Статистический анализ технических характеристик грунтовых вибрационных катков различных поколений

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. 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. 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. 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.

1. Тимофеев 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.pdf

2. Тюремнов И.С., Игнатьев А.А. Уплотнение грунтов вибрационными катками : монография. Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2012. 140 с.

3. Пермяков В.Б., Захаренко А.В., Савельев С.В. Обоснование выбора параметров вибрационных катков // Известия вузов. Строительство. 2003. № 2. С. 100–103.

4. 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.pdf

5. 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. P. 111–138.

6. Pistrol J. et al. An advanced ICMV for vibratory roller compaction // Acta Geotech. 2024. doi.org/10.1007/s11440-024-02342-8

7. Попов 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: 10.18698/0536-1044-2023-6-30-38

8. Вибрационные 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.

9. 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.2022.126375

10. Fathi 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.2020.100509

11. Xu 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.2022.12.001

12. Chen 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.2022.127583

13. Briaud J.L., Seo J. Intelligent compaction: Overview and Research Needs // Texas A&M Univ. 2003. P. 1–84.

14. 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/

15. «Интеллектуальное уплотнение»: дерзкий замысел или объективная реальность? // Строительные и дорожные машины. 2007. № 8. С. 8–13.

16. 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/

17. 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/

18. Anderegg R., Kaufmann K. Intelligent Compaction with Vibratory Rollers // Transp. Res. 2004. Vol. 1868. P. 124–134.

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., Шорохов Д.А. Моделирование взаимодействия вибрационного катка с уплотняемым грунтом // Вестник СибАДИ. 2024. Vol. 21, № 2. С. 202–216. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2024-21-2-202-216

21. Тюремнов И.С. Анализ технических характеристик различных типов ударно-вибрационных грунтоуплотняющих машин // Вестник СибАДИ. 2023. Vol. 20, № 6(94). С. 706–716. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2023-20-6-706-716

22. Тюремнов 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

23. Yoo T.-S., Selig E.T. Dynamics of VibratoryRoller Compaction // J. Geotech. Eng. Div. ASCE. 1979. № 105 (GT10). P. 1211–1231.

24. 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.

25. 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.pdf

26. Шишкин 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: 10.18324/2077-5415-2022-1-36-42

27. Teramoto 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.2023.10.001

28. Bratu P., Tonciu O., Nițu M.C. Modeling the Vibratory Compaction Process for Roads // Buildings. 2023. Vol. 13, № 11. https://doi.org/10.3390/buildings13112837

29. Lu 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.2023.104536

30. Wersäll 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.051

31. Wu 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/JTE20190910

32. Тюремнов 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.