CC BY
103
sciences, the associate professor "Hoisting-and-transport, traction cars and a hydraulic actuator", the Siberian state automobile and highway academy "SibADI" (644080, Omsk, Mira St., 5, e-mail: remizovich_uv@sibadi.org).
Abdulaeva Olga Vladimirovna (Russian
Federation, Omsk) - candidate of technical sciences, the teacher "Hoisting-and-transport, traction cars and hydraulic actuator", the Siberian state automobile and highway academy "SibADI" (644080, Omsk, Mira St., 5, e-mail: abdulaeva_ ov@mail.ru).
Ill III II III III II III III III II III III III II III III II III III III II III III II III III III II III III II III III III II III III II III III III II III MM
УДК.629.084
МЕТОДИКА ОБОСНОВАНИЯ РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВИБРАЦИОННЫХ КАТКОВ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВ
С. В. Савельев, И. К. Потеряев, Г. Г. Бурый, А. С. Белодед ФГБОУ ВО «СибАДИ», Россия, г. Омск
Аннотация. В данной статье исследованы частоты колебаний вибровозбудителя при уплотнении грунтовых насыпей, рекомендованные для вибрационных катков ОАО «Раскат». Представлена методика обоснования режимных параметров вибрационных катков для уплотнения грунтов. Предложена программа, позволяющая автоматизировать процесс выбора режимов работы для конкретной модели вибрационного катка при уплотнения различных типов грунтов. Проведенные исследования позволят повысить производительность и эффективность использования вибрационных катков для уплотнении грунтов.
Ключевые слова: уплотнение, вибрационный каток, грунт, режимные параметры, виброускорения.
ВВЕДЕНИЕ
Рассматривая вопрос обоснования параметров дорожных катков необходимо отметить, что правильный их выбор напрямую влияет на эффективность процесса уплотнения дорожно-строительных материалов. При этом в зависимости от различных свойств уплотняемого материала необходимо использовать либо различные конструкции катков, что существенно удорожает строительство автодороги, либо правильно подбирать режимы работы катка, что так же вызывает дополнительные сложности. Режимные параметры взаимосвязаны между собой, при их выборе необходимо учитывать изменяемые в процессе деформации свойства материала, отслеживать обратную связь от обрабатываемой среды к дорожному катку [1, 2, 3]. Для вибрационных катков этот вопрос стоит ещё более остро, поскольку необходимо взаимоувязывать параметры вибрации (частота колебаний, вынуждающая сила, амплитуда колебаний) со статическими параметрами катка
(масса, геометрические размеры), правильно выбирать скоростной режим и количество проходов катка по одному следу. Решение этой проблемы позволит интенсифицировать процесс уплотнения, повысить энергоэффективность и производительность вибрационных катков.
МЕТОДИКА ОБОСНОВАНИЯ РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВИБРАЦИОННЫХ КАТКОВ
Одним из основных параметров, влияющих на эффективность уплотнения грунтовых сред, является частота колебаний вибровозбудителя. Большинство производителей уплотняющей техники назначают её, либо на основании рекомендаций СНиПов, либо по результатам эмпирических испытаний для различных уплотняемых сред. Рассмотрим частоты колебаний вибровозбудителя при уплотнении грунтовых насыпей (таблица 1), рекомендованные для вибрационных катков ведущего производителя уплотняющей техники ОАО «Раскат».
Таблица 1
ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЯ, РЕКОМЕНДОВАННЫЕ ДЛЯ САМОХОДНЫХ ВИБРАЦИОННЫХ КАТКОВ (НА ПРИМЕРЕ КАТКОВ ОАО «РАСКАТ»)
Марка катка Эксплуатационная масса катка, кг Тип грунта Частота вращения вала вибровозбудителя, ГЦ
1 2 3 4
ДУ-98 11500 Связный 42
ДУ-98 11500 Несвязный 50
50
Связный 35
ДУ-99 10500 Несвязный 40
50
Связный 30
RV-11DT 11000 Несвязный 35
40
Связный 30
RV-13DT 13000 Несвязный 34
43
Связный 30
RV-15DT 15000 Несвязный 30
40
Связный 40
RV-7,0DD 7500 Несвязный 45
57
Связный 35
RV-9,0DD 9000 Несвязный 40
50
RV-11,0DD 11000 Связный 30
Несвязный 35
1. Задаваясь частотой колебаний вибровозбудителя можно определить вынуждающую силу в и 15 ро возбуд ителя
Р = 39,4 • тдТд-/2, (1)
где - масса дебаланса, кг; - радиус вращения центра тяжести дебаланса, м; - частота колебаний вибровозбудителя,Гц [4].
2. Рабочая скорость дорожного катка определяется из условия соответствия времени приложения нагрузки к уплотняемой среде, обеспечивающего развитие полных пластических деформаций среды под вальцом в течение текущего прохода катка [4]. Скорость должна быть напрямую увязана с частотой колебаний и длиной дуги контакта вальца с грунтом. Длина дуги контакта характеризуется геометрическими размерами вальца, таким образом, что с учётом скорости передвижения катка, уплотняемый грунт должен испытать требуемое количество циклов виброколебаний [4].
60 •й - лпр • /
V =-,
(2)
где - длина дуги пятна контакта вальца с грунтом, м; - потребное числ о циклов нагрузки при уплотнении (для связного грунта 20000; дло ноовязного - 5000); - число прюходов катка; - частота колебаний вибровозбудителя, Гц;
й = 2 ■ Н ■ агсБт | 2
£пр ■ (а + 9,81 ■ т2)
В-Н-Е , (3)
где- м асса катка, приходящаяся на валец, кг;-ширина вальца катка, м; - вынуадающая сила вибровозбудителя, Н; - радиус вальца, м; - модуль деформации грунта, Па; -к коэффициент превышения от совместногодействия вибрации и статической силы [4, ¡5].
Исследования Н.Я. Хархуты, С. С. Белова, ЕВ. Т. Трофимова [4, 6, 7], позволили получеть регрессионные зависимости изменения модуля деформации связного (К) и несвязного (Т) грунтов от стадии процесса уплотнения (величины рекущей плотнорти).
Е = Е743 • (-Ц -и 1279 • (р-Ц + 56О4 ■ ЕЕ (4)
\ тмаи^ ^Рмаи' /
Е = 6864 • (-Ц - 1498 • (^И + 65з4 • Е', (5)
\ гмаг гмаи' /
где - плотность грунта, кг/м3; - максимальнтя стандартная грунта, кг/м3; - единичное значениемодулядеформац ии, ИЛПа.
кпо =- 0,01а ■ ( а ,И + 5,18,
р \т2 • а )
(а)
где - единичное значениевиброускорения (=1 м/с2);
3. Основным условиемпротекания процесса уплотнения является [1]
ат<&) < а(^ < апр(^), (7)
г,е - предел текучести уплотняемого материала, Пга; - контактные напряжения, Па; - предел прочности уплотняемогоматериала, Па; - ¡-й момент времени, с.
4. Толщина уплотняемого слоя грунто с учётом зоны активного действия вибрации для связанного (8) инесвязанного (У) грунта определится порезультатамисследованийзатуханиявиброко-лебаний вгрунтовойсреде[8| 9,10]:
О I 50,2 • .у • /с. • а' + 13,3 • /с. • а' - 35,2 • .у • а' - 9,3 • а'
К = К' • ^ • 10дкз I -.-у!-1-а- |; (8)
р Ч- 0,018 • © + 5 • + 50,8 • а'И • (0-86 - 1-3 ■ + 144 • К),
р 27,4-к. ■ а' + 8,1 •к. -а'- 19- -^-а'- 5,6 •а' К = К • —-го^!-а—^---а- |, (9)
р \(- 0,018 - © + 5 - 4 + 50,8 ■ а' И - О3 - 4Д - ^ + 2,3 -
где - конечная плотность грунта, кгИм3; - коэффициент, учитывающий понижение значений виброускорений по толщине грунта; - коэффициент уплотнения; - напряжение на пятне контакта вальца с грунтом на конечной стадии уплотнения, МПа; - единичное значение напряжения
(1 МПа); - единичное бначениетолщины (1 м); - вынуждающаясила вибровозбудителя, Н [10].
Коэффициент , учитывающий затухание виброускорений по толщине связанного (10) и несвязанного(11) грунта, определится по эмпирическим зависимостям:
к3 = 0,073 - 0,077 • + 0,0065 • —; т
\Pmax> а' (1 С")
к3 = 0,0!3 - а086 • + 0,014 ■ Ц. ( 11)
тах' а
Контактсые напряжения определятся по зависимости [4]
о = к
Р + 9,81 • т2
пр
В • d
(12)
Предел прочности для связного (13) и несвязного (14) грунтов от стадии процесса уплотнения 1величины текущей плотности), определиться по -тгрессионным згз^симо-стям, вывe1цeниым из исследований И. Я. Хар-хуты, С. <3. Вялова, ЕВ. Т. Трофимова [4, (3, 7, 11 ]:
\ ^Ртах' J
(ГПр = ( 0,8756 ■
^ртах/'
■ о',
(13)
(14)
где а' - единичное значение напряжения (а' = 1 МПа). Коэффициент детерминации со-cтaвилR2=H,98.
Эффективность представленного подхода к выбору параметров виброкатков и адекватность предложенной методики, подтверждены проведением экспериментальных исследований на лабораторной базе ФГБОУ ВО «СибА-ДИ» и в производственных условиях при реконструкции земляного полотна автодороги Р -404 «Тюмень-Тобольск».
Основным условием эффективности процесса уплотнения при выборе режимных параметров вибрационных катков являются значения напряжений на пятне контакта вальца с грунтом. Они не должны превышать предел прочности уплотняемого грунта. Значения рациональной частоты колебаний вибровозбудителя, в нашем случае, лежали в диапазоне от 30 до 60 Гц. Комплексное условия для обосно-
вания рациональных режимных параметров выражается системой неравенств (15):
га1, /к ^ max;
о < о,
пр-
Ок < о,
пр2 ;
d < Д;
Ык <1 Д.
(15)
Для облегчения процесса расчёта была составлена блок-схема алгоритма расчета режимных параметров и разработана программа, позволяющая автоматизировать процесс выбора режимов работы для конкретной модели катка при уплотнении того или иного типа грунтов. Интерфейс программы представлен на рисунке 1 [12]. В качестве программного инструмента использовался продукт Microsoft Visual Basic.
Марка катка
Начальная плотность грунта, кг/гр Требуемая плотность грунта, кг/м3 Максимальная стандартная плотность грунта, кг/м Число проходов катка Тип грунта
Ввод
Расчет
Частота колебаний вибровозбудителя, Гц для уплотнения грунта начальной плотности для уплотнения грунта требуемой плотности Выходные данные Параметры катка
~3 3
Вынуждающая сила вибровозбудителя, Н
Рабочая скорость катка, км/ч Толщина уплотняемого слоя грунта, м Масса уплотняемого грунта, кг Виброускорения массы уплотняемого грунта, м/с2
Рис. 1. Реализация методики обоснования ре-жимныхпараметроввибрационных катковв про-spaMMHOMnpodyKmeMicrosoft VisualBasic
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В таблице 2 представлены значения реко-мендуемыхпараметров катка Hamm 3518.
Применение результатов проведенных исследований позволит повысить производительность и эффективность использования вибрационныхкатков.
Таблица 2
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ КАТКА
Параметры Грунт к У f, Гц т1, кг h, м Р, кН о, м/с
Значения Связный 1,0 30 2230 0,5 243 0,5
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Технологические машины и комплексы в дорожном строительстве (производственная и техническая эксплуатация) : учебное пособие для вузов / В. Б. Пермяков, В. И. Иванов, С. В. Мельник и др. / под. ред. В. Б. Пермякова.
- М.: «ИД «БАСТЕТ», 2014. - 752 с.
2. Тюремнов, И. С. Обзор рекомендаций производителей по использованию вибрационных катков для уплотнения грунта / И. С. Тюремнов, И. С. Филатов, А. А. Игнатьев // Вестник Тихоокеанского государственного университета. - 2014. - № 2 (33). - С. 155-162.
3. Савельев, C.B. Техническая эксплуатация строительной и нефтегазовой техники : учебное пособие / С. В. Савельев, И. К. Поте-ряев. - Омск : СибАДИ, 2016. - 234 с.
4. Хархута, Н. Я. Прочность, устойчивость и уплотнение грунтов земляного полотна автомобильных дорог / Н. Я. Хархута, Ю.М. Васильев. - М. : Транспорт, 1975. - 288 с.
5. Пиковский, Я. М. Дорожные машины и оборудование. Машины и заводы для постройки дорожных покрытий : учебник для вузов / Я. М. Пиковский; под. ред. Я. М. Пиковского. -М. : Машгиз, 1960. - 604 с.
6. Вялов, С. С. Реологические основы механики грунтов : учебное пособие / С. С. Вялов.
- М.: Высшая школа, 1978. - 447 с.
7. Трофимов, В. Т. Грунтоведение / В.Т. Трофимов и др.; ред. В.Т. Трофимов. - 6-е изд., пе-рераб. и доп. - М.: Изд-во МГУ, 2005. - 1024 с.
8. Баркан, Д. Д. Устройство оснований сооружений с применением вибрирования И Д. Д. Баркан. - М.: Издательство министерства строительства предприятий машиностроения, 1УКУ. - 121 с.
У. Костельов, М. П. Возможность и эффективность уплотнения виброкатками грунтов различного типа и состояния И М. П. Костельов ИИ Каталог-справочник «Дорожная техника и технологии». - 200К. - С. 72-82.
10. Савельев, С. В. Применение алгоритма определения параметров вибрационных катков с учетом массы уплотняемого грунта в зоне активного действия вибрации И С.В. Савельев, Г.Г. Бурый, И.К. Потеряев ИИ Вестник СибАДИ. - 201Т. - №а. - С. 32 - 37.
11. Уплотнение грунтов обратных засыпок в стесненных условиях строительства И Госстрой СССР. Центральный научно-исследовательский и проектно-экспериментальный институт организации, механизации и технической помощи строительству. - М. : Стройиз-дат, 1У81. - 220 с.
12. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №201Каа1770. Обоснование режимных параметров вибрационных катков с учетом массы уплотняемого грунта в зоне активного действия вибрации ИИ Савельев С. В., Бурый Г. Г. Организация-разработчик: Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ). Дата регистрации: 12.11.201К.
METHOD OF JUSTIFICATION OF OPERATIONAL PARAMETERS OF VIBRATING ROLLERS FOR COMPACTION
Annotation. This article investigated the frequency of the oscillation exciter during compaction of soil embankments recommended for vibratory rollers «Raskat». The technique justification regime parameters of vibrating rollers for soil compaction. A program to automate the process of the operation mode for a particular model of vibratory roller with compaction of different soil types. The research will improve the performance and efficiency of the use of vibratory rollers for soil compaction.
Keywords: sealing, vibratory roller, soil, operating parameters, acceleration.
REFERENCES
1. Permjakov V. B., Ivanov V. I., Mel'nik S. V. Tehnologicheskie mashiny i kompleksy v dorozhnom stroitel'stve (proizvodstvennaja i tehnicheskaja jekspluatacija) [Technological machines and systems in road construction (production and technical maintenance)]. Moscow, «ID «BASTET», 2014. 752 p.
2. Tjuremnov I. S., Filatov I. S., Ignat'ev A. A. Obzor rekomendacij proizvoditelej po ispol'zo-vaniju vibracionnyh katkov dlja uplotnenija grunta [Review the manufacturer's recommendations on the use of vibratory rollers for compacting soil]. Vestnik Tihookeanskogo gosudarstvennogo uni-versiteta, 2014, no 2, pp. 155-162.
3. Savel'ev S. V., Poterjaev I. K. Tehnicheskaja jekspluatacija stroitel'noj i neftegazovoj tehniki [Technical operation of the construction and oil and gas equipment]. Omsk, SibADI, 2016. 234 p.
4. Harhuta N. J., Vasil'ev J.M. Prochnost', us-tojchivost' i uplotnenie gruntov zemljanogo polot-na avtomobil'nyh dorog [The strength, stability and compaction of soil subgrade of highways]. Moscow, Transport, 1975. 288 p.
5. Pikovskij J. M. Dorozhnye mashiny i ob-orudovanie. Mashiny i zavody dlja postrojki dorozhnyh pokrytij [Road machines and equipment. Machines and plants for the construction of pavements]. Moscow, Mashgiz, 1960. 604 p.
6. Vjalov S. S. Reologicheskie osnovy mehan-iki gruntov [Rheological basics of soil mechanics]. Moscow, Vysshaja shkola, 1978. 447 p.
7. Trofimov V. T. Gruntovedenie [Soil]. Moscow, MGU, 2005. 1024 p.
8. Barkan D. D. Ustrojstvo osnovanij sooru-zhenij s primeneniem vibrirovanija [Arrangement of the bases structures using vibration]. Moscow, Izdatel'stvo ministerstva stroitel'stva predprijatij mashinostroenija, 1949. 121 p.
9. Kostel'ov M. P. Vozmozhnost' i jeffektivnost' uplotnenija vibrokatkami gruntov razlichnogo tipa i sostojanija [The possibility and effectiveness of soil compaction vibratory rollers of different type and status]. Katalog-spravochnik «Dorozhnaja tehnika i tehnologii», 2004, pp. 72-82.
10. Savel'ev S. V., Buryj G. G., Poterjaev I. K. Primenenie algoritma opredelenija parametrov vibracionnyh katkov s uchetom massy uplotnjaemo-go grunta v zone aktivnogo dejstvija vibracii [The use of the algorithm for determining the parameters of vibrating rollers, taking into account the mass of compacted soil in the zone of active vibration action]. Vestnik SibADI, 2015, no 6, pp. 32-37.
11. Uplotnenie gruntov obratnyh zasypok v stesnennyh uslovijah stroitel'stva / Gosstroj SSSR. Central'nyj nauchno-issledovatel'skij i
proektno-jeksperimental'nyj institut organizacii, mehanizacii i tehnicheskoj pomoshhi stroitel'stvu [Soil compaction reverse fillings in the cramped conditions of construction / USSR State Building. Central Research and Design Experimental Institute of the organization, mechanization and technical assistance to build]. Moscow, Strojizdat, 1981. 220 p.
12. Savel'ev S. V., Buryj G. G. Svidetel'stvo o gosudarstvennoj registracii programmy dlja JeVM №2014661770. Obosnovanie rezhim-nyh parametrov vibracionnyh katkov s uchetom massy uplotnjaemogo grunta v zone aktivnogo dejstvija vibracii [Certificate of state registration of the computer №2014661770. Justification of regime parametres of vibrating rollers, taking into account the mass of compacted soil in the zone of active vibration action]. Certificate RF, no 2014661770, 2014.
Савельев Сергей Валерьевич (Омск, Россия) - доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Эксплуатация и сервис транспортно-технологических машин и комплексов в строительстве» ФГБОУ ВО «СибАДИ» (644080, г. Омск, пр. Мира, 5, e-mail: saveliev_sergval@mail.ru).
Потеряев Илья Константинович (Омск, Россия) - кандидат технических наук, доцент кафедры «Эксплуатация и сервис транспортно - технологических машин и комплексов в строительстве» ФГБОУ ВПО «СибАДИ» (644080, г. Омск, пр. Мира, 5, e-mail: poteryaev_ik@ mail.ru).
Бурый Григорий Геннадьевич (Омск, Россия) - кандидат технических наук, доцент кафедры «Автомобили, конструкционные материалы и технологии» ФГБОУ ВО «СибАДИ» (644080, г. Омск, пр. Мира, 5, e-mail: buryy1989@bk.ru).
Белодед Александр Сергеевич (Омск, Россия) - магистрант кафедры «Эксплуатация и сервис транспортно-технологических машин и комплексов в строительстве» ФГБОУ ВО «СибАДИ» (644080, г. Омск, пр. Мира, 5, e-mail: sashabeloded123@gmail.com).
Sergey V. Saveliev (Omsk, Russian Federation) - Doctor of Sciences, Ass. Professor, Department of Operation and service of transport-technological machines and systems in construction, Siberian State Automobile and Highway Academy (644080, Russian Federation, Omsk, Mira, 5, e-mail: saveliev_sergval@ mail.ru).
Ilya K. Poteryaev (Omsk, Russian Federation) - Candidate of Engineering Sciences, Ass. Professor, Department of Operation and service of transport-technological machines and systems in construction, Siberian State Automobile and Highway Academy (644080, Russian Federation, Omsk, Mira, 5, e-mail: poteryaev_ik@mail.ru).
Grigoriy G. Buriy (Omsk, Russian Federation) - Candidate of Engineering Sciences, Ass.
Professor, Department of Operation and repair of automobiles, Siberian State Automobile and Highway Academy (644080, Russian Federation, Omsk, Mira, 5, e-mail: buryy1989@bk.ru).
Aleksandr S. Beloded (Omsk, Russian Federation) - Magistrant, Department of Operation and service of transport-technological machines and systems in construction, Siberian State Automobile and Highway Academy (644080, Russian Federation, Omsk, Mira, 5, e-mail: sashabelod-ed123@gmail.com).
Ill III II III III II III III III II III III III II III III II III III III II III III II III III III II III III II III III III II III III II III III III II III MM
удк авгвв^и
КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ И ОСНОВЫ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ГИДРОУДАРНОГОУСТРОЙСТВА
И.А.Семенова ФГБОУ ВО «СибАДИ», Россия, г. Омск
Аннотация. В данной статье представлены результаты работы поисследованию иопре-делению коэффициента полезного действия гидроударного устройства, применяемого в качестве сменного рабочегооргана экскаваторов. Предложены зависимости для определения коэффициента полезного действия гидроударного устройства, а также формулы для определения количества теплоты, выделенного и отведенного при работе гидроударного устройства. В статье приведенызависимости основных параметров гидроударных устройств в зависимости от свойств разрабатываемого грунта и параметров базовой машины.
Ключевые слова: гидроударноеустройство, коэффициент полезно го действия,двигатель, экскаватор.
ВВЕДЕНИЕ
Гидоударные рабочие органы предназначены для разрушения мерзлых и прочных грунтов. Много работ посвящено определению конструктивных и энергетических параметров гидроударников [1,3,К,Т,6,8].
Вопросы, посвященные определению КПД гидроударного устройства практическинера с-сматривались.
ВОПРОСЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КПД ГИДРОУДАРНОГО УСТРОЙСТВА И ЕГО ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА.
Как уже было неоднократно сказано, применение гидроударного оборудования расширяет номенклатуру рабочегооборудования экскаватора [1,2,3].
В настоящее время в связи с большими
темпами строительства необходимо эффективно использовать ресурсы.
Гидpoyдиpнoe (гидроимпульсное) устройство — это гидравличесвий двигатель (гидромашина) с возвратно - поступательным движением рабочего органа (бойка).
КПД гидроударного раб очегооргана может определяться как отноше ние полезной мощности на выходе, кпотребляемой мощности на входе в гидродвигатель (в нашем слу(ае гидроударник) [7]:
П
N.
N „
(1)
Полезная мощность гидроударного устройства определяется по формуле как средняя мощность за промежуток времени:
