Введение
Глава 1. Анализ проблем применения ледорезных машин в технологических операциях, выполняемых с ледяного покрова 24
1.1. Природно-географическая среда функционирования ледорезной техники 24
1.2. Основные технологические задачи, решаемые посредством ледорезных машин при наличии ледяного покрова
1.2.1. Прокладка подводных трубопроводов 28
1.2.2. Прокладка донных кабельных линий 28
1.2.3. Околка судов и гидротехнических сооружений 32
1.2.4. Создание ледовых дорог и взлетно-посадочных полос 33
1.2.5. Подледный лов рыбы 34
1.2.6. Организация подводно-технических работ 36
1.2.7. Ликвидация последствий аварий на подводных переходах магистральных нефтепроводов 36
1.2.8. Характеристики видов и форм разрушения льда, необходимые для реализации технологических операций, выполняемых с ледяного покрова 40
1.3. Развитие парка ледорезных машин и особенности их применения 43
1.3.1. История вопроса 43
1.3.2. Ледорезные машины НИЛ «РАЛСНЕМГ» 44
1.4. Направления решения проблемы расширения областей применения и повышения эффективности использования ледорезных машин 57
1.4.1. Современные подходы к созданию технических объектов 58
1.4.2. Приложение теории технических систем к созданию ледорезных машин 58
1.4.3. Закономерности технической эволюции ледорезных машин 61
1.4.4. Роль технической среды в эволюции ледорезных машин 65
1.5. Дополнительные факторы, влияющие на работу ледорезных машин и технологических комплексов 68
1.5.1. Дополнительные факторы технологического характера 68
1.5.2. Вопросы организации безопасной работы технологических комплексов на ледяном покрове 69
1.6. Цели и задачи исследования 73
1.6.1. Цель работы, структурная взаимосвязь проблем и задач 73
1.6.2. Разработка концепции ледорезных машин нового поколения 75
1.6.3. Разработка параметрических рядов ледорезных машин 76
1.6.4. Обеспечение безопасной работы ледорезных машин на ледяном покрове 76
1.6.5. Учет дополнительных факторов 78
1.6.6. Практическое применение результатов исследований 78
1.6.7. Резюме 80
Глава 2. Теоретические и экспериментальные исследования взаимодействия элементов ледорезных машин с разрабатываемой средой 81
2.1. Классификация и основные физико-механические свойства льда как объекта разрушения резанием 81
2.2. Классификация ледорезных машин
2.2.1. Особенности структурных схем ледорезных машин 90
2.2.2. Ледорезные машины с пальцевыми фрезами 95
2.2.3. Ледорезные машины с цепными (баровыми) рабочими органами 96
2.2.4. Ледорезные машины с дискофрезерными рабочими органами 97
2.3. Анализ процесса резания. Основные математические модели и алгоритмы 98
2.3.1. Анализ развития исследований в области резания льда 98
2.3.2. Разработка математических моделей взаимодействия режущих элементов со льдом 100
2.3.3. Результаты экспериментальных исследований нагрузок на режущих элементах ледорезных машин 108
2.3.4. Определение нагрузок на рабочих органах ледорезных машин 121
2.3.5. Разработка алгоритмов и вычислительных схем расчета показателей нагрузок, действующих на рабочие органы ледорезных машин 133
2.4. Основные показатели процесса резания льда, используемые для оценки и выбора параметров рабочих органов 138
2.4.1. Сравнительный анализ нагрузочных характеристик рабочих органов различных типов 138
2.4.2. Обобщенные силовые и энергетические показатели процесса резания льда рабочими органами ледорезных машин 146
2.4.3. Паспортные характеристики рабочих органов 156
2.5. Оценка основных параметров и выбор типа движителя ледорезных машин 164
2.5.1. Обзор и классификация конструкций движителей ледорезных машин 165
2.5.2. Оценка эксплуатационных параметров движителей ледорезных машин 168
2.6. Выводы по главе 176
Глава 3. Обоснование параметрических рядов и разработка концепции нового поколения ледорезных машин ... 179
3.1. Основные принципы и методы построения параметрических рядов... 179
3.1.1. Развитие конструктивной унификации рядов машин и узлов 179
3.1.2. Методологические основы разработки параметрических рядов ледорезной техники 182
3.1.3. Математические модели и основные направления построения параметрических рядов ледорезных машин 187
3.2. Разработка ряда ледорезных машин на основе базовых тракторов 193
3.2.1. Анализ ряда базовых тракторов, пригодных для создания ледорезных машин и работы на ледяном покрове 194
3.2.2. Определение диапазонов толщин прорезаемого льда 199
3.2.3. Выбор основных характеристик параметрического ряда рабочих органов 201
3.2.4. Взаимодействие ряда базовых тракторов с рядом рабочих органов... 209
3.3. Разработка концепции ледорезной машины нового поколения 225
3.3.1. Проблемы создания и использования ледорезных машин на основе серийных базовых тракторов 225
3.3.2. Методологические основы создания технической концепции 228
3.3.3. Основные положения концепции нового поколения ледорезных машин 234
3.4. Выводы по главе 240
Глава 4. Исследование дополнительных факторов, влияющих на выполнение технологических операций с участием ледорезных машин 243
4.1. Прокладка глубоководных кабельных линий 243
4.1.1. Математические модели используемые для описания прокладки
кабеля с ледяного покрова, и основные зависимости 246
4.1.2. Определение параметров кабельной линии при переменной глубине
водоема 250
4.2. Смерзание щели, образованной в ледяном покрове с большим
запасом отрицательных температур 259
4.2.1. Определение скорости нарастания льда на вертикальной стенке прорези 263
4.2.2. Анализ полученных решений и расчетные зависимости 272
4.2.3. Влияние ледяной стружки на процесс смерзания
4.3. Образование щелей и каналов для сбора нефтепродуктов 278
4.4. Выводы по главе 283
Глава 5. Исследование несущей способности ледяного покрова при проведении технологических операций 285
5.1. Физико-механические элементы деформирования ледяного покрова поперечной нагрузкой 285
5.1.1. Механические свойства льда 285
5.1.2. Механика деформирования ледяного покрова поперечной нагрузкой 286
5.1.3. Особенности воздействия на лед элементов технологических комплексов 291
5.2. Теоретические исследования несущей способности ледяного покрова 294
5.2.1. Аналитический обзор известных исходных математическихмоделей 294
5.2.2. Формирование исходной математической модели 297
5.2.3. Тестирование вычислительного алгоритма и анализ предварительных результатов в применяемых расчетных схемах 305
5.2.4. Критерий оценки безопасности нагружения ледяного покрова при действии нескольких нагрузок 314
5.3. Формирование системы данных для разработки схем расстановки элементов технологических комплексов 319
5.3.1. Схема расстановки элементов комплекса 319
5.3.2. Одиночная нагрузка 321
5.3.3. Учет влияния длительности нагружения ледяного покрова на его грузоподъемность 328
5.3.4. Подготовка базы данных для двух нагрузок 333
5.4. Алгоритм и принципы обеспечения безопасности элементов
технологических комплексов, работающих на ледяном покрове 344
5.4.1. Алгоритм безопасной расстановки элементов комплексов 344
5.4.2. Принципы разработки нормативных документов для организации и проведения технологических операций на ледяном покрове 349
5.5. Выводы по главе 352
Глава 6. Разработка опытного образца ледорезнои машины как одного из элементов параметрического ряда 354
6.1. Основные параметры ледорезной машины 354
6.1.1. Назначение машины 354
6.1.2. Требования к параметрам и характеристикам машины 355
6.1.3. Компановка машины и форма корпуса-понтона 357
6.1.4. Основные эксплуатационные варианты взаимодействия корпуса-понтона машины с ледяным покровом 363
6.2. Определение параметров ледорезной машины, как плавучего объекта 369
6.2.1. Условия определения параметров на модели 369
6.2.2. Определение характеристик плавучести и остойчивости корпуса понтона опытным путем 371
6.3. Приложение полученных результатов к проектированию натурной
плавающей ледорезной машины 381
6.3.1. Форма корпуса понтона, расположение колес и опор 381
6.3.2. Рекомендации по компановке и распределению масс механизмов 383
6.3.3. Расположение точки приложения буксирного усилия 383
6.4. Проект ледорезной машины ЛФМП-1 385
6.4.1. Конструкция машины 385
6.4.2. Перевозка, ввод в действие и эксплуатация машины 398
6.5. Варианты конструкций машины как элемента параметрического ряда 415
6.5.1. Вариант с баровым рабочим органом 416
6.5.2. Вариант с пальцевой фрезой 421
6.5.3. Дополнительные возможности использования базовой машины 422
6.6. Выводы по главе 425
Глава 7. Создание и использование кабелеукладочного комплекса для прокладки кабельной связи и установки нейтринного телескопа нт-200 на озере байкал 428
7.1. Использование ледяного покрова для установки нейтринного телескопа НТ-200 428
7.1.1. Нейтринный телескоп НТ-200 428
7.1.2. Структура донных кабельных линий 429
7.1.3. Преимущества использования ледяного покрова для монтажа телескопа и кабельных линий 432
7.2. Ледяной покров оз.Байкал 435
7.2.1. Статистика динамики нарастания и стаивания льда оз.Байкал 435
7.2.2. Распределение температуры в толще ледяного покрова 437
7.3. Структура и характеристики элементов кабелеукладочного комплекса 443
7.3.1. Структура комплекса 443
7.3.2. Характеристики элементов комплекса
Основные технологические операции, проводимые при работе комплекса 459
1. Подготовительные операции на ледяном покрове 459
2. Развертывание комплекса на ледяном покрове 463
3. Укладка кабеля 463
Организационно-техническое обеспечение работ по укладке кабеля... 468
1. Определение монтажно-технологических параметров укладки кабеля на дно оз.Байкал 468
2. Обеспечение безопасной работы элементов комплекса на ледяном покрове 472
Итоги работы комплекса, выводы и рекомендации 482
Основные результаты и выводы 487
Список использованной литературы
