А В Гелета, О В Архипов - Производительность электрических ручных ударно-вращательных машин при бурении бетона - страница 1

Страницы:
1  2 

УДК 69.0597

А.В.ГЕЛЕТА, О.В.АРХИПОВ, канд. техн. наук

Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РУЧНЫХ УДАРНО-ВРАЩАТЕЛЬНЫХ МАШИН ПРИ БУРЕНИИ БЕТОНА

Приводятся данные о производительности бурения в бетоне шпуров с помощью ручных электрических ударно-вращательных машин нового поколения.

При строительстве, реконструкции, реставрации и ремонте желе­зобетонных зданий и сооружений возникает необходимость образова­ния в строительных конструкциях отверстий и проемов для прокладки различных коммуникаций, а также шпуров для установки металличе­ских анкеров, закрепляемых клеевыми композициями.

При небольших объемах буровых работ (например, образовании единичных отверстий) производительность процесса обычно не имеет существенного значения. При значительных объемах этих работ (на­пример, при установке в бетоне металлических цилиндрических [1] и особенно плоских и профильных анкеров [2], требующих последова­тельного бурения ряда близко расположенных шпуров, образующих линейную или другую конфигурацию) производительность бурения оказывает решающее влияние на продолжительность, трудоемкость, стоимость работ и обязательно учитывается в технологических расче­тах.

Исследованию процесса бурения бетона посвящены работы мно­гих авторов [3-9 и др.]. В них установлены зависимости производи­тельности бурения от различных факторов, в первую очередь от диа­метра отверстий, класса бетона, технических характеристик оборудо­вания и режимов его работы. Однако в последние годы отечественные ("Фиолент", Украина) и особенно зарубежные ("Бош", "Бленд энд Де-кер", "Макита" и др.) производители бурового оборудования и инст­румента постоянно совершенствуют свою продукцию, выпуская на рынок большую номенклатуру высококачественных машин и инстру­ментов. Современные бурильные ударно-вращательные машины ново­го поколения обладают более высокой производительностью, долго­вечностью, надежностью, универсальностью, возможностью перена­лаживания режимов работы в широком диапазоне и другими эффек­тивными качествами. При использовании этих машин в строительных технологических процессах необходимо решить следующие задачи:

выбрать из большого перечня однотипных моделей наиболее эф­фективную машину. Эта задача рассмотрена в [10]. В частности, с помощью предложенных авторами [10] обобщенных комплексныхмощью предложенных авторами [10] обобщенных комплексных характеристик проведена сравнительная оценка 18 моделей ручных электрических ударно-вращательных машин; установлены наиболее технически совершенные модели HR2410-set24 ("Макита", Япония), KD900RE ("Бленд энд Декер", Англия), МСУ6-13-2РЭ ("Фиолент", Украина) и другие, обеспечивающие бурение шпуров диа­метром до 30 мм;

определить производительность выбранных моделей, так как ра­нее опубликованные данные относились к машинам предыдущих поколений или к менее производительным.

Ниже приведены результаты экспериментов по бурению в бетоне шпуров для установки металлических анкеров различного сечения (круглого, прямоугольного, комбинированного).


Бурение производили в летний период при температуре наружно­го воздуха t =26-28°С, относительной влажности j=70%, барометри­ческом давлении Р =746 мм рт. ст. с помощью ручных электрических ударно-вращательных машин. Краткие технические характеристики машин приведены в табл.1. В качестве бурильного инструмента при­меняли стандартные долотчатые буры по бетону диаметром 10, 16, 20, 24 мм с твердосплавными пластинами.

Давление подачи не превышало 5 кг. Шпуры пробуривали в бе­тонных образцах размером 400x400x400 мм. Класс бетона В7,5 и В25.

Стабильные условия эксперимента позволяют уменьшить количе­ство факторов, определяющих скорость бурения, до трех - диаметр, глубина шпура, класс бетона. Влияние остальных факторов проявляет­ся в так называемом «белом шуме».

Таким образом, необходимо экспериментально определить зави­симость в виде

V = f (D, H, P), (1) где V - скорость бурения шпура, мм/мин; D - диаметр шпура (при­нимаемый по диаметру бура), мм; H - глубина шпура, мм; P - пределпрочности бетона, кг/см2.

Наиболее распространенные диаметры шпуров, применяемые на практике, - 10, 16, 20, 24 мм. Предел прочности бетона наиболее рас­пространенных конструкций, в которых производится заделка заклад­ных деталей, составляет 100^300 кг/см2. Глубина заделки закладных деталей (глубина шпура) равна 5-10 диаметров шпура (H = 5D + 10D).

Для бетона с пределом прочности 100 кг/см2 был выполнен пред­варительный эксперимент по определению общего вида зависимости V = f (D), V = f (H).

С помощью указанного выше оборудования проводили бурение шпуров диаметром D=10 мм и глубиной H =2,5;5,0;7,5;10,0D. Коли­чество пробуренных шпуров для каждой глубины равно 7. Результаты этого исследования приведены на рис.1.

60 *,сек_____________________________________

50 40 30 20 10

0

0

 

 

Для всех диаметров шпуров для этой марки бетона определяли глубину шпура, пробуренного за одну минуту, т. е. V (мм/мин). Ре­зультаты этого исследования представлены на рис.2.

Как следует из результатов исследований, во-первых, скорость бурения в интересующем нас диапазоне практически не зависит от глубины шпура, т.е. V(H) = const. Это позволяет упростить искомую зависимость за счет уменьшения переменных до двух, т. е.

V = f (D, P). (2)

Во-вторых, зависимость скорости бурения от диаметра шпура V ( D) , (мм/мин) имеет нелинейный характер.


Как известно из литературы [11-14], теория планирования экспе­римента и регрессионный анализ позволяют довольно точно описать зависимость в виде (2) нелинейным регрессионным уравнением

V (Xi, X 2) = a0 + aiXi + a2 X 2 + оцХ^ + CI22 X% + X1X 2, (3) где X1, X2 - безразмерные кодированные переменные, принимающие значения ±1;     - искомые коэффициенты регрессионного уравнения.

В соответствии с теорией планирования эксперимента [12-14], переход от физических переменных D и P к нормированным безраз­мерным переменным X1 и X2 осуществляется через основные харак­теристики плана эксперимента, представленные в табл.2, по зависимо­стям


D - Dcp               P - Pcp

Таким образом,

v    D - 20    v    P - 200

X1 =------ ; X2 =--------- . (6)

1       4             2 100

В специальной литературе подробно рассмотрены различные рег­рессионные модели и планы экспериментов для них [11-14], правила проведения регрессионного анализа и т.д. Исходя из этого, в табл.3 приведена матрица центрального композиционного плана эксперимен­та, составленная в соответствии с указаниями [14], установленными в табл.2 уровнями варьирования и полученными значениями функции отклика V .

В каждой серии опытов эксперимент проводили семь раз, опреде­ляли среднее значение функции отклика Vcp. Значение Vcp округля­лось до 0,1. В результате обработки опытных данных коэффициенты регрессионного уравнения (3) найдены методом наименьших квадра­тов в матричной форме записи, т.е.

a = (xTX j-1 XTY . (7) Полученное регрессионное уравнение имеет вид V(X1, X2) = 68,4 - 23,2X1 - 5,8X2 + 4,4X2 - 2,3X2 + 3,8X1X2. (8)

Следующим этапом является проведение регрессионного анализа для полученного уравнения, который заключается в проверке воспро­изводимости опытов, определении значимости коэффициентов урав­нения регрессии, в проверке адекватности данного уравнения.

Воспроизводимость опытов устанавливали по критерию Кохрена. Для этого необходимо вычислить дисперсию воспроизводимости по формуле

si=^ х £ - ~), (9)

 

где Sj - дисперсия параллельных опытов при одинаковых условиях;

k - число параллельных опытов (k =7); Yj - среднее значение k опытов.

Опыты считаются воспроизводимыми, если наибольшая из оце­нок дисперсии к сумме всех дисперсий

/ N

Срасч. = max S2/ £ S? (10)или расчетное значение критерия Кохрена будет меньше табулирован­ного значения, т. е.

Gpac4. £ Gma6j.. В формуле (10) величина N означает количество серий опытов, которое равно 7. Табулированное значение Gma6jl =0,471 [12] соот­ветствует доверительной вероятности Р=0,95 (т.е. в 95% случаев опы­ты   считаются   воспроизводимыми)   и   числу   степеней свободы

/1 = N X (k - 1)=54. Так как Gрасч. = 0,23 < ^абл^ то опыты счи­таются воспроизводимыми.

Для определения значимости коэффициентов уравнения (8) по критерию Стьюдента нужно рассчитать сумму квадратов ошибок по формуле

Sestimate = £ £ \Yjj - Yi I  , (12) j=1І =1

где Yjj, Yj - значение функции отклика единичного измерения и сред­нее значение для точек плана.

Затем после определения дисперсии ошибок наблюдений по фор­муле

S 2 =   estimate (13)

k x /1

можно перейти к оценке значимости коэффициентов уравнения рег­рессии с выполнением условия

Ы ^ Sj X , (14) где |aj J - модуль коэффициента регрессии; t^, - критическое значе­ние критерия Стьюдента [12-14], определяемое по числу степеней сво­боды/1 и доверительной вероятности Р=0,95 (tKp =2,01); Sj - оценки

дисперсий коэффициентов, определяемые по формуле

Sj = s xjc^~j , (15)

где   Cj j=j   -  диагональные   элемента  дисперсионной матрицы

с = (xtx j-1.

В нашем случае условие (14) не выполняется для коэффициентапри X2 уравнения (8), т.е. уравнение (8) окончательно имеет вид

V (X1, X2) = 68,4 - 23,2X1 - 5,8X2 + 4,4X 2 + 3,8X 1X 2. (16)

Адекватность этого уравнения проверяем по критерию Фишера [14]. Для этого необходимо определить сумму квадратов, характери­зующих неадекватность уравнения по формуле

N       І- 2 Sde/ekt = £ k x(Yj - Yj) , (17) =1

где Y - значение скорости бурения, рассчитанное по зависимости

(16).

Данная сумма квадратов имеет число степеней свободы

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

А В Гелета, О В Архипов - Производительность электрических ручных ударно-вращательных машин при бурении бетона