Определение параметров и режимов работы уплотняющего оборудования с комбинированным воздействием на уплотняемую среду

Создание разветвленной сети дорог, а также поддержание дорожного покрытия в требуемом состоянии при минимальных материальных затратах на данные работы — неотложная задача дорожного хозяйства страны. Осуществление этого невозможно без существенного ускорения научно-технического прогресса в области дорожного строительства. В настоящее время дорожное строительство развивается в направлении увеличения прочности и долговечности дорог, что обуславливает применение для устройства дорожных одежд дорогостоящих материалов и усложняет технологию. Однако вложенные средотва и затраченные усилия оказываются напрасными, если не обеспечивается требуемая степень уплотнения дорожной одежды. Поэтому в условиях современного строительства уплотнению дорожно-строительных материалов уделяется особенно большое внимание.

Сейчас парк машин для уплотнения дорожно-строительных материалов состоит из разнообразных типов, которые отличаются друг от друга не только конструкцией, но и принципом работы. Разнообразие типов уплотняющих машин, а также их относительно низкая производительность усложняет технологический процесс возведения дорожного полотна, требует привлечения значительных людских ресурсов, что в конечном итоге, повышает стоимость единицы продукции при производстве работ.

В связи с этим поиск новых высокоэффективных способов уплотнения дорожно-строительных материалов имеет важное значение, а создание на их основе высокопроизводительного уплотняющего оборудования является актуальной задачей.

Настоящая работа проведена с целью повышения эффективности уплотняющего оборудования на основе разработки и определения параметров и режимов работы уплотняющего оборудования с комбинированным воздействием вальца на уплотняемый материал.

Научная новизна работы заключается в установлении характера протекания процесса уплотнения дорожно-строительных материалов оборудованием с комбинированным воздействием вальца на уплотняемый материал, на основе анализа механизма воздействия уплотняющего оборудования, выделения основных циклов воздействия и получения зависимостей по определению кинематических, силовых и энергетических характеристик уплотняющего оборудования, разработке аналитических зависимостей по определению влияния скорости передвижения уплотняющего оборудования, эксцентриситета и линейного давления на эффективность уплотнения в зонах контакта вальца с уплотняемым материалом. Разработаны конструкции уплотняющего оборудования с комбинированным воздействием на уплотняемый материал, обеспечивающего высокое уплотнение за минимальное число проходов базовой машины с многократным воздействием на материал на участке уплотнения.

Достоверность установленных научных положений обеспечивается необходимым объемом выполненных экспериментов и сходимостью теоретических и экспериментальных исследований.

На защиту выносятся следующие положения:

— экспериментальные зависимости изменения числа проходов для достижения требуемой степени уплотнения от основных варьируемых параметров уплотняющего оборудования с комбинированным воздействием вальца (УО) на уплотняемый материал;

— зависимости по определению кинематических характеристик уплотняющего оборудования;

— аналитические зависимости по определению силовых и энергетических характеристик процесса уплотнения в зонах контакта вальца с уплотняемым материалом;

— обоснование конструкции уплотняющего оборудования с комбинированным воздействием на уплотняемый материал, обеспечивающей высокое уплотнение за минимальное число проходов базовой машины > за счет создания эффективного напряженного состояния в уплотняемом материале и многократного воздействия на материал на участке уплотненияа также механизм воздействия вальца уплотняющего оборудования с уплотняемым материалом;

— результаты анализа" проведенных экспериментальных исследований по выявлению влияния параметров и режимов работы оборудования на эффективность уплотнения и методика расчета параметров и режимов работы уплотняющего оборудования с комбинированным воздействием вальца на уплотняемый материал.

Автор выражает благодарность доценту кафедры Дорожно-строительные машины МАДИ Г. В. Кустареву за оказанную помощь при проведении данной работы.

ВЫВОДЫ.

Проведенные исследования показывают, что одним из наиболее перспективных направлений в повышении производительности и качества уплотнения является использование уплотняющего оборудования с комбинированным воздействием на уплотняемый материал, обеспечивающего возможность создавать в уплотняемом материале сложное напряженное состояние, путем приложения к материалу динамических нагрузок, возбуждаемых поочередно с противоположных сторон уплотнителя и действующих в продольном и поперечном направлениях полосы уплотнения. При этом динамические нагрузки прикладывают в трех направлениях — продольном, противоположно направлению укатки, в поперечном — к середине уплотняемой полосы и вертикальном.

Основные научные и практические результаты проведенных исследований заключаются в следующем.

1. Установлены основные параметры уплотняющего оборудования с комбинированным воздействием вальца на уплотняемый материал, определяющие эффективность процесса уплотнения. На повышение производительности уплотнения влияют повышение эксцентриситета Е, повышение линейного давления Рл, повышение скорости передвижения.

2. Установлены пороговые значения указанных параметров. Так, снижение скорости передвижения ниже пороговых значений влечет за собой возникновение призмы грунта перед вальцом.

3. Увеличение линейного давления Рл при работе УО на скоростях передвижения выше пороговых приводит к достижению коэффициента уплотнения Ку- 0.99 — 1.00 за меньшее число проходов за счет увеличения доли статического усилия в силовом воздействии вальца на уплотняемый материал. Наибольший рост технической производительности Пт возможен путем повышения линейного давления Рл. Так, повышение линейного давления Рл на 27% приводит к повышению технической производительности на 133%;

4. На скоростях передвижения УО ниже допустимых величина ттгчтлг! л «„п“ (А""ти Ъ /тптч пт*я""*г1<�г1 А ЧТ» ««П тчпппплтмпт г"ГЧ"гч^ти «я лруТищеГи мОмепТа толр ЗНсЛ. Ихе?ЛЬпи БОороСтабт, чТи Пршэидпх К Пс регрузкам двигателя и дополнительным энергозатратам, вследствие накопления призмы грунта перед вальцом, что является причиной увеличения длины контакта вальца с уплотняемым материалом I, и увеличения объема грунта, подвергающемуся сдвигу.

5. Увеличение эксцентриситета Е в рассматриваемом случае является альтернативой повышению массы уплотняющего оборудования комбинированного воздействия для решения задачи снижения числа проходов и повышения производительности процесса уплотнения. Так, увеличение эксцентриситета Е в 3 раза повышает техническую производительность Пт в 2 раза.

6. Установлено, что для обеспечения равномерного и устойчивого режима работы УО необходимо повышать скорость передвижения УО на первом проходе и постепенно ее снижать при последующих.

7. Реализация предлагаемого уплотняющего оборудования с комбинированным воздействием на уплотняемый материал, открывает возможность получения экономии по массе катка, в 1.5 раза, либо повышения технической производительности в 1.5 раза по сравнению с виброкатками отечественных и зарубежных фирм.

8. В связи с тем, что УО работает на частотах колебаний вальца значительно отличающихся от собственных частот элементов конструкции катка, это создает предпосылки для снижения шума при работе уплотняющих машин, что позволяет получить эргономический эффект от внедрения данного уплотняющего оборудования.

9. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработана методика расчета основных параметров и рекомендации к проектированию и созданию новых уплотняющих машин с комбинированным воздействием вальца на уплотняемый материал.

10. Использование данного уплотняющего рабочего органа возможно на базе существующих катков путем оснащения последних дополнительным вальцом между основными вальцами базового катка, либо сзади них или спереди, а также заменой вибрационного принципа действия вальца кинематическимлибо совместно. Возможно оснащение пневмокатков кинематическим возбудителем колебаний. Создание специальных уплотняющих машин, например, прицепных — для широкой гаммы тракторов от мотоблоков до тяжелых тракторовоснащение экскаваторов уплотняющим рабочим органом с комбинированным воздействием вальца на уплотняемый материал на базе манипуляторного оборудования для работ в стесненных условиях, уплотнение откосов и траншейоснащение асфальтоукладчиков уплотняющим оборудованием с комбинированным воздействием вальца на уплотняемый материал.

Результаты исследований и их анализ позволили определить направления дальнейших исследований:

— изучение влияния соотношения ширины вальца У0 и эксцентриситета на эффективность процесса уплотнения;

— исследование различных комбинаций рабочих органов У0;

Выполненные теоретические и экспериментальные исследования, проведенные в лабораторных условиях, показывают целесообразность применения уплотняющего оборудования с комбинированным воздействием на уплотняемый материал.