Встановлення закономірностей процесу проколу грунту робочим органом з асиметричним наконечником

The presence of analytical dependencies describing the process of static soil puncture by a working body with a conical asymmetric tip is necessary to create installations with the ability to control the trajectory of the soil puncture. The paper considers the features of the process of interaction of an asymmetric conical tip with the ground. Analytical relationships were obtained to determine its reactions during a static puncture, the deviation of the head trajectory from a straight line, to determine the size of the soil compaction zone and the magnitude of the destructive force that acts on adjacent communications and other underground objects. It was found that with an increase in the value of the displacement of the top of the cone, for example, from its axis from 0.02 m to 0.08 m with a borehole diameter of 0.2 m, the value of soil resistance increases almost four times. The greatest resistance is achieved when piercing a hard sandy sand. It was found that with an increase in the displacement of the tip of the tip cone, the deviation of the trajectory increases. The piercing head achieves the greatest deviation from the straight trajectory of movement with a sharper cone and a greater asymmetric deviation of its top, and, for example, in hard sandy loam can be up to 0.17 m with a span of 10 m. It was found that the size of the soil destruction zone will be almost 1.8 times larger than the tip in the form of a symmetrical cone and reaches from 8 to 12 borehole diameters, depending on the type of soil. The maximum pressure on adjacent objects can reach from 0.06 MPa in hard-plastic clay to 0.09 MPa in hard sandy loam. The calculated dependences obtained for determining the power and technological parameters depending on the geometric dimensions of the asymmetric tip of the working body can be used to create installations with a controlled static puncture for use in the most common soil conditions.Наличие аналитических зависимостей, описывающих процесс статического прокола грунта рабочим органом с коническим асимметричным наконечником, нужно для создания установок с возможностью управления траекторией прокола грунта. В работе рассмотрены особенности процесса взаимодействия ассиметричного конического наконечника с грунтом. Получены аналитические зависимости для определения его реакций при статическом проколе, величины отклонения траектории движения головки от прямой, определения размера зоны уплотнения грунта и величины разрушающей силы, которая действует на прилегающие коммуникации и другие подземные объекты. Установлено, что с увеличением величины смещения вершины конуса, например, от своей оси от 0,02 м до 0,08 м при диаметре скважины 0,2 м величина сопротивления грунта увеличивается почти в четыре раза. Наибольшее сопротивление достигается при проколе твёрдого супеска. Установлено, что с ростом величины смещения вершины конуса наконечника отклонение траектории увеличивается. Наибольшего отклонения от прямой траектории движения прокалывающая головка достигает при более остром конусе и большем ассиметричном отклонении его вершины и, например, в твёрдом супеске может составить до 0,17 м при длине пролёта 10 м.  Установлено, что размер зоны разрушения грунта будет больше почти в 1,8 раза по сравнению с наконечником в виде симметричного конуса и достигает от 8 до 12 диаметров скважины в зависимости от типа грунта. Максимальное давление на прилегающие объекты может достигать от 0,06 МПа в тугопластичной глине до 0,09 МПа в твёрдом супеске. Полученные расчетные зависимости для определения силовых и технологических параметров в зависимости от геометрических размеров ассиметричного наконечника рабочего органа могут быть использованы при создании установок с управляемым статическим проколом для применения в наиболее распространенных грунтовых условиях.Наявність аналітичних залежностей, які описують процес статичного проколу ґрунту робочим органом з конічним асиметричним наконечником, потрібно для створення установок з можливістю керування траєкторією проколу ґрунту. У роботі розглянуті особливості процесу взаємодії асиметричного конічного наконечника з ґрунтом. Отримані аналітичні залежності для визначення його реакцій при статичному проколі, для відхилення траєкторії руху головки від прямої, для встановлення розміру зони ущільнення ґрунту і величини руйнуючої сили, яка діє на прилеглі комунікації та інші підземні об’єкти. Встановлено, що з збільшенням величини зміщення вершини конусу, наприклад, від своєї вісі з 0,02 м до 0,08 м при діаметрі свердловини 0,2 м, величина опору проколу ґрунту збільшується майже в чотири рази. Найбільший опір досягається при проколюванні твердого супіску. Встановлено, що з ростом величини зміщення вершини конусу наконечника відхилення траєкторії збільшується. Найбільшого відхилення від прямої траєкторії руху проколююча головка досягає при більш загостреному конусі та більшому асиметричному відхиленні його вершини та, наприклад, в твердому супіску може скласти до 0,17 м при довжині прольоту 10 м. Визначено, що розмір зони руйнування ґрунту може бути більшим майже ніж у 1,8 рази порівняно з наконечником у вигляді симетричного конусу та досягати від 8 до 12 діаметрів свердловини залежно від типу ґрунту. Максимальний тиск на прилеглі об’єкти може досягати з 0,06 МПа в тугопластичній глині до 0,09 МПа в твердому супіску. Отримані розрахункові залежності для визначення силових та технологічних параметрів залежно від геометричних розмірів асиметричного наконечника робочого обладнання можуть бути використані при створенні установок з керованим статичним проколом для найбільш поширених ґрунтових умов

КЕРУВАННЯ ПРОЦЕСОМ КОРЕКЦІЇ ТРАЄКТОРІЇ РУХУ РОБОЧОГО ОРГАНУ ПРИ СТАТИЧНОМУ ПРОКОЛІ ГРУНТУ

One of the most effective methods for the formation of horizontal wells for trenchless laying of underground utilities is the puncture of the soil with a cone-cylindrical tip. One of the major drawbacks of the method is the high probability of its deviation from the project trajectory. The reason for this may be different soil density in height, stony inclusions, not accurate positioning of the working body in the initial stage of the process. This disadvantage significantly reduces the scope of application of the puncture method at short distances within 15 ... 20 m. It is possible to increase this distance by promptly correcting the trajectory of the working body in the ground. The paper reveals the possibility of controlling the trajectory of the working body movement by adapting the shape of its tip, and determines the conditions for motion correction when the soil puncture process is continuous. The originality of the solution includes the following. In case of deviation of the working body movement from a given trajectory, the traditional conical shape of the tip is replaced by an asymmetrical one, which is acted upon by the transverse force from the soil reaction. This force in turn leads to a change in the direction of the working body movement towards the displacement of the asymmetric tip. Previously it was found that the deviation of the working body is influenced by both the angle of inclination of the frontal surface of the tip and the properties of the soil. Given these circumstances, you can control the trajectory of the well in the process of its formation. It has been established that the trajectory of the soil puncture will be the most effective in the case of its tendency to the minimum length of the correction area. In its turn, the curvature of the axis of the borehole should not be less than the allowable values of bending stresses in the pipes that occur when they are pulled through curvilinear sections. A method for calculating the effective puncture trajectory, which is based on determining the allowable stresses in pipelines during their bending, is proposed. The bending line of the pipeline was taken as part of a circle. The results of the calculation according to the obtained method showed that, for example, when a steel pipeline with a diameter of 159 mm with a wall thickness of 6 mm deviates, the theoretical length of the section for correcting the movement path of the working body from the maximum deflection point of 1.66 m to the point of contact with the project path should be 23 m. Experimental studies have proven that the length of the section for this case was 27 m. The discrepancy between the experimental data and theoretical values does not exceed 15%, which can be considered as the basis for practical use in controlling the process of the soil puncture path. The obtained recommendations for the management of the puncture allow expanding the area of effective application for a distance of up to 100 m. In this case, the correction of the movement of the working body in the soil can be up to 4-5 timesПри горизонтальном проколе грунта установками статического действия возникает необходимость коррекции траектории движения рабочего органа с конусным наконечником. В работе раскрывается возможность управления траекторией движения с помощью рабочего органа с адаптированным наконечником и определяются условия коррекции його рухуПід час горизонтального проколу ґрунту установками статичної дії виникає необхідність корегувати траєкторію руху робочого органу з конусним наконечником. В роботі розкривається можливість керування траєкторією руху за допомогою робочого органу з адаптованим наконечником та визначаються умови корекції траєкторії його рух

ВИЗНАЧЕННЯ АЛГОРИТМУ ВИБОРУ ТЕХНОЛОГІЙ ТА РОБОЧОГО ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ЕФЕКТИВНОГО УТВОРЕННЯ СВЕРДЛОВИН ПІД ЧАС ПРОКЛАДАННЯ ПІДЗЕМНИХ КОМУНІКАЦІЙ

Choice of effective technologies and working equipment for its realization at laying of underground communications is an important problem which requires the creation of a special methodology. It should take into account both the parameters of the well and  technological processes of its formation. As a result of the integrated studies of the process of creating horizontal wells by methods of static puncture and forcing the soil, as well as their combination has enabled to identify the areas of effective application of each by calculation, and recommend design parameters of the working bodies and power units taking into account the physical and mechanical properties of the soil, which is being developed. The algorithms of the methodology determine the influence of the length of their transitions on the accuracy of communications laying, damage to adjacent communications and road beds. The received results allow to optimize the size of the well received by puncturing the soil by conical tip with protruding edge at the base of the cone or its punching by cylindrical-conical tip.  The practical value of obtained results of the work is in the possibility to choose the most efficient technologies and equipment for trenchless laying of communications at the stage of designing engineering networks considering soil geology and sizes required wells. At the base of recommendations there are original technological solutions and the design of work equipment, which can significantly improve the quality and efficiency of building engineering networks.Аннотация. Выбор эффективной технологии и рабочего оборудования для её реализации при прокладке подземных коммуникаций является важной проблемой, которая требует создания специальной методологии. Она должна учитывать  как параметры скважины, так технологические процессы её формирования. Проведенные комплексные исследования процесса создания горизонтальных скважин методами статического прокола и продавливания грунта, а также их комбинации позволили расчётным путём установить области эффективного применения каждого из них и рекомендовать  конструктивные параметры рабочих органов и силовых установок с учётом физико-механических свойств грунта, который разрабатывается. В основе методологии заложены алгоритмы определения влияния на точность прокладки коммуникаций от длины их переходов, на повреждение прилегающих коммуникаций и основания дорог. Полученные результаты позволяют оптимизировать размеры скважины, полученные проколом грунта конусным наконечником с выступающей кромкой в основании конуса или его продавливанием конусно-цилиндрическим наконечником.  Практическое значение полученных результатов работы заключается в возможности выбора на стадии проектирования инженерных сетей с учётом геологии грунта и размеров требуемой скважины наиболее эффективной технологии и рабочего оборудования для бестраншейной прокладки коммуникаций. В основе разработанных рекомендаций лежат оригинальные технологические решения и конструкции рабочего оборудования, которые позволяют существенно повысить качество и эффективность строительства инженерных сетей.Анотація.Пропонується алгоритм вибору технологій утворювання горизонтальних свердловин та методики визначення параметрів наконечників для утворення підземних комунікаційних порожнин  статичним проколюванням,  продавлюванням rрунту та їх комбінацією. Основою отриманих методик є результати комплексного дослідження процесів розроблення свердловин в rрунті наконечниками робочих органів, які забезпечують   безтраншейне прокладання інженерних комунікацій із враховуванням технологічних особливостей процесів та фізико-механічних властивостей rрунтів. Запропонований алгоритм дозволяє на стадії проєктування інженерних мереж визначити ефективну технологію статичного проколу rрунту та підібрати обладнання відповідно до технологічних особливостей та умов створення комунікаційних порожнин в rрунті

Визначення опору продавлювання циліндрично-трубчастого наконечника обладнання для безтраншейного прокладання підземних комунікацій

The determination of the total resistance to penetration of the annular drill into the soil is based on the concept of changing the elastic state of the soil during its compaction, which is defined by the compression modulus of soil deformation. This parameter comprises all the physical and mechanical properties of each type of soil and makes it possible to specify the laws of the normal pressure of penetration resistance acting on the surface of the conical and cylindrical parts of the working body.The proposed theoretical models of processes occurring during penetration of the annular drill into the soil gives an opportunity to determine the influence of the parameters on the resistance force for each working procedure, depending on the physical and mechanical properties of the soil. It has been found that the maximum length of the annular drill is determined for the conditions of soil movement (unplugged condition), which, for example, with a cylinder diameter of 28 mm, is 0.87 m, 1.04 m and 1.16 m respectively for sandy clay, semi-solid loam and tough clay. It is now clear that a 2-fold increase in the internal diameter leads to an increase in the core length of 1.75 times.It has been determined that the two-cone drill does not facilitate passage of soil through itself and it causes soil plugging as well as formation of soil plugs on the frontal planes, which leads to an increase in drag force. Therefore, to provide unplugged conditions during pipe jacking, the drill with a single external cone should be used.The obtained results of the work can be used to substantiate the rational parameters of the working equipment for creating a horizontal borehole in different types of soils.В основе определения сил сопротивления заглублению в грунт кольцевого наконечника впервые было положено представление об изменении упругого состояния грунта при его уплотнении, который определяется компрессионным модулем деформации грунта. Этот показатель связывает все физико-механические свойства каждого из типов грунтов и дает возможность установить законы нормального давления сопротивления грунта на поверхности конусной и цилиндрической частей рабочего органа.Предложенные теоретические модели процессов, протекающих во время заглубления в грунт кольцевого наконечника, позволили установить для каждого из случаев выполнения работ влияние его параметров в зависимости от физико-механических свойств грунта на силы его сопротивления. Установлено, что максимальная длина кольцевого наконечника определяется из условия движения (незабиваемости) грунта, которая, например, при диаметре цилиндра 28 мм составляет 0,87 м, 1,04 м и 1,16 м соответственно для твердого супеска, полу твердого суглинка и тугопластичной глины. Также можно констатировать, что увеличение внутреннего диаметра в 2 раза приводит к увеличению длины грунтового керна в 1,75 раза.Определено, что двухконусный наконечник не способствует пропусканию грунта сквозь себя, что является причиной его забивания и образования грунтовых ядер уплотнения на фронтальных площадях, что приводит к увеличению сопротивления перемещению. Поэтому для протаскивания труб, чтобы не было забиваемости её грунтом, наконечник необходимо изготавливать с одним внешним конусом.Полученные результаты могут быть использованы при обосновании рациональных параметров рабочего оборудования при формировании горизонтальной скважины в различных типах грунтовВ основі визначення сил опору заглибленню в ґрунт кільцевого наконечника було покладено уявлення про зміну пружного стану ґрунту при його ущільненні, який визначається компресійним модулем деформації ґрунту. Цей показник пов’язує усі фізико-механічні властивості кожного з типів ґрунтів, та дає можливість встановити закони нормального тиску опору ґрунту на поверхні конусної та циліндричної частині робочого органу.Запропоновані теоретичні моделі процесів, що протікають під час заглиблення в ґрунт кільцевого наконечника, дозволили встановити для кожного з випадків виконання робіт вплив його параметрів в залежності від фізико-механічних властивостей ґрунту на сили його опору. Встановлено, що максимальна довжина кільцевого наконечника визначається з умови руху (незабиваємості) ґрунту, яка наприклад при діаметрі циліндру 28 мм складає 0,87 м, 1,04 м та 1,16 м відповідно для твердого супіску, напівтвердого суглинку та тугопластичної глини. Також можна констатувати, що збільшення внутрішнього діаметру в 2 рази призводить до збільшення довжини ґрунтового керну в 1,75 рази.Визначено, що двоконусний наконечник не сприяє пропусканню ґрунту крізь себе, є причиною його забивання та утворення ґрунтових ядер ущільнення на фронтальних площинах, що призводить до збільшення опору переміщенню. Тому для протискування труб, щоб не було забиваємості ґрунтом, наконечник потрібно виконувати з одним зовнішнім конусом.Отримані результати роботи можуть бути використані при обґрунтуванні раціональних параметрів робочого обладнання при утворюванні горизонтальної свердловини в різних типах ґрунті

Визначення величини зони ущільнення та тиску ґрунту на підземні комунікації при деформації його клиновим наконечником

The object of the study is a working element with a wedge tip for static perforation of the soil with the laying of several cases for underground utilities. One of the problems that require research is the laying, location and proximity of various types of underground utilities, laid trenchless way. The study of the zone of influence of working bodies on the ground and communication will give us the opportunity to more efficiently design the use of underground space, to reduce the risks of damage to or destruction of communications and reduce the cost of the work. Studies are based on the law of conservation of mass before and after compaction of the soil with a wedge tip and on the basic theories of soil mechanics. This allows you to determine the pressure of the soil on the working element and on the communication, located nearby. The result obtained in the work shows that the pressure value is not the same in different directions of the wedge working element. It is also proved that the number of cases, which are simultaneously laid, have little effect on the zone of elastic-plastic deformation of the soil. These effects make this form of hole indispensable when you need to simultaneously lay several, more than 3, cases, compared to the traditional conical-cylindrical tip. To determine the soil pressure on underground utilities were used only the size of the working elements, and data that are easy to determine – the type and density of soil, humidity, porosity and other standardized characteristics. The use of this method has a significant advantage over other methods, which are based on empirical relationships that are either difficult to determine or their reliability is questionable. Due to the reduction of the cross-sectional area of the deformable soil, the wedge working body is indispensable for stretching the group of cases.Объектом исследования является рабочий орган с клиновым наконечником для статического прокола грунта с одновременной прокладкой нескольких футляров под подземные коммуникации коммунального хозяйства. Одними из проблемных мест, требующих исследования, являются прокладка, расположение и соседство различных видов подземных коммуникаций, проложенных бестраншейным способом. Изучение зоны влияния рабочих органов на почву и коммуникации даст возможность более качественно проектировать использование подземного пространства, снизить риски повреждения или разрушения коммуникаций и снизить стоимость работ. Исследования базируются на основе закона сохранения массы до и после уплотнения почвы клиновым наконечником и на основных теориях механики грунтов. Это позволяет определить давление грунта на коммуникации, расположенные рядом. Полученный в работе результат показывает, что величина давления не одинакова в разных направлениях клинового рабочего органа. Также в работе доказано, что количество футляров, что одновременно прокладываются, мало влияют на зону упругопластических деформаций грунта. Эти эффекты делают такую форму отверстия незаменимой при необходимости одновременной прокладки нескольких, более 3, футляров, по сравнению с традиционным коническо-цилиндрическим наконечником. Следует отметить, что для определения давления грунта на подземные коммуникации были использованы только размеры рабочих органов, и данные, которые легко определить – тип и плотность почвы, влажность, пористость и остальные стандартизированные характеристик. Использование данного метода имеет существенное преимущество перед другими методами, содержащими в своей основе эмпирические зависимости, которые или трудно определить, или их достоверность вызывает сомнения. Благодаря уменьшению площади поперечного сечения деформируемой почвы клиновой рабочий орган является незаменимым для протягивания группы футляров.Об'єктом дослідження є робочий орган з клиновим наконечником для статичного проколу ґрунту з одночасним прокладанням декількох футлярів під підземні комунікації комунального господарства. Одними з проблемних місць, що потребують дослідження, є прокладання, розташування та сусідство різних видів підземних комунікацій, прокладених безтраншейним способом. Вивчення зони впливу робочих органів на ґрунт та комунікації дасть можливість більш якісно проектувати використання підземного простору, знизити ризики пошкодження або руйнування комунікацій та знизити вартість робіт. Дослідження базуються на основі закону збереження маси до і після ущільнення ґрунту клиновим наконечником та на основних теоріях механіки ґрунтів. Це дає змогу визначити тиск ґрунту на робочий орган та на комунікації, що розташовані поруч. Отриманий в роботі результат показує, що величина тиску не однакова в різних напрямках клинового робочого органу. Також в роботі доведено, що кількість футлярів, які одночасно прокладаються, мало впливають на зону пружно-пластичних деформацій ґрунту. Ці ефекти роблять таку форму отвору незамінною при необхідності одночасного прокладання декількох, більше 3, футлярів, у порівнянні з традиційним конічно-циліндричним наконечником. Слід відмітити, що для визначення тиску ґрунту на підземні комунікації були використані лише розміри робочих органів, та дані, які легко визначити – тип та щільність ґрунту, вологість, пористість та решта стандартизованих характеристик. Використання даного методу має суттєву перевагу над іншими методами, що містять в своїй основі емпіричні залежності, які або важко визначити, або їхня достовірність викликає сумніви. Завдяки зменшенню площі поперечного перетину ґрунту, що деформується, клиновий робочий орган є незамінним для протягування групи футлярів

Визначення ефективних режимів роботи та розмірів різців багатоскребкових траншейних екскаваторів

The presented results of scientific research are aimed at increasing the efficiency of trenching for laying the utility lines using new less energy-consuming technologies of excavating the soil with the working equipment of multi-scraper excavators.The proposed method of determining the efficient operating modes for excavators when digging a trench is based on the idea of cutting the soil with the blades at a critical depth level, which guarantees consumption of minimum specific energy and maximum efficiency of the machine. This becomes possible if the operation of such blades is provided with the absolute values and the ratio of the speeds of cutting and submitting the working body into the face.To determine the efficient modes of multi-scraper excavators and the size of their edge side blades, the conditions of their effective unloading were identified and the patterns of changing the soil movement over the surface of unloading scrapers depending on the time of unloading were determined. For the same purpose, the dependences of the blocked cutting speed on the trench width were determined and the technical performance of the excavator was specified on the basis of determining the soil bearing capacity for one group of blades. It is found that the time of unloading the soil from the scrapers very slightly depends on their angular velocity within its change in the unloading zone. On this basis, the maximum angular speed of the scrapers is determined. The identified indicators are related to the width of the edge side blades performing asymmetric locked cutting, whose dimensions were determined by calculations.The obtained efficient operating modes of scraper trench excavators and the size of their edge side blades allow developing practical recommendations for improving the working equipment of excavators of this typeПредставленные результаты научных исследований направлены повышение производительности создания траншей для прокладки инженерных коммуникаций за счёт применения новых менее энергоёмких технологий разработки грунта рабочим оборудованием многоскребковых экскаваторов.В основе предложенного метода для определения эффективных режимов работы экскаваторов и размеров их резцов при копании траншеи положено представление о критической глубине резания грунта резцами, которое гарантирует потребление минимальной удельной энергии и максимальную производительность машины. Это становится возможным, если работа таких резцов будет обеспечена абсолютными значениями и соотношением скорости резания и подачи рабочего органа в забой.Для определения эффективных режимов работы многоскребковых экскаваторов и размеров ширины крайних боковых резцов были установлены условия его эффективной разгрузки и закономерности изменения пути перемещения грунта по поверхности разгружающих скребков в зависимости от времени разгрузки. С этой же целью были установлены зависимости для определения скорости блокированного резания в зависимости от ширины траншеи и техническая производительность экскаватора путём определения выносной способности грунта одной группы резцов. Установлено, что время разгрузки грунта со скребков практически не зависит от их угловой скорости в интервале их изменений в зоне разгрузки. На этой основе определена максимальная угловая скорость скребков. Установленные показатели связаны с шириной крайних боковых резцов, которые осуществляют ассиметричное боковое резание грунта, размеры которых были получены расчётным путём.Полученные эффективные режимы работы скребковых траншейных экскаваторов и размеры их крайних боковых резцов позволяют разработать практические по усовершенствованию рабочего оборудования данного типаНаведені результати наукових досліджень націлені на підвищення продуктивності створення траншей для прокладання інженерних комунікацій за рахунок використання нових менш енергоємних технологій розробки ґрунту робочим обладнанням багатоскребкових екскаваторів.В основі запропонованого методу визначення ефективних режимів роботи екскаваторів при копанні траншеї покладено уявлення про різання ґрунту різцями на рівні критичної глибині, яка гарантує споживання мінімальної питомої енергії та максимальну продуктивність машини. Це стає можливим, якщо робота таких різців буде забезпечена абсолютними значеннями та співвідношенням швидкостей різання та подачі робочого органу в забій.Для визначення ефективних режимів скребкових екскаваторів та розмірів його крайніх бокових різців було встановлено умови його ефективного розвантаження та визначено закономірності зміни шляху переміщення ґрунту по поверхні розвантажувальних скребків від часу розвантаження. З цією ж ціллю було визначено залежності швидкості блокованого різання від ширини траншеї та встановлено технічну продуктивність екскаватора на основі визначення виносної здатності ґрунту однією групою різців. Встановлено, що час розвантаження грунту із скребків практично не залежить від їх кутової швидкості в межах її зміни в зоні розвантаження. На цій основі визначена максимальна кутова швидкість скребків. Визначені показники пов’язані з шириною крайніх бокових різців, що здійснюють асиметричне блоковане різання, розміри яких було встановлено розрахунками.Отримані ефективні режими роботи скребкових траншейних екскаваторів та розміри їх крайніх бічних різців дозволяють розробити практичні рекомендації по вдосконаленню робочого обладнання екскаваторів даного тип

Determining Efficient Operating Modes and Sizes of Blades for Multi-scraper Trench Excavators

The presented results of scientific research are aimed at increasing the efficiency of trenching for laying the utility lines using new less energy-consuming technologies of excavating the soil with the working equipment of multi-scraper excavators.The proposed method of determining the efficient operating modes for excavators when digging a trench is based on the idea of cutting the soil with the blades at a critical depth level, which guarantees consumption of minimum specific energy and maximum efficiency of the machine. This becomes possible if the operation of such blades is provided with the absolute values and the ratio of the speeds of cutting and submitting the working body into the face.To determine the efficient modes of multi-scraper excavators and the size of their edge side blades, the conditions of their effective unloading were identified and the patterns of changing the soil movement over the surface of unloading scrapers depending on the time of unloading were determined. For the same purpose, the dependences of the blocked cutting speed on the trench width were determined and the technical performance of the excavator was specified on the basis of determining the soil bearing capacity for one group of blades. It is found that the time of unloading the soil from the scrapers very slightly depends on their angular velocity within its change in the unloading zone. On this basis, the maximum angular speed of the scrapers is determined. The identified indicators are related to the width of the edge side blades performing asymmetric locked cutting, whose dimensions were determined by calculations.The obtained efficient operating modes of scraper trench excavators and the size of their edge side blades allow developing practical recommendations for improving the working equipment of excavators of this typ

Визначення опору продавлювання циліндрично-трубчастого наконечника обладнання для безтраншейного прокладання підземних комунікацій

The determination of the total resistance to penetration of the annular drill into the soil is based on the concept of changing the elastic state of the soil during its compaction, which is defined by the compression modulus of soil deformation. This parameter comprises all the physical and mechanical properties of each type of soil and makes it possible to specify the laws of the normal pressure of penetration resistance acting on the surface of the conical and cylindrical parts of the working body.The proposed theoretical models of processes occurring during penetration of the annular drill into the soil gives an opportunity to determine the influence of the parameters on the resistance force for each working procedure, depending on the physical and mechanical properties of the soil. It has been found that the maximum length of the annular drill is determined for the conditions of soil movement (unplugged condition), which, for example, with a cylinder diameter of 28 mm, is 0.87 m, 1.04 m and 1.16 m respectively for sandy clay, semi-solid loam and tough clay. It is now clear that a 2-fold increase in the internal diameter leads to an increase in the core length of 1.75 times.It has been determined that the two-cone drill does not facilitate passage of soil through itself and it causes soil plugging as well as formation of soil plugs on the frontal planes, which leads to an increase in drag force. Therefore, to provide unplugged conditions during pipe jacking, the drill with a single external cone should be used.The obtained results of the work can be used to substantiate the rational parameters of the working equipment for creating a horizontal borehole in different types of soils.В основе определения сил сопротивления заглублению в грунт кольцевого наконечника впервые было положено представление об изменении упругого состояния грунта при его уплотнении, который определяется компрессионным модулем деформации грунта. Этот показатель связывает все физико-механические свойства каждого из типов грунтов и дает возможность установить законы нормального давления сопротивления грунта на поверхности конусной и цилиндрической частей рабочего органа.Предложенные теоретические модели процессов, протекающих во время заглубления в грунт кольцевого наконечника, позволили установить для каждого из случаев выполнения работ влияние его параметров в зависимости от физико-механических свойств грунта на силы его сопротивления. Установлено, что максимальная длина кольцевого наконечника определяется из условия движения (незабиваемости) грунта, которая, например, при диаметре цилиндра 28 мм составляет 0,87 м, 1,04 м и 1,16 м соответственно для твердого супеска, полу твердого суглинка и тугопластичной глины. Также можно констатировать, что увеличение внутреннего диаметра в 2 раза приводит к увеличению длины грунтового керна в 1,75 раза.Определено, что двухконусный наконечник не способствует пропусканию грунта сквозь себя, что является причиной его забивания и образования грунтовых ядер уплотнения на фронтальных площадях, что приводит к увеличению сопротивления перемещению. Поэтому для протаскивания труб, чтобы не было забиваемости её грунтом, наконечник необходимо изготавливать с одним внешним конусом.Полученные результаты могут быть использованы при обосновании рациональных параметров рабочего оборудования при формировании горизонтальной скважины в различных типах грунтовВ основі визначення сил опору заглибленню в ґрунт кільцевого наконечника було покладено уявлення про зміну пружного стану ґрунту при його ущільненні, який визначається компресійним модулем деформації ґрунту. Цей показник пов’язує усі фізико-механічні властивості кожного з типів ґрунтів, та дає можливість встановити закони нормального тиску опору ґрунту на поверхні конусної та циліндричної частині робочого органу.Запропоновані теоретичні моделі процесів, що протікають під час заглиблення в ґрунт кільцевого наконечника, дозволили встановити для кожного з випадків виконання робіт вплив його параметрів в залежності від фізико-механічних властивостей ґрунту на сили його опору. Встановлено, що максимальна довжина кільцевого наконечника визначається з умови руху (незабиваємості) ґрунту, яка наприклад при діаметрі циліндру 28 мм складає 0,87 м, 1,04 м та 1,16 м відповідно для твердого супіску, напівтвердого суглинку та тугопластичної глини. Також можна констатувати, що збільшення внутрішнього діаметру в 2 рази призводить до збільшення довжини ґрунтового керну в 1,75 рази.Визначено, що двоконусний наконечник не сприяє пропусканню ґрунту крізь себе, є причиною його забивання та утворення ґрунтових ядер ущільнення на фронтальних площинах, що призводить до збільшення опору переміщенню. Тому для протискування труб, щоб не було забиваємості ґрунтом, наконечник потрібно виконувати з одним зовнішнім конусом.Отримані результати роботи можуть бути використані при обґрунтуванні раціональних параметрів робочого обладнання при утворюванні горизонтальної свердловини в різних типах ґрунті