sibadiНаучный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ"The Russian Automobile and Highway Industry Journal2071-72962658-5626The Siberian State Automobile and Highway University10.26518/2071-7296-2018-6-844-853sibadi-773Research ArticleТРАНСПОРТНОЕ, ГОРНОЕ И СТРОИТЕЛЬНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕTRANSPORT, MINING AND BUILDING MACHINERY ENGINEERINGОСЦИЛЛЯТОРНЫЙ ВАЛЕЦ ДОРОЖНОГО КАТКА С ДВОЙНОЙ ОБЕЧАЙКОЙOSCILLATORY ROLL OF THE ROAD ROLLER WITH A DOUBLE SIDE PLATEhttps://orcid.org/0000-0002-4034-2457СавельевС. В.SavelievS. V.

д-р техн. наук, проф. кафедры «Эксплуатация транспортно- технологических машин и комплексов»

644080, г. Омск, пр. Мира,5

Doctor of Technical Sciences, Professor of the Exploitation of Transport and Technological Machines and Systems’ Department

644080, Omsk, 5, Mira Ave.

saveliev_sergval@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2480-7795ДубковВ. В.DubkovV. V.

канд. техн. наук, доц. кафедры «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»

644080, г. Омск, пр. Мира,5

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Transport and Technological Machines and Systems Operation

644080, Omsk, 5, Mira Ave.

dubkovvv.74@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8351-5162ШушубаеваМ. К.ShushubaevaM. K.

аспирантка кафедры «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»

644080, г. Омск, пр. Мира,5

Postgraduate Student of the Exploitation of Transport and Technological Machines and Systems’ Department

644080, Omsk, 5, Mira Ave.

gitara_91@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4034-2462ПермяковВ. Б.PermyakovV. B.

д-р техн. наук, проф. кафедры «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов», заслуженный деятель науки РФ, заслуженный работник высшей школы РФ, почетный дорожник РФ, почетный проф. Казахского университета путей сообщения

644080, г. Омск, пр. Мира,5

Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Transport and Technological Machines and Systems Operation, Honored Worker of the Higher Educational Institution of the Russian Federation, Honorary Road Worker of the Russian Federation, Honorary Professor of the Kazakh University of the Railways

644080, Omsk, 5, Mira Ave.

kaf_edm@sibadi.orgФГБОУ ВО «СибАДИ»РоссияSiberian State Automobile and Highway UniversityRussian Federation201810012019156844853Copyright © Савельев С.В., Дубков В.В., Шушубаева М.К., Пермяков В.Б., 20192019Савельев С.В., Дубков В.В., Шушубаева М.К., Пермяков В.Б.Saveliev S.V., Dubkov V.V., Shushubaeva M.K., Permyakov V.B.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/773

Введение. Известно, что при строительстве земляного полотна автодороги уплотнение грунта играет важнейшую роль. На качество данного процесса влияют вид и режимы приложения внешней силы от уплотнителя. На сегодняшний день наиболее эффективным является уплотнение вибрационными машинами, которые обладают широким спектром регулирования параметров. Поэтому производители делают упор на производство многофункциональных вибрационных дорожных катков. Однако вынуждающая сила вибровозбудителя в указанных машинах, как правило, имеет гармонический характер, что не всегда позволяет использовать такие машины в стеснённых городских условиях и при уплотнении тонких слоёв вследствие больших значений амплитуды колебаний. Исходя из вышесказанного, целью данной работы является разработка инновационной конструкции вибрационного рабочего органа дорожного катка, реализующего не только гармонические, но и осцилляторные колебания, которые имеют более эргономичную амплитудную характеристику. В статье представлен образец усовершенствованного рабочего органа осцилляторного вальца с двойной обечайкой, заключающий в себе положительные качества вибрационных осцилляторных и статических дорожных катков, позволяющий устанавливать две величины момента крутильных колебаний: высокую, при уплотнении толстых слоев, или низкую, при уплотнении тонких слоев, а также плавно регулировать контактные давления углом поворота внутренней и внешней обечаек, способствующих повышению производительности катка за счет уменьшения количества проходов, требуемых для достижения нормативной плотности. Такие инновационные технические решения позволят существенно снизить затраты и повысить качество строительных работ.Материалы и методы. Расчётными методами выявлены основные параметры осцилляторного вибрационного механизма дорожного катка. Исследованы технические характеристики дорожной строительной машины. Исследования проводятся в рамках гранта Российского фонда фундаментальных исследований № 18-48-550005\18.Результаты. Результаты исследований представляют новую перспективную конструкцию рабочего органа для дорожного катка, позволяют снизить энергоемкость уплотнения дорожно-строительных материалов за счет возможности изменения момента крутильных колебаний при одной и той же частоте вращения дебалансных валов вальца и одновременно регулировать контактные давления за счет изменения площади поверхности вальца. Приведенные исследования позволили подтвердить работоспособность предложенного технического решения.Обсуждение и заключение. Предложенное техническое решение конструкции дорожного катка проявляет в себе положительные качества катков с осцилляторным вибрационным механизмом и катков с плавно изменяемыми контактными давлениями. Крутильные колебания, создаваемые осцилляторным вибрационным механизмом вальца, уменьшают сопротивление уплотнению строительных материалов за счет передаваемой от вальца на уплотняемый материал сдвиговой нагрузки. Указанные качества способствуют повышению производительности и энергоэффективности процесса уплотнения строительных материалов в дорожном строительстве.

Introduction. Soil compaction plays a crucial role in the construction of road foundations. The quality of this process is influenced by the type and modes of application of external force from the seal. The most effective is the vibrating machines’ compaction, which have a wide range of control parameters. Therefore, manufacturers are focusing on the production of multifunctional vibratory rollers. However, the driving force of the vibration exciter in such machines has a harmonic character, which does not allow the usage of such machines in cramped urban conditions and when compacting thin layers, due to large oscillation amplitudes. The purpose of the research is the development of an innovative design of the road roller vibratory working body, realizing not only  harmonic, but also oscillatory vibrations, which have a more ergonomic amplitude response. The article presents a sample of the working body improvement of an oscillator roll with double shell, showing the positive qualities of vibrating oscillatory and static road rollers, when thick layers are thickened or low - when thick layers are thickened and the contact pressure angle of rotation of the inner and outer shells require to achieve regulatory density. Such innovative technical solutions would significantly reduce costs and improve the quality of construction work.Materials and methods. The calculated methods reveal the main parameters of the oscillatory vibration mechanism of the road roller. The technical characteristics of the road construction machine are investigated. The research is carried out on the grant basis of the Russian Foundation for Basic Research No. 18-48-550005 / 18.Results. The results of research represent a new perspective design of the working body for the road roller and reduce the energy consumption of the road construction materials due to the possibility of the torsion vibrations’ moment of the same rotational frequency of the unbalanced rollers of the drum and simultaneously adjust the contact pressure by changing the surface of the roller. Therefore, such research allows to confirm the performance of the proposed technical solution. Discussion and conclusions. The proposed technical solution shows the positive qualities of rollers with an oscillatory vibration mechanism, and rollers with continuously varying contact pressures. The torsion vibrations, created by the oscillatory vibration mechanism of the roller, reduce the resistance to compaction of building materials due to the shear load transmitted from the roller to the material. These qualities contribute to improving the performance and energy efficiency of the  compaction process of building materials in road construction.

упруговязкопластичная средауплотнениеземляное полотноподвижные и неподвижные эксцентрикидебалансные валыосцилляторвалец с двойной обечайкойэксцентриситеткрутильные и круговые колебанияконтактные давленияelastic-viscous-plastic mediumsealroadbedmovable and stationary eccentricunbalanced shaftsoscillatorcylinder with double shelleccentricitytorsionaland radial vibrations of the contact pressureReferencesYunshi Yao, Zhongxu Feng, Shibin Che, Zhifeng Zhang, Lijun Zhao, Wu Zhao. Design and Fabrication of a Road Roller with Double-Frequency Composed Vibration and Its Compaction Performance. Mechanical Engineering, 2014.vol.14.no.5.pp.54-62.Yunshi Yao, Zhongxu Feng, Shibin Che, Zhifeng Zhang, Lijun Zhao, Wu Zhao. Design and Fabrication of a Road Roller with Double-Frequency Composed Vibration and Its Compaction Performance. Mechanical Engineering, 2014.vol.14.no.5.pp.54–62.L. du Plessis, G. RugodhoW, GovuK, MngazaS, Musundi. The Design, Construction and Heavy Vehicle Simulator Testing Results on Roller Compacted Concrete Test Sections at the CSIR Innovation Site and on a Full-Scale Test Road at Rayton. Conference paper, 2016, vol. 18. no. 2. pp. 50-54.L. du Plessis, G. RugodhoW, GovuK, MngazaS, Musundi. The Design, Construction and Heavy Vehicle Simulator Testing Results on Roller Compacted Concrete Test Sections at the CSIR Innovation Site and on a Full-Scale Test Road at Rayton. Conference paper, 2016, vol.18. no.2.pp.50-54.Soica Adrian, Budala Adrian, Monescu Vlad. Determination of Some Vehicle Dynamic Performances Using the Dynamometric Roller Chassis. Conference paper, 2018, vol. 25. no. 8. pp. 20-24.Soica Adrian, Budala Adrian, Monescu Vlad. Determination of Some Vehicle Dynamic Performances Using the Dynamometric Roller Chassis.Conference paper, 2018, vol.25.no.8. pp.20–24.Дубков В.В., Базинская А.М. Определение параметров осцилляторно-вибрационного катка // Вестник СибАДИ. 2016. № 4 (50). С. 13–17.Dubkov V.V., Bazinskajа A.M.. Opredelenie parametrov oscilljаtorno-vibracionnogo katka [Determination of parameters of oscillatory vibration roller]. Vestnik SibADI, 2016, no 4 (50), pp. 13–17. (in Russian)Добронравов С.С. Добронравов М.С. Строительные машины и оборудование. М.: Высшая школа, 2006. 445 с.Dobronravov S.S. Dobronravov M.S. Stroitel’nye mashiny i oborudovanie [Construction machinery and equipment]. Moscow, Vysshajа shkola, 2006. 445 p. (in Russian)Михеев В.В., Савельев С.В. Математическая модель уплотнения упруговязкопластичной грунтовой среды при взаимодействии с рабочим органом дорожной машины в рамках модифицированного подхода сосредоточенных параметров // Вестник СибАДИ. 2017. №Miheev V.V., Savel’ev S.V. Matematicheskajа model’ uplotnenijа uprugovjаzkoplastichnoi gruntovoi sredy pri vzaimodeistvii s rabochim organom dorozhnoi mashiny v ramkah modificirovannogo podhoda sosredotochennyh parametrov [Mathematical model of the elasticviscous-plastic compaction of the soil environment in collaboration with the working body of road machine under the modified approach concentrated parameters]. Vestnik SibADI, 2017, no 2 (54), pp. 15–20. (in Russian)(54). С. 15–20.Miheev V.V., Savel’ev S.V. Modelirovanie harakteristik deformiruemyh gruntov v processe ih uplotnenijа cilindricheskimi rabochimi organami katkov [Modeling of the characteristics of deformable soils in the process of sealing the working bodies of cylindrical rollers]. Vestnik SibADI, 2016, no 4 (50), pp. 10–14. (In Russian)Михеев В.В., Савельев С.В. Моделирование характеристик деформируемых грунтов в процессе их уплотнения цилиндрическими рабочими органами катков // Вестник СибАДИ. 2016. № 4 (50). С. 10–14.Savel’ev S.V., Poterjаev I.K., Buryi G.G., Beloded A.S. Metodika obosnovanijа rezhimnyh parametrov vibracionnyh katkov dljа uplotnenijа gruntov [Method of justification of operational parameters of vibrating rollers for soils compaction]. Vestnik SibADI, 2017, no 1 (53), pp. 20–24. (In Russian)Савельев С.В., Потеряев И.К., Бурый Г.Г., Белодед А.С. Методика обоснования режимных параметров вибрационных катков для уплотнения грунтов // Вестник СибАДИ. 2017. № 1 (53). С. 20–24.Miheev V.V., Savel’ev S.V., SHushubaeva M.K. K voprosu o povyshenii yеnergoyеffektivnosti vibrovozbuditeljа dljа dorozhnyh vibracionnyh katkov [Energy efficienc vibro exciter for road vibration rollers]. Vestnik SibADI, 2018, no 1 (53), pp. 15–19. (In Russian)Михеев В.В., Савельев С.В., Шушубаева М.К. К вопросу о повышении энергоэффективности вибровозбудителя для дорожных вибрационных катков // Вестник СибАДИ. 2018. № 1 (53). С. 15–19.Serebrennikov V.S. Novyi sposob povyshenijа yеffektivnosti uplotnenijа dorozhnostroitel’nyh materialov vibracionnymi katkami [New method of increasing the efficienc of the road construction materials compaction with vibratory rollers]. Mashinostroenie, 2016, no 5 (73), pp. 22–26. (In Russian)Серебренников В.С. Новый способ повышения эффективности уплотнения дорожно- строительных материалов вибрационными катками // Машиностроение. 2016. № 5 (73). С. 22–26.Savel’ev S.V., Buryi G.G., Poterjаev I.K. Primenenie algoritma opredelenijа parametrov vibracionnyh katkov s uchetom massy uplotnjаemogo grunta v zone aktivnogo deistvijа vibracii [Application of the algorithm of the parameters of vibrating rollers with the weight of the Packed soil in the zone of active action of vibrations]. Vestnik SibADI, 2015, no 6, pp. 32 – 37. (In Russian)Савельев С.В., Бурый Г.Г., Потеряев И.К. Применение алгоритма определения параметров вибрационных катков с учетом массы уплотняемого грунта в зоне активного действия вибрации // Вестник СибАДИ. 2015. №6. С. 32 –37.Harhuta N.Ja., Vasil’ev YU.M., Ohramenko R.K. Vlijаnie fiziko-mehanicheskih svoistv gruntov estestvennyh osnovanii na ih ustoichivost’ i uplotnenie [Influence of physico-mechanical properties of soils natural reason for their resistance and seal]. Moscow, Avtotransizdat, 1978. 144 p. (in Russian)Хархута Н.Я., Васильев Ю.М., Охраменко Р.К. Влияние физико-механических свойств грунтов естественных оснований на их устойчивость и уплотнение. М.: Автотрансиздат, 1978. 144 с.Savel’ev S.V., Lashko A.G. Vozmozhnosti sovershenstvovanijа sovremennoi uplotnjаyushei tehniki [Possibilities of improvement of modern sealing techniques]. Izvestijа VUZov, Novosibirsk, 2010, no 5, p. 100. (In Russian)Савельев С.В., Лашко А.Г. Возможности совершенствования современной уплотняющей техники // Известия ВУЗов. Новосибирск, 2010. № 5. C. 100.Harhuta N.Ja., Vasil’ev YU.M. Prochnost’, ustoichivost’ i uplotnenie gruntov zemljаnogo polotna avtomobil’nyh dorog [Strength, stability and compaction of the soil subgrade of highways]. Moscow, Transport, 1975. 288 p. (in Russian).Хархута Н.Я., Васильев Ю.М. Прочность, устойчивость и уплотнение грунтов земляного полотна автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1975. 288 с.Savel’ev S.V., Miheev B.V. Issledovanijа naprjаzhyonno-deformirovannogo sostojаnijа uprugo-vjаzkoi sredy pri vibracionnom nagruzhenii [Research of the stress-strain state of the viscous fluid under vibration loading]. Vestnik SibADI, 2012, no 3 (25), pp. 83 – 87. (In Russian)Савельев С.В., Михеев B.В. Исследования напряжённо-деформированного состояния упруговязкой среды при вибрационном нагружении // Вестник СибАДИ. 2012. №3 (25). C. 83 – 87.Michael C. McVay. Evaluating thick lift limerock-base course SR-826. Report, Draft Final Report 2016. vol.18. no. 2. pp. 10–14.Michael C. McVay. Evaluating thick lift limerock-base course SR-826. Report, Draft Final Report 2016. vol.18. no. 2. pp. 10-14.Permjаkov V.B., Zaharenko A.V., Savel’ev S.V. Obosnovanie vybora parametrov vibracionnyh katkov [Justification of the parameters choice of vibrating rollers]. Izv. vuzov. Stroitel’stvo, 2013, no 2, pp. 100–103. (in Russian)Пермяков В.Б., Захаренко А.В., Савельев С.В. Обоснование выбора параметров вибрационных катков // Изв. вузов. Строительство. 2013. №2. С. 100–103.Kopf, Fritz. Modelling and simulation of heavy tamping dynamic response of the ground. Report, Draft Final Report 2017. vol. 18. no. 2. pp. 25–34.Kopf, Fritz. Modelling and simulation of heavy tamping dynamic response of the ground. Report, Draft Final Report 2017. vol. 18. no. 2. pp.25-34.Varganov S.A., Andreev G.S, Markov P.I. Mashiny dljа uplotnenijа gruntov i dorozhnostroitel’nyh materialov [Compaction of soil and road building materials]. Moscow, Mashinostroenie, 1981. 240 p. (in Russian)Варганов С.А., Андреев Г.С, Марков П.И. Машины для уплотнения грунтов и дорожно-строительных материалов. М.:Машиностроение, 1981. 240 с.Dubrovin A.E. Opredelenie yеffektivny chastot kolebanii rabochego organa vibrouplotniteljа [Defining the effective frequency of the working body oscillation of vibroplates]. Issledovanijа parametrov i raschety dorozhnostroitel’nyh mashin. Saratov, 1972. Vyp. 52. pp. 40–43. (in Russian)Дубровин А.Е. Определение эффективных частот колебаний рабочего органа виброуплотнителя // Исследования параметров и расчеты дорожно-строительных машин. Саратов, 1972. Вып. 52. С. 40–43.Дубровин А.Е. Определение эффективных частот колебаний рабочего органа виброуплотнителя // Исследования параметров и расчеты дорожно-строительных машин. Саратов, 1972. Вып. 52. С. 40–43.

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