sibadiНаучный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ"The Russian Automobile and Highway Industry Journal2071-72962658-5626The Siberian State Automobile and Highway University10.26518/2071-7296-2026-23-2-196-208FQDNQRsibadi-2208Research ArticleТРАНСПОРТНОЕ, ГОРНОЕ И СТРОИТЕЛЬНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕTRANSPORT, MINING AND BUILDING MACHINERY ENGINEERINGКинематическое исследование нового устройства для глубокого уплотнения грунтовKinematic analysis of new design of deep soil compaction equipmenthttps://orcid.org/0009-0004-8358-1329ГундаревК. А.GundarevK. A.

Гундарев Кирилл Александрович – инженер кафедры «Гидравлика и гидропневмосистемы»

454080, г. Челябинск, просп. Ленина, 76

Gundarev Kirill A. – engineer at the Department of Hydraulics and Hydrulic and Pneumatic Systems

76, Prospect Lenina, Chelyabinsk, 454080

gundarevka@susu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6818-1694КондаковС. В.KondakovS. V.

Кондаков Сергей Владимирович – д-р техн. наук, проф., проф. Передовой инженерной школы двигателестроения и специальной техники «Сердце Урала»

454080, г. Челябинск, просп. Ленина, 76

Author ID: 509941

Scopus ID: 56556574700

Kondakov Sergey V. – Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Professor of the Advanced Engineering School of Engine Building and Heart of the Urals Equipment

76, Prospect Lenina, Chelyabinsk, 454080 

Author ID: 509941

Scopus ID: 56556574700

kondakovsv@susu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9079-3523ПодзеркоА. В.PodzerkoA. V.

Подзерко Александр Викторович – канд. техн. наук, доц. кафедры «Гидравлика и гидропневмосистемы»

454080, г. Челябинск, просп. Ленина, 76

Author ID: 410625

Scopus ID: 57197827508

Researcher ID: AAL-5472-2021

Podzerko Alexander V. – Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor of the Department of Hydraulics and Hydrulic and Pneumatic Systems

76, Prospect Lenina, Chelyabinsk, 454080

Author ID: 410625

Scopus ID: 57197827508

Researcher ID: AAL-5472-2021

podzerkoav@susu.ruhttps://orcid.org/0009-0004-1868-0232АсфандияровМ. А.AsfandiyarovM. A.

Асфандияров Марат Андреевич – канд. техн. наук, доц. кафедры «Гидравлика и гидропневмосистемы»

454080, г. Челябинск, просп. Ленина, 76

Asfandiyarov Marat A. – Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor of the Department of Hydraulics and Hydrulic and Pneumatic Systems

76, Prospect Lenina, Chelyabinsk, 454080

asfandiiarovma@susu.ruhttps://orcid.org/0009-0003-0532-1751ЛевшинИ. Е.LevshinI. E.

Левшин Игорь Евгеньевич – аспирант кафедры «Автомобили и автомобильный сервис», инженер кафедры «Гидравлика и гидропневмосистемы»

454080, г. Челябинск, просп. Ленина, 76

Levshin Igor E. – postgraduate student of the Department of Automobile Engineering and Car Service, engineer at the Department of Hydraulics and Hydrulic and Pneumatic Systems

76, Prospect Lenina, Chelyabinsk, 454080

igor_levshin@mail.ruЮжно-Уральский государственный университетРоссияSouth Ural State UniversityRussian Federation202606052026232196208Copyright © Гундарев К.А., Кондаков С.В., Подзерко А.В., Асфандияров М.А., Левшин И.Е., 20262026Гундарев К.А., Кондаков С.В., Подзерко А.В., Асфандияров М.А., Левшин И.Е.Gundarev K.A., Kondakov S.V., Podzerko A.V., Asfandiyarov M.A., Levshin I.E.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/2208

Введение. Разрушение покрытий автомобильных дорог и гидротехнических сооружений часто происходит из-за недостаточного уплотнения насыпных грунтов ввиду послойного уплотнения на малую глубину. Решение этой проблемы требует совершенствования технологии и оборудования для равномерного уплотнения грунтов на глубину, независящую от толщины насыпного слоя. Целью данного исследования является определение передаточного отношения нового устройства для глубокого уплотнения грунтов, разработанного соавторами.Материалы и методы. В работе используются методы математического моделирования нового устройства по кинематическим схемам для определения передаточного отношения. Рассмотрены кинематические схемы нового устройства с использованием трех конусных роликов, расположенных между водилом, эпициклом (уплотняемым грунтом) и забурником через равные углы. На основе анализа кинематических схем выявлена зависимость передаточного отношения устройства от угловых скоростей водила и конусного ролика. Определены угловые скорости и построена схема для определения радиусов водила и конусного ролика. Получена зависимость передаточного отношения нового устройства от его геометрических характеристик.Результаты. Получено Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2025660077. Представлены фрагменты исходного кода программы для расчета передаточного отношения устройства на языке программирования Python. Результаты работы могут быть использованы инженерами и специалистами профильных предприятий, конструкторских бюро и инжиниринговых центров при расчете параметров аналогичных устройств. Практическое значение результатов исследования связано с усовершенствованием устройств глубокого уплотнения грунтов и повышением показателей эффективности дорожно-строительных машин.Обсуждение и заключение. Ценность работы обусловлена полученным выражением для передаточного отношения нового устройства, обладающим научной новизной. Установленная связь между передаточным отношением, углом между осями конусных роликов и углом наклона образующей конусного ролика позволяет рассчитать крутящий момент на валу рассматриваемого механизма. Также представлен экспериментальный образец нового устройства с оптимальными геометрическими параметрами.

Introduction. The destruction of road surfaces and hydraulic structures results from insufficient compaction of bulk soils due to layer-by-layer shallow compaction. There is a need to improve technology and equipment for uniform soil compaction at a depth irrelevant to the layer thickness. The purpose of this research is to determine the gear ratio for the new deep soil compaction device designed by the co-authors.Materials and methods. Methods of mathematical modeling of the new design based on kinematic schemes for determining the gear ratio have been used. The article discusses the kinematic schemes of the new device with three conical rollers mounted between the carrier, the epicycle (compacted soil) and the drill bit at equal angles. According to the diagrams, the gear ratio is expressed by means of angular velocities of the carrier and the conical roller. As angular velocities are determined, the scheme is constructed to determine the radii of the carrier and the conical roller. The relations between the gear ratio of the new design and its geometric characteristics are obtained.Results. The Certificate of state registration of the computer program No. 2025660077 has been received. Fragments of the source code of a program for calculating the gear ratio of a device in the Python programming language are presented. The applicability of the research results refers to calculating the torque and geometric parameters of similar devices at machine-building enterprises. The practical significance of the research results is related to the improved design of deep soil compaction equipment which increases the efficiency of road construction machinery.Discussion and conclusion. The research novelty refers to the introduction of the gear ratio for the new device design. Relations between the gear ratio, the angle between the axes centers and the skew angle of the conical rollers make it possible to calculate the torque of such devices. An experimental model of the new device made according to optimal geometric parameters has been presented.

передаточное отношениематематическая модельдорожно-строительные машиныраскатка котловановдинамически-уравновешенная системаконусные роликиводилоэпициклплощадь контактаглубокое уплотнение грунтовgear ratiomathematical modelroad construction machinesrolling out pitsdynamically balanced systemconical rollerscarrierepicyclecontact areadeep soil compactionReferencesRiekstins A., Haritonovs V., Straupe V. at al. Comparative environmental and economic assessment of a road pavement containing multiple sustainable materials and technologies // Construction and Building Materials. 2024. V. 432, 136522. P. 1-15. DOI: 101016/j.conbuildmat.2024.136522Riekstins A., Haritonovs V., Straupe V. at al. Comparative environmental and economic assessment of a road pavement containing multiple sustainable materials and technologies. Construction and Building Materials. 2024; V. 432, 136522. P. 1-15. DOI: 101016/j.conbuildmat.2024.136522Alamgir M., Mason J. Campbell Sloan S. at al. Economic, Socio-Political and Environmental Risks of Road Development in the Tropics // Current Biology. 2017. V. 27. P. 1130-1140. DOI: 10.1016/j.cub.2017.08.067Alamgir M., Mason J. Campbell, Sloan S. at al. Economic, Socio-Political and Environmental Risks of Road Development in the Tropics. Current Biology. 2017; V. 27. P. 1130-1140. DOI: 10.1016/j.cub.2017.08.067Chauhan S., Dongol R., Chauhan R. Evaluation of economic loss of urban road flooding: A case of Kathmandu Metropolinan City // Environmental Challenges. 2023. V. 13, 100773. P. 1-11. DOI: 10.1016/j.envc.2023.100773Chauhan S., Dongol R., Chauhan R. Evaluation of economic loss of urban road flooding: A case of Kathmandu Metropolinan City. Environmental Challenges. 2023; V. 13, 100773. P. 1-11. DOI: 10.1016/j.envc.2023.100773Wijnen W. Socio-economic costs of road crashes in middle-income countries: Applying a hybrid approach to Kazakhstan // IATSS Research. 2021. V. 45. P. 293-302. DOI: 10.1016/j.iatssr.2020.12.006Wijnen W. Socio-economic costs of road crashes in middle-income countries: Applying a hybrid approach to Kazakhstan. IATSS Research. 2021; V. 45. P. 293-302. DOI: 10.1016/j.iatssr.2020.12.006Mohsin A.K.M., Tushar H., Hossain S.F.A. at al. Green logistics and environment, economic growth in the context of the Belt and Road Initiative // Heliyon. 2022. V. 8, e09641. P. 1-7. DOI: 10.1016/j.heliyon.2022.e09641Mohsin A.K.M., Tushar H., Hossain S.F.A. at al. Green logistics and environment, economic growth in the context of the Belt and Road Initiative. Heliyon. 2022; V. 8, e09641. P. 1-7. DOI: 10.1016/j.heliy-on.2022.e09641Baliello A., Wang D. Advances in Road Engineering: Innovation in Road Pavements and Materials // Buildings. 2024. V. 14, 2250. P. 1-5. DOI: 10.3390/ buildings14072250Baliello A., Wang D. Advances in Road Engineering: Innovation in Road Pavements and Materials. Buildings. 2024; V. 14, 2250. P. 1-5. DOI: 10.3390/buildings14072250Кромский Е.И., Жиляев С.В. Новая техника для уплотнения земляного полотна // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». 2016. Т. 16, № 2. С. 14–22. DOI: 10.14529/engin160202Kromsky E.I., Zhilyaev S.V. New technique for compaction of the roadbed. Bulletin of SUSU. The series «Mechanical Engineering» 2016; Vol. 16, № 2. P. 14–22. DOI: 10.14529/engin160202.Massarsch K.R., Fellenius B.H. Deep vibratory compaction of granular soils // Chapter 19 in Ground Improvement-Case Histories, Elsevier publishers, 2005. P. 633–658.Massarsch K.R., Fellenius B.H. Deep vibratory compaction of granular soils. Chapter 19 in Ground Improvement-Case Histories, Elsevier publishers, 2005; P. 633–658.Мартюченко И.Г., Иванов С.В. Выбор рациональных размерно-геометрических параметров мерзлоторыхлительного оборудования // Строительные и дорожные машины. 2015. № 7. С. 49–51.Martyuchenko I.G., Ivanov S.V. The choice of rational dimensional and geometric parameters of permafrost-leaching equipment. Construction and road machines. 2015; № 7. P. 49–51.Skrypchenko O., Katerina K., Tetiana K., Bieliatynskyi A. Method of increasing the roughness of the existing road // 15th International scientific conference «Underground Urbanisation as a Prerequisite for Sustainable Development». 2016. № 165. P. 1766–1770. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.11.920Skrypchenko O., Katerina K., Tetiana K., Bieliatynskyi A. Method of increasing the roughness of the existing road. 15th International scientific conference «Underground Urbanisation as a Prerequisite for Sustainable Development». 2016; № 165. P. 1766–1770. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.11.920Baidya D.K., Krishna G.M. Investigation of Resonant Frequency and Amplitude of Vibrating Footing Resting on a Layered Soil System // Geotechnical Testing Journal, Vol. 24, № 4, 2001, pp. 409–417.Baidya D.K., Krishna G.M. Investigation of Resonant Frequency and Amplitude of Vibrating Footing Resting on a Layered Soil System. Geotechnical Testing Journal, Vol. 24, № 4, 2001, pp. 409–417.Савельев С.В., Бурый Г.Г. Анализ уплотнения грунтов перспективными вибрационными катками // Строительные и дорожные машины. 2013. № 1. С. 8–10.Savelyev S.V., Brown G.G. Analysis of soil compaction by promising vibrating rollers. Construction and road vehicles. М., 2013; № 1. P. 8–10.Abbas R.K. A review on the wear of oil drill bits (conventional and state of the art approaches for wear reduction and quantification) // Eng. Fail. Anal. 90, 2018, pp. 554–584. https: doi.org/10.1016/j.engfailanal.2018.03.026Abbas R.K. A review on the wear of oil drill bits (conventional and state of the art approaches for wear reduction and quantification). Eng. Fail. Anal. 90, 2018; pp. 554–584. https: doi.org/10.1016/j.engfaila-nal.2018.03.026Holger P., Marco B., Alexander K. et al. Dynamic soil compaction – recent methods and research tools for innovative heavy equipment approach // The 5th International Conference of Euro Asia Civil Engineering Forum (EACEF-5). 2015. № 125. P. 390–396. DOI: 10.1016 / j.proeng.2015.11.096Holger P., Marco B., Alexander K. et al. Dynamic soil compaction – recent methods and research tools for innovative heavy equipment approach. The 5th International Conference of Euro Asia Civil Engineering Forum (EACEF-5). 2015; № 125. P. 390–396. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.11.096Kromsky E.I., Kondakov S.V., Tilloev K.Z. Promising Machine for Compacting Road-Building Materials // Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2019). 2020. Vol. 1. P. 21–28. DOI: 10.1007/978-3-030-22041-9_3Kromsky E.I., Kondakov S.V., Tilloev K.Z. Promising Machine for Compacting Road-Building Materials. Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2019). 2020; Vol. 1. P. 21–28. DOI: 10.1007/978-3-030-22041-9_3Asfandiarov M.A., Kromsky E.I., Tilloev K.Z. Development of methods for the computer calculation of a new composite materials compaction mechanism // Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2020). Vol. 1. P. 71–78.Asfandiarov M.A., Kromsky E.I., Tilloev K.Z. Development of methods for the computer calculation of a new composite materials compaction mechanism. Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2020). Vol. 1. P. 71–78.Kromsky E.I., Tilloev K.Z., Muhiddinzoda K.J. New Mechanism for Composite Materials Compaction // Proceedings of the 6th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2020) 2021. Vol. 1. P. 173-180.Kromsky E.I., Tilloev K.Z., Muhiddinzoda K.J. New Mechanism for Composite Materials Compaction. Proceedings of the 6th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2020) 2021. Vol. 1. P. 173–180.Koshel S., Koshel G. Structural analysis of the mechanism with a third-class structure group of the fourth order // New Delhi: Tata McGraw-Hill Publishing company, 2019. p. 29-33.Koshel S., Koshel G. Structural analysis of the mechanism with a third-class structure group of the fourth order. New Delhi: Tata McGraw-Hill Publishing company, 2019; p. 29-33.Кромский Е.И., Кондаков С.В., Асфандияров М.А. Перспективы развития техники для строительства автомобильных дорог с твердым цементобетонным покрытием // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». 2018. Т.18, № 3. С.30–38.Kromsky E.I., Kondakov S.V., Asfandiyarov M.A. Prospects for the development of technology for the construction of highways with a solid cement-concrete coating. Bulletin of SUSU. The series «Mechanical Engineering». 2018; Vol.18, №3. P. 30-38.Тиллоев К.З., Кондаков С.В., Шарифов Д.А. Оценка эффективности гусеничного экскаватора с новым технологическим оборудованием // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2023. № 1. С. 125–132. DOI: 10.46960/1816-210X_2023_1_125Tilloev K.Z., Kondakov S.V., Sharifov D.A. Report on the effectiveness of a crawler excavator with a new technology skim equipment. Tru NGTU im. R.E. Alekseeva. 2023; No.: 1, pp. 125–132. DOI: 10.46960/1816-210X_2023_1_125Пономаренко Ю.Е., Баранов Н.Б. Устройство набивных свай с применением винтового рабочего органа // Проблемы механики грунтов и фундаментостроения в сложных грунтовых условиях: Сб. трудов. Уфа: Изд-во Башниистрой, 2006. С. 115–118.Ponomarenko Y.E., Baranov N.B. The device of packed piles using a screw working body. Problems of soil mechanics and foundation construction in difficult ground conditions: Collection of works. Ufa: Publishing House of the Tower, 2006. P. 115–118.Heins E., Seitz K.F., Chmelnizkijetal A. Advances in numerical modelling of different ground improvement techniques // Geotechnical Engineering. 2017. №. 48 (3). P. 87–94.Heins E., Seitz K.F., Chmelnizkijetal A. Advances in numerical modelling of different ground improvement techniques. Geotechnical Engineering. 2017; №. 48 (3). P. 87–94.Тиллоев К.З., Кондаков С.В., Асфандияров М.А. Теоретическое и экспериментальное исследование процесса глубокого уплотнения грунта конусным раскатчиком // Известия вузов. Горный журнал. 2021. № 3. С. 60–70. DOI: 10.21440/0536-1028-2021-3-60-70Kromsky E.I., Kondakov S.V., Tilloev K.Z., Kadyrova H.I. New replaceable equipment of a hydraulic excavator. Polytechnic Bulletin. The series «Engineering Research». 2018; № 3 (43). P. 50-54.Кромский Е.И., Кондаков С.В., Тиллоев К.З., Кадырова Х.И. Новое сменное оборудование гидравлического экскаватора // Политехнический вестник. Серия «Инженерные исследования». 2018. № 3 (43). С. 50–54.Tilloev K.Z. Mathematical model of the cone rolling machine operation process. Bulletin of SUSU. The series «Mechanical Engineering». 2019; Vol. 19, № 3: P. 60–67. DOI:10.14529/engin190307Тиллоев К.З. Математическая модель процесса работы конусного раскатчика // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». 2019. Т. 19, № 3. С. 60–67. DOI: 10.14529/engin190307Kondakov S.V., Asfandiyarov M.A., Gundarev K.A. Mathematical modeling of a device for deep soil compaction. Bulletin of SUSU. The series «Mechanical Engineering». 2021; Vol. 21. № 2. P. 52–59.Кондаков С.В., Асфандияров М.А., Гундарев К.А. Математическое моделирование устройства для глубокого уплотнения грунтов // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». 2021. Вып. 21. № 2. С. 52–59.Tilloev K.Z., Kondakov S.V., Asfandiyarov M.A. Theoretical and experimental study of the process of deep soil compaction by a cone roller. Izvestiya vuzov. Mining magazine. 2021; № 3. P. 60–70. DOI: 10.21440/0536-1028-2021-3-60-70Asfandiarov M.A., Kromsky E.I., Tilloev K.Z. Development of methods for the computer calculation of a new composite materials compaction mechanism // Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2020). Vol. 1. P. 71–78.Asfandiarov M.A., Kromsky E.I., Tilloev K.Z. Development of methods for the computer calculation of a new composite materials compaction mechanism. Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2020). Vol. 1. P. 71–78.Kromsky E.I., Kondakov S.V., Asfandiarov M.A. Mathematical Model of Mechanism for Sealing Hardly Deformable Materials // Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2019). Vol. 1. P. 11-20.Kromsky E.I., Kondakov S.V., Asfandiarov M.A. Mathematical Model of Mechanism for Sealing Hardly Deformable Materials. Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2019). Vol. 1. P. 11-20.

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