приложение Б......................................................................................................204

Приложение В......................................................................................................206

Введение

Важнейшим элементом гидромелиоративных систем, обеспечивающим повышение эффективности использования орошаемых земель, является дренаж. Основным и непосредственным назначением дренажа является удаление из корнеобитаемой зоны почвогрунтов избытка воды и солей, создание оптимального водно-солевого режима для развития сельскохозяйственных культур.

В настоящее время на орошаемых землях преимущественно применяется закрытый горизонтальный дренаж, который представляет собой систему линейных сооружений, обеспечивающих автоматическое понижение уровня грунтовых вод на заданные глубины и отвод их за пределы орошаемой территории.

Актуальность темы исследования. По данным Федерального агентства кадастра объектов недвижимости 52,7% орошаемых площадей южного федерального округа подвержены вторичному засолению, которое обусловлено интенсивным поднятием уровня грунтовых вод (УГВ) из-за низкой эффективности работы закрытого горизонтального дренажа (ЗГД).

сыпки провоцируют образование внутри бункера статически устойчивых сводов. При этом процесс подачи объёмно-фильтрующего материала (ОФМ) осуществляется прерывисто с образованием пустот, что приводит к образованию сифонных перегибов, нарушению целостности дренажных линий, сдавливанию дренажной трубы и способствует в дальнейшем интенсивному засорению и заиливанию дрены.

Многочисленными наблюдениями и исследованиями установлено, что очень важно в процессе реализации технологической операции обсыпки дрен обеспечить беспрерывное истечение объёмно-фильтрующего материала из бункера дреноукладчика, равномерное распределение слоёв фильтра, а при необходимости и уплотнение уложенного фильтра. Существующие конструкции бункеров не могут осуществить названные технологические операции.

В связи с этим совершенствование технологий и агрегатов, обеспечивающих высокое качество строительства ЗГД, устойчивое и высокоэффективное функционирование дренажных систем является важной и актуальной проблемой.

Степень разработанности темы. Существующая технология подачи ОФМ к месту его укладки и послойного распределения для защиты дренажной трубы не предусматривает возможности контроля и управления процессом дозирования ОФМ в автоматическом режиме, что приводит к образованию многочисленных строительных дефектов. Основы теории и практики по обеспечению бесперебойной подачи сыпучих материалов бункерными устройствами изложены в трудах А. Н. Панченко (1977, 1979, 1985), Р. Л. Зенко-ва (1964, 1977, 1987), К. В. Алферова (1946, 1955), Л.В. Гячева (1968), В. А. Богомягкого (1973, 2007), С.К. Янчина (1966), Э. В. Дженике (1968) и других ученых с обоснованием изыскания, проектирования и конструирования дозирующих бункерных устройств.

Цель исследования - повышение эффективности, надежности и долговечности работы закрытого горизонтального дренажа за счет совершенство-

вания технологии обсыпки пластмассовых дренажных труб сыпучим объёмно-фильтрующим материалом.

Задачи исследования:

- провести анализ существующих технологий и средств строительства ЗГД в зоне орошения, а так же конструкций дренажных фильтров;

- разработать методику расчета сводоразрушающего устройства;

- разработать технологию обсыпки дренажных труб ОФМ и провести опытно-производственную проверку бункера оснащенного сводоразрушаю-щим устройством;

- выполнить технико-экономическое обоснование результатов исследований.

Научная новизна исследования:

- разработана математическая модель процесса подачи ОФМ в зону его послойного распределения;

- разработана методика расчета оптимальных параметров сводоразрушающего устройства для осуществления обсыпки пластмассовых дренажных труб сыпучим ОФМ без образования статически устойчивых сводов в бункере-дозаторе дреноукладочного устройства;

Теоретическая и практическая значимость. В результате теоретических и экспериментальных исследований разработана математическая модель процесса подачи ОФМ в зону его послойного распределения, которая позволила определить условия образования статически устойчивого свода ОФМ в бункере дреноукладчика, получить выражения для определения режимов работы сводоразрушающего устройства, зависимости для определения необходимых конструктивных и режимных параметров бункерного устройства дреноукладчика.

Методология и методы исследования. Теоретические исследования выполнены на базе математических и логических методов познания объекта, экспериментальные - с использованием стандартных и частных методик проведения экспериментов и методов их планирования. Опытные данные научных исследований получены в результате использования общеизвестных методик натурных и лабораторных экспериментов, метрологически аттестованных приборов и стандартного оборудования промышленного изготовления.

Положения, выносимые на защиту:

- физико-механическая модель сыпучего ОФМ;

- математическая модель процесса подачи сыпучего ОФМ в зону его послойного распределения;

- конструкция рабочего органа для механизированного разрушения статически устойчивых сводов из ОФМ в бункере узкотраншейного дреноуклад-чика (патент РФ Е02Р 5/10 76356 Ш);

Степень достоверности и апробации результатов подтверждена достаточным объёмом экспериментального материала, применением стандартных методик математико-статистической обработки экспе-риментальных данных, удовлетворимой сходимостью экспериментальных и теоретических данных, критическим анализом и заключением экспертов.

Основные положения диссертации и результаты исследований обсуждены и одобрены на межвузовских научно-технических конференциях «Совершенствование технологий и средств механизации производственных процессов в АПК» (г. Новочеркасск 2007, 2009, 2011 г.г.), научно-практических конференциях НГМА (2006 - 2011 г.г.), международных научно-практических конференциях МГУП (г. Москва 2008, 2009г.г.), международной научной конференции «Человек в современном мире» (г. Ростов н/Д, 2010 г.), донской аграрной научно-практической конференции «Инновационные пути развития агропромышленного комплекса: задачи и перспективы» (г. Зерноград, 2012 г.), международной научно-практической конференции «Интеграция науки и образования - стратегия устойчивого развития водно-мелиоративного комплекса» (г. Новочеркасск, 2013 г.).

По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ общим объёмом с учетом долевого участия в коллективных публикациях 3,3 п.л., из них лично автора 2,8 п.л. Получен патент на полезную модель (патент РФ Е02¥ 5/10 76356 1Л).

1 Состояние вопроса. Цель и задачи исследований

1.1 Характеристика и особенности закрытого горизонтального дренажа на

оросительных системах

Анализ данных государственного мониторинга земель на 1 января 2010 года показал, что практически во всех субъектах Российской Федерации продолжается тенденция по ухудшению мелиоративного состояния орошаемых земель. По сравнению с данными на 1 января 2004 года из сельскохозяйственного оборота выбыло 207 тыс. га. орошаемых земель.

На большинстве находящихся в обороте землях интенсивно развиваются такие негативные процессы как водная эрозия, заболачивание, засоление, подтопление и другие процессы, ведущие к потере плодородия сельскохозяйственных угодий и выводу их из хозяйственного оборота.

Водной эрозии подвержено 17,8% площади сельскохозяйственных угодий, переувлажненные и заболоченные земли занимают 12,3%, засоленные и солонцеватые - 20,1% сельскохозяйственных угодий.

Наиболее опасными в эрозионном отношении являются территории Приволжского (50,0%), Южного (24,3%) и Центрального (12,4%) федеральных округов (рисунок 1.1).

В Приволжский ф.о. в Уральский ф.о. в Сибирский ф.о. В Дальневосточный ф.о. В Центральный ф.о в Северо-Западный ф.о. в Южный ф.о.

Рисунок 1.1 - Доля эродированных земель по федеральным округам

Российской Федерации

Процессы заболачивания в наибольшей степени развиты на территории Центрального (31,7%) и Сибирского (22,8%) федеральных округов (рисунок 1.2), засоления - Южного (52,7%) и Сибирского (33,1%) федеральных округов (рисунок 1.3)

5,4%

10,2%

10%

В Приволжский ф.о. в Уральский ф.о. 22,8% у сибирский ф.о.

в Дальневосточный ф.о. в Центральный �

Информация о работе

Никитенко, Андрей Васильевич
кандидата технических наук
Новочеркасск, 2013
ВАК 06.01.02

Диссертация

Технология непрерывной подачи объёмно-фильтрующих материалов при строительстве и реконструкции закрытого горизонтального дренажа - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы