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. 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. Успешный контроль качества играет важнейшую роль при работах по уплотнению дорожных покрытий. Основным инструментом непрерывного контроля уплотнения является частотный анализ спектра вибрационного ускорения вальца. Существует несколько показателей, для определения которых используют различные гармоники частотного спектра ускорения. Однако эти показатели имеют ряд недостатков, среди которых низкая точность и ограниченная область применения.
Цель исследования – разработка универсального показателя уплотнения, исключающего указанные недостатки.
Материалы и методы. В среде Simulink создана одномассовая колебательная модель, описывающая взаимодействие системы «вибрационный валец – грунт». Модель позволяет изменять параметры грунта, такие как жесткость и вязкость, а также рабочие параметры вибрационного катка – амплитуду и частоту вибрации. Для исследования частотного спектра ускорения вальца применялось быстрое преобразование Фурье.
Результаты и обсуждение. В результате моделирования были получены частотные спектры ускорения вибрационного вальца для различных режимов работы катка. Вследствие анализа полученных данных предложен новый показатель степени уплотнения.
Заключение. На основе предложенного показателя разработана методика определения момента времени смены режима периодической потери контакта на режим «двойного прыжка». Внедрение методики в производственную практику позволит повысить эффективность процесса уплотнения грунтов вибрационным катком.