Кинематическое исследование нового устройства для глубокого уплотнения грунтов

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.

1. Riekstins 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.2024.136522

2. Alamgir 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.2017.08.067

3. Chauhan 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.2023.100773

4. Wijnen 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.2020.12.006

5. Mohsin 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.e09641

6. Baliello A., Wang D. Advances in Road Engineering: Innovation in Road Pavements and Materials // Buildings. 2024. V. 14, 2250. P. 1-5. DOI: 10.3390/ buildings14072250

7. Кромский 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/engin160202

8. 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.

9. Мартюченко И.Г., Иванов С.В. Выбор рациональных размерно-геометрических параметров мерзлоторыхлительного оборудования // Строительные и дорожные машины. 2015. № 7. С. 49–51.

10. 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.2016.11.920

11. 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.

12. Савельев С.В., Бурый Г.Г. Анализ уплотнения грунтов перспективными вибрационными катками // Строительные и дорожные машины. 2013. № 1. С. 8–10.

13. 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.2018.03.026

14. Holger 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.2015.11.096

15. Kromsky 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_3

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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_125

21. Пономаренко 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.

22. Heins E., Seitz K.F., Chmelnizkijetal A. Advances in numerical modelling of different ground improvement techniques // Geotechnical Engineering. 2017. №. 48 (3). P. 87–94.

23. 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: 10.21440/0536-1028-2021-3-60-70

24. 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.

25. Тиллоев К.З. Математическая модель процесса работы конусного раскатчика // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». 2019. Т. 19, № 3. С. 60–67. DOI: 10.14529/engin190307

26. 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.

27. 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.

28. 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.