Выбор и определение технологических параметров строительной техники для выполнения земляных работ при строительстве линейного участка м

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение высшего  профессионального  образования

«Пермский государственный  технический университет»

Кафедра «ГНМ»

 
 
 
 

 
 
КУРСОВАЯ  РАБОТА

по  дисциплине: «Машины и оборудование газонефтепроводов»

 
 
Тема:

  ВЫБОР И ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ  ПАРАМЕТРОВ СТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ 

  ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ЛИНЕЙНОГО УЧАСТКА     

                                                            МАГИСТРАЛЬНОГО  ТРУБОПРОВОДА.

Вариант 9 
 
 
 
 
 
 
 
 

                          Выполнил: студент группы

        Проверил: ст. преподаватель кафедры  ГНМ 
 
 
 
 

  Пермь2011

1. Начальные   условия.

  Строительство линейного участка магистрального   трубопровода  производим в зимних условиях, диаметр трубы  325 мм, длина отрезка работ 12км, грунт–глина с примесями, сезонное промерзание грунта  составляет 1,7м, глубина снежного покрова  составляет 0,7м, толщина  растительного слоя -0,4м, с 30% рекультивацией плодородного слоя.

 Производство земляных работ в зимнее время связано с рядом сложностей: промерзание грунта на различную глубину и наличие снежного покрова. Для этого используют дополнительную технику, такую как рыхлители и гидромолоты.

  В  ходе  работы необходимо определить  технологические параметры траншеи  (размер и форма), выбрать тип  и определить параметры строительной техники, а также составить технологическую карту выполнения работ при поточном  строительстве и проанализировать эффективность строительства линейного участка магистрального участка трубопровода поточным методом. 

2. Определение технологических параметров траншеи.

1.Определим  глубину траншеи:

2.Ширину  траншеи  по низу назначают  не менее  D+300мм при диаметре трубопровода до 700мм.

 принимаем по ширине режущей кромки ковша экскаватора 700мм.

3.Ширина  траншеи по верху:  700мм.

4.Ширина  снятия плодородного слоя: Согласно  нормативной документации для  работы экскаватора необходимо 3,5м. 

5.Определим  площадь траншеи:

6.Определим площадь снятия растительного слоя, он представляет собой прямоугольник  со сторонами  А=3,5 м- ширина снятия растительного слоя,

В=0,4м- толщина  растительного слоя.

7.Определим  ширину отвала растительного  грунта:

,       

8.Определим площадь отвала минерального грунта:

 

где к_р=1,25 коэффициент разрыхления грунта

9.Определим ширину отвала минерального грунта:

Угол  естественного откоса

   Площадь треугольника отвала минерального грунта находим по формуле:

                            ,          

Ширина  отвала минерального грунта  составляет:

                                                 

Отвал минерального грунта располагаем на расстоянии 0,5м от края разработки растительного грунта, расстояние между отвалами минерального грунта  и плодородного грунта принимаем 4,5 м, расстояние до отвала снега принимаем равным 0,5м. 
 

 
 
 
 

3.Выбор строительной техники для производства земляных  работ.

    Так как работа производится в зимний период, то для этого необходима следующая строительная техника:

    - бульдозер для расчистки от снега;

    -бульдозер-рыхлитель  для рыхления мерзлого грунта;

    -бульдозер  для перемещения разрыхленного  грунта (растительный слой);

    -гидромолот  на базе экскаватора;

    -экскаватор  для разработки траншеи; 

3.1.Определение технологических параметров бульдозера для расчистки от снега и перемещения грунта.

   Для производства работ по расчистке траншеи от  снега и по перемещению разрыхленного грунта  выбран  бульдозер ДЗ-118: базовый трактор (гусеничный) ДЭТ-250М, мощность двигателя- 243кВт, скорость вперед и назад -1,14-19км/ч, ширина отвала-4310мм, высота без козырька-1550мм, опускание ниже опорной поверхности- 515мм, эксплуатационная масса бульдозера -36745кг. 

3.1.1.Тяговый  расчет бульдозера 

Тяговое усилие бульдозера рассчитывается по формуле:

1. Сопротивление грунта резанию.

                                              

где -, - удельное сопротивление грунта резанию для грунтов 3 категории 0,8-1,2 кг/см²,* / м²

                        - площадь снимаемой стружки, - ширина отвала, h- толщина снимаемого растительного слоя.

                                                                  

2. Сопротивление перемещению призмы волочения.

                                           

                               

         - плотность разрушенного грунта, -угол естественного             откоса  для связных грунтов нормальной влажности, – коэффициент трения                грунта о грунт, l–  ширина отвала бульдозера.                                         

          

         3. Сопротивление перемещению вверх по отвалу.

=0,75-1,0 для суглинка коэффициент трения  грунта по металлу, угол отвала (грунт заходит на отвал).

4. Сопротивление продольному перемещению грунта по отвалу.

                                     ,  т.к cos 90=0

5. Сопротивление движению бульдозера.

                            

- коэффициент сопротивления качению.

     Полное тяговое усилие бульдозера равно:

                                                

Определим мощность бульдозера:

                                           

        v=10 км/ч=10*1000/3600 м

  Расчетная мощность меньше табличной,  значит тяговое усилие выполнено. Так как бульдозер подошел по техническим характеристикам для перемещения грунта, то для перемещения снега он тоже подойдет.

 

    3.1.2Расчет производительности бульдозера: 

 

,

           где :   - производительность бульдозера при резании и перемещении грунта, м³/ч;

t_ц – длительность одного цикла, с;

     k_в=0,85-0,9– коэффициент использования бульдозера во времени;

     k_р=1,25 – коэффициент разрыхления грунта;

     V – объем призмы волочения, м³, который вычисляется по формуле:

,

где  l – ширина отвала бульдозера;

H – высота отвала;

k_n – коэффициент использования потерь (k_n=1-0,005L_n, где L_n – расстояние перемещения грунта (снега)).

Длительность  цикла t_ц складывается из следующих отрезков времени:

,

где  L_р, L_n – длины путей резания и перемещения грунта, м;

v_р, v_n, v₀ – скорости бульдозера при резании, перемещении и обратном ходе, м/с;

t_пз – время паузы на переключения трансмиссии, опускание отвала, с. 

• для расчистки  от снега:    

-ширина  отвала бульдозера; - высота отвала;    k- коэффициент потерь; =13м- путь перемещения призмы грунта(расстояние до снежного отвала).  

                                                               

                                

=5 сек - время переключения; - время опускания отвала бульдозера.

                                        

                                        

• для перемещения растительного слоя:                  

-ширина отвала бульдозера; - высота отвала; - коэффициент потерь; - длина хода(расстояние до снежного отвала).

                           

                                     

         3.2. Определение технологических параметров бульдозера- рыхлителя для рыхления мерзлого  грунта.

            3.2.1.Тяговый расчет бульдозера- рыхлителя.

  Для рыхления мерзлого грунта на глубину 0,4 м выбран бульдозер-рыхлитель ДП-34-2УХЛ на базе трактора Т-25.01: тип навески – четырехзвенный с регулируемым углом рыхления, число зубьев -3, максимальная глубина рыхления -850мм, масса рыхлительного оборудования -5450кг, мощность двигателя 276кВт, скорость вперед до 12км/ч.

Его тяговое  усилие складывается из двух составляющих: сопротивления резанию и сопротивление перемещению бульдозера:

                                                                

     где Р₁ — сопротивление грунта рыхлению; Р₂ — сопротивление движению трактора с рыхлителем. 

     Для растительного грунта:

Сопротивление грунта рыхлению

                                            

     где b — ширина рыхления при 3-х зубьях 1,720-2,140 м; Н — глубина рыхления, 0,4 м; к — удельное сопротивление грунта рыхлению, зависящее от категории грунта = 0.8 кгс/см²=0,78*10⁵ Н/м² ; т - коэффициент, учитывающий неполное разрыхление грунта между зубьями (т = 0,75 — 0,8).

Сопротивление движению трактора с навесным рыхлителем

                                                   

     где G=45705кг=448366Н- вес трактора с рыхлителем;   f- коэффициент сопротивления движению трактора с рыхлителем (f= 0,08—0,15).

                         

Расходуемая двигателем бульдозера-рыхлителя мощность:

                                                   

     где v — рабочая скорость движения бульдозера-рыхлителя, м/с; η — механический к.п.д. трактора. 

3.2.2. Расчет производительности бульдозера-рыхлителя.

     Производительность бульдозера-рыхлителя, при продольно-поворотной схеме работы:

                                       

     где к_и=0,85-0,95- коэффициент использования, учитывающий затраты времени на развороты и подготовительные операции, v_р — рабочая скорость движения бульдозера-рыхлителя, м/с; n — количество продольных ходов рыхлителя по траншее, определяется из геометрических размеров разрабатываемой траншеи и конструкции рыхлителя.

                                                       

                                     

     Для минерального грунта: 

Сопротивление грунта рыхлению

                                                

где b — ширина рыхления при 2-х зубьях 0,7 м; Н — глубина рыхления, 0,725 м;

 к — удельное сопротивление грунта рыхлению, зависящее от категории грунта = 0.8 кгс/см²=0,78*10⁵ Н/м² ; т - коэффициент, учитывающий неполное разрыхление грунта между зубьями (т = 0,75 — 0,8). 
 

Сопротивление движению трактора с навесным рыхлителем

                                              

     где G=45705кг=448366Н- вес трактора с рыхлителем;   f- коэффициент сопротивления движению трактора с рыхлителем (f= 0,08—0,15).

                                       

Расходуемая двигателем бульдозера-рыхлителя мощность:

                                              

     где v — рабочая скорость движения бульдозера-рыхлителя, м/с; η — механический к.п.д. трактора. 

3.2.3. Расчет производительности бульдозера-рыхлителя.

     Производительность  бульдозера-рыхлителя, при продольно-поворотной схеме работы:

                                       

     где к_и=0,85-0,95- коэффициент использования, учитывающий затраты времени на развороты и подготовительные операции, v_р — рабочая скорость движения бульдозера-рыхлителя, м/с; n — количество продольных ходов рыхлителя по траншее, определяется из геометрических размеров разрабатываемой траншеи и конструкции рыхлителя. 

                                                         

                                

4. Определение технологических  параметров экскаватора.

4.1.Определение усилия копания экскаватора.

  Одноковшовый экскаватор (гусеничный гидравлический) ЭО-3122: ширина гусениц 500 мм, удельное давление на грунт 0,48 кг/см ² , эксплуатационная масса 14,3т, емкость ковша 0,63 м ³, продолжительность цикла копания 16 сек., скорость передвижения 3 км/ч, радиус копания на уровне стоянки 7,9 м, максимальный радиус  8,2м, максимальная глубина копания 5,1 м, высота выгрузки 5,52 м, угол поворота ковша 173⁰, также экскаватор может оснащаться различными видами сменного оборудования: гидромолот МГ-300, грейфер копающий.

      Расчет  мощности экскаватора.

Необходимая мощность экскаватора определяется по величине усилия копанию:

                                        

     где: Р - усилие копания, H; k=1,55 кгс/см² =1,52×10⁵ Н/м²;

      - удельное сопротивление грунта копанию Н/м²; b – ширина ковша, b=700 мм;

             h - толщина срезаемой стружки, м;

                                                                                 

     где: q=0,63- объем ковша, м³; к_н=1,0- коэффициент наполнения ковша; к_р - коэффициент разрыхления грунта; к - толщина срезаемой стружки, м; Н_к - путь копания (траектория движения ковша при резании), м;

                                                                     

     где: Н - глубина траншеи, м ; h - толщина плодородного слоя, м; а - угол наклона плоскости забоя к горизонту.

                                                                         

                                                   
 
 

4.2.Определение  производительности экскаватора.

     Эксплуатационная  производительность экскаватора определяется по следующей формуле:

                             

   где: П_тех - техническая производительность экскаватора м³/ч; к_исп - коэффициент       использования   (зависит   от   сложности   формы   траншеи   0,7-0,9);                       к_м   -   коэффициент квалификации машиниста (0,86).

                                                                         

     где: n - количество копаний в час (определяется из среднего времени цикла экскаватора, которое можно определить из технических характеристик); к_гр - коэффициент грунта.

                                                                              

     где: ,к_р, - коэффициенты наполнения ковша и разрыхления грунта (зависят от свойств грунта).

Определим число циклов копания:

                                                               

                   - продолжительность цикла копания.

                                                                        

    

, 

    

. 
 

    5. Сравнительный анализ производительности отдельных элементов комплекса технических средств 

Линейная производительности бульдозера:

• для расчистки от снега:

,

• для перемещения растительного слоя:

.

Линейная техническая производительность бульдозера-рыхлителя для растительного грунта:

    

.

Время рыхления участка длиной 5 км:

    

Линейная техническая производительность бульдозера-рыхлителя для минерального грунта:

    

.

Время рыхления участка длиной 5 км: 

    

Линейная производительность экскаватора:

.

     Больше всего времени потребуется бульдозеру при очистке снега, поэтому дополнительно на этот вид работы можно применить второй бульдозер-рыхлитель, так как его производительность превышает производительность других единиц техники . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     6. Техника безопасности при проведении земляных работ 

    1. Техническому персоналу строительных  организаций необходимо обеспечить выполнение рабочими Правил техники безопасности, предусмотренных действующими документами:

• «Правила техники безопасности при строительстве магистральных стальных трубопроводов» (М., Недра, 1982);
• «Единые Правила безопасности при взрывных работах» (М., Недра, 1976). К выполнению работ допускаются лица, прошедшие инструктаж, обучение и проверку знаний по технике безопасности.
• СНиП III-4-80 «Техника безопасности в строительстве» (М., Стройиздат, 1980);

    2. Не допускается работа землеройных  машин под проводами действующей линии электропередачи. При работе вблизи линии электропередачи необходимо соблюдать меры электробезопасности (СНиП III-4-80 «Правила устройства электроустановок» [ПУЭ]).

    3. Все работающие на трассе должны быть ознакомлены с предупредительными знаками, применяемыми при производстве земляных работ.

    4. Производственные предприятия обязаны  принимать меры по обеспечению пожарной безопасности и производственной санитарии.

    5. Места работ, транспортные и строительные машины должны быть обеспечены аптечками с комплектом кровоостанавливающих, перевязочных и других средств, необходимых для оказания первой помощи. Работающие должны быть ознакомлены с правилами оказания первой доврачебной помощи.

    6. Воду для питья и приготовления пищи во избежание желудочно-кишечных заболеваний рекомендуется использовать на основании заключения местной санитарно-эпидемиологической станции только из источников, пригодных для этой цели. Питьевая вода должна быть кипяченой.

    7. При производстве работ в северных  районах страны в весенне-летний период всех работающих рекомендуется обеспечить защитными (сетки Павловского, закрытая спецодежда) и отпугивающими (диметилфталат, диэтилтолуамид и др.) средствами от комаров, мошки, слепней, гнуса и проинструктировать о порядке пользования этими средствами. При работе в районах распространения энцефалитного клеща всем работающим необходимо сделать противоэнцефалитные прививки.

    8. В зимний период особое внимание  следует обратить на проведение мероприятий по предотвращению обмораживаний, в том числе созданию пунктов обогрева. Работающих необходимо обучить правилам оказания первой помощи при обмораживании.

    9. При строительстве объектов нефтяной и газовой промышленности в охранной зоне действующих коммуникаций (трубопроводов, линий электропередач и т.д.) следует руководствоваться: