Анализ технических характеристик различных типов ударно-вибрационных грунтоуплотняющих машин

Введение. Для механизации уплотнения грунтов в дорожном строительстве наибольшее распространение получили ударно-вибрационные машины, осуществляющие уплотнение с периодическим отрывом рабочего органа от грунта: самоходные нереверсивные и реверсивные виброплиты, вибротрамбовки, навесные экскаваторные виброплиты, траншейные вибрационные катки и грунтовые вибрационные катки. Для оценки возможности разработки математической модели уплотнения грунта, объединяющей сразу несколько типов ударно-вибрационных машин, необходимо проведение анализа основных технических характеристик ударно-вибрационных машин различных типов.

Материалы и методы. Для анализа использовались технические характеристики различных типов ударно-вибрационных машин: 342 модели нереверсивных самоходных виброплит; 312 моделей реверсивных самоходных виброплит; 311 моделей вибрационных грунтовых катков; 63 модели навесных виброплит для экскаваторов; 24 модели вибротрамбовок и 21 модель траншейных вибрационных катков. В качестве основного параметра была принята масса машины (для виброплит различных типов) или масса, приходящаяся на уплотняющий модуль (для вибрационных катков различных типов).

Результаты. Получены графические зависимости, показывающие, что для данных типов ударно-вибрационных машин вынуждающая сила, относительная вынуждающая сила и частота колебаний располагаются на взаимно сопрягающихся и продолжающихся участках кривых, укладывающихся в общую закономерность: с увеличением массы машины, увеличивается вынуждающее усилие, но уменьшается относительное вынуждающее усилие и частота колебаний. Вибротрамбовки выбиваются из этой общей закономерности, поскольку при сопоставимой массе имеют существенно меньшую частоту колебаний (9…12 Гц) и высокую амплитуду (50…75 мм). Также из общей закономерности выделяются навесные экскаваторные виброплиты, имеющие меньший диапазон частот колебаний для машин аналогичной массы, к тому же осуществляющих уплотнение грунта позиционно, а не в процессе движения с определенной скоростью, как остальные ударно-вибрационные машины.

Обсуждение и заключение. Наличие общей закономерности изменения основных технических характеристик самоходных нереверсивных и реверсивных виброплит, траншейных катков и грунтовых вибрационных катков при близкой номинальной амплитуде их колебаний даёт основания для разработки единого теоретического описания взаимодействия рабочих органов данных типов машин с уплотняемым грунтом и общей методики расчета влияния технических характеристик и режимов работы данных машин на результаты уплотнения грунта.

1. Худайкулов Р.М., Мирзаев Т.Л. Применение стабилизаторов для улучшения прочности грунтового основания автомобильных дорог // Интернет-журнал «Транспортные сооружения». 2019. № 1–11.

2. Hashimoto T., Fujino K., Tateyama K. Suggestion of the ground stiffness estimative method with the running speed of a plate compactor // ISARC 2016 - 33rd Int. Symp. Autom. Robot. Constr. 2016. № Isarc. P. 421–427.

3. Emelyanov R.T. et al. Modeling of dynamic system “vibratory plate-soil” as an object quality control of compaction // J. Phys. Conf. Ser. 2019. Vol. 1399, № 4.

4. Carmen D. Non-linear Behaviour of a Soil Compaction Equipment // 5th Int. Vilnius Conf. “Knowledge-Based Technol. OR Methodol. Strateg. Decis. Sustain. Dev. Sept. 30–October 3, 2009, Vilnius, Lith. 2009. № August 2009. P. 114–119.

5. Morariu-Gligor R.M. The Study of the Dynamic Behavior for a Tamping Rammer // Symmetry (Basel). 2022. Vol. 14, № 5.

6. Pistrol J. et al. Consideration of the Variable Contact Geometry in Vibratory Roller Compaction // Infrastructures. 2023. Vol. 8, № 110. P. 1–15.

7. Тарасов В.Н., Бояркина И.В., Серебренников В.С. Аналитический метод исследования вертикальных перемещений вибровальца дорожного катка при уплотнении материалов и грунтов // Строительные и дорожные машины. 2019. № 7. P. 13–18.

8. Савельев С.В., Михеев В.В., Белодед А.С. Математическая модель процесса динамического деформирования уплотняемой упруго вязкой пластичной среды // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. 2016. № 3(49). P. 99–105.

9. Pietzsch D., Poppy W. Simulation of soil compaction with vibratory rollers // J. Terramechanics. 1993. № 29(6). P. 585–597.

10. Li S., Hu C. Study on Dynamic Model of Vibratory Roller - Soil System // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2018. Vol. 113, № 1.

11. Liu L. et al. Nonlinear Dynamics of the Rigid Drum for Vibratory Roller on Elastic Subgrades // Shock Vib. 2021. Vol. 2021. P. 1–9.

12. Евсеев Е.Ю., Куприянов Р.В., Зубков А.Ф. Анализ применения вибрационных плит для ремонта дорожных покрытий нежесткого типа // Механизация строительства. 2011. № 6(804). P. 28–31.

13. Мусияко Д.В., Расулов Р.А. Самоходная вибрационная плита с вальцем // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2016. № 4(43). P. 73–80.

14. Кузьмичев В.А., Кузьмичев В.Д. Исследование рабочих параметров самоходных виброплит, применяемых при уплотнении грунтов // Вестник гражданских инженеров. 2011. № 3(28). P. 66–71.

15. Тюремнов И.С., Новичихин А.А. Статистический анализ технических характеристик вибрационных плит // Механизация строительства. 2014. № 11. P. 32–35.

16. Тюремнов И.С., Федорова Д.В. Статистический анализ технических характеристик навесных экскаваторных виброплит // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. 2019. Vol. 16, № 2(66). P. 122–133.

17. Тюремнов И.С., Игнатьев А.А., Филатов И.С. Статистический анализ технических характеристик грунтовых вибрационных катков // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2014. № 3(34). P. 81–88.

18. Шишкин Е.А. et al. Исследование взаимосвязи конструктивных и технологических параметров вибрационных и осцилляционных катков // Научно-технический вестник Брянского государственного университета. 2021. № 2. P. 183–188.

19. 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.

20. 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). P. 115–122.