Методика определения рациональных параметров и режимов работы вибрационных катков

Актуальность работы. Современная уплотняющая техника характеризуется непрерывным повышением энергонасыщенности при существенном разбросе технологических параметров. Поэтому для эксплуатирующих организаций существует проблема определения моментов перехода от одного режима работы к другому, характеризующегося изменением рабочей скорости, вынуждающей силы и частоты вибрации рабочего органа, а также сменой вибрационных катков, действующих в составе дорожного отряда. При этом характер процесса уплотнения определяется рядом взаимосвязанных факторов, в числе которых и параметры вибрационного катка, и характеристики уплотняемого материала, как исходные, так и требуемые. Причем количество различных сочетаний этих факторов даже в самых простых моделях уплотняющих машин может достигать нескольких десятков тысяч. Для техники, в конструкции которой предусмотрена возможность регулирования в широких пределах параметров уплотнения, таких как рабочая скорость и параметры вибрации, число сочетаний факторов увеличивается многократно, что делает невозможным решение задачи определения рациональных параметров и режимов работы машины методом прямого перебора или эмпирическим путем.

В работе предложена методика расчета технологических параметров катков при уплотнении грунтов и асфальтобетонов, которая позволяет определить рациональный режим работы катка или отряда катков при конкретных условиях производства работ с учетом моментов перехода между машинами и изменяемыми параметрами уплотнения. Реализация данной методики на практике позволяет снизить сроки выполнения работ, упростить их планирование и подбор уплотняющей техники, а также повысить качество уплотнения дорожно-строительных материалов.

Цель работы. Повышение эффективности применения вибрационных катков путем определения рациональных технологических режимов У уплотнения с учетом моментов переключений как между режимами работы одного катка, так и между катками, действующими в составе отряда машин.

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:

— провести анализ схем уплотнения с использованием различных режимов работы;

— определить критерии момента перехода от одного режима работы к другому (изменение рабочей скорости и вынуждающей силы) для отдельных катков. Для комплекта катков определить критерии перехода между машинами, в составе дорожного отряда;

— разработать на основе существующих теоретических и экспериментальных исследований процесса уплотнения расчетные модели, описывающие взаимодействие рабочего органа вибрационного катка с уплотняемым материалом;

— провести экспериментальное исследование процесса уплотнения насыпного грунта гладким вибрационным вальцом;

— разработать методику определения рациональных параметров и режимов работы вибрационных катков, в том числе в составе комплекта катков;

— провести проверку методики на основе сравнения результатов расчета с опытными данными производителей вибрационных катков.

Объект исследования — процесс уплотнения насыпных грунтов и асфальтобетонных смесей вибрационными катками.

Предмет исследования — критерии моментов перехода между режимами работы вибрационных катков и методика расчета рациональных параметров и режимов работы вибрационных катков.

Методы исследований, обоснованность и достоверность научных положений. В работе применялись теоретические и экспериментальные методы исследования. Решения задач базируются на экспериментальных данных и известных теоретических положениях процесса деформирования дорожностроительных материалов под воздействием вибрации, методах математического моделирования и блочно-иерархическом принципе описания объектов проектирования. Достоверность научных положений подтверждается использованием апробированных аналитических и экспериментальных зависимостей, описывающих взаимодействие рабочих органов катков с грунтом и асфальтобетономприменением апробированного математического аппарата обработки исследованияанализом методики, свидетельствующем об адекватном отражении физики процесса уплотнения при различных условияхкачественным и количественным согласованием результатов, полученных с помощью разработанной методики с экспериментальными данными и теоретическими исследованиями.

Научная новизна работы:

— предложены критерии моментов перехода от одного режима работы к другому для отдельных катков и перехода между машинами, действующими в составе дорожного отряда, при уплотнении грунтов и асфальтобетонов;

— разработана концепция выбора параметров и режимов работы вибрационных катков, позволяющая на основе существующих математических моделей взаимодействия рабочих органов с уплотняемым материалом и блочно-иерархического подхода определять технологические параметры вибрационных катков;

— разработана методика расчета рациональных параметров и режимов работы катков при изменяемых параметрах воздействия на уплотняемый материал.

Практическая ценность работы заключается в разработанной в ходе исследования методике, которая может быть рекомендована для назначения рациональных режимов работы как для отдельных катков, так и для катков, действующих в составе дорожного отряда, с учетом конкретных условий производства работ.

Реализация работы. Разработанная методика выбора параметров и режимов работы вибрационных катков, реализованная в составе программного комплекса была передана в ООО «Каток» и ООО «Завод «Дорожных машин» для анализа типоразмерного ряда катков и исключения необоснованного дублирования их характеристик, а также для назначения рекомендаций по выбору режимов работы катков. Материалы исследования также используются в учебном процессе ГОУВПО ЯГТУ при подготовке специалистов по специальности «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование».

На защиту выносятся:

— критерии моментов перехода между режимами работы вибрационных катков;

— методика расчета рациональных режимов работы вибрационных катков при изменяемых параметрах воздействия на уплотняемый материал;

— результаты экспериментального исследования процесса уплотнения насыпного грунта вибрационным вальцом;

— концепция выбора режима работы для катка с возможностью гибкого регулирования вынуждающей силы.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 60 научно-технической конференции студентов, магистрантов и аспирантов, (Ярославль 2007 г.), 62 региональной научно-технической конференции «Молодежь. Наука. Инновации — 2009» (Ярославль, 2009 г.), 6 всероссийской научно-практической конференции «Современные высокоэффективные технологические и технические решения для ремонта и содержания региональных, местных и городских дорог» (Ярославль 2009 г.), международном семинаре «Проблемы совершенствования конструкции строительных, дорожных, коммунальных и аэродромных машин» (Москва 2010 г.), международной конференции «Подьемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы» (Москва 2010), всероссийской научно-методической конференции «Математическое образование и наука в технических и экономических вузах» (Ярославль 2010), на семинарах кафедры «Строительные и дорожные машины» Ярославского государственного технического университета, а также в научно-исследовательских работах по госбюджетной программе «Развитие моделей динамических процессов в сложных средах с нелинейными эффектами» ЕЗН № 1.7.08 и по программе «У.М.Н.И.К.» (2010;2012).

Публикации. Основные результаты работы освещены в 17 научных публикациях, из них 5 в центральных научных журналах, рекомендованных ВАК РФ, 6 в сборниках трудов международных конференций и семинаров, 2 свидетельства о регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и приложений. Содержит 183 страницы машинописного текста, 77 страниц иллюстраций и таблиц, список литературы из 98 названий на 10 стр.