CC BY
45
POSSIBLE HIDDEN DISTANCE MEASURING INTOXICATED DRIVER OF THE VEHICLE
E. A. Levitskaya
In this paper, the actual problem of road safety - driving in a valid psychophysiological state. We propose a way to hide the remote determination of degree of intoxication.
Левитская Елена Андреевна - аспирант Сибирской государственной автомобильнодорожной академии, кафедра «Информационная безопасность». Общее количество опубликованных работ: 1. e-mail: laska_kb@mail.ru
УДК 629.084
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ АДАПТИВНЫХ КАТКОВ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВ
С. В. Савельев
Аннотация. Статья посвящена обоснованию параметров перспективных катков с адаптивными рабочими органами для уплотнения грунтов. Приводятся: методика обоснование адаптации параметров катка для каждого этапа уплотнения супесчаного грунта, методика выбора вибрационных параметров. Выводятся практические рекомендации для технологического процесса уплотнения.
Ключевые слова: Адаптация, грунт, уплотнение, параметры, контактные давления, масса, вынуждающая сила.
Введение
Обоснование параметров любого уплотняющего средства должно основываться на данных о свойствах и состоянии обрабатываемой среды. В первую очередь это касается модуля деформации Е, предела прочности апр, жёсткости с2 и коэффициента вязкого трения Ь2, объёмный веса уФ-
Свойства деформируемых грунтов широко отражены в теоретических и экспериментальных исследованиях Н. Я. Хархуты, В. Ф. Бабкова, В. М. Безрук, Ю. М. Васильева, О. Т. Батракова /1, 2/ и д.р., реологические свойства отражены в трудах С. С. Вялова, Д. Д. Баркана, Н.А. Флорина и д.р. /3, 4/.
Описание задачи
Для адаптивных рабочих органов катков отдельным вопросом стоит обоснование параметров адаптации по реологии
(энергоэффективность вибрации) или по площади контакта (контактные давления) в зависимости от этапа процесса уплотнения.
Метод решения: В следствие того, что на первом этапе сопротивление материала деформированию не высокое процесс уплотнения протекает достаточно интенсивно даже в статическом режиме, адаптация может осуществляться по площади контакта. На заключительных этапах статических напряжений, как правило, не достаточно и интенсифика-
ция процесса уплотнения должна осуществляться за счёт использования вибрации. Поэтому главная задача заключается в обосновании правильного соотношения всех характеристик уплотнителя на каждой стадии процесса.
Решить эту задачу возможно введением условного понятия эквивалентная статическая масса тэк. Как известно /ххх/ вибрационные катки с металлическими вальцами по массе как минимум в 3 раза эффективнее статических, т.е. тэк=1/3-тст. В случае использования адаптивных катков данное соотношение действует только тогда, когда жёсткость рабочего органа идентична жёсткости металлического вальца. Выше было отмечено, что это должно происходить на финальной стадии процесса уплотнения. На начальных стадиях жёсткость вальцов уменьшается для увеличения площади контакта и снижения контактных давлений. В этом случае снижается энергоэффективность использования вибрации, а значит эквивалентная масса может быть близка к статической тэк = тСТ.
Данное соотношение можно определить, сравнивая зависимости отношений жёсткости и параметров контакта адаптивного и металлического рабочих органов на разных этапах процесса уплотнения.
Площадь контакта должна соответствовать этому пределу, с учётом максимальной энергоэффективности передачи вибрации (максимальная жёсткость рабочего органа). Как показывают многочисленные исследования /хх/ статическая масса, в этом случае, может быть уменьшена в 3 раза. Для адаптивных рабочих органов это соотношение должно быть снижено (в зависимости от жёсткости РО). Неизвестной величиной при расчёте является длина контакта Ь, которая для любого вальца может определиться из соображения, что в конце процесса уплотнения материал не деформируется, начальный расчетный параметр Ь должен измеряется для любого адаптивного катка на жёсткой поверхности.
Проиллюстрируем подход к обоснованию параметров адаптивного катка при уплотнении супесчаного грунта со следующими исходными свойствами: влажность - 14 %
предел прочности от 0,4МПа до 0,7 МПа сцепление - 1500, кг/м2 плотность конечная - 1700 кг/м3; угол внутреннего трения - 80;
Уплотнение осуществляется адаптивным катком с вальцом на базе пневмошин 10,00 -20 (508 -260) ширина 1,5 м.
Определим массу уплотнителя, приходующуюся на контактную площадь в соответствии с пределом прочности уплотняемого материала.
В первую очередь необходимо определить эквивалентную массу способную проработать уплотняемый материал на последней стадии уплотнения, когда он обладает максимальным пределом прочности. На конечной стадии предел прочности супеси составляет 0,7 МПа (ку=1,0) /1, 2/.
Площадь контакта должна соответствовать этому пределу, с учётом максимальной энергоэффективности передачи вибрации (максимальная жёсткость рабочего органа). Из сравнения жёсткости адаптивного и металлического вальцов можно установить соотношение массы 1:2.
т = -
-В • Ь
(1)
g
где m - необходимая статическая масса катка, кг; апр - предел прочности материала при ку=1, Н/м2; В - ширина рабочего органа, м; Ь - длина контакта, м (величина длины контакта на жёстком основании); д - ускорение свободного падения, м/с2.
700000 10„,пп КГ.
т =----0,17 • 1,5 = 18200
9,81
С учётом интенсификации процесса за счёт применения вибрации эквивалентная масса может быть уменьшена в 2 раза.
mэк = 18200/2 = 9100 кг
Необходимая эквивалентная статическая масса составит 9100 кг.
Во вторую очередь необходимо проверить будет ли выбранная масса соответствовать условию протекания процесса уплотнения ст^Хст^прО:) (по ^ В. Пермякову /5/) на
каждом предыдущем проходе катка. С точки зрения работы уплотнителя с максимальной производительностью, учитывая меньший предел прочности на каждом предыдущем проходе, необходимо стремится к увеличению параметра контакта и как следствие повышению рабочей скорости катка. Увеличение параметра контакта, в этом случае, происходит за счёт снижения жёсткости адаптивного вальца, а это приводит к снижению энергоэффективности передачи вибрации. Величина эквивалентной массы на каждом предыдущем проходе снижается пропорционально известной зависимости снижения жёсткости с2 /6, 7/ рабочего органа.
Зависимость изменения предела прочности уплотняемого грунта может быть найдена в соответствии с эмпирическими данными [86, 144, 162] Спр = 15,6531п(п) + 40,365.
Определим необходимые параметры контакта S - площадь и Ь - длину.
^ = тэК1§/ СТпр1 , (2)
Ь = S/B, (3)
где Si - необходимая на каждом проходе
площадь контакта, м2; mi - эквивалентная
масса, кг; - предел прочности грунта по-
сле каждого прохода, Н/м ; В - ширина рабочего органа, м; Ь - длина контакта, м.
Необходимые параметры контакта на 1 проходе:
^ = 18200 • 9,81/400000 = 0,446 м2 Ь = 0,446/1,5 = 0,3 м.
Необходимые параметры контакта на 2 проходе:
82 = 15300 • 9,81/510000 = 0,294 м2 Ь = 0,294/1,5 = 0,196 м.
Необходимые параметры контакта на 3 проходе: 83 = 13200 • 9,81/580000 = 0,223 м2 Ь = 0,223/1,5 = 0,148 м.
Необходимые параметры контакта на 4 проходе:
ст
S4 = 11500 • 9,81/640000 = 0,176 м2 Ь = 0,176/1,5 = 0,117 м. Необходимые параметры контакта на 5 проходе:
85 = 10100 • 9,81/680000 = 0,146 м2 Ь = 0,146/1,5 = 0,097 м. Необходимые параметры контакта на 6 проходе:
S6 = 9100 • 9,81/700000 = 0,125 м2 Ь = 0,125/1,5 = 0,095 м.
На основании расчётов может быть построена зависимость изменения параметров контакта от количества проходов и жёсткости рабочего органа катка (рис. 1).
Рис. 1 .Зависимость изменения параметров контакта от количества проходов и жёсткости рабочего органа катка
На основании анализа полученной зависимости и данных по изменению жёсткости от давления в шине и количества бандажей таб. 2 /7/ можно дать рекомендации по адаптации рабочего органа катка на каждом этапе уплотнения супесчаного грунта влажностью 14%.
Таблица 2 - Значения показателей жесткости адаптивного вальца с2
Количество бандажей N. шт Жесткость вальца С2 при давлении в шинах, кН/м
_ 0,2 МПа _ 0,3 МПа _ 0,4 МПа _ 0,6 МПа
2 338 408 510 773
4 412 572 800 1105
6 470 608 1400 2100
8 523 650 2100 3540
10 578 702 2824 4780
12 600 720 3340 5400
1.Первый проход каток должен совершать при максимально возможном пятне контакта (при ширине рабочего органа 1, 5 м длина контакта должна составлять 0,3 м), что соответствует жёсткости 338 кН/м (давление в шинах 0, 2 МПа - бандажи не обязательны);
2. Второй проход: длина контакта при неизменной ширине РО должна составлять около 0,19 м, что соответствует жёсткости рабочего органа 400 кН/м (давление в шинах
0, 2 МПа при 4 бандажах);
3. Третий проход: длина контакта должна быть около 0,15 м, жёсткость 470 кН/м (давление в шинах 0, 2 МПа при 6 бандажах);
4. Четвёртый проход: длина контакта около 0,12 м, жёсткость должна составлять 520 кН/м (давление в шинах 0, 2 МПа при 8 бандажах);
5. Пятый проход: длина контакта около 0,1 м, жёсткость 580 кН/м (давление в шинах 0, 2 МПа при 10 бандажах или 0,3 МПа при 4 бандажах);
6. Шестой проход: длина контакта 0,95 м, жёсткость 600 кН/м (давление в шинах 0, 2 МПа при 12 бандажах или 0,3 МПа при 6 бандажах).
На основании полученных данных о статических нагрузках проведём обоснование необходимой вынуждающей силы вибровозбудителя, с учётом полученной эквивалентной массы катка.
В соответствии с проведёнными исследованиями /8/ обоснования параметров вибрации величина вынуждающей силы должна превышать значение правой части неравенства (4), но не должна превышать показателей предела прочности уплотняемого материала СГПр.
К +7
-0,025 • т2)
■(4)
Vp ' " Ь2 + с2
При известной величине вынуждающей силы и её частоте колебаний можно определить необходимый момент дебалансов:
Ь2С2
Отсюда
P = тдгд®2.
P
тЛ =-2 — 2
(5)
(6)
Минимальное необходимое значение вынуждающей силы на финальном этапе процесса уплотнения. Сопротивление грунта деформированию в этом случае велико, и как было определено ранее, жёсткость рабочего органа должна быть максимально приближена жёсткости металлического, диссипация энергии вибровозбудителя была минимальной. Предел прочности супеси при Ку=1,0 и оптимальной влажности составляет 0,7 МПа. Необходимая площадь контакта при ширине вальца 1,5 м, в соответствии выполненными расчётами 0,125 м2. Воспользуемся уравнением 5.
1500 ■ 9,81-0,125 + 320 ■ 9,81+ ^8 ,
0,7-106 ■ 0,125 > Р > ---------------0125----0,025■ 9100
0,19-1700
где апр=0,7 МПа; С=1500, кг/м2; S =0,125, м2; Н; р=1700 кг/м3; ф =80; т1 =320 кг; т2 =9100 кг; V=0,19 м3; д = 9,81, м/с2.
87500 Н > Р > 74895 Н
Таким образом, рациональный значение величины вынуждающей силы вибровозбудителя должно быть не менее 75 кН и не более 87,5 кН.
С учётом экспериментальных данных /6/ на окончательном этапе рациональная частота вибровозбудителя (необходимая для проработки супесчаного грунта) должна составлять 40 Гц, определим момент дебалансов вибрационного катка.
75000
m r =
Д Д
= 0,013 кгм
(2400)2 Заключение
Адаптируя параметры катка согласно полученным рекомендациям, супесчаный грунт влажностью 14% уплотняется до коэффициента уплотнения ку=1,0 за 6 проходов. Полученные данные были подтверждены экспериментально / журнал/, что позволяет говорить о возможности виброуплотнения супесчаных грунтов от свежеотсыпанного состояния до нормативной плотности одним адаптивным катком. Применение методики обоснования параметров адаптивных катков при уплотнении различных грунтовых сред позво-
ляет повысить производительность дорожных катков, снизить энерго- и трудозатраты, улучшить технологию работ.
Библиографический список
1. Бабков В. Ф. Основы грунтоведения и механики грунтов/ В.Ф.Бабков, В.М. Безрук. - М.: Высшая школа, 1976. - 328 с.: ил.
2. Хархута Н.Я. Устойчивость к уплотнению грунтов дорожных насыпей/ Н.Я. Хархута, Ю.М. Васильев. - М.: Автотрансиздат, 1964. - 216 с.
3. Флорин Н.А. Основы механики грунтов/ Н.А. Флорин. - Л.-М.: Госстройиздат, 1959, 1961. - Т. 12. - 408 с.
4. Баркан Д.Д. Экспериментальные исследования вибровязкости грунта/ Д. Д. Баркан// ЖТФ. -1948. - Т. 8. - Вып. 5.- С.701 - 706.
5. 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.
6. С. В. Савельев Уплотнение грунтов катками с адаптивными рабочими органами: монография. -Омск: СибАДИ, 2010. - 122 с.
7. С. В. Савельев, канд. техн. наук, доц., А. Г. Лашко, асп., Инновационные решения интенсификации процессов строительства дорожнотранспортной инфраструктуры. Вестник СибАДИ: Научный рецензируемый журнал. - Омск: СибАДИ. - №1 (23). - 2012 г. С. 20 - 22.
8. Пермяков В. Б. Захаренко А. В., Савельев С. В. Обоснование выбора параметров вибрационных катков// Известия ВУЗов. «Строительство». Новосибирск - №2.- 2003 г. -C. 100-103.
MAKING PARAMETERS ADAPTIVE SOIL COMPACTING ROLLERS
S. V. Saveliev
The article is devoted to the justification of the parameters of perspective rollers with adaptive working tools for soil compaction. Given: a methodology study of adaptation options for each stage of the roller compaction sandy loam soil, the methods of selecting vibration parameters. We derive practical recommendations for the process seal.
Савельев Сергей Валерьевич - Кандидат технических наук, доцент Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основные направления научной деятельности Повышение эффективности уплотнения дорожностроительных материалов, Развитие теории интенсификации уплотнения упруго-вязких сред. Общее количество опубликованных работ: 44. е-mail: saveliev_sergval@mail. ru
