CC BY
17
УДК (UDC) 625.8
МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ НОВЫХ МОДЕЛЕЙ
ДОРОЖНЫХ КАТКОВ
NEW ROAD ROLLERS PARAMETERS MODELING
Шишкин Е. А., Иванченко С.Н. Shishkin E.A., Ivanchenko S.N.
Тихоокеанский государственный университет (Хабаровск, Россия) Pacific National University (Khabarovsk, Russian Federation)
Аннотация. В настоящее время рынок производст- {
ва дорожных катков активно развивается. Каж- {
дый завод-изготовитель имеет свой опыт произ- {
водства и использует выработанный подход к про- {
ектированию новых моделей техники. Различие в {
технологиях проектирования приводит к появлению {
на рынке значительного количества новых моделей {
дорожных катков. Практические исследования {
процесса взаимодействия вальца катка с горячей { асфальтобетонной смесью показывают, что мно- { гие модели с различными конструктивными пара- {
метрами оказывают схожее воздействие на уплот- X
няемый материал. Следовательно, необходима раз- X
работка универсального подхода к выбору конст- X
руктивных параметров катков при их производст- X
ве. В работе сделана попытка разработать общую X
методику установления конструктивных парамет- X
ров катков. Для этого был осуществлен статисти- X
ческий анализ конструктивных параметров более X
260 моделей дорожных катков ведущих фирм- X
производителей. Результаты анализа представлены X
в работе в виде номограммы выбора параметров X
дорожного катка. С учетом полученной номограм- X
мы можно провести сравнительный анализ различ- X
ных по конструктивным параметрам катков по X
предложенному в работе показателю эффективно- X
сти. Предложенный алгоритм позволяет рекомен- X
довать конструктивные параметры при проекти- X
ровании заводами-изготовителями новых моделей X
дорожных катков. Как следствие, возможно со- X
кращение количества схожих по воздействию моде- X
лей катков. X
Ключевые слова: асфальтобетон, уплотнение, X
статистическая модель, номограмма, X
конструктивные параметры. X
X
Дата принятия к публикации: 20.11.2019 X
Дата публикации: 25.11.2019 X
X
Сведения об авторах: X
Шишкин Евгений Алексеевич - старший пре- X
подаватель, кафедра транспортно-технологических X
машин в строительстве и горном деле, ФГБОУ ВО X
«Тихоокеанский государственный университет», X
e-mail: [email protected]. X
X
Abstract. Currently, the market for the road rollers production is actively developing. Each manufacturer has its own production experience and uses a developed approach to the new models design. The difference in design technologies leads to the emergence of a significant number of road rollers new models on the market. Practical studies of the roller drum interaction with hot asphalt mix show that many models with different structural parameters have a similar effect on the compacted material. Therefore, it is necessary to develop a universal approach to the choice of design parameters of rollers in their production. The paper attempts to develop a general methodology for determining the design parameters of rollers. For this purpose, a design parameters statistical analysis of more than 260 models of road rollers of leading manufacturers was carried out. The analysis results are presented in the form of a choice nomogram of road roller parameters. Taking into account the received nomogram it is possible to carry out the comparative analysis of rollers various on constructive parameters on the indicator of efficiency offered in work. The proposed algorithm allows us to recommend design parameters when designing new models of road rollers by manufacturers. As a consequence, it is possible to reduce the number of similar models of rollers.
Keywords: asphalt concrete, compaction, statistical model, nomogram, design parameters.
Date of acceptance for publication: 20.11.2019
Date of publication: 25.11.2019
Authors' information:
Evgeniy A. Shishkin - senior lecturer, Department of transport and technological machines in construction and mining, Pacific National University, e-mail: [email protected].
Иванченко Сергей Николаевич - доктор технических наук, профессор, ректор ФГБОУ ВО «Тихоокеанский государственный университет», e-mail: [email protected].
{ Sergej N. Ivanchenko - Doctor of Technical
{ Sciences, Professor, Rector of Pacific national universi-
i ty,
{ e-mail: [email protected].
1. Введение
Автомобильные дороги Российской Федерации преимущественно имеют асфальтобетонное покрытие. Важной технологической операцией, влияющей на качество покрытия, является уплотнение. Данная операция осуществляется дорожным катком, оснащенным гладким вальцом или пневматическими шинами. В настоящее время в распоряжении строительных организаций имеется широкий модельный ряд дорожных катков. При этом различные по конструктивным и технологическим параметрам модели машин могут оказывать одинаковое воздействие на уплотняемый материал. Это обстоятельство необходимо учитывать при разработке новых моделей дорожных катков. Систематизация параметров широкого ряда существующих моделей уплотнителей способствует более обоснованному подходу к назначению конструктивных параметров катков при проектировании.
Целью данной работы является разработка методики по установлению рациональных конструктивных параметров проектируемых моделей дорожных катков.
2. Описание разработанной методики
В настоящее время модельный ряд дорожных катков активно расширяется. Выявление тенденций изменения различных параметров катков позволит сформулировать рекомендации для проектирования новых моделей. С этой целью был проведен статический анализ параметров более 260 моделей дорожных катков таких фирм, как DYNAPAC, BOMAG, HAMM, AMMANN, CATERPILLAR, VOLVO, SAKAI, JCB VIBROMAX, РАСКАТ.
Статистические исследования представлены в виде исходного корреляционного поля и регрессионной кривой, уравнение которой также приводится на графике.
Результаты анализа представлены на рис. 1 - 3.
160
140
я 120 а
я и
я
Ч 100
а
н
80
я S
tt
60
40
со у= 18,83x°'410S
О «Ж о ооо од^б JO O^OODOODO ООЙ "" R- - 0,982S
анЩ^о о q/o о оамГо о
уб о
п/р О
50 100 150
Вес гладковальцевого катка GK, кН
Рис. 1. Взаимосвязь диаметра вальца и веса катка
200
180
160
£ 140 pq
■x
¡Z 120
к
4
I 100 h E a
4 80
ш0
ta
a 60
3
о
5 40
20 0
о о
ООО о о 0,5781х + 17 R2 - 0,7074
ŒODDO О 0 О JB ® У = 289
а о о
уЯВО О о о 0
^Яо ffio 'Ж
É да> 3 °
0 50 100 150 200 250 300
Сила тяжести вибрационного гладковальцевого катка Ск, кН
Рис. 2. Взаимосвязь мощности двигателя и веса катка
и
M
es M
S 'X s я ■а
О
я s s
Cl 3
3
230 210 190 170 150 130 110 90 70 50
У = 1,2332х + 24,624 п2 п опсс
rv — □ п 00 У 1
гпц/Нп^ а г □ □
□ п □ ]□□ п г^ □
ш: Ш ^^ ]Ш
□ ^с^" ш
□Чп □
50 70 90 110 130 150
Диаметр вальца катка D, см Рис. 3. Взаимосвязь ширины и диаметра вальца
170
Разработанный программный комплекс [1] предназначен для назначения режимов работы механизированного звена при строительстве асфальтобетонного покрытия автомобильных дорог. Для формирования рекомендаций при проектировании новых моде-
лей катков указанный комплекс необходимо дополнить системой сравнительного анализа.
Блок-схема алгоритма сравнительного анализа конструктивных параметров катков (рис. 4) включает следующие основные элементы:
Рис. 4. Блок-схема сравнительного анализа конструктивных параметров катков
- блок 2, обеспечивающий чтение параметров асфальтобетонной смеси, окружающей среды, а также стоимости применяемых материалов;
- блок 7 включает подпрограмму «ROLLER KIT», основанную на математическом моделировании процесса взаимодействия
рабочего органа катка с горячей асфальтобетонной смесью;
- блок 8 осуществляет запись в файл результатов расчета: количества проходов текущего катка, достигнутый коэффициент уплотнения смеси, технологическая себестоимость работ.
На основе установленных взаимосвязей конструктивных параметров дорожных катков с помощью разработанного программного комплекса можно осуществлять математическое моделирование и сравнительный анализ эффективности процесса укатки асфальтобетонной смеси различными по конструктивным параметрам катками.
Наполнение базы данных параметров катков (блок 3 на рис. 4) производится с помощью номограммы (рис. 5), которая построена на основе зависимостей, приведенных на рис. 1 - 3. Номограмма численно имеет вид двухмерного массива
а, д в N
G к 2 D B N
G„
D B N
(1)
окя дп вп ып _
где Ок1 - вес /-й модели катка; Д - диаметр вальца /-й модели катка; Вг - ширина вальца /-й модели катка; N - мощность двигателя /-й модели катка.
Рис. 5. Номограмма выбора параметров
дорожного катка
В соответствии с известными диапазонами силового параметра q/R [2] устанавливается принадлежность катка, характеризуемого параметром \qlR\t (1 = 1, п ), к одному из трех типов.
Включение в программный комплекс [1] алгоритма, представленного на рис. 4, позволит производить сравнение катков с различными конструктивными параметрами, полученными по номограмме (рис. 5). При этом тип сравниваемых катков и условия производства работ должны быть идентичны.
Для практической реализации описанного алгоритма необходимо установить условия производства работ.
В работах [3, 4] указывается, что на территории Дальнего Востока в качестве верхнего слоя дорожной одежды преимущественно используют асфальтобетонную смесь типов Б, В по ГОСТ 9128-2013.
Значения температуры окружающего воздуха по месяцам рабочего сезона приведены в табл. 1.
Таблица 1
Средние значения температуры воздуха по месяцам рабочего сезона
Средние значения скорости ветра находятся в диапазоне 1.. .4 м/с.
По данным Федеральной службы государственной статистики основную часть существующей сети составляют дороги III, IV и V категорий, протяженность которых составляет 28%, 36% и 35,8% соответственно. Протяженность дорог II категории 0,3%. Дорог I категории на сегодняшний день на Дальнем Востоке нет.
Согласно [5] для дорог III и IV категорий толщину асфальтобетонного слоя в уплотненном состоянии следует принимать:
- для крупнозернистого асфальтобетона 6
см;
- для песчаного и мелкозернистого асфальтобетона 3 см.
Согласно исследованиям [6] среднее значение коэффициента предварительного уплотнения смеси после асфальтоукладчика составляет:
- для смеси типа Б - 0,92;
- для смеси типа В - 0,87.
Согласно практическим данным [6] среднее значение коэффициента уплотнения смеси после завершения работы легким катком составляет 0,94.0,95.
В соответствии с табл. 1 для климатических условий Дальнего Востока длина захватки при работе асфальтоукладчика на открытых участках должна находиться в диапазоне 50.70 м.
Установленные значения технологических параметров процесса строительства асфальтобетонного покрытия были использованы в качестве исходных данных при сравнительном анализе конструктивных параметров катков с применением описанного выше программного комплекса.
Сравнительный анализ однотипных катков приведен на рис. 6, 7. В качестве критерия сравнения приняты технологические затраты на единицу прироста коэффициента уплотнения Стехн /ДКу. Практическими исследованиями [6] установлено, что основной вклад в прирост плотности смеси вносят первые четыре прохода. Поэтому сравнение производилось по показателям, достигнутым к моменту окончания четвертого прохода каждого катка.
Анализ графиков позволяет выявить каток с такими конструктивными параметрами, которые в заданных условиях эксплуатации будут эффективными с точки зрения затрат на приращение плотности покрытия.
На рис. 6, 7 в качестве примера приведены гистограммы показателя эффективности Стехн /ДКу для различных по конструктивным параметрам катков легкого и среднего типов.
Например, из графика на рис. 6 следует, что предпочтение следует отдать легкому катку массой 3,1 т, характеризуемому минимальными затратами на приращение плотности покрытия. Аналогично из графика на рис. 7 следует, что наиболее эффективным
Месяц Минимальная температура, оС Максимальная температура, оС
Май 8 16
Июнь 15 24
Июль 18 26
Август 17 27
Сентябрь 11 17
катком среднего типа является уплотнитель массой 7,5 т.
Ст[,в / ЛК,., руб/м1
0,25
D, см 73,6 72 90 90 80,2 85
В, см 125 100 130 138 130 138
М,т 3,1 2,5 4,0 4,4 3,9 4,7
Рис. 6. Сравнительный анализ катков легкого
C„lu / Л К,, руб/м1
D, см 114 115 11(1 112 112
В.см 168 173 168 168 145
М,т 7,7 8,2 7,6 8,6 7,5
Рис. 7. Сравнительный анализ катков среднего типа
3. Заключение
типа
Предложенный алгоритм сравнения позволяет осуществлять выбор рациональных конструктивных параметров катков для заданных условий производства работ на основе математического моделирования процесса взаимодействия вальца со смесью. Данный алгоритм может быть использован при проектировании новых моделей дорожных катков.
Список литературы
1. Расчет рационального комплекта дорожных катков: свид-во о государственной регистрации программы для ЭВМ / Шишкин Е.А.; правообладатель Тихоокеан. гос. ун-т. - № 2019610847; заявл. 28.12.2018; опубл. 18.01.2019.
2. Костельов М.П., Посадский Л.М. Технологические особенности и параметры уплотнения горячего асфальтобетона гладко-вальцовыми катками // Уплотнение земляного полотна и конструктивных слоев дорожных одежд. М.: 1980. С. 61-79.
3. Волкова Е.В., Сидорова Д.С. Реконструкция автомобильных дорог в сложных природных условиях Сибири и Дальнего Востока // Вестник ИРГТУ. 2013. №7 (78).
Описанная методика с использованием программного комплекса [1] позволяет осуществлять поиск рациональных конструктивных параметров дорожных катков на основе математического моделирования процесса взаимодействия вальца с асфальтобетонной смесью и может быть использована при проектировании новых моделей уплотняющих машин.
Предложенный алгоритм позволяет рекомендовать конструктивные параметры при проектировании заводами-изготовителями новых моделей дорожных катков.
J References
J 1. Shishkin E.A. Raschet ratsionalnogo
J komplekta dorozhnykh katkov. Svidetelstvo o
J gosudarstvennoy registratsii programm dlya
J EVM [Road rollers rational set calculation. The
J Certificate on official registration of the com-
J puter program]. No. 2019610847, 2019. (In
J Russian)
J 2. Kostelov MP., Posadskij L.M. Technol-
J ogical features and parameters of hot asphalt
J concrete compaction with smooth rollers. Up-
J lotnenie zemlyanogo polotna i konstruktivnyh
J sloev dorozhnyh odezhd, 1980, pp. 61-79. (In
J Russian)
J 3. Volkova E.V., Sidorova D.S. Recon-
J struction of highways in difficult natural condi-
J tions of Siberia and the Far East. Vestnik IRG-
С. 81-84.
4. Лазарева Т.Л., Цупикова Л.С. Расширение температурного интервала работоспособности вяжущего для асфальтобетонных дорожных покрытий Дальнего Востока // Дальний Восток. Автомобильные дороги и безопасность движения: международный сборник научн. тр. 2017. 335-344.
5. СТО НОСТРОЙ 2.25.37-2011 Автомобильные дороги. Устройство асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог. Часть 2. Устройство асфальтобетонных покрытий из горячего асфальтобетона. М.: ООО Издательство «БСТ», 2012. 42 с.
6. Зубков А.Ф., Однолько В.Г. Технология строительства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог. М.: Машиностроение, 2009. 224 с.
t TU, 2013, No. 7(78), pp. 81-84. (In Russian) t 4. Lazareva T.L., Cupikova L.S. Expansion
t of temperature range of binder working capaci-
t ty for asphalt concrete road surfaces of the Far
t East. In: Dalniy Vostok. Avtomobilnye dorogi i
J bezopasnost dvizheniya [Far East. Highways
t and traffic safety]. Khabarovsk, 2017, pp. 335-
J 344. (In Russian)
t 5. STO NOSTROJ 2.25.37-2011. Avtomo-t bilnye dorogi. Ustroystvo asfaltobetonnykh pot krytiy avtomobilnykh dorog. Chast 2. Ustroyst-t vo asfaltobetonnykh pokrytiy iz goryachego ast faltobetona [Motor road. The device of asphalt t concrete coverings of highways. Part 2. The de-t vice of asphalt concrete coverings from hot ast phalt concrete]. Moscow, OOO Izdatelstvo t "BST", 2012. 42 p. (In Russian) t 6. Zubkov A.F., Odnolko V.G. Tekhnolo-t giya stroitelstva asfaltobetonnykh pokrytiy av-t tomobilnykh dorog [Asphalt concrete road sur-t faces construction technology]. Moscow, Mat shinostroenie, 2009. 224 p. (In Russian)
