sibadiНаучный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ"The Russian Automobile and Highway Industry Journal2071-72962658-5626The Siberian State Automobile and Highway University10.26518/2071-7296-2025-22-5-728-749GDECFCsibadi-2082Research ArticleТРАНСПОРТНОЕ, ГОРНОЕ И СТРОИТЕЛЬНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕTRANSPORT, MINING AND BUILDING MACHINERY ENGINEERINGСтатистический анализ технических характеристик грунтовых вибрационных катков различных поколенийStatistical analysis of technical characteristics of soil vibratory rollers of different generationshttps://orcid.org/0000-0003-2261-4153ТюремновИ. С.TyuremnovI. S.

Тюремное Иван Сергеевич, канд. техн. наук, доц., заведующий кафедрой «Строительные и до­рожные машины» 

150023, г. Ярославль, Московский пр., 88

Tyuremnov Ivan S., Candidate of Technical Sci­ence, Associate Professor, Head of the Construction and Road Machines Department

88, Moskovsky Prospekt, Yaroslavl, 150023

tyuremnovis@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1825-0676ШороховД. А.ShorohovD. A.

Шорохов Дмитрий Александрович, аспирант кафедры «Строительные и дорожные машины» 

150023, г. Ярославль, Московский пр., 88

Shorohov Dmitrii A., Post-graduate student of the Construction and Road Machines Department

88, Moskovsky Prospekt, Yaroslavl, 150023

Ярославский государственный технический университет (ЯГТУ)РоссияYaroslavl State Technical UniversityRussian Federation202511112025225728749Copyright © Тюремнов И.С., Шорохов Д.А., 20252025Тюремнов И.С., Шорохов Д.А.Tyuremnov I.S., Shorohov D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibadi.org/jour/article/view/2082Введение

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

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

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

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.

Introduction

Introduction. Soil vibratory rollers are the most prevalent type of specialized machinery for soil compaction, owing to their versatility and high productivity. The effectiveness of soil compaction using vibratory rollers is influenced by a multitude of parameters, categorized into static characteristics (total mass and mass distribution between the trac­tion and compaction modules), dynamic characteristics (vibration frequency and excitation force), and general char­acteristics (engine power, transport and operating travel speeds, drum diameter and width). Statistical analysis of technical specifications serves as an effective tool for investigating the interrelationships among these parameters and identifying developmental trends, including those observed in soil vibratory rollers across different generations.

Materials and methods

Materials and methods. The study analyzes the technical characteristics of soil vibratory rollers of different gen­erations. Statistical processing was carried out using Microsoft Excel software. 432 models of vibratory rollers, including 252 vibratory rollers of 3rd and 4th generation and 180 vibratory rollers of 5th generation, were scrutinized.

Results

Results. Graphs of various technical characteristics of soil vibratory rollers of different generations vs mass of the vibratory drum modules were plotted. Regression equations and corresponding determination coefficients were derived. The parameter “linear relative excitation force” has been proposed to characterize the combined influence of the relative excitation force and the drum width of a soil vibratory roller.

Discussion and conclusion. The study presents the changes of the main technical characteristics of vibratory rollers of different generations produced over the past 20-30 years as well as certain trends in these changes during the transition between generations of soil rollers. The relatively large variation in the technical characteristics re­sponsible for dynamic capabilities of soil vibratory rollers indicates a lack of consensus among manufacturers and researchers regarding the numerical values of these parameters.

грунтуплотнениекаток вибрационныйтехнические характеристикимассавынуждающая силачастота колебанийанализ статистическийsoilcompactionvibratory rollertechnical characteristicsmasscompaction forcefrequency of oscillationsstatistical analysisReferencesТимофеев Д.М. Основные факторы и их зависимости, определяющие оптимальные режимы работы вибрационных катков при уплотнении песчаных грунтов // Инженерный вестник Дона. 2019. № 1(52). С. 138. http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_78_Timofeev_1.pdf_4021ab4e6b.pdfTimofeev D.M. Key Factors and Dependencies Determining Optimal Operating Modes of Vibratory Rollers for Sand Compaction. Engineering Bulletin of Don. 2019; 1(52): 138. (in Russ.) http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_78_Timofeev_1.pdf_4021ab4e6b.pdfТюремнов И.С., Игнатьев А.А. Уплотнение грунтов вибрационными катками : монография. Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2012. 140 с.Tyuremnov I.S., Ignat‘ev A.A. Uplotnenie gruntov vibratsionnymi katkami : monografiya. YAroslavl: Izd-vo YAGTU, 2012. 140 p. (in Russ.)Пермяков В.Б., Захаренко А.В., Савельев С.В. Обоснование выбора параметров вибрационных катков // Известия вузов. Строительство. 2003. № 2. С. 100–103.Permyakov V.B., Zakharenko A.V., Savel’ev S.V. Obosnovanie vybora parametrov vibratsionnykh katkov. Izvestiya vuzov. Stroitel’stvo. 2003; 2: 100–103. (in Russ.)Тимофеев Д.М. Оценка эффективности применения грунтоуплотняющих машин и механизмов // Инженерный вестник Дона. 2018. № 1(48). С. 74. http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_133_Timofeev.pdf_8efc46a15c.pdfTimofeev D.M. Otsenka effektivnosti primeneniya gruntouplotnyayushchikh mashin i mekhanizmov. Inzhenernyy vestnik Dona. 2018; № 1(48): 74. (in Russ.) http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_133_Timofeev.pdf_8efc46a15c.pdfAdam D. Roller Integrated Continuous Compaction Control (CCC) Technical Contractual Provisions & Recommendations // Des. Constr. Pavements Rail Tracks Geotech. Asp. Process. Mater. / ed. Correia A.G. et al. Taylor & Francis Group, London, UK, 2007. P. 111–138.Adam D. Roller Integrated Continuous Compaction Control (CCC) Technical Contractual Provisions & Recommendations. Des. Constr. Pavements Rail Tracks Geotech. Asp. Process. Mater. / ed. Correia A.G. et al. Taylor & Francis Group, London, UK, 2007: 111–138.Pistrol J. et al. An advanced ICMV for vibratory roller compaction // Acta Geotech. 2024. doi.org/10.1007/s11440-024-02342-8Pistrol J. et al. An Advanced ICMV for Vibratory Roller Compaction. Acta Geotechnica. 2024. doi.org/10.1007/s11440-024-02342-8Попов Ю.Г., Малов Г.С., Красников А.С. Моделирование и оптимизация двухамплитудного дебаланса с подвижной внутренней массой // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2023. № 6(759). С. 30–38. doi: 10.18698/0536-1044-2023-6-30-38Popov YU.G., Malov G.S., Krasnikov A.S. Modelirovanie i optimizatsiya dvukhamplitudnogo debalansa s podvizhnoy vnutrenney massoy. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Mashinostroenie. 2023; 6(759): 30–38. (in Russ.) doi: 10.18698/0536-1044-2023-6-30-38Вибрационные устройства с асимметричными колебаниями: Часть 1 / М. Д. Герасимов, С.Н. Глаголев, Н.С. Любимый, С.С. Латышев. – Белгород : Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, 2023. – 144 с.Vibratsionnye ustroystva s asimmetrichnymi kolebaniyami: CHast’ 1 / M. D. Gerasimov, S.N. Glagolev, N.S. Lyubimyy, S.S. Latyshev. – Belgorod : Belgorodskiy gosudarstvennyy tekhnologicheskiy universitet im. V. G. SHukhova, 2023. – 144 p. (in Russ.)Shi M. et al. Effective compaction power index for real-time compaction quality assessment of coarsegrained geomaterials: Proposal and comparative study // Constr. Build. Mater. 2022. Vol. 321. P. 126375. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.126375Shi M. et al. Effective Compaction Power Index for Real-Time Quality Assessment of Coarse-Grained Geomaterials: Proposal and Comparative Study. Construction and Building Materials. 2022; 321: 126375. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.126375Fathi A. et al. Assessing depth of influence of intelligent compaction rollers by integrating laboratory testing and field measurements // Transp. Geotech. 2021. Vol. 28. P. 100509. https://doi.org/10.1016/j.trgeo.2020.100509Fathi A. et al. Assessing Depth of Influence of Intelligent Compaction Rollers by Integrating Laboratory Testing and Field Measurements. Transportation Geotechnics. 2021; 28: 100509. https://doi.org/10.1016/j.trgeo.2020.100509Xu G. et al. The pioneer of intelligent construction—An overview of the development of intelligent compaction // J. Road Eng. 2022. Vol. 2, № 4. P. 348–356. https://doi.org/10.1016/j.jreng.2022.12.001Xu G. et al. The Pioneer of Intelligent Construction-An Overview of the Development of Intelligent Compaction. Journal of Road Engineering. 2022; 2(4): 348–356. https://doi.org/10.1016/j.jreng.2022.12.001Chen C. et al. Intelligent compaction quality evaluation based on multi-domain analysis and artificial neural network // Constr. Build. Mater. 2022. Vol. 341. P. 127583. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.127583Chen C. et al. Intelligent Compaction Quality Evaluation Based on Multi-Domain Analysis and Artificial Neural Network. Construction and Building Materials. 2022; 341: 127583. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.127583Briaud J.L., Seo J. Intelligent compaction: Overview and Research Needs // Texas A&M Univ. 2003. P. 1–84.Briaud J.L., Seo J. Intelligent Compaction: Overview and Research Needs. Texas A&M University. 2003: 1–84.Тюремнов И.С. Обзор систем непрерывного контроля уплотнения грунта для вибрационных катков. Часть 3. Особенности функционирования и “интеллектуальное уплотнение” // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2016. № 2(41). С. 115–122. http://pnu.edu.ru/vestnik/pub/articles/2226/Tyuremnov I.S. Obzor sistem nepreryvnogo kontrolya uplotneniya grunta dlya vibratsionnykh katkov. CHast’ 3. Osobennosti funktsionirovaniya i “intellektual’noe uplotnenie”. Vestnik Tikhookeanskogo gosudarstvennogo universiteta. 2016; 2(41): 115–122. (in Russ.) http://pnu.edu.ru/vestnik/pub/articles/2226/«Интеллектуальное уплотнение»: дерзкий замысел или объективная реальность? // Строительные и дорожные машины. 2007. № 8. С. 8–13.«Intellektual‘noe uplotnenie»: derzkiy zamysel ili ob“ektivnaya real‘nost‘? Stroitel‘nye i dorozhnye mashiny. 2007; 8: 8–13. (in Russ.)Тюремнов И.С., Филатов И.С., Игнатьев А.А. Обзор рекомендаций производителей по использованию вибрационных катков для уплотнения грунта // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2014. № 2(33). С. 155–162. http://pnu.edu.ru/vestnik/pub/articles/1961/Tyuremnov I.S., Filatov I.S., Ignat‘ev A.A. Obzor rekomendatsiy proizvoditeley po ispol‘zovaniyu vibratsionnykh katkov dlya uplotneniya grunta. Vestnik Tikhookeanskogo gosudarstvennogo universiteta. 2014; 2(33):155–162. (in Russ.) http://pnu.edu.ru/vestnik/pub/articles/1961/Тюремнов И.С., Игнатьев А.А., Филатов И.С. Статистический анализ технических характеристик грунтовых вибрационных катков // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2014. № 3(34). С. 81–88. https://vestnik.pnu.edu.ru/vestnik/pub/articles/1987/Tyuremnov I.S., Ignat‘ev A.A., Filatov I.S. Statisticheskiy analiz tekhnicheskikh kharakteristik gruntovykh vibratsionnykh katkov. Vestnik Tikhookeanskogo gosudarstvennogo universiteta. 2014; 3(34): 81–88. (in Russ.) https://vestnik.pnu.edu.ru/vestnik/pub/articles/1987/Anderegg R., Kaufmann K. Intelligent Compaction with Vibratory Rollers // Transp. Res. 2004. Vol. 1868. P. 124–134.Anderegg R., Kaufmann K. Intelligent Compaction with Vibratory Rollers. Transportation Research. 2004; 1868: 124–134.Adam D., Kopf F. Operational Devices for Compaction Optimization and Quality Control (Continuous Compaction Control & Light Falling Weight Device) // Proc. Int. Semin. Geotech. Pavement Railw. Des. Constr. Athens, Greece. 2004. P. 97–106.Adam D., Kopf F. Operational Devices for Compaction Optimization and Quality Control (Continuous Compaction Control & Light Falling Weight Device). Proc. Int. Semin. Geotech. Pavement Railway Design and Construction. Athens, Greece. 2004: 97–106.Тюремнов И.С., Шорохов Д.А. Моделирование взаимодействия вибрационного катка с уплотняемым грунтом // Вестник СибАДИ. 2024. Vol. 21, № 2. С. 202–216. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2024-21-2-202-216Tyuremnov I.S., Shorohov D.A. Vibrating roller with compacted soil interaction modelling. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2024; 21(2): 202-216. (In Russ.) https://doi.org/10.26518/2071-7296-2024-21-2-202-216Тюремнов И.С. Анализ технических характеристик различных типов ударно-вибрационных грунтоуплотняющих машин // Вестник СибАДИ. 2023. Vol. 20, № 6(94). С. 706–716. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2023-20-6-706-716Tyuremnov I.S. Technical parameters analyses of different types of impact-vibration soil compacting machines. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2023; 20(6): 706-716. (In Russ.) https://doi.org/10.26518/2071-7296-2023-20-6-706-716Тюремнов И.С. Исследование влияния динамических характеристик вибрационного катка на особенности взаимодействия элементов системы «рама-валец-грунт». Научный рецензируемый журнал «Вестник СибАДИ». 2025;22(3):396-416. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2025-22-3-396-416Tyuremnov I.S. Investigation into the influence of vibratory roller dynamic characteristics on interaction features of Frame-Drum-Soil system elements. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2025; 22(3): 396-416. (In Russ.) https://doi.org/10.26518/2071-7296-2025-22-3-396-416Yoo T.-S., Selig E.T. Dynamics of VibratoryRoller Compaction // J. Geotech. Eng. Div. ASCE. 1979. № 105 (GT10). P. 1211–1231.Yoo T.-S., Selig E.T. Dynamics of Vibratory-Roller Compaction. Journal of Geotechnical Engineering Division ASCE. 1979; 105(GT10): 1211–1231.Тарасов В.Н., Бояркина И.В., Серебренников В.С. Влияние массы вертикального пригруза на амплитуду колебаний вибровальца и виброзащиту рамы дорожного катка // Строительные и дорожные машины. 2019. № 9. С. 30–36.Tarasov V.N., Boyarkina I.V., Serebrennikov V.S. Vliyanie massy vertikal’nogo prigruza na amplitudu kolebaniy vibroval’tsa i vibrozashchitu ramy dorozhnogo katka. Stroitel’nye i dorozhnye mashiny. 2019; 9: 30–36. (in Russ.)Шабанова Г.И., Савельев С.В., Бурый Г.Г. Математическое описание колебательной системы “вибрационный рабочий орган - грунт” // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. 2013. № 3(31). С. 102–107. https://www.elibrary.ru/download/elibrary_19032661_60709817.pdfShabanova G.I., Savel’ev S.V., Buryy G.G. Matematicheskoe opisanie kolebatel’noy sistemy “vibratsionnyy rabochiy organ - grunt”. Vestnik Sibirskoy gosudarstvennoy avtomobil’no-dorozhnoy akademii. 2013; 3(31):102–107. (in Russ.) https://www.elibrary.ru/download/elibrary_19032661_60709817.pdfШишкин Е.А., Смоляков А.А. Обоснование способа регулирования контактного усилия вибрационного вальца с уплотняемым материалом // Системы. Методы. Технологии. 2022. № 1(53). С. 36–42. DOI: 10.18324/2077-5415-2022-1-36-42Shishkin E.A., Smolyakov A.A. Obosnovanie sposoba regulirovaniya kontaktnogo usiliya vibratsionnogo val’tsa s uplotnyaemym materialom. Sistemy. Metody. Tekhnologii. 2022; 1(53): 36–42. (in Russ.) DOI 10.18324/2077-5415-2022-1-36-42Teramoto S., Ito S., Kobayashi T. Deep learning-based soil compaction monitoring: A proofof-concept study // J. Terramechanics. 2024. Vol. 111. P. 65–72. https://doi.org/10.1016/j.jterra.2023.10.001Teramoto S., Ito S., Kobayashi T. Deep Learning-Based Soil Compaction Monitoring: A Proof-ofConcept Study. Journal of Terramechanics. 2024; 111: 65–72. https://doi.org/10.1016/j.jterra.2023.10.001Bratu P., Tonciu O., Nițu M.C. Modeling the Vibratory Compaction Process for Roads // Buildings. 2023. Vol. 13, № 11. https://doi.org/10.3390/buildings13112837Bratu P., Tonciu O., Nițu M.C. Modeling the Vibratory Compaction Process for Roads. Buildings. 2023; 13(11). https://doi.org/10.3390/buildings13112837Lu Y. et al. Research on vibratory & oscillatory coexistence nonlinear dynamics based on drumsubgrade coupling model // Int. J. Non. Linear. Mech. 2023. Vol. 157. P. 104536. https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2023.104536Lu Y. et al. Research on Vibratory & Oscillatory Coexistence Nonlinear Dynamics Based on Drum-Subgrade Coupling Model. International Journal of Nonlinear Mechanics. 2023; 157: 104536. https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2023.104536Wersäll C., Nordfelt I., Larsson S. Soil compaction by vibratory roller with variable frequency // Géotechnique. ICE Publishing, 2016. Vol. 67, № 3. P. 272–278. DOI: 10.1680/jgeot.16.P.051Wersäll C., Nordfelt I., Larsson S. Soil Compaction by Vibratory Roller with Variable Frequency. Géotechnique. ICE Publishing, 2016; 67(3): 272–278. DOI: 10.1680/jgeot.16.P.051Wu K. et al. Discrete Element Modeling of Vibration Compaction Effect of the Vibratory Roller in Roundtrips on Gravels // J. Test. Eval. 2021. Vol. 49. P. 20190910. https://doi.org/10.1520/JTE20190910Wu K. et al. Discrete Element Modeling of Vibration Compaction Effect of the Vibratory Roller in Roundtrips on Gravels. Journal of Testing and Evaluation. 2021; 49: 20190910. https://doi.org/10.1520/JTE20190910Тюремнов И.С. Исследование влияния динамических характеристик вибрационного катка на особенности взаимодействия элементов системы «рама-валец-грунт». Научный рецензируемый журнал «Вестник СибАДИ». 2025;22(3):396-416. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2025-22-3-396-416.Tyuremnov I.S. Investigation into the influence of vibratory roller dynamic characteristics on interaction features of Frame-Drum-Soil system elements. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2025;22(3):396-416. (In Russ.) https://doi.org/10.26518/2071-7296-2025-22-3-396-416.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.