CC BY
37
УДК.625.084
ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ «АКТИВНОЙ ОБЛАСТИ» ДЕФОРМИРУЕМОЙ СРЕДЫ ПРИ ВИБРАЦИОННОМ УПЛОТНЕНИИ
С. В. Савельев, Г. Г. Бурый
Аннотация. В данной статье рассмотрены проблемы распространения волн от вальца вибрационного катка по толщине грунтового слоя. Цель работы заключается в увеличении эффективности процесса виброуплотнения грунта. Проанализирована область активного взаимодействия грунтового массива с вибрационным рабочим органом. Полученные данные позволяют получить значения “присоединенной массы” грунта на разных частотных режимах, необходимые для обоснования рациональных параметров вибрационных катков.
Ключевые слова: Уплотнение, деформируемая среда, грунт, вибрационный каток, эксперементальные исследования.
Введение
Обоснование возможности интенсификации процесса уплотнение грунтов не возможно без анализа физических процессов происходящих внутри обрабатываемой среды. При этом применение различных уплотняющих средств позволяет достигать различного эффекта для того или иного типа грунта на разных этапах его деформирования, что в свою очередь ставит непосредственный вопрос о возможности использования новых технических и технологических решений.
При вибрационном воздействии на уплотняемую среду возникают упругие волны, которые подразделяются по виду деформаций на продольные, поперечные и поверхностные. По характеру распространения эти волны можно разделить на прямые, отраженные и преломленные /1/. Область их интенсивного распространения в обрабатываемой среде представляет значительный практический интерес. Именно эта область является тем объёмом грунта, который интенсивно воспринимает уплотняющую динамическую нагрузку и определение этого объёма и массы является необходимой задачей при расчёте рациональных режимов работы любой виброуплотняющей машины.
Описание задачи: Определение области грунта, охватываемой вибрацией создаваемой уплотняющей машиной, является актуальной задачей и может быть достигнуто путем проведения экспериментальных исследований с использованием современного оборудования.
Метод решения: В грунтовом канале ФГБОУ «СибАДИ» был проведен ряд экспериментальных исследований. Проводилась укатка слоя грунта толщиной до 0,5 м вибрационным катком. Регулировалась частота колебаний вибровозбудителя на различных этапах уплотнения. При помощи четырёх канального виброизмерителя «Экофизика», исследовались значения виброускорений и амплитуд колебаний в уплотняемом грунте, тенденции их затухания в зависимости от удалённости от источника виброуплотнения, а так же направление распространения вибрации от поверхности по толщине обрабатываемого слоя грунта.
В первую очередь исследовалась тенденция распространения волн по поверхности обрабатываемого грунта. На поверхность грунта устанавливался трёхосевой датчик (рис. 1.) регистрации вибрационных возмущений и проводились измерения амплитуд и виброускорений на поверхности грунтового слоя а зависимости от расстояния до вибровальца. Рассматривалась ситуация на различных частотах данные фиксировались в виде файлов приведённых в нижеуказанных таблицах в памяти виброизмерителя. Предварительный контроль плотности осуществлялся при помощи ударника ДорНИИ. Испытания проводились на суглинке грунте с числом пластичности 7.
В таблице 1 приведены значения частот вибровозбудителя. Далее в опытах 1,2,3 представлены графики зависимости виброускорения от частоты вибровозбудителя катка.
Рис. 1. Определение тенденции распространения виброволн на поверхности Таблица 1 - Данные по распространению виброволн на поверхности уплотняемого слоя
№ Частота, об/мин Количество ударов ударником ДорНИИ Номер файла
1 2786 6 085322
2 2253 6 085522
3 2949 6 085623
4 2149 6 085727
Опыт 1.
/ 08_54_30 М ОВ 54 30 (У) 08_54_30
Й
-,у
08_55_22 (*) 08_55_22 08 55 22 (2)
Рис. 2. Графики виброускорений -опыт 1
Вторым этапом определялась «активная зона грунта в вертикальной плоскости. Эксперимент проводился при размещении вибродатчиков в уплотняемом слое на различной глубине 0,3 м, 0,45 м, 0,6 м. Менялись частоты вибровозбудителя, фиксировались изменения амплитуд и виброускорений в зависимости от глубины расположения датчиков. Полученные данные записывались в память прибора для дальнейшей обработки.
Рис. 3. Определение тенденции распространения виброволн в вертикильной плоскости грунтового слоя
Таблица 2 - Изменение параметров вибрации на различной глубине уплотняемого слоя
№ Глубина Частота об/мин Плотность грунта Номер файла
1 60(х), 45(у), 30^) 2958 рыхлый 092807
2 60(х), 45(у), 30^) 2968 рыхлый 092858
3 60(х), 45(у), 30(z) 3557 рыхлый 093106
4 60(х), 45(у), 30(z) 4052 рыхлый 093150
5 60(х), 45(у), 30(z) 5007 рыхлый 093237
6 60(х), 45(у), 30(z) 5469 рыхлый 093320
7 60(х), 45(у), 30^) 4041 рыхлый 093443
Опыт 2
160
140
120
к 100
| 80 о § 60
40
20
0
08_56_23 (у) 08_56_23(г)
0 50 100
Частота
Частота
Рис. 4. Графики виброускорений -опыт 2
Дальнейшие исследования проводились с целью определения активного влияния виброуплотнителя на грунт в горизонтальной плоскости по глубине уплотняемого слоя. Датчики
размещались согласно указанной на рисунке 2 схеме на глубине 0,4 м. Рабочий орган уплотнителя удалялся от места заложения датчиков согласно представленной схеме.
Таблица 3 - Изменение параметров вибрации в недоуплотненном грунте на различных частотах
№ Частота (низкая), об/мин Номер файла
1 2134 102356
2 1986 102904
3 2016 103100
4 2001 103241
№ Частота (средняя), об/мин Номер файла
1 2771 102442
2 2445 102935
3 2415 103125
4 2475 103331
№ Частота (высокая), об/мин Номер файла
1 3557 102638
2 3586 103009
3 3609 103153
4 3616 103358
На данном этапе исследовались параметры вибрации грунта на различных частотах
воздействия грунтовый слой при недоуплот-нённом состоянии ку=0,96, а так же при плотности ку=0,98.(рис.5.)
Рис. 5. Схема расположения датчиков и фиксации параметров вибрации при движении катка по грунтовому слою.
Опыт 3
140 120 100 ■ 80 ■ 60 40 20 0
10_23_56 Датчик X —10_23_56 Датчик У 10_23_56 Датчик 2
^ /
140 120 100 ■ 80 ' 60 40 20 О
/ 10_24_42 Датчик X 10_24_42 Датчик У 10_24_42 Датчик 2
у
50 100
Частота
50 100
Частота
80
40
20
120 100 К 80 2
| 60 ю
10_50_45 ДатчикХ
" — 10_50_45 Датчик 2.
ш
120
100
ш 40
20
120
100
50
60
а 40
20
120
100
80
£ 60 ю
ш 40
50 100
Частота
/ 10_51_27 Датчик X
■ 10_51_27 Датчик!
0 50 100 150
Частота
/
Ю_52_09 ДатчикХ
7? — — 10_52_09 Датчик!
50 100
Частота
150
/ 10_Б2_41 ДатчикХ
10_52_41 Датчик!
50 100
Частота
150
/"
10_53_19 ДатчикХ
10_53_19 Датчик
120
100
« 80 I 60
ю
ш 40 20
(
и 10_53_51 ДатчикХ
' 10_53_51 Датчик2
120
100
80
. 60 40 20
120
100
8. 60 ю
ш 40
20
0 50 100 150
Частота
/
10_Б4_24 ДатчикХ —10_54_24 ДатчикУ Ю_54_24 Датчик 1
50 100
Частота
150
10_5 5_0 5 Д ат чи к X 10_5 5_0 5 Дат чи к У 10_5 5_0 5 Дат чи к 1.
50 100
Частота
10_55_51 ДатчикХ 10_55_51 Датчику Ю_55_51 Датчик!
50 100
Частота
Г \
и 10_56_21 ДатчикХ 10 56 21 ДатчикУ
10_56_21 Датчик!
50 100
Частота
150
50 100
Частота
Рис. 6. Графики виброускорений -опыт 3
Таблица 4 - Изменение параметров вибрации в плотном грунте на различных частотах
№ Частота (низкая), об/мин Номер файла
1 2096 105505
2 2097 105319
3 2060 105127
4 2147 104957
№ Частота (средняя), об/мин Номер файла
1 2779 105551
2 2601 105351
3 2638 105209
4 2863 105020
№ Частота (высокая), об/мин Номер файла
1 3557 105621
2 3512 105424
3 3578 105241
4 3579 105045
Заключение
Анализируя полученные данные можно определить не только рациональные частотные режимы работы вибровозбудителя, но и сделать вывод о распространении упругих волн от источника вибрации по объёму уплотняемого грунта, т. е. определится «присоединённая» масса грунта, активно взаимодействующая с уплотнителем. Зная рациональные частоты обработки материала и значения «присоединённой» массы появляется возможность обоснования энергоэффективных режимов обработки дорожно-строитенльных материалов /2, 3/.
Библиографический список
1. Блехман И. И. Вибрационное перемещение/ И. И. Блехман, Г. Ю. Джанелидзе. - М.: Наука, 1964. - 410 с.
2. Варганов С. А. Машины для уплотнения грунтов и дорожно-строительных материалов/ С. А. Варганов, Г. С. Андреев. - М.: Машиностроение, 1981. - 240 с.
3. Пермяков В. Б. Совершенствование теории, методов расчёта и конструкций машин для уплотнения асфальтобетонных смесей: Дисс. доктора техн. наук/ В. Б. Пермяков; Сибирский автомоб.-дорож. ин-т. - Омск, 1990. - 485 с.
EXPEREMENTAL RESEARCHES OF “ACTIVE AREA”OF THE DEFORMABLE
ENVIRONMENT AT VIBRATING CONSOLIDATION
S. V. Saveliev, G. G. Buriy
In this article problems of distribution of waves from a valets of a vibrating skating rink on thickness of a soil layer are considered. The purpose of work consists in increase in efficiency of process of a vibrouplotneniye of soil. The area of active interaction of the soil massif with vibrating working body is analysed. The obtained data allow to receive values of “the attached weight” soil on the different frequency modes, necessary for justification of rational parameters of vibrating skating rinks.
Савельев Сергей Валерьевич - Кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «СибАДИ», каф. «ЭСМиК», ЦДО. Основные направления научной деятельности Повышение эффективности уплотнения дорожно-строительных материалов, Развитие теории интенсификации уплотнения упруго-вязких сред. Общее количество опубликованных работ: 44. e-mail: saveliev_sergval@mail.ru
Бурый Григорий Геннадьевич - аспирант ФГБОУ ВПО «СибАДИ», каф. «ЭСМиК», ЦДО. Основные направления научной деятельности Повышение эффективности уплотнения дорожностроительных материалов, Развитие теории интенсификации уплотнения упруго-вязких сред. Общее количество опубликованных работ: 6. email: coshperovsky@mail.ru
