В данной статье описывается разработка каналопромывочной головки, с высокими показателями эффективности на основе зарубежной форсунки с учетом российских реалий.
Ключевые слова: каналопромывочная форсунка, труба, гидродинамическое керноудаление
Бестраншейный метод сооружения подземных коммуникаций является наиболее прогрессивным и экологичным. Способов бестраншейной прокладки коммуникаций существует различное множество. При прокладке коммуникаций под транспортными магистралями практически безальтернативным является метод, основанный на погружении в грунт трубы с открытым передним торцом, поскольку он в наибольшей степени исключает возможность вспучивания или просадки дорожного полотна. Но у данного метода есть и свои минусы, ключевым недостатком является проблема очистки от набившегося керна из трубы.
Самый эффективный способ очистки является гидроразмыв. К примеру, время чистки трубы длиной 50 метров с использованием желонки может достигнуть недели. А та же труба гидроразмывом чистится за 1 час. Актуальность данной темы в том, что каналоочистные форсунки, с применением инноваций и высокой производительностью, изготавливают исключительно иностранные производители. Поэтому из-за отсутствия данных форсунок и их запчастей на рынке строительной дорожной техники, приобретение и пользование ими является экономически затратным и продолжительным по времени.
В России есть производители, которые создают каналопромывочные инструменты, но их изделия малоэффективны, потому что нет вращающегося наконечника и нет перемещения форсунки по всему сечению трубы. Она перемещается только по нижней части очищаемой поверхности. А так как набившийся керн в трубе расположен неравномерно, где то плотный, где то воздушная пробка, то отечественная каналопромывочная форсунка просто прорезает себе путь по дну, оставляя плотный грунт на стенках трубы. Приходится тянуть ее на себя, пытаться ею управлять рукавом высокого давления. Все манипуляции усложнены тем, что это приходится делать на ощупь. Поэтому целью выпускной квалификационной работы на соискание бакалавра является создание собственной форсунки с высокими показателями эффективности на основе существующих технологий форсунок каналоочистительной техники зарубежных изготовителей.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
– проанализировать рынок каналоочистительной техники;
– найти недостатки импортных форсунок;
– разработать критерии выбора модернизации существующей форсунки;
– предложить технические решения для постройки собственной форсунки (установка с подшипником качения).
Ближайшим аналогом является StoneAge WARTHOG. Форсунка имеет 6 задних отверстий и 1 переднее отверстие для вращения на носу форсунки. Форсунка Warthog способна работать при давлении до 350 бар, со скоростью вращения от 150 до 350 оборотов в минуту.
В качестве базовой машины была выбрана КО-564–20, у нее самые оптимальные параметры и технические характеристики.
Разработанная мною форсунка имеет узел вращения — 2 шариковых радиально-упорных подшипника; 6 отверстий сзади для перемещения и вращения и 1 спереди для рассечения керна и подбрасывания форсунки. В работе произведены расчеты основных параметров: минимальная требуемая сила тяги форсунки, сила тяги форсунки, расход воды.
Рис. 1. Разработанная форсунка
1) Определение минимальной требуемой силы тяги форсунки
где 
— сила трения; 
— коэффициент запаса (принимаем = 1,5)
где
— вес шланга и форсунки; 
— коэффициент трения (стандартное значение коэффициента шины по грунты = 0,6)
где 
— масса шланга; 
— масса форсунки 5 кг; 
— ускорение свободного падения = 
2) Сила тяги форсунки
где 
— удельный вес жидкости, Н/м3; 
— площадь поперечного сечения отверстий, м2; 
— скорость истечения из боковых отверстий, м/с; 
— скорость движения форсунки, м/с; 
— число отверстий; 
— площадь поперечного сечения отверстия, расположенного вдоль оси, м2; 
— скорость истечения из отверстия, расположенного вдоль оси, м/с.
3) Количество воды в форсунке (расход воды)
10 м3/ч
Вывод: минимальная необходимая сила тяги форсунки равна 486 Н, которая была посчитана с большим коэффициентом запаса, самым большим коэффициентом трения резины по сухому грунту, а так же при самых худших условиях работы. В разрабатываемой форсунке сила тяги равна 500 Н. Из этого следует, что данная форсунка будет выполнять свою функцию на 100 % даже в самых экстремальных режимах с высокой нагрузкой и огромным сопротивлением. Для дестабилазационной форсунки были разработаны инструкция по применению, правила проведения работ и техника безопасности.
Литература:
- Карабан Г. Л. [и др.] Машины для городского хозяйства — М.: Машиностроение, 1988. — 33–35 с.
- Патент РФ № 2399725 Способ очистки трубы от грунтового керна и устройство для его осуществления / Кондратенко А. С., Петреев А. М. // БИ. 2010. № 26.
- Кондратенко А. С., Петреев AM. Особенности процесса удаления грунтового керна при виброударном воздействии на трубу и статическом воздействии на керн// Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2008. № 6.
- Рыбаков АП. Основы бестраншейных технологий. М., 2005. 299 с
- Кондратенко А. С. Комбинированный способ удаления керна из трубы при её виброударном погружении: тр. конф. «Фундаментальные проблемы формирования техногенной среды». Т. 2. Новосибирск: ИГД СО РАН, 2007. 121 с.
