Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 10
1.1. Обзор исследований по уплотнению грунтов 10
1,1.1. Анализ взаимодействия рабочих органов дорожных катков с грунтом 16
1.2. Обзор способов уплотнения грунтов 24
1.2.1. Статическое уплотнение , 25
1.2.2. Краткий обзор процессов вибрационного уплотнения 29
1.2.3. Трамбование. 35
1.2.4. Комбинированный способ уплотнения 36
1.3. Выводы по главе 37
2. Методика исследований. исследования свойств грунтов ишин 39
2.1. Общая методика исследований 39
2.2. Методика теоретических исследований 41
2.3. Методика экспериментальных исследований 43
2.4. Исследования свойств грунтов и характеристик шин 45
2.4.1. Свойства грунтов 45
2.4.2. Характеристики шин 51
2.5. Выводы по главе 54
3. Математическая модель взаимодействия вибрационного гидрошинного катка с уплотняемым грунтом. 55
3.1. Анализ взаимодействия вибрационного гидрошинного катка с грунтом как двухмассовой колебательной системы , 56
3.2. Анализ взаимодействия вибрирующей гидрошины как безмоментной оболочки с деформируемым грунтом 64
3.2.1. Определение деформации шины в любой точке контакта 65
3.2.2. Определение коэффициента сопротивления передвижению катка и потребной силы тяги 76
3.2.3. Определение осадки и плотности при движении . гидрошины по грунту . 81
3.2.4. Определение скорости передвижения катка 83
3.3. Выводы по главе 84
4. Разработка конструкции и инженерной методики обоснования параметров вибрационного гидрошинного катка 85
4.1. Обоснование конструкции рабочего органа катка 85
4.1.1. Конструктивное расположение шин на вальце 87
4.1.2. Рекомендации по выбору шин 91
4.1.3. Разработка системы подачи жидкости и воздуха в шины 92
4.2. Инженерная методика обоснования основных режимных параметров вибрационного гидрошинного катка 95
4.3. Выводы по главе... 101
5. Экспериментальные исследования процесса уплотнения грунта вибрационным гидрошинным катком 102
5.1. Экспериментально-теоретическое определение параметров отпечатка контакта гидрошины с грунтом 102
5.2. Экспериментальное определение динамических параметров гидрошины 110
6. Анализ и реализация результатов теоретических и экспериментальных исследований 118
6.1. Анализ исследований по определению рациональной частоты колебаний вибррвозбудителя. 118
6.2. Анализ эффективности применения околорезонансного режима работы катка 120
6.3. Анализ изменения плотности и коэффициента уплотнения при укатке вибрационным гидрошинным катком 123
6.4. Скоростной режим работы катка 124
6.5. Сила сопротивления передвижению катка и коэффициент сопротивления передвижению 125
6.6. Анализ эффективности применения вибрационного гидрошинного катка 126
Основные выводы и результаты исследований, 130
Литература
- Анализ взаимодействия рабочих органов дорожных катков с грунтом
- Исследования свойств грунтов и характеристик шин
- Анализ взаимодействия вибрирующей гидрошины как безмоментной оболочки с деформируемым грунтом
- Разработка системы подачи жидкости и воздуха в шины
Введение к работе
Актуальность работы.. Непрерывный рост интенсивности движения автомобильного транспорта, а так же возрастающая необходимость в возведении новых промышленных и транспортных объектов, требует повышения производительности в строительстве и улучшения эксплуатационных характеристик автомобильных дорог и прочих насыпей инженерного назначения. Высокие значения этих показателей для таких сооружений во многом определяются тщательностью уплотнения грунтов земляного полотна. От этого зависит долговечность и работоспособность самого земляного полотна, а также возведённых на нём дорогостоящих сооружений: зданий, одежд автомобильных дорог и аэродромов, верхнего строения железнодорожных насыпей. Поэтому операция уплотнения грунта в общем технологическом процессе строительства является наиболее важной и ответственной. Вместе с тем уплотнение является и наиболее дешёвым, а поэтому самым распространённым методом придания грунтам необходимой прочности и устойчивости. Затраченные, на уплотнения средства всегда с избьпком окупаются, и наоборот там, где эта операция была выполнена недостаточно тщательно, имеют место огромные убытки.
Один из путей повышения производительности и эффективности уплотняющих работ - это разработка более совершенных уплотняющих машин, а также обоснование рациональных режимов их работы.
Цель работы: повышение эффективности процесса уплотнения грунтов земляного полотна.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
-исследовано влияние параметров катков и режимов уплотнения на интенсивность процесса деформирования грунта при различных способах уплотнения;
-разработана обобщённая математическая модель взаимодействия вибрационного гидрошинного рабочего органа с уплотняемой средой;
-обоснована конструкция вибрационного гидрошинного катка;
-обоснованы рациональные режимные параметры вибрационного гидрошинного катка;
-определены параметры гидрошины при её взаимодействии с грунтом;
-подтверждена адекватность математической модели взаимодействия вибрационного гидрошинного рабочего органа с уплотняемой средой.
гас НАЦИОНАЛЬНАЯ| БИБЛИОТЕКА |
На защиту выносятся результаты диссертационного исследования, составляющие научную новизну работы:
-разработана математическая модель взаимодействия вибрационного гидрошинного катка с деформируемым грунтом;
-определены динамические параметры гидрошины (коэффициента вязкого трения и жёсткость) и параметры её отпечатка с грунтом в процессе уплотнения.
Методы исследований. Общая методика исследований предусматривает комплексный экспериментально-теоретический подход, включающий экспериментальные исследования в лабораторных условиях по определению динамических параметров гидрошины, разработку математической модели колебательной системы «гидрошина-грунт» для определения параметров колебаний в околорезонансном режиме при её взаимодействии с деформируемым грунтом. Экспериментальную проверку результатов теоретических исследований, а также определение численных параметров, входящих в математическую модель. Практическая ценность:
-разработана конструкция вибрационного гидрошинного дорожного катка;
-разработана инженерная методика выбора параметров вибрационного гидрошинного катка, применимая к выбору параметров дорожных катков других типов;
-обоснованы рациональные режимные параметры работы предлагаемого катка.
Реализация работы. Проводится внедрение катка в производство заводом дорожных катков «Раскат» (г. Рыбинск). Результаты научно -исследовательской работы и разработанные методики расчёта параметров дорожных катков используются в учебном процессе, при дипломном и курсовом проектировании по специальности 23.01.00, 17.09.00 на кафедре «ЭДМ» СибАДИ.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены: на международной конференции «Современные проблемы транспортного строительства, автомобилизации и высокоинтеллектуальные научно-педагогические технологии» (г. Омск 13 - 15 ноября 2000 г.), на научно-практической конференции «Пути повышения качества и эффективности строительства, реконструкции, содержания автомобильных дорог и сооружений на них» (г. Барнаул 9-23 марта 2002 г.), на семинаре-совещании «Совершенствование технологий проектирования строительства Федеральной автодороги Чита-Хабаровск» (г. Иркутск 3-7 декабря 2001), на международной научно-практической конференции «Дорожно-транспортный комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура» (г. Омск 21 - 23 мая 2003 г.), на 43-й международной научно-технической конференции ААИ «Проблемы созда-
ния и эксплуатации автомобилей, специальных и технологических машин в условиях Сибири и Крайнего севера» (г. Омск СибАДИ 2003 г.).
В соответствии с планом по освоению новой техники и договором «Создание научно-технической продукции (согласно техническому заданию) на изготовление вибрационного гидрошинного катка на базе ДУ-98» с Сибирской государственной автомобильно-дорожной академией (СибДЦИ) ЗАО «Раскат» производит постановку на производство вибрационного гидрошинного катка.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, включая 2 патента РФ.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, основных результатов, списка литературы и приложений. Объём диссертации составляет в целом 173 страницы, в том числе 19 таблиц, 64 рисунка и 5 приложений.
Анализ взаимодействия рабочих органов дорожных катков с грунтом
Наиболее распространённой и универсальной уплотняющей машиной, способной применять все известные способы уплотнения, в зависимости от вида рабочего органа и режима работы, являются дорожные катки, и для проведения дальнейших исследований представляется целесообразным рассмотреть и проанализировать взаимодействие различных рабочих органов катков с грунтом.
Значительная сложность и многообразие механических свойств контактирующих тел (рабочего органа дорожного катка с одной стороны и деформируемого грунта с другой) привели к появлению разнообразных схем, которые в той или иной мере учитывают их свойства при взаимодействии друг с другом. Наибольшую часть исследований по этому вопросу проводили в ХАДИ профессор А. К, Бируля и его ученики, в частности О. Т. Батраков и Я. А. Калужский. В настоящее время насчитывается пять основных расчётных схем. 1. Взаимодействие жёсткого колеса большого диаметра и грунта (схема О. Т. Батракова) /14/. 2. Взаимодействие пневматического колеса как безмоментной оболочки и грунта (схема А. К. Бируля) /26/. 3. Взаимодействие пневматического колеса как упругого тора и грунта (схема О. Т. Батракова) /12/. 4. Взаимодействие пневматического колеса как эластичной оболочки и грунта (схема А. К. Бируля) /23/. 5. Взаимодействие пневматического колеса как тела состоящего из большого числа колец малой толщины и грунта (схема Г. Б. Безбородова) /19/.
Расчётная схема пневматик как эластичная оболочка решена для случая нелинейного закона деформирования пневматического колеса. Решение задачи пригодно только для случая деформирования грунта при JLI=0 И для колёс с повышенным давлением воздуха в шине.
Схема принимает ряд допущений, которые в действительности не наблюдаются в экспериментах. Например, контакт пневматического колеса с грунтом происходит по цилиндрической поверхности, деформация пневматика вне зоны контакта отсутствует. Это снижает возможности широкого применения данной схемы. Рис. L5. Схема взаимодействия грунта с большим числом колец малой толщины
Наконец, пятая схема была разработана для расчёта удельных давлений пневматика на грунт и определения формы и площади отпечатка также для колёс с высоким значением рв. Следует сказать, что последние две схемы решены для случая проходимости колёсных машин по грунту.
Приведённая классификация расчётных схем позволяет выбрать необходимую расчётную схему при заданных параметрах контактирующих тел.
Отметим, что наибольшее количество расчётных схем относятся к уплотнению грунтов пневматическими шинами, т. к. они (по сравнению с жёсткими вальцами) обладают более сложными свойствами, имеют возможность деформироваться, как и уплотняемый грунт, за счёт чего увеличивается время приложения нагрузки, и процесс уплотнения протекает более интенсивно,
В заключение можно сделать вывод: несмотря на то, что теории уплотнения грунтов и их взаимодействия с различными уплотнителями не полностью охватывают все аспекты данного вопроса и в настоящее время всё ещё развиваются, тем не менее, рассмотренные выше теоретические выкладки дают возможность использовать их при разработке более эффективных уплотняющих машин. 1.2. Обзор способов уплотнения грунтов
В связи с многообразием типов грунтов и их свойств появились различные способы уплотнения, эффективность каждого из которых непосредственно зависит от этих свойств и состояния уплотняемого грунта.
Наиболее распространенными способами являются: статическое уплотнение, вибрационное, ударный способ (трамбование) и комбинированный способ.
Рабочие органы уплотняющих машин выполняются в виде плиты плоского и криволинейного профиля, в виде гладких, кулачковых, ребристых, пластинчатых, решётчатых вальцов и в виде пневматических колёс. Уплотнение материала различными рабочими органами называют комбинированным.
Выбор способа уплотнения материала определяется его структурой. Для каждой из структур может оказаться эффективным несколько способов уплотнения. Все способы уплотнения обеспечиваются с помощью рабочих органов катков. Статическое уплотнение создаётся гладким вальцом или вальцом с другой формой рабочей поверхности при малой скорости машины. Вибрационное уплотнение обеспечивается благодаря установке вибровозбудителя, воздействующего на рабочий орган. Трамбующее действие при укатке создаётся на высокой скорости передвижения кулачкового вальца, а также падающими грузами.
Статическое уплотнение обеспечивается укаткой. Уплотняющее действие катков зависит от максимальных контактных давлений, распределения давлений по площади контакта, размеров поверхности контакта, скорости укатки и числа проходов. Максимальные контактные давления оказывают основное влияние на прочность материала. Увеличение минимального размера пятна контакта приводит к увеличению толщины уплотняемого слоя.
Увеличение длины контакта рабочего органа с материалом и уменьшение скорости передвижения приводит к увеличению времени нагружения уплотняемого материала. Это положительно сказывается на качестве уплотнения материалов, особенно с вязкими свойствами.
Среди различных типов статических катков наиболее универсальными и эффективными показали себя катки на пневматических шинах /77, 110/ (рисунок 1.6), поэтому имеет смысл подробно рассмотреть процесс укатки именно этими катками.
Исследования свойств грунтов и характеристик шин
Основными задачами экспериментальных исследований являются: - подтверждение адекватности математических моделей; - определение и уточнение численных значений параметров, входящих в математические модели; -подтверждение работоспособности и эффективности применения предлагаемого технического решения в производственных условиях.
В соответствии с решаемыми задачами при проведении экспериментальных исследований обычно применяют два метода эксперимента: активный и пассивный /44,75/.
1. Суть активного метода заключается в формировании единичных, ступенчатых воздействий и регистрации переходных процессов. Полученные переходные процессы несут информацию о свойствах объекта, пригодных для подтверждения адекватности математических моделей.
2. Пассивный эксперимент предполагает наблюдение за функционированием испытываемого объекта без вмешательства в этот процесс /75/. Роль исследователя при этом сводится к сбору и обработке информации об объекте и результатах его функционирования.
Независимо от метода испытаний важным условием их проведения является обеспечение достоверности экспериментальной информации с требуемой доверительной вероятностью. В прикладных исследованиях считается достаточной доверительная вероятность (1 -аэ) = 0.95, аэ- коэффициент значимости/71, 76, 80/.
При проведении экспериментальных исследований возникает целый ряд факторов, приводящих к погрешностям результатов измерений.
Для исключения из экспериментальных данных грубых ошибок использовался критерий Стьюдента y- = t tLf),f = n-l, (2.1) o где у1 - результат опыта, поставленный под сомнение; ус - среднее арифметическое значения результатов эксперимента; а - среднеквадратичное от т клонение; ta/f табличное значение критерия Стьюдента при доверительной вероятности (1 -аэ) и числе степеней свободы f; п - число параллельных опытов. Оценка среднеквадратичного отклонения определяется по формуле /54/: n-1 CT = V— : (2-2) Полученный результат выбраковывался, если вычисленное значение t было меньше табличного при определённом уровне значимости. 2.4. Исследования свойств грунтов и характеристик шин.
Вследствие многообразия типов грунтов, как строительных материалов, и их свойств, которые в значительной степени влияют на эффективность процесса уплотнения, необходимо провести анализ исследований по ним. При этом отметим, что свойствами грунтов при их уплотнении занимались такие учёные, как проф. А. К. Бируля, проф. НЕ Иванов, проф. В. Ф. Бабков, проф. К. А. Артемьев, В. А. Анфимов и др. /3, 6, 14, 15, 22, 24, 25, 28, 32, 60, 65,81,82,87/.
Для Омской области наиболее распространённым грунтом является суглинок, с числом пластичности 7, поэтому в данных исследованиях имеет смысл рассматривать именно этот тип грунта, т. к. при строительстве земляного полотна автомобильных дорог, как правило, используется грунт, непосредственно залегающий в районе строительства.
Немаловажным фактором, влияющим на протекание процесса уплотнения, являются вязкостные свойства грунта, характеризуемые коэффициентом вязкости г, причём его значение неодинаково изменяется на ветвях нагрузки и разгрузки уплотняемого грунта и согласно исследованиям Анфимова В. А., Калужского Я. А., Батракова О. Т., Бабкова В. Ф, и др. /3, 4, 15, 17, 23. 30, 60, 107/, г) в значительной степени зависит от количества жидкой фазы. Значения коэффициента вязкости приведены в таблице 2.3 и на графике рисунка 2,1.
График зависимости коэффициента вязкости грунта г] от его влажности Отдельно стоит рассмотреть динамические свойства грунтов, проявляе # мые при вибрационном уплотнении.
Жёсткость и коэффициент вязкого трения грунта исследовались рядом авторов /2, 9, 81, 91, 99, 101, 108/, в частности Д. Д. Барканом, Б. И. Филипповым, Н. А. Азюковым, В. Н. Сорокиным и др.
Проанализировав данные вышеперечисленных авторов, для среднего суглинка влажностью W=12%, можно составить таблицы значений жёсткости и коэффициента вязкого трения грунта при коэффициенте уплотнения: (0,85; 0,95; 1,0).
Помимо свойств грунта, для полного представления картины его деформирования под шиной необходимо также рассматривать свойства самой шины. Их исследования проводили Н. А. Островцев, В. И Кнороз, В. П. Бойков, Р.Хедекельидр./З, 12,21,26,27,46,49,68,77, Ю7/.
Наиболее важными для нас являются жёсткостные свойства шин, которые, главным образом, зависят от внутреннего давления и свойств каркаса. Наиболее распространёнными шинами, применяющимися на дорожных машинах, являются шины типа 10,00 - 20 и 11,00 - 20, По исследованиям вышеперечисленных авторов можем составить таблицу 2.6 для изменения деформаций є и жёсткости с на плоскости и деформаций є и жёсткости с на ребре в зависимости от внутреннего давления при номинальной нагрузке на шину 1,2 т.
Анализ взаимодействия вибрирующей гидрошины как безмоментной оболочки с деформируемым грунтом
Схема «Пневматик как безмоментная оболочка», применяемая в работах Анфимова В. А., Бабкова В. Ф., Калужского Я. А. /3, 4, 5, 65/ (ХАДИ) для описания движения пневматической шины по деформируемому грунту, может быть использована и для описания взаимодействия перекатывающейся вибрирующей гидрошины; с уплотняемым грунтом учитывая внутреннее давление жидкости внутри шины и динамическое воздействие от вынуждающей силы. Преимущества данной схемы состоят в следующем: -расчётная схема позволяет учесть воздействие жидкости внутри оболочки на её стенки; -внутреннее давление в шинах вибрационного гидрошинного катка может колебаться в пределах 0,2 - 0,6МПа; -каток передвигается по свежеотсыпанным слоям грунта, модуль деформации которых изменяется в широких пределах от 2,0 - 20,0 МПа и более; -расчётная схема позволяет максимально учесть геометрические и механические параметры контактирующих тел.
Описывается качение гидрошины по деформируемому материалу, а также делается попытка объяснить процесс уплотнения материала и влияние параметров шины, скорости передвижения, параметров вибрации и свойств материала на его деформацию (уплотнение).
Математическое описание упомянутых вопросов возможно лишь в случае принятия определённых упрощающих предположений. Эти предположения касаются, с одной стороны, законов, управляющих деформацией грунта, и, с другой стороны, геометрии гидрошины, законов её деформации и передачи вибрации через гидрошину на грунт.. 1. Предполагается, что распределение давления в любом нормальном к оси колеса сечении поверхности соприкосновения одинаково. Таким образом, задача принимает плоский характер. 2. Деформация шины в каждой точке считается пропорциональной давлению шины на грунт. 3. Деформация грунта подчиняется закону q = Е —hbt .. 4. Основные законы взаимодействия грунта и вибрационной гидрошины аналогичны статической схеме, учитывается воздействие жидкости на внутреннюю стенку шины и интенсификация закона уплотнения грунта за счёт воздействия вынуждающей силы вибровозбудителя.
Рассмотрим взаимодействие безмоментной цилиндрической оболочки радиуса R и шириной В с нежёсткими опорными поверхностями. Оболочка изнутри нагружена давлением жидкости рвн. Реакция упругого основания (стенки шины) q предполагается пропорциональной радиальному смещению оболочки: q0=c2E, (3.15) где с 2 -жёсткость шины.
Принимая полярную систему координат с началом в центре оболочки (рис, 3.4) вырезаем двумя радиальными сечениями элемент оболочки длиной Rd p в зоне контакта. Элемент находится в равновесии под действием нормальных сил Н (внутреннее растягивающие усилие в оболочке), направленных по касательной к элементу внутреннего давления внутри оболочки ран, реакции упругого основания оболочки с28 и реакции опорной поверхности q, действующих по нормали к элементу. Кроме того, действуют силы трения оболочки об опорную поверхность, ввиду малой величины ими можно пренебречь.
Условие равновесия элемента оболочки при проектировании на направление касательной: — [HCos(90 - у)] =—[НСозф] = 0, (3.16) d p dtp где у - угол между касательными к элементу и направлением радиус вектора. Отсюда следует, что проекция нормального усилия на направление касательной есть величина постоянная: HSiny = N = const. (3.17) Величина N для оболочки может быть определена по выражению: N = , (3.18) где В - ширина профиля шины; рвн -давление от объёма жидкости и остаточного воздуха внутри шины (если он имеется). Согласно исследованиям В. Н. Тарасова /92/ внутреннее давление на условно отсечённый элемент упругой оболочки, нагруженной изнутри давлением жидкости, будет равно: PBH = (Q + VGCT)-PB (3.19) FK где Q - нагрузка на колесо, кг; GB - вес жидкости в шине, кг; GCT - вес объёма столба жидкости, который воспринимается непосредственно контактом, не нагружая оболочку шины, GCT =РкНжу; Нж — расстояние от плоскости контакта до верхнего уровня жидкости в шине, м; у - объёмный вес жидкости, кг/м ; рв - давление в верхней точке внутренней полосы контакта, МПа; FK 2 площадь контакта, м ;
Известно, что наряду со статической нагрузкой на валец действует вынуждающая сила вибровозбудителя, которую можно учесть зависимостью /38/: Q = G + P 5,2 \ (3.20) где G - сила тяжести воздействующий на валец, Н; Р — вынуждающая сила вибровозбудителя, Н.
Сумма проекций, действующих на элемент усилий на направление радиус-вектора, должна быть равна 0. Используя это условие и учитывая, что деформация оболочки мала по сравнению с радиусом и с учётом выражений (3.16) и (3.17) можно получить основное уравнение равновесия при проектировании усилий на направление радиус-вектора: —(Nctgy) + c2edq + pBHRd(p-qRd{p = 0, (3.21) dcp где q - реактивное сопротивление опорной поверхности. Если радиальные смещения оболочки є малы по сравнению с радиусом, то уравнение (3.21) после преобразования примет вид -гут4 + с2є + Рвн-Ч = 0» (3-22) R/ d p где N-растягивающее усилие в оболочке; с2 - динамическая жёсткость гидрошины; R-радиус оболочки; є-радиальная деформация; ф-угол от вертикальной оси, проходящей через центр оболочки, до элементарного объёма; рвн - внутреннее давление в шине; q-реакция опорной поверхности.
Реакция опорной поверхности может быть представлена различными зависимостями. Применяемые зависимости для q, в основном, отражают статический процесс взаимодействия штампа - колеса с поверхностью качения. Однако передвижение как пневматического колеса, так и гидрошины не всегда можно представить таким образом. Чем выше скорость передвижения колеса, тем больше реакция опорной поверхности /6, 14, 25/. Поэтому в уравнение реакции опорной поверхности должен входить член, зависящий от скорости деформирования
Разработка системы подачи жидкости и воздуха в шины
Необходимость отслеживания плотности грунта в процессе уплотнения складывается, прежде всего, из-за изменения его физических и реологических свойств, т.е. изменения характера взаимодействия грунта с рабочим органом катка.
Зависимость изменения объёмного веса грунта и коэффициента уплотнения от количества проходов катка Полученные зависимости позволяют отслеживать изменение плотности и коэффициента уплотнения в процессе укатки.
Многолетний опыт уплотнения грунтов дорожными катками показал, что при первых проходах, когда сопротивление рыхлого материала деформированию довольно мало и скорость катка должна быть выше, чем при последних проходах, когда структурное сопротивление грунта повысилось и требуется большее время уплотняющего воздействия. Для вибрационного гидрошинного катка это положение подтверждается, как теоретическими исследованиями, так и экспериментальными данными. Поскольку за основу математической модели взаимодействия гидрошины с грунтом бралась задача для перекатывающейся пневматической шины по уплотняемому грунту, то адекватность её реальным условиям производилась сопоставлением реальных данных, полученных исследователями /3, 68, 77/для укатки грунтов пневмо-шинными катками (рис. 6.7).
Рациональная величина скорости укатки вибрационными катками зависит от времени воздействия рабочего органа на уплотняемый материал (от величины b отпечатка контакта) согласно формуле (3.47) и изменяется в зависимости от роста плотности уплотняемого грунта в процессе укатки. Сила сопротивления передвижению катка и коэффициент сопротивления передвижению.
Немаловажное значение при определении режимных характеристик катков имеет сила сопротивления передвижению катка, т.к. при её известных значениях можно отслеживать рациональное использование мощности силовой установки, а также по коэффициенту сопротивления передвижению косвенно следить за протеканием процесса уплотнения. Проведённые исследования позволяют отслеживать изменение силы сопротивления передвижению катка и изменение коэффициента сопротивления передвижению от количества проходов катка (рис. 6.8.). количество проходов катка, п = 7000 Для катка на пневматически шинач . данные, полученные исследователями экспериментально теоретические данные, полученные с помощью математической модели
Для вибрационного гидрошннного катка
Адекватность математической модели подтвердилась сравнением данных, полученных экспериментальным путём для пневмошинных катков /3, 68, 77/ с данными, полученными теоретически с помощью математической модели. Результаты исследований показали, что максимальное расхождение между теоретическими и экспериментальными данными не превышает 16%, расхождения вызваны допущениями, принятыми при составлении модели.
Данные, полученные в результате теоретических и экспериментальных исследований, позволяют назначить режимные параметры работы вибрационного гидрошинного катка, в частности, определить околорезонансную частоту колебаний вибровозбудителя и его вынуждающую силу. Находятся значения рабочей скорости катка, при которой происходит максимальная осадка грунта под рабочим органом при каждом проходе. Также определяется сила сопротивления передвижению катка на различных стадиях уплотнения, что в перспективе даёт возможность выбора рационального тягового режима работы катка.
При проведении анализа эффективности применения катка, оснащённого вибрационным гидрошинным рабочим органом, сравним некоторые показатели его работы с показателями наиболее близкого по конструкции и достаточно эффективного катка на пневматических шинах. Исходя из данных, полученных в результате предыдущих исследований можно определить значения затрачиваемой мощности на передвижение того или иного рабочего органа и производительности катков, ими оснащенных. Выражение для определения мощности, затрачиваемой на передвижение запишем как: где F — сила сопротивления передвижению рабочего органа по уплотняемому грунту, Н; о - скорость движения, м/с.
Используя значения F и и рационального режима работы катка, определим значения и построим диаграммы изменения затрачиваемой мощности и силы сопротивления передвижению в зависимости от потребного количества проходов катка и его рабочей скорости. где L - длина укатываемого участка, м; В - ширина укатываемой полосы, м; А - величина перекрытия, м (А=0,2м); Но -толщина слоя, м; кв - коэффициент использования рабочего времени, (кв=0,85); и - рабочая скорость катка, м/ч; t - время, затрачиваемое на разворот катка в конце участка, ч (t=0,2 ч); п - необходимое число проходов для достижения нормативной плотности.
Принимая длину технологической захватки L=200 м, толщину слоя Но—0,3 м, получим значения производительности для катков с вибрационным гидрошинным вальцом и вальцом на пневматических шинах и построим графическую зависимость изменения эксплуатационной производительности от рабочей скорости катка (рис. 6.10.).
1. Рациональные режимы работы и параметры дорожных катков напря мую влияют на интенсивность процесса деформирования грунта и за висят от его свойств, вследствие этого на основе анализа эффектив ности применения различных способов уплотнения предложена кон струкция вибрационного гидрошинного катка, способного эффектив но уплотнять различные типы грунтов, объединившего в одном рабо чем органе преимущества; способов уплотнения пневмошинами и вибрацией..
2. Разработана обобщённая математическая модель взаимодействия ра бочего органа вибрационного гидрошинного катка с деформируемым грунтом, позволяющая определить динамические параметры системы «гидрошина - грунт» при ее работе в околорезонансном режиме, а также определить закономерности протекания процесса деформиро вания грунта с учётом его изменяющихся свойств.
3. Обоснована конструкция вибрационного гидрошинного рабочего органа, которая обеспечивает максимально равномерное распределение контактных напряжений. Разработана система подачи жидкости и воздуха в шины, которая обеспечивает работу катка не только в гидрошинном режиме, но и в режиме пневмокатка.
4. Определены значения рациональных режимных параметров предложенного катка для уплотнения суглинистого грунта до плотности, соответствующей коэффициенту уплотнения 1,0 по стандартному способу. При этом на первых проходах катка частота колебаний вибровозбудителя должна составлять около - 15 Гц, на средних проходах около - 25 Гц, на последних проходах - 31 Гц.
5. Разработана инженерная методика расчёта основных режимных параметров предложенного катка для уплотнения грунтов, которая также может применяться для определения параметров катков других типов.
