Метод расчета фазового угла между вынуждающей силой вибровозбудителя и перемещением вальца

Введение. В процессе уплотнения грунтов важно иметь информацию о текущей плотности слоя, так как это позволяет оперативно корректировать нагрузку на уплотняемый материал. Полевые методы оценки качества уплотнения не справляются с этой задачей, так как производят точечную оценку в пределах площади покрытия. Поэтому все большее распространение получают системы непрерывного контроля уплотнения, устанавливаемые на вибрационные дорожные катки. В системах, разработанных компаниями BOMAG и AMMANN, для расчета показателя качества уплотнения среди прочих требуется значение фазового угла между вынуждающей силой возбудителя и перемещением вальца. Фазовый угол определяется датчиком положения дебаланса, что весьма трудоемко. Кроме этого, в состав систем непрерывного контроля уплотнения входит акселерометр. Целью данной статьи является разработка косвенного метода расчета фазового угла на основе показаний акселерометра.

Методика исследования. Для достижения цели работы произведено исследование одномассной модели «каток-грунт» в типичном для вибрационных катков режиме (периодический отрыв). В результате моделирования установлено, что реакция уплотняемого материала оказывает основное влияние на вертикальную составляющую ускорения вальца и практически не влияет на горизонтальную составляющую. Это подтверждается экспериментальными данными.

Результаты. Фазовый угол возможно определить методом взаимной корреляции сигналов горизонтального и вертикального ускорений вальца, полученных с помощью акселерометра.

Заключение. В исследовании предложен новый метод расчета фазового угла между вынуждающей силой возбудителя и перемещением вальца, исключающий непосредственное измерение указанного угла. Расчет угла производится по показаниям двухосевого акселерометра, устанавливаемого на дорожный каток. Предложенный метод позволяет упростить систему непрерывного контроля уплотнения и снизить трудоемкость измерения фазового угла.

1. Pang J., Yang J., Zhu B., Qian J. Study of regression algorithms and influent factors between intelligent compaction measurement values and in-situ measurement values. Applied Sciences. 2023; 13(10): 5953. DOI: 10.3390/app13105953.

2. Тюремнов И.С., Морев А.С. Обзор систем непрерывного контроля уплотнения грунта для вибрационных катков. Часть 1 // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2015; 4(39): 99–108.

3. Hou Z., Dang X., Yuan Y., Tian B., Li S. Research on intelligent compaction technology of subgrade based on regression analysis. Advances in materials science and engineering. 2021; 2021: 4100896. DOI: 10.1155/2021/4100896.

4. Yangping Y, Er Bo S. Intelligent compaction methods and quality control. Smart construction and sustainable cities. 2023; 1. DOI: 10.1007/s44268-02300004-4.

5. Wang Z., Qian J., Ling J., Intelligent compaction measurement value in variability control of subgrade compaction quality. Applied sciences. 2023; 14(1): 68. DOI: 10.3390/app14010068.

6. Шишкин Е.А., Смоляков А.А. Методика определения свойств асфальтобетонной смеси, уплотняемой вибрационным катком. Справочник // Инженерный журнал. 2022; 3(300): 47–52. DOI: 10.14489/hb.2022.03.pp.047–052

7. Fang Z., Zhu Y., Ma T., Zhang Y., Han T., Zhang J. Dynamical response to vibration roller compaction and its application in intelligent compaction. Automation in Construction. 2022; 142: 104473. DOI: 10.1016/j.autcon.2022.104473.

8. Тюремнов И.С., Морев А.С. Обзор систем непрерывного контроля уплотнения грунта для вибрационных катков. Часть 2 // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2016; 1(40): 69–76.

9. Xu Z., Khabbaz H., Fatahi B., Wu D. Real-time determination of sandy soil stiffness during vibratory compaction incorporating machine learning method for intelligent compaction. Journal of rock mechanics and geotechnical engineering. 2022; 14(5): 1609–1625. DOI: 10.1016/j.jrmge.2022.07.004.

10. Meehan C., Cacciola D., Tehrani F., Baker W. Assessing soil compaction using continuous compaction control and location-specific in situ tests. Automation in construction. 2016; 73(1). DOI: 10.1016/j.autcon.2016.08.017.

11. Mooney M., Adam D. Vibratory roller integrated measurement of earthwork compaction: an overview. Proceedings of the 7th FMGM 2007: Field measurements in geomechanics. 2007; 1–12. DOI: 10.1061/40940(307)80.

12. Смоляков А.А., Шишкин Е.А. Система автоматического управления вибратором вальца дорожного катка // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2021; 2(61): 45–52.

13. Bratu P., Tonciu O., Nițu M.C. Modeling the vibratory compaction process for roads. Buildings. 2023; 13(11): 2837. DOI 10.3390/buildings13112837.

14. Шишкин Е.А., Смоляков А.А. Обоснование способа регулирования контактного усилия вибрационного вальца с уплотняемым материалом // Системы. Методы. Технологии. 2022; 1(53): 36–42. DOI 10.18324/2077-5415-2022-1-36-42.

15. Emelyanov R.T., Prokopev A.P., Vasiliev Y.V. Comprehensive control method of asphalt concrete compaction by road roller. Journal of Physics. 2021; 1889: 42059. DOI: 10.1088/1742-6596/1889/4/042059.

16. Pistrol J., Hager M., Kopf F., Adam D. Consideration of the variable contact geometry in vibratory roller compaction. Infrastructures. 2023; 8(7): 110. DOI: 10.3390/infrastructures8070110.

17. Тюремнов И.С., Краюшкин А.С., Шорохов Д.А. Экспериментальные исследования по уплотнению грунта вибрационным катком HAMM 3411 // Вестник СибАДИ. 2022; 6(88): 828–840. DOI 10.26518/2071-7296-2022-19-6-828-840.

18. Kim J., Lee S.-Y., Cho J.-w. A study on the analysis of the ground compaction effect according to the roller operation method through CMV analysis using IC rollers. Advances in civil engineering. 2023; 2023: 6589652. DOI: 10.1155/2023/6589652.

19. Hu W., Polaczyk P., Jia X., Gong H., Huang B. Visualization and quantification of lab vibratory compacting process for aggregate base materials using accelerometer. Transportation Geotechnics. 2020; 25: 100393. DOI: 10.1016/j.trgeo.2020.100393.

20. Зайцева И.Н. Алгоритм определения сдвига фаз гармонических сигналов с использованием стохастической дискретизации // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. 2019; 3: 90–96. DOI 10.24143/20729502-2019-3-90-96.