Научный архив: статьи

Введение. Реверсивные виброплиты – грунтоуплотняющие машины с плоским рабочим органом, оснащенные двумя и более дебалансными валами и обладающие возможностью реверсирования направления и скорости передвижения. Для привода реверсивных виброплит могут применяться бензиновые, дизельные или электрические двигатели. Эффективная работа реверсивных виброплит возможна только при рациональном подборе технических характеристик, а именно: частоты колебаний и вынуждающей силы вибровозбудителя, ширины основания, мощности двигателя и т. д. Чтобы установить взаимосвязь между техническими характеристиками реверсивных виброплит, оценить влияние типа двигателя на основные параметры, а также выявить направления совершенствования данного вида техники, был выполнен статистический анализ.

Материалы и методы. Были рассмотрены 484 модели реверсивных виброплит. Информация о моделях взята с официальных сайтов производителей и дилеров. Обработка данных выполнена в программе Microsoft Excel.

Результаты. Определены диапазоны изменения основных параметров, а также получены уравнения регрессии взаимосвязей частоты колебаний вибровозбудителя, вынуждающей силы, ширины основания, мощности двигателя, относительной вынуждающей силы и массы реверсивных виброплит. Для каждой регрессионной зависимости получены коэффициенты детерминации. Исследовано влияние типа двигателя на диапазоны изменения основных параметров реверсивных виброплит.

Заключение. Тип двигателя практически не влияет на значения параметров реверсивных виброплит в соответствующих диапазонах масс. Относительно невысокие значения коэффициентов детерминации позволяют сделать предположение о том, что производители не обладают достоверными методиками для обоснования технических характеристик реверсивных виброплит. Полученные зависимости могут быть рекомендованы для обоснования некоторых технических характеристик реверсивных виброплит. В последние десятилетия существенно возросли значения частоты колебаний и относительной вынуждающей силы, что оказывает влияние на характер взаимодействия реверсивных виброплит с грунтом.

Введение. Нереверсивные виброплиты – поверхностные грунтоуплотняющие машины с плоским рабочим органом, оснащенные, как правило, одновальным вибровозбудителем круговых колебаний. Привод виброплит может осуществляться от бензиновых, дизельных или электрических двигателей. При проектировании и модернизации нереверсивных виброплит возникают задачи обоснования их технических характеристик: вынуждающей силы и частоты колебаний вибровозбудителя, мощности двигателя, ширины основания и др. Для обобщения многолетнего опыта производителей и выявления взаимосвязей между основными техническими характеристиками нереверсивных виброплит был проведен статистический анализ параметров виброплит с различными типами двигателей.

Материалы и методы. Для выполнения статистического анализа использовались данные о характеристиках нереверсивных виброплит основных отечественных и зарубежных производителей, представленные на официальных сайтах компаний, а также на сайтах их дилеров. Общее количество рассмотренных моделей составило 644. Уравнения регрессии и коэффициенты детерминации получены в программе Microsoft Excel.

Результаты. Установлены диапазоны изменения параметров для нереверсивных виброплит с различными типами двигателей. Получены уравнения регрессии взаимосвязи значений частоты колебаний и вынуждающей силы вибровозбудителя, мощности двигателя, ширины основания и относительной вынуждающей силы от массы нереверсивных виброплит с различными типами двигателей. Определены соответствующие коэффициенты детерминации. Для большинства параметров наблюдаются низкие и очень низкие значения коэффициента детерминации вне зависимости от типа двигателя.

Заключение. Диапазоны изменения технических характеристик дизельных и бензиновых нереверсивных виброплит достаточно близки между собой. Диапазоны изменения технических характеристик электрических виброплит, в большинстве случаев, выходят за диапазоны изменения технических характеристик виброплит с двигателем внутреннего сгорания. Низкий коэффициент детерминации и большой разброс значений параметров свидетельствует об отсутствии у производителей методики обоснования технических характеристик виброплит. Представленные результаты целесообразно использовать для уточнения диапазонов изменения параметров и формулирования требований для математической модели работы самоходных нереверсивных виброплит.

Введение. Вибрационные катки являются наиболее распространенным средством уплотнения грунтов в строительстве. Характер развития напряжений на поверхности контакта вальца с грунтом зависит от технических характеристик вибрационного катка (массы вальца, массы рамы вальца, частоты и вынуждающей силы колебаний, количества и характеристик амортизаторов вальца) и свойств грунта.

Материалы и методы. Моделирование взаимодействия вибрационного катка с уплотняемым грунтом осуществлялось с использованием трехмассной реологической модели системы «рама – валец – грунт». Дифференциальные уравнения движения масс в режимах контакта и отрыва от грунта решались численно. Для определения численных значений времени нагружения (увеличения контактных напряжений от нуля до максимального значения) и времени разгрузки (уменьшения контактных напряжений от максимального значения до нуля), а также максимальной силы реакции грунта на реологической модели был проведен вычислительный эксперимент. В качестве независимых параметров вибрационного катка использовалась масса вибровальцового модуля (масса, приходящаяся на переднюю ось) и относительная вынуждающая сила. В качестве независимых параметров грунта были выбраны коэффициенты упругого и вязкого сопротивления грунта. Общее количество сочетаний факторов равнялось 192. Значения времени нагружения и разгрузки грунта, а также максимальной силы реакции грунта определялись по осциллограммам изменения силы реакции грунта во времени.

Результаты. С использованием программы STATISTICA получены уравнения регрессии для расчета численных значений времени нагружения и разгрузки грунта, а также максимальной силы реакции грунта и соответствующие значения коэффициентов достоверности множественной аппроксимации.

Обсуждение и заключение. Реологическая модель воспроизводит асимметричный характер изменения контактных напряжений при уплотнении грунта вибрационным катком, наблюдающимся в экспериментальных осциллограммах напряжений, полученных при полевых экспериментальных исследованиях. Полученные результаты имеют большое значение для расчета глубины распространения напряжений в грунте и распределения напряжений в грунте после прохода вибрационного катка с использованием волнового подхода к описанию распространения напряжений в грунте. В дальнейшем целесообразно проведение вычислительного эксперимента с расширенным перечнем независимых параметров катка, включающих частоту колебаний.

Введение. Самоходные виброплиты – грунтоуплотняющие машины с плоским рабочим органом, обеспечивающие послойное уплотнение грунта слоями небольшой толщины. В зависимости от способа передвижения выделяют нереверсивные и реверсивные виброплиты. Разработка виброплит требует обоснования ряда технических характеристик, к которым относятся вынуждающая сила, частота колебаний вибровозбудителя, длина и ширина основания, мощность двигателя, относительная вынуждающая сила и др. Для обобщения накопленного опыта производства, а также выявления особенностей в технических характеристиках реверсивных и нереверсивных виброплит, был проведен статистический анализ.

Материалы и методы. В работе исследуются 644 модели нереверсивных и 484 модели реверсивных виброплит. Данные о технических характеристиках рассматриваемых моделей брались с официальных сайтов производителей, а также с сайтов их дилеров. Уравнения регрессии и коэффициенты детерминации получены в программе Microsoft Excel.

Результаты. Определены диапазоны изменения технических характеристик для нереверсивных и реверсивных виброплит. Получены уравнения регрессии и коэффициенты детерминации для взаимосвязей длины и ширины основания, мощности двигателя, вынуждающей силы, частоты колебаний вибровозбудителя и относительной вынуждающей силы от массы нереверсивных и реверсивных виброплит. Большинство полученных зависимостей имеют средние и низкие значения коэффициента детерминации.

Заключение. Диапазоны изменения значений большинства параметров нереверсивных и реверсивных виброплит совпадают в соответствующих диапазонах масс. Исключение составляют только относительная вынуждающая сила и частота колебаний вибровозбудителя, где для нереверсивных виброплит наблюдается существенный разброс значений. Диапазоны значений масс также различаются, причем диапазон значений масс реверсивных виброплит почти полностью перекрывает соответствующий диапазон нереверсивных виброплит. Средние и низкие значения коэффициентов детерминации и значительный разброс отдельных параметров позволяют предположить, что у производителей отсутствует общепринятая методика их обоснования. При выполнении дальнейших исследований целесообразно разделять реверсивные и нереверсивные виброплиты, поскольку их технические характеристики, механизм передвижения и распределение напряжений по контактной поверхности с грунтом различаются. Для повышения эффективности виброплит целесообразно исследовать влияние соотношения масс рамы и основания виброплиты, а также характеристик амортизаторов с целью обеспечения требуемой для эффективного уплотнения грунта продолжительности действия контактных напряжений.

Введение. Для механизации уплотнения грунтов в дорожном строительстве широкое применение получили вибрационные катки. В связи с высокими значениями вынуждающей силы, генерируемой вибровозбудителем, вибрационный валец катка совершает колебания с периодическим отрывом от грунта. Исследование особенностей данных режимов колебаний имеет большое значение при обосновании технических характеристик вибрационных грунтовых катков при проектировании.

Материалы и методы. В работе представлена трёхмассная реологическая модель системы «рама-валец-грунт» с деформируемым вальцом. Масса грунта равнялась 20% массы вальца. Свойства грунта моделировалась схемой Фойгта. Реологическая модель позволяет воспроизводить различные режимы взаимодействия вальца с грунтом: без отрыва и с различными видами отрыва от грунта.

Результаты. На основании результатов вычислительного эксперимента с тестовыми вибрационными катками установлены характерные особенности колебаний вальца и рамы катка, а также изменения контактной силы и продолжительности нагружения и разгрузки грунта при реализации режимов колебаний «постоянный контакт», «частичный отрыв», «двойной прыжок» и колебаний кратности 2. Обоснована целесообразность разработки перспективных грунтоуплотняющих машин, функционирующих в режиме колебаний кратности 2 и обладающих увеличенной уплотняющей способностью за счет реализации контактной силы существенно большей, чем вынуждающая сила установленного вибровозбудителя колебаний при сравнительной высокой продолжительности действия контактной силы, что обеспечивает повышение глубины распространения напряжений и, соответственно, толщины уплотняемого слоя грунта.

Обсуждение и заключение. В работе уточнены критерии отнесения реализуемых режимов колебаний к режимам «постоянный контакт», «частичный отрыв», «двойной прыжок» и колебаний кратности 2. Также представлены новые данные по значениям продолжительности нагружения и разгрузки грунта при реализации различных режимов колебаний вальца вибрационного катка, что имеет большое значение при определении глубины распространения напряжений и уплотнения грунта на глубине.

Введение. Грунтовые вибрационные катки являются наиболее распространенным типом спецтехники для уплотнения грунтов благодаря своей универсальности и высокой производительности. На эф­фективность уплотнения грунтов вибрационными катками оказывают влияние большое количество параметров, которые оценивают статические (общая масса и распределение массы между тяговым и уплотняющим модулем), динамические (частота и вынуждающая сила колебаний) и общие (мощность двигателя, транспортная и рабочая скорости движения, диаметр и ширина вальца) характеристики. Статистическая обработка технических характеристик является эффективным инструментом для изучения взаимосвязи между параметрами и выявления тенденций развития, в том числе для грунтовых вибрационных катков различных поколений.

Материалы и методы. В исследовании анализировались технические характеристики грунтовых ви­брационных катков различных поколений. Статистическая обработка проводилась в программе Microsoft Excel. Общее количество рассмотренных грунтовых вибрационных катков составило 432 модели, из них 252 машины 3-го и 4-го поколений и 180 машин 5-го поколения.

Результаты. Показаны графические представления взаимосвязей различных технических характери­стик грунтовых вибрационных катков разных поколений в зависимости от массы вибровальцового моду­ля. Также получены уравнения регрессии и соответствующие значения коэффициентов детерминации. Предложен параметр «линейная относительная вынуждающая сила», характеризующий совместное влияние относительной вынуждающей силы и ширины вальца грунтового катка.

Обсуждение и заключение. В результате исследования определены диапазоны изменения основных технических характеристик вибрационных катков различных поколений, выпускавшихся в течение по­следних 20…30 лет, и выявлены некоторые тенденции изменения этих параметров при переходе к различным поколениям грунтовых катков. Сравнительно большой разброс значений технических характе­ристик, отвечающих за динамические возможности грунтовых вибрационных катков, свидетельствует об отсутствии у производителей и исследователей единого мнения по обоснованию численных значений данных параметров.

Введение. Вибрационные катки широко применяются для уплотнения грунтов в различных видах строительства. Технологическая эффективность вибрационных катков зависит от их технических характеристик, в том числе от частоты и вынуждающей силы колебаний, а также свойств грунта.

Материалы и методы. Для исследования взаимодействия элементов системы «рама-валец-грунт» разработана трёхмассная реологическая модель, позволяющая исследовать отрывные и безотрывные режимы колебаний вальца. Учет деформируемости вальца позволил сформировать более общую реологическую модель, применимую не только к гладковальцовым вибрационным каткам, но и к вибрационным каткам с гидрошинными, пневмошинными, обрезиненными и другими конструкциями деформируемых вальцов.

Результаты. По разработанной реологической модели был проведен вычислительный эксперимент для вибрационного катка DM-614. Значения максимальной контактной силы Fсmax, передаваемой вальцом на грунт, как правило, меньше значения вынуждающей силы Р. При увеличении значения вынуждающей силы Р и коэффициента упругого сопротивления грунта ks значение Fсmax незначительно возрастает. При увеличении частоты колебаний уменьшается размах вертикальных колебаний вальца и его рамы, а также значения Fсmax во всём диапазоне допустимых значений ks. Из-за нарушения симметричности осциллограммы контактной силы при переходе от режима «постоянный контакт» к режиму «частичный отрыв» с увеличением частоты колебаний вместо ожидаемого уменьшения значений времени нагружения tн и разгрузки грунта tр наблюдается их увеличение при определенных сочетаниях значений вынуждающей силы Р, частоты колебаний f и свойств грунта ks. Поэтому при уплотнении грунта в завершающей стадии (при высоких значениях ks) целесообразно увеличение частоты колебаний не только с целью предотвращения перехода в нежелательный режим «двойной прыжок», но и для увеличения продолжительности действия контактных напряжений, определяющей глубину их распространения и глубину зоны уплотнения грунта.

Обсуждение и заключение. Результаты исследования позволяют получить не только качественное описание влияния основных динамических характеристик вибрационного катка на его технологическую эффективность, динамические нагрузки на элементы конструкции и вибробезопасность, но и дать количественную оценку этих показателей. Проведенный анализ показал, что при проектировании новых и модернизации существующих вибрационных катков необходимо учитывать реализуемый режим колебаний, что ранее не учитывалось в практике отечественного дорожно-строительного машиностроения.

Введение. Самоходные виброплиты – грунтоуплотняющие машины поверхностного действия, оснащенные плоским рабочим органом, который вводится в состояние колебательного движения при помощи вибровозбудителя. Разнообразие конструкций самоходных виброплит является одной из причин существенного разброса значений их основных параметров в соответствующих диапазонах масс. С целью совершенствования методик проектирования самоходных виброплит был выполнен анализ существующих конструкций и проанализировано их влияние на технические характеристики и технологические параметры самоходных виброплит.

Материалы и методы. В ходе исследования были изучены данные о конструкциях и технических характеристиках самоходных виброплит, представленные на сайтах и в сопроводительных материалах производителей, а также их дилеров. В общей сложности было рассмотрено 1137 моделей реверсивных и нереверсивных виброплит российских и зарубежных производителей.

Результаты. Выявлены конструктивные особенности промышленно выпускаемых самоходных виброплит, установлены диапазоны изменения их основных параметров. Проанализированы взаимосвязи компоновки самоходных (в том числе электрических) виброплит с их техническими характеристиками и расчетными схемами.

Заключение. Существенный разброс значений основных параметров реверсивных и нереверсивных виброплит отчасти связан с наличием у виброплит ряда конструктивных особенностей: количеством дебалансных валов, характером колебаний, типом трансмиссии и др. Большинство моделей нереверсивных виброплит при моделировании должны рассматриваться как двухмассные системы, содержащие рабочий орган и раму, соединенные упруго-вязкими связями. Ряд электрических виброплит представляет собой одномассную систему, что влияет на модели их взаимодействия с грунтом. Форма основания виброплиты оказывает влияние на значения контактных напряжений, количество циклов приложения нагрузки к одной точке грунта за один проход, глубину уплотнения и маневренность.

Самоходные виброплиты - грунтоуплотняющие машины поверхностного действия с плоским рабочим органом, который вводится в состояние колебательных движений и обеспечивает перемещение виброплиты по поверхности грунта. Промышленно выпускаемые образцы самоходных виброплит существенно различаются по техническим характеристикам, что обуславливает различия в эффективности их использования на различных типах грунтов и в различных условиях выполнения работ. Данный факт в значительной степени затрудняет как проектирование новых моделей самоходных виброплит, так и выбор подходящих моделей для уплотнения грунтов в различных условиях выполнения работ. В то же время, значительная часть производителей приводят весьма ограниченные рекомендации по технологическим возможностям различных моделей виброплит, что увеличивает риск недостаточного уплотнения грунта и снижения срока службы возводимых на нем сооружений. Целью исследования являлся сбор данных о промышленно выпускаемых моделях виброплит, а также анализ рекомендаций производителей по использованию самоходных виброплит в различных условиях выполнения работ. Собранные данные позволяют оценить накопленный опыт по разработке и совершенствованию линеек самоходных виброплит и могут быть использованы при проектировании новых моделей поверхностных грунтоуплотняющих машин.