CC BY
1
2. Патент РФ на полезную модель №220163 Российская Федерация, B25B 27/08. Устройство для извлечения заклиненной чеки тормозной колодки железнодорожного пассажирского вагона / А.В. Клюканов, А.Н. Шмой-лов, Ю.П. Пацев - Заявка 2023109893; Заявлено 18.04.2023; Опубл. 30.08.2023; Приоритет 18.04.2023// Изобретения. Полезные модели - 2023, Бюл. №25
3. Иванов В.А., Клюканов А.В. Угловые погрешности при изготовлении деталей // Наука и образование транспорту. 2011. №1. С. 254-256.
4. ГОСТ 10177-82 Резьба упорная. Профиль и основные размеры. Введ. 1983-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1983. 13 с.
5. Чернавский С.А. Проектирование механических передач: учебное пособие для вузов. Изд. 4-е, пере-раб. М.: Транспорт, 1976. 608 с.
Клюканов Алексей Васильевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный университет путей сообщения,
Золкин Александр Леонидович, канд. тех. наук, доцент, [email protected], Россия, Самара, Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики
REPLACEMENT OF BRAKE PADS - IMPROVING TRAIN SAFETY A.V. Klyukanov, A.L. Zolkin
The article is devoted to the replacement of brake pads at railway infrastructure railcar maintenance facilities. The article considers the problem of replacing friction pads when the checks are jammed under the influence of external dynamic and temperature factors during the operation of passenger cars. According to the standard technology, the replacement of the defective pad is carried out using manual devices, which does not meet modern requirements. A new screw-puller is proposed to replace the brake pads of wagons. The calculation of the screw pair is performed and its rational parameters are specified
Key words: friction pad, check, defective pad, replacement of the brake pad, screw puller, screw pair, thrust screw, rotary spring, lever, train safety.
Klyukanov Alexey Vasilyevich, candidate of technical sciences, dоcent, [email protected], Russia, Samara State Transport University,
Zolkin Alexander Leonidovich, candidate of technical sciences, dоcent, alzolkin@list. ru, Russia, Samara, Povolzhskiy State University of Telecommunications and Informatics
УДК 629.084
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-12-640-641
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВИБРАЦИИ В ПНЕВМОШИННЫХ ДОРОЖНЫХ КАТКАХ ПРИ УСТРОЙСТВЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
С.В. Савельев, В.В Михеев, Ю.С. Сачук
При строительстве автомобильных дорог необходимо учитывать степень уплотнения всех конструктивных слоев инженерного сооружения. Неуплотненное земляное полотно деформируется, в следствии чего снижается его стабильность. С течением времени этот процесс приводит к разрушению дорожного покрытия. На уплотняемость грунта влияют его свойства, способ уплотнения, тип рабочего органа катка и количество проходов по одному следу. В статье приводится анализ работы вибрационных катков - пневмошинного и гладковальцово-го при уплотнении грунта на примере суглинка. Представлены результаты исследований по определению площади контакта рабочих поверхностей с уплотняемой средой и величины напряжений, возникающих в грунте. В результате определены режимные параметры вибрационного пневмошинного катка: зависимость изменения напряженного состояния грунта от количества проходов по одному следу. Учёт предложенных результатов исследований позволит повысить эффективность применения вибрационных пневмошинных катков за счет регулируемых давлений в шинах.
Ключевые слова: уплотнение грунта, отпечаток контакта пневмошинного рабочего органа катка с грунтом, контактные напряжения, амплитуда колебаний, частота колебаний, количество проходов катка.
Обоснование режимных и конструктивных параметров для любой строительной техники, является залогом её эффективной работы. Необходимо стремиться к выбору эффективных параметров уплотняющей техники для дорожного строительства. Для вибрационных дорожных катков такими параметрами являются: масса машины, скорость движения катка, частота колебаний вибратора, значение вынуждающей силы вибратора, амплитуда колебаний.
Такие решения требуют глубокого понимания свойств материалов, условий стройплощадки и требований
проекта.
В процессе уплотнения необходимо стремиться к достижению максимальной плотности материала, который должен находиться в напряжённо-деформируемом состоянии. Применение внешних нагрузок или импульсов может помочь улучшить уплотнение материала. Динамическое уплотнение, позволяет более эффективно выталкивать воздух из материала и увеличивать его плотность. Он часто используется при устройстве автодорог, аэропортов
и других инфраструктурных проектах, где качество уплотнения грунта играет важную роль. Однако важно также учитывать безопасность и экономическую целесообразность применения динамических нагрузок, а также следовать рекомендациям и стандартам строительства для конкретного проекта [1, 2]. При этом увеличение амплитуды колебаний частиц уплотняемой среды, как в случае вибрационного уплотнения, может резко уменьшить действие сил связи между частицами грунта. Вибрационное уплотнение является наиболее эффективным методом повышения показателей прочности уплотняемого грунта. Вибрационные уплотнители, такие как вибрационные катки, создают вибрации, которые позволяют частицам грунта лучше уплотняться, а воздух изымается из межчастицовых промежутков. Это способствует увеличению плотности и прочности дорожного покрытия.
Рассматривая исследования таких учёных, как П. А. Ребиндер, А.С. Ильин, А. А. Борщевский [3, 4] максимальная относительная скорость и, передаваемая двум смежным частицам грунта при его виброуплотнении, должна быть пропорциональна амплитуде их колебаний [5]:
и ~ юА, (1)
где А - амплитуда колебаний вибратора, м. ю - частота колебаний вибратора, Гц.
Основным фактором, влияющим на увеличение плотности в обрабатываемой среде, являются напряжения, возникающие в материале от внешнего воздействия конкретного дорожного катка. В этом случае напряжения, возникающие в деформируемой среде определяться [5]:
_ = щ-ю2 •А, (2)
и грунт г
Гк
где т1 - величина массы «активного» объёма грунта, взаимодействующая с виброкатком, кг; ю - частота колебаний частиц виброуплотняемого грунта, Гц; А - амплитуда колебаний частиц грунта, м; Рк - площадь отпечатка контакта рабочего органа катка с уплотняемым грунтом, м2.
Из уравнения (2) очевидно, что величину напряжения можно регулировать либо изменением величины силового воздействия - числитель, либо изменением площади отпечатка контакта - знаменатель.
Площадь отпечатка контакта шины с грунтом напрямую зависит от физико-механических характеристик грунта и от физико-механических характеристик, контактирующей с ним пневматической шины. Характеристики шины и тип грунта, с которым она взаимодействует, играют важную роль в эффективности уплотнения. Различные типоразмеры и конструкции шин могут иметь разные уровни жёсткости и способности распределять нагрузку.
Для оптимального уплотнения грунта при использовании разных типоразмеров шин рекомендуется проводить исследования и тестирование, чтобы определить наилучшие параметры и сочетания для конкретных условий. Это поможет добиться максимальной эффективности и обеспечить долговечность дорожного покрытия.
В работах [6, 7] были проведены экспериментальные исследования по определению конкретных значений параметров отпечатка. Определялись значения продольной и поперечной (большой и малой) осей отпечатка а и Ь (рис. 1).
777-777-777
со
ь
Рис. 1. Схема определения параметров отпечатка шины с уплотняемым грунтом
Параметры отпечатка шины, контактирующей с уплотняемым грунтом, указанные выше, а также площадь отпечатка контакта, играют важную роль при анализе и оптимизации процесса уплотнения. Эти параметры могут быть ключевыми при выборе конструкции и размеров шины для определенных условий грунта и работ по уплотнению. Чем более оптимально подобраны эти параметры, тем более эффективно можно добиться уплотнения и повысить качество дорожного покрытия.
Исследования проводились на грунте (суглинок), исследования проводились при разном времени контакта шины с грунтовой средой, отслеживались проходы виброкатка по одному следу. Валец был представлен на основе шин типоразмера 10,00 - 20 (508 -260), учитывалось различное давление внутри шин, нагрузка на одну шину составила 700 кг [7] (рис.2).
Запишем классическую формулу для определения площади пятна контакта шины с уплотняемым грунтом:
где а - ось эллипса отпечатка контакта, Ь -большая ось эллипса отпечатка контакта.
В исследованиях была поставлена задача определить дополнительные параметры контакта пневмовибро-вальца с уплотняемой средой. Исследовались величина полуоси эллипса отпечатка пятна контакта Ь', характеризующая значение пластическую деформацию материала под шиной, величина полуоси Ь'', характеризующая остаточную деформацию пневмошины в процессе уплотнения, а также углы сегментов сечения шины фо и ф1, показанные на рис. 1.
В процессе эксперимента измерялись значения параметров Ь'и Ь". Величина значений углов фо и ф1 определились расчётом по формулам 4 и 5:
ф0 = штат (ЬУ Я); (4)
ф1 = штат (Ь"/Я). (5)
Полученные данные сведены в табл. 1 - 3.
Таблица 1
_Параметры отпечатка контакта при давлении в шине 0,2 МПа__
Количество проходов, п о 1 2 3 4
Параметр а, м о,2оо о, 195 о,19о о,18о о,18о
Параметр Ь, м о,2бо о,23о о,21о о,2оо о,19о
Параметр Ь', м о,2бо о,18о о, 15о о,Ю5 о,о85
Параметр Ь', м о,ооо о,о5о о,обо о,о95 о,о85
Параметр S, м2 о,о42 о,о35 о,о31 о,о28 о,о2б
Угол фо, град. зо,ооо 2о,5оо 1б,9оо 11,7оо 9,5оо
Угол ф1, град о,ооо 5,58о б,7оо 8,3оо 9,5оо
Таблица 2
Параметры отпечатка контакта при давлении в шине 0,4 МПа__
Количество проходов, п о 1 2 3 4
Параметр а, м о,18о о, 175 о,1бо о,155 о,15о
Параметр Ь, м о,23о о,21о о,17о о,1б о,14о
Параметр Ь', м о,23о о,17о о,125 о,1о о,о7о
Параметр Ь', м о,ооо о,о4о о,о45 о,об о,о7о
Параметр S, м2 о,о33 о,о2б о,о21 о,о2о о,о1б
Угол фо, град. 27,боо 19,8оо 14,ооо 11,8оо 7,8оо
Угол фь град о,ооо 4,4бо 5,ооо б,7оо 7,8оо
Таблица 3
Параметры отпечатка контакта при давлении в шине 0,6МПа__
Количество проходов, п о 1 2 3 4
Параметр а, м о,18о о,17о о,1бо о,15о о,15о
Параметр Ь, м о,22о о,21о о,1б5 о,1бо о,13о
Параметр Ь', м о,22о о,17о о,12о о,о9о о,об5
Параметр Ь', м о,ооо о,о4о о,о45 о,о5о о,об5
Параметр S, м2 о,о31 о,о28 о,о21 о,о19 о,о1б
Угол фо, град. 25,3оо 18,3оо 12,5оо 9,7оо 7,2оо
Угол ф1, град о,ооо 4,4бо 5,ооо 5,боо 7,2оо
Анализ полученных данных, позволил построить зависимости для углов фо и ф1 от количества проходов пневмовиброкатка по одному следу (рис. 3). Сделаны выводы, что угол фо, который характеризует пластическую деформацию деформируемой среды, в процессе уплотнения изменяется до минимального значения при котором процесс завершается. В свою очередь, угол ф1, характеризующий деформацию пневмошины, взаимодействующей с уплотняемой средой, наоборот увеличивается. Это происходит до того же момента, когда уплотнение материала завершается. Величины фо и ф1 сравниваются. Параметры отпечатка контакта Ь = Ь". Это значит, что для катка с данными массо-габаритными характеристиками деформируемый материал достигает своей максимальной плотности
20
2 14
Количество проходов
Рис. 3. Зависимости углов фо и фг, характеризующие параметры отпечатка контакта
от количества проходов катка
Задачей проводимых исследований, ставилось определение возможности эффективного использования вибрации в дорожном катке с пневмошинным рабочим органом. С одной стороны известно, что пневмошины являются «демпферами» и могут снижать эффективность передачи вибрации уплотняемой среде. С другой стороны в ФГБОУ ВО «СибАДИ» запатентован ряд конструкторских решений, которые позволяют регулировать жёсткость пневмошинного вальца и поэтому достаточно хорошо работают в вибрационных режимах [8 - 10].
Проведённые исследования [3, 4, 7, 11, 12] показали, важность работы вибрационного пневмошинного катка в околорезонансном режиме. Околорезонансный режим позволяет максимально увеличить амплитуду колебаний катка, что, в свою очередь, усиливает процесс уплотнения и позволяет добиться более высоких контактных напряжений в грунте (рис. 3).
Этот метод способствует более эффективному деформированию и уплотнению грунтов земляного полотна, что является важным фактором при строительстве дорожных покрытий. Однако, как и в случае с любой техникой, важно соблюдать безопасность при работе в околорезонансном режиме и следить за состоянием оборудования (рис. 4).
^грунт'
МПа 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2
/
д чяг/ш кобапьц. / V /
/ /
/ // \
С \ | дня пнеЬт шин.
О 2 4 6 8 10 12 п Рис. 4. Зависимость изменения контактных напряжений в грунте от количества проходов вибрационного катка
Анализ зависимостей, представленных на рис. 2 и 4, показывает, что использование новых вибрационных катков, оснащённых пневмошинными рабочими органами [8 - 10], позволяет добиваться высоких напряжений в уплотняемом грунте, сопоставимых со значениями напряжений, возникающих от вибрационных катков с металлическими вальцами при аналогичном количестве проходов катка по одному следу. При этом виброкатки с пневмошинными вальцами, являются более универсальными машинами, способными эффективно уплотнять различные типы грунтов, как связанные, так и не связанные. Для обеспечения эффективного процесса уплотнения необходимо выбирать рациональные режимы работы дорожного уплотнителя, в зависимости от типа грунта [10, 11].
Использование результатов приведённых исследований даёт возможность повысить эффективность уплотнения грунтовых слоёв автодороги, а значит повысить производительность и снизить себестоимость работ при строительстве транспортных объектов.
Исследования проводятся при поддержке Российского научного фонда и Правительства Омской области научный грант № 23-29-10010 «Разработка дорожных катков для повышения эффективности транспортного строительства с учетом региональных условий Омской области».
Список литературы
1. Форссблад Л. Вибрационное уплотнение грунтов и оснований/ Л. Форссблад; Пер. с англ. И. В. Гагариной. М.: Транспорт, 1987. 188 с.
2. Марсов В.И., Марсова Е.В., Илюхин А.В. Использование инновационных технологий для уплотнения грунтов: моногр. М.: МАДИ, 2021. 112 с.
3. Борщевский А.А. Механическое оборудование для производства строительных материалов и изделий: учеб. для вузов/ А.А. Борщевский, А.С. Ильин. М.: Высшая школа, 1987. 368 с.
4. Блехман И.И., Джанелидзе Г.Ю. Вибрационное перемещение. М.: Наука, 1964. 410 с.
5. Тимошенко С. П., Янг Д. Х., Тимошенко С. П., Уивер У. Колебания в инженерном деле. / под ред. Э. И. Григолюка; пер. с англ. Л. Г. Корнейчука. М.: Машиностроение, 1985. 472 с.
6. Савельев С. В., Пермяков В.Б, Михеев В.В., Потеряев И. К. Инновационная уплотняющая техника и рекомендации по её использованию для ресурсосберегающих технологий дорожного строительства (электронный ресурс): моногр. Омск: Изд-во СибАДИ, 2019. 193 с. ISBN 978-5-00113-124-3.
7. Савельев С. В. Уплотнение грунтов катками с адаптивными рабочими органами: моногр. Омск.: Изд-во СибАДИ, 2010. 122 с.
8. Пат. 184799 Российская Федерация, МПК E01C 19/27. Гидрошина вибрационного катка / Савельев С. В.; Михеев В. В. № 2018120986; заявл. 06.06.2018; опуб. 09.11.2018, Бюл. № 31.
9. Пат. 2522364 Российская Федерация, МПК Е01С 19/27. Валец дорожного катка / Савельев С. В., Деми-денко А. И., Михеев В. В. № 2013107580/03; заявл. 20.02.2013; опуб. 10.07.2014, Бюл. № 19.
10. Пат. 93090 Российская Федерация, МПК Е01С 19/28, 19./28. Валец дорожного катка /Савельев С. В.; Лашко А. Г. № 2009146463/22; заявл. 14.12.2009; опуб 24.04.2010, Бюл. № 11.
11. Иванченко С.Н., Носов С.В. Разработка технологий уплотнения дорожных асфальтобетонных смесей и грунтов при исследовании их реологических свойств: моногр. Хабаровск.: Тихоокеанский государственный университет, 2020. 217 с.
12. Simulation of different vibration modes of a drum in continuous compaction control system of soil by vibratory rolles / Tyuremnov I.S., Morev A.S. // Lecture Notes in Mechanical Engineering, 2022. P. 469-476.
Савельев Сергей Валерьевич, д-р техн. наук, профессор, [email protected]. Россия, Омск, Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ),
Михеев Виталий Викторович, д-р техн. наук, доцент, [email protected]. Россия, Омск, Омский государственный технический университ (ОмГТУ).
Сачук Юлия Сергеевна, канд. техн. наук, доцент, [email protected]. Россия, Омск, Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)
THE EFFECTIVENESS OF THE USE OF VIBRATION IN PNEUMATIC TIRE ROAD ROLLERS IN THE CONSTRUCTION
OF HIGHWAYS
S.V. Saveliev, V.V. Mikheev, Y.S. Sachuk
When constructing highways, it is necessary to take into account the degree of compaction of all structural layers of an engineering structure. The uncompacted roadbed is deformed, as a result of which its stability decreases. Over time, this process leads to the destruction of the road surface. The compaction of the soil is affected by its properties, the method of compaction, the type of working body of the roller and the number ofpasses along one track. The article provides an analysis of the operation of vibrating rollers - pneumatic and smooth-rolling when compacting soil on the example of loam. The results of studies on determining the contact area of working surfaces with the compacted medium and the magnitude of stresses arising in the ground are presented. As a result, the operating parameters of the vibrating pneumatic roller were determined: the dependence of the change in the stressed state of the soil on the number of passes along one track. Taking into account the proposed research results will increase the efficiency of the use of vibrating pneumatic tire rollers due to adjustable tire pressures.
Key words: soil compaction, the contact area of the pneumatic working body of the roller with the ground, contact stresses, oscillation amplitude, oscillation frequency, number ofpasses of the roller.
Savelyev Sergey Valeryevich, doctor of technical sciences, professor, [email protected].. Russia, Omsk, The Siberian State Automobile and Highway University (SibADI).
Mikheev Vitaly Viktorovich, doctor of technical sciences, docent, [email protected]. Russia, Omsk, Omsk State Technical University (OmSTU),
Sachuk Yulia Sergeevna, candidate of technical sciences, docent, [email protected]. Russia, Omsk, The Siberian State Automobile and Highway University (SibADI)
