автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Определение параметров и режимов работы уплотнящего оборудования с комбинированным воздействием на уплотняемую среду

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МДДИ

АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ ~ЧГ"Т (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

РГ8 ОД

- - , - На правах рукопиои

Туманян Сергей Багишович

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ УПЛОТНЯЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ С КОМБИНИРОВАННЫМ

ВОЗДЕЙСТВИЕМ НА УПЛОТНЯЕМУЮ СРЕДУ (05.05.04 - Дорожные и строительные машины)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1994

Работа выполнена на кафедре дорожно-строительных машин Мое конского государственного автомобильно-дорожного института (тех ничеокого университета).

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Баловнев В.И.

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Недорезов И.А. кандидат технических на! ведущий научный сотрудш Марков П.И.

Ведущая организация - производственно-констру!

торское предприятие "Бе: дортехника", республик Беларусь

Защита состоится _1994 г. в часов

на заседании специализированного совета ВАК К 053.30.11 при Мо ковском государственном автомобильно-дорожном институте (техн ческом университете) по адресу: 126829, ГСП-47, Ленинградок проспект, 64, ауд. г^С

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке институт Телефон для справок: 155-03-28.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные с чатью, просим направлять по адресу института.

Автореферат разослан " ^" 1Э94 г.

Ученый секретарь специализированного совета канд. техн. наук, профессор

Г.С.Мирзоя]

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В практике дорожного строительства одним на основных требований является обеспечение гарантированной прочности земляного полотна. При этом на всем протяжении дороги можно использовать типовые конструкции дорожных одежд. Это требование реализуется повышением степени уплотнения дорожно-строительных материалов и эффективной системой контроля за реализацией повышения уплотнения при производстве работ.

Рассмотренные положения ставят перед исследователями и конструкторами уплотняющей техники задачу поиска путей повышения эффективности и производительности существующих уплотняющих машин на основе разработки новых конструкций и технологических процессов, основанных на анализе особенностей взаимодействия рабочих органов с материалом.

Анализ исследований в области изучения процессов статического, вибрационного и комбинированного методов уплотнения дорожно-строительных материалов показывает, что необходимо создание более эффективного метода воздействия на материал. При этом существующие методы определения параметров справедливы для расчета оборудования традиционного типа при статическом, ударном и вибрационном воздействиях на материал. Использование этих методов для расчета машин с комбинированным воздействием на среду встречает существенные трудности. Актуальными задачами являются проведение исследования по уточнению методов расчета и разработка методики расчета параметров машин с комбинированным воздействием на среду.

Цель работы заключается в повышении 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 уплотнявши 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 передви-

1

йения уплотняющего оборудования, зкоцентрисигета и линейного давления на эффективность уплотнения в зонах контакта вальца о 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.

Практическая ценность работы заключается в разработке конструктивных решений уплотняющего оборудования с комбинированным воздействием, методики расчета его основных параметров, выработке рекомендаций по проектированию и эксплуатации уплотняющего оборудования, разработке и изготовлении экспериментального оборудования для проведения научно-исследовательских работ по данной тематике.

Реализация работы. Методика расчета основных параметров уплотняющего оборудования, чертежи рабочего проекта уплотняющего оборудования на базе трактора МТЗ 80/82 внедрены в Минском производственно-конструкторском предприятии "Белдортехника". Кроме того, результаты исследований, а также техническое предложение на проектирование уплотняющего оборудования переданы на Рыбинский завод дорожных машин "Раскат". Основные положения работы используются в курсовом и дипломном проектировании и научно-исследовательской работе студентов по специальности 150400 в Московском автомобильно-дорожном институте (техническом университете).

Апробация. Основные положения диссертационной работы были обсуждены и одобрены на 47т 48-й 52-(1990-1994 гг.) научных конференциях МАДИ, на технических советах Рыбинского завода "Раскат" и производственно-конструкторском предприятии "Белдортехника".

Публикации. По результатам исследований опубликованы 2 статьи, получено 3 авторских свидетельства.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов по результатам исследований и приложения. Содержание работы изложено на 1Б4 страницах, из них 105 страниц машинописного текста, 49 рисунков, 16 таблиц, список литературы из 67 наименований и приложение на 8 страницах.

На защиту выносятся:

экспериментальные 'зависимости изменения числа проходов длг. достижения требуемой степени уплотнения от основных варьируемых параметров уплотняющего оборудования о комбинированным воздействием вальца (УО) на уплотняемый материал;

зависимости по определении 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 уплотнявши 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 уплотнения; а 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.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследований, приведена общая характеристика работы и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации произведен обзор и анализ существующих методов и средств уплотнения дорожно-строительных материалов, приведено сопоставление технико-экономических показателей существующих уплотняющих машин и практические рекомендации по их применению.

Изложенное в данной главе позволяет заключить, что существующая в настоящее время уплотняющая техника обладает рядом недостатков. Одним из главных отрицательных моментов при работе традиционных уплотняющих средств является их цикличность, которая в

3

одних случаях заотазляет производить уплотнение материала за несколько проходов - это относится к каткам, и в других - производить дополнительную доводку поверхностного слоя ввиду его разрыхления в случае применения машин, рабочим органом которых служит периодически сбрасываемый штамп. Недостатком машин последнего типа также является наличие больших инерционных нагрузок, действующих в трансмисоии.

Анализ патентно-технической информации в области интенсификации процесса уплотнения дорожно-строительных материалов за период последних 20-30 лет показал, что развитие конструктивных решений идёт в основном по следующим трём направлениям:

а) регулирование величины контактного давления вальца статического действия на обрабатываемый материал от прохода к проходу для приведения его в соответствие с пределом прочности последнего с целью сокращения типоразмеров катков;

б) совмещение двух методов уплотнения - укатки и вибрации, а также укатки и трамбования с'Целью увеличения глубины проработки материала при получении удовлетворительного качества обработанной поверхности и сокращения числа проходов катка, необходимых для доведения материала до заданной плотности;

в) введение циклического активного рабочего органа ударно-укатывающего действия, позволяющего многократно воздействовать на материал в пределах участка уплотнения конечной длины при непрерывном движении базовой малины.

Обзор и анализ патентно-технических решений позволили установить основные тенденции в развитии уплотняющей техники, которые сводятся к адаптации рабочих органов условиям проведения работ и сокращению числа проходов путем постановки рабочего органа циклического действия на базовой машине, имеющей непрерывное поступательное перемещение. Одним из перспективных направлений в разработке машин указанного типа являются катки о комбинированным воздействием вальца на уплотняемый материал, которые производят многократное воздействие на материал на участке конечной длины о созданием в уплотняемом материале сложного напряженного состояния, в наибольшей степени соответствующему эффективному уплотнению.

Разработкой средств механизации.по уплотнению грунтов и дорожно-строительных материалов занимается целый ряд организаций -

ЕНШстройдормаш, ЦНИИСМТП, ЦГОтС и др. Изучения рабочих процессов уплотняющих машин посвящены труды таких видных ученых, как Н.Я.Хархута, А.М.Холодов, Н.Я.Вощинин, Л.М.Бобылев, П.И.Марков, В.Ф.Бабков, Д.Д.Баркан, Б.А.Еелостоцкий, А.К.Бируля, Я.А.Калужский, М.П.Костельов и многих других.

Ими исследованы вопросы, связанные с определением параметров рабочих органов машин и режимов работы. Однако, полученные графические и аналитические зависимости отражают физику процесса для базовых методов уплотнения. Использовать эти методы для расчета машин с комбинированным воздействием на среду нельзя. Необходимо провести исследования по уточнению методов расчета и разработать методику расчета параметров машин с комбинированным воздействием на среду, что является актуальной задачей. В связи с интенсификацией строительства автомобильных дорог, производительность существующих методов уплотнения недостаточна и сейчас необходимо разработать конструкции, обеспечивающие сочетание наиболее эффективных методов традиционного типа.

Проведенный обзор и анализ информации о научных исследованиях, конструктивных и патентных решениях, позволили сформулировать основное требование, предъявляемое к оборудованию для уплотнения дорожно-строительных материалов- возможность создания сложного напряженного состояния в уплотняемом материале. Последнее обеспечивается посредством реализации эффективного способа, заключающегося в приложении к материалу комбинации нагрузок, возбуждаемых поочередно и. действующих в вертикальном продольном и поперечном направлениях полосы уплотнения. При этом нагрузки прикладываются в трех направлениях -продольном, противоположно направлению укатки, в поперечном -к середине уплотняемой полосы и вертикальном.

Уплотняющее оборудование, в полной мере отвечающее указанным требованиям, представлено на рис 1. Конструкция дорожного катка содержит раму 1, Еалец 2, ось 3 которого установлена в сферических подшипниковых опорах 4. При атом рама по обе стороны посредством амортизаторов 5 соединена с подшипниковыми опорами 6, в которых установлены приводные маховики в виде вала 7 и диска 8. Причем на дисках маховиков выполнены асимметрично друг относительно друга Т-образные радиальные проточки 9 в которых установлены болты 10, жестко связывающие диски со стаканами 11 сферических подшипниковых спср и имеющие возможность перемещения

Рис. 1. Уплотняющее оборудование с комбинированным воздействием вальца на среду

последних вдоль этой Т-образной радиальной проточки . Гайка 12 накручивается на болт и фиксирует положение стакана . подшипниковой опоры относительно диска .

Работа катка происходит следующим образом. При вращении приводных маховиков в виде вала и диска с установленными на дисках > стаканами . и подшипниковых опор асимметрично друг другу ••валец . совершает планетарное возвратно-поступательное движение с биениями в вертикальной плоскости относительно центра симметрии вальца.

Контактируя с уплотняемым материалом валец многократно воздействует на материал на участке конечной длины. При этом траектория вальца способствует уплотнению материала в трех направлениях: в поперечном - к середине уплотняемой полосы; продольном -6

противоположно направлению укатки; и вертикальном. Бри высоких частотах колебании зальца происходит концентрация энергии, расходуемой на уплотнение в заданном объеме уплотняемой среды.

В случае изменения амплитуды колебании вальца стаканы сферических подшипниковых опор перемещаются вдоль Т-обраэной радиальной проточки диска маховика и фиксируются болтами и гайками в выбранном положении относительно оси маховика.

Предварительные исследования уплотняющего оборудования с комбинированным воздействием вальца на среду показали такие его достоинства, как:

небольшие частоты колебаний вальца по сравнению с вибрационными катками, что повышает эксплуатационную надежность уплотняющего оборудования и снижает уровень шума;

многократное воздействие на материал на участке конечной длины с созданием в уплотняемом материале напряженного состояния, в наибольшей степени способствующего его уплотнению и приводящему к сокращению числа проходов.

Особенности уплотнения дорожно-строительных материалов данным рабочим оборудованием, а также отсутствие методов его расчета вызывают необходимость проведения соответствующих исследований.

При выполнении работы в соответствии о поставленной целью были сформулированы и решены следующие задачи:

произведен анализ существующих методов эффективного воздействия на уплотняемый материал;

создано экспериментальное оборудование для изучения процессов, связанных с комбинированным воздействием вальца на уплотняемый материал;

разработана методика экспериментальных исследований; проведены экспериментальные исследования по выявлению влияния параметров и режимов работы оборудования на эффективность уплотнения;

разработаны эффективные технические решения уплотняющего оборудования с комбинированным воздействием вальца на уплотняемый материал;

разработана методика расчета параметров и режимов работы уплотняющего оборудования с комбинированным воздействием вальца •на уплотняемый материал;

установлена технико-экономическая эффективность использо-

аал«л пОЕОГи у ПИ ОТ л Г О ОиОрУДОБепКя В Праг-ТИКё Охрийхс^шСхБа дорог.

Во второй главе представлена теоретическая часть исследований, целью которых являлось установление основных теоретических зависимостей для выбора параметров и режимов работы уплотняющего оборудования с комбинированным воздействием вальца на среду.

Для рассмотрения теоретической модели уплотнения дорожно-строительных материалов рабочим органом комбинированного воздействия были введены следующие допущения и ограничения:

в процессе взаимодействия вальца со средой явление отрыва края вальца от уплотняемого материала не рассматривается;

взаимодействие вальца с уплотняемым материалом рассматривается в зонах контакта вальца с уплотняемым материалом. В качестве последнего принят связный грунт;

явление тиксотропнооти и релаксации материала не рассматривается;

диаметр вальца выбран на основании рекомендаций, приведенных в работе Курбатова Н.Е.

Ввиду симметричности нагружения вальца относительно его середины по длине В, рассматривается воздействие одной из половин Еальца на УМ (см.рис.2). Механизм воздействия вальца с комбинированным воздействием и асимметричной установкой эксцентриков не одинаков по воек половике его ширины. Далее рассмотрим три характерные зоны на данном участке вальца -А, В и С. Валец радиусом И и длиной В вращается с постоянной угловой скоростью и вокруг оси х, проходящей через его центр тяжести О. Ось вращения х вальца образует с его осью симметрии угол а - агсзхп (2е/В), где е -эксцентриситет, м. При этом, помимо вращательного движения вальца, УО перемещается вдоль оси у с постоянной линейной скоростью

V.

В работе установлены:

траектория движения оси вальца;

траектория движения произвольной точки на обечайке вальца; скорость движения произвольной точки на обечайке вальца; ускорения, произвольной точки на обечайке вальца.

На основе результатов исследования процесса взаимодействия ■уплотняющего оборудования комбинированного воздействия с уплотня-йшм материалом получены итоговые зависимости по определению

материалом в характерных зонах А, В и С

некоторых основных параметров процесса уплотнения данным рабочим органом.

Основные характеристики процесса уплотнения в зонах контакта вальца:

а) Зона С (посередине вальца) Напряжение на поверхности

бтах- /де/Я , (1)

где ч - 2ть/В, отсюда

бщах- / апьеВ-1!?-1 . (2)

где е - модуль упругости, кг/ом2;

И - радиус вальца, м. шь- масса вальца, Н, В - длина вальца, м. Оптимальная высота уплотняемого слоя

Н - 0.28 /йгъЙГ1 , (3)

где У, Ио - соответственно, влажность и оптимальная влажность УМ.

б) Зона А (на краю вальца) Напряжение ка поверхности

бтах- /qe/R , (4)

где q - 2швВ-1(1+игевг-1), (5)

отсюда

бщах- / 2mBeB"1R-1(l+ü)ZeBff"1). (6)

Оптимальная высота уплотняемого слоя

Н - 0.28 w/Wo /qiT -

- 0.28 w/Wo / 2mBRB"1(l+u)ZeBe"1) . (7)

Число воздействий в точке А

Ид - 3.6% /сЙ^еГ^-1 /1 + 3.6 >/Це02е1~1В"1 12_1(1?+е)"2 (8) в) Зона В .

Линейное давление

Ч - 2твВ"1(1+ууоыг"1), (9)

где ууо - скорость передвижения катка.

Напряжение на поверхности.

/l + 3.(

бщах- /2твеВ~1И*(11) . (10)

Оптимальная высота уплотняемого слоя

Н - 0.28 "/ио /^Г -

- 0.28 ^с/гтвНВ"1 (1+ыууог~1) . (11)

Число воздействии на уплотняемый материал

NB - eb/9.28Rmb(l+vü>e"1)ei~1B"1 *

.28Ить12-1е1"1В-1({?+еь)"2, (12)

крутящий момент на привод вальца (среднеарифметически)

_ ГЛ- /о -— Га 1 \ гп

ш ~ ас/о » сшбч+ш еь к )' >

мощность привода (среднеарифметически)

N = Мш - етьи(1+й)2е2~1Е~1)/3 , (14)

осадка материала за одно воздействие

Ь = 0.064 гпь е1-1 Вкон-1, (15)

где Вкон- часть края вальца , заглубляющаяся в уплотняемый материал с образованием откоса, равная

Вкон - /ЧВ /(31 С1 е) , (16)

суммарная осадка материала

Ьсумы - Ь (к 1пМ + 1), (17)

где к - коэффициент интенсивности накопления необратимой деформации.

Теоретические исследования позволили установить основные закономерности протекания процесса уплотнения материала уплотняющим оборудованием комбинированного воздействия и сделать ряд выводов: математическая модель взаимодействия вальца уплотняющего оборудования с уплотняемым материалом обеспечивает определение параметров процесса уплотнения в каждой из трех характерных зон взаимодействия вальца о уплотняемым материалом;

в каждой из трех характерных зон вальца процесс уплотнения различен. В зоне вальца, определяемой как середина ширины вальца, уплотнение материала аналогично уплотнению статическим катком с гладкими вальцами. В зоне вальца, определяемой из условия равенства линейных скоростей передвижения базовой машины и скорости вращения вальца в нижней точке - помимо статического взаимодействия с материалом, происходит продавливание материала катком на величину эксцентриситета, равного ев- Ууо/*. в третьей крайней зоне зальца происходит комплексное взаимодействие. Причем. помимо воздействий, указанных выше, прибавляется ¡фуговое (вращательное) движение вальца о эксцентриситетом е и числом взаимодействий на уплотняемый материал N в рассматриваемой зоне по длине участка уплотнения 1_.

• подученные зависимости, позволяют определить порядок расчета оптимальной скорости передвижения уплотняющего оборудования.

В третьей главе представлена методика проведения зкоперимек-тальных исследований и описание экспериментального уплотняющего оборудования.

Исследования проводились на эквивалентном материале, по своим физико-механическим свойотвам соответствующем среднетяжелому суглинку. Материал доводился до первоначальной плотности с коэффициентом уплотнения Ку- 0.90-0.95. Максимальная стандартная плотность материала определялась с помощью прибора стандартного уплотнения ДОРНИИ с объемом мерного цилиндра 1000 см3. После каждого прохода УО замерялась плотность уплотняемого материала при помощи режущих колец с объемом 128 см3. Помимо плотности, проводились замеры осадки материала, крутящего момента на валу двигателя Мкр после каждого прохода, а также отмечалось число проходов до получения коэффициента уплотнения материала Ку- 0.99 - 1.00. Основными варьируемыми параметрами УО являлись : масса рабочего органа Мро (кг), линейное давление Рл (Н/м), эксцентриситет Е (мм), скорость передвижения УО V (см/о).

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследовании уплотняющего оборудования.

Проведены эксперименты:

- по исследованию влияния скорости передвижения УО и числа проходов п на коэффициент уплотнения Ку и техническую производительность;

касающиеся исследовании влияния удельного давления Рл и числа проходов п на коэффициент уплотнения Ку и техническую производительность Пт при различных эксцентриситетах Е;

по исследованию влияния эксцентриситета Е и числа проходов п на коэффициент уплотнения Ку и техническую производительность;

по изучению влияния скорости передвижения УО на крутящий момент на двигателе возбуждения колебании вальца;

по исследованию влияния основных варьируемых параметров УО на энергоемкооть процесса уплотнения.

Экспериментальными исследованиями УО на стенде было получено, что о уменьшением скорости V число проходов п для обеспечения Ку-1 снижается . С увеличением эксцентриситета Е число проходов

снижается до 1 при скорости V» 4 см/с. Однако при работе УО на 12

скоростях передвижения ниже 4 си/с, 6 см/с и 8 см/с с эксцентриситетами соответственно, Е- 5 мм, 10 мм и 15 мм наблюдалось накопление призмы грунта перед вальцом. Это происходит вследствие того, что валец в начальный момент уплотнения погружается в недо-уплотненный материал и перед ним образуется призма грунта, которая увеличивает энергоемкость процесса возбуждения колебаний вальцом с возрастанием сопротивления передвижению рабочего органу УО. Это явление избегается путем увеличения скорости передвижения У0, снижения статической массы рабочего оборудования У0 и увеличением диаметра вальца.

Таким образом, зона оптимальных скоростей передвижения ограничена снизу минимально возможной скоростью vmin,npn которой не образуется призмы грунта перед вальцом. Увеличение скорости передвижения У0 приводит к росту числа проходов по одному следу, что повышает энергоемкость процесса уплотнения.

Увеличение скорости передвижения У0 повышает техническую производительность при эксцентриситетах 5 и 10 мм. Это означает, что увеличение скорости передвижения У0 при данных режимах доминирует над увеличением числа проходов по одному месту, вследствие сокращения времени уплотнения, что приводит к росту технической производительности Пт. Однако при эксцентриситете Е» 15 мм и скоростях от 4 до 13 см/с наблюдалось снижение Пт и о незначительным ростом последней на скоростях v - 13 - 17 см/с.

Наибольшая техническая производительность Пт У0 достигается при следующих основных параметрах У0: v- 4 см/с, Е- 15 мм с удельным давлением вальца на уплотняемый материал Рл= 1600 Н/м, при этом Пт= 40 м2/ч.

Здесь можно отметить, что достижение требуемой производительности Пт возможно различными способами. Например, для достижения Пт= 34 м2/ч возможно два варианта. Первый: установка эксцентриситета Е- 15 мм и работа УО на скорости v- 13 см/с. Второй: установка эксцентриситета Е= 10 мм и работа УО на скорости V» 20 см/с. Таким образом, пользователю предоставляется возможность варьировать основные параметры УО в каждом конкретном случае с целью достижения требуемой производительности.

Подбирать требуемую производительность целесообразно при работе уплотняющих машин в комплекте машин для строительства дорог. Для рационального использования каждой из машин комплекта, а тах-

13

лЭ ДЛЯ ОиеСПёчеНИЯ рКТьйГчлип роиина ЕСсГО КимИЛел.!а. Б Ц5Л0м обходимо,чтобы эксплуатационная производительность каждой из машин (асфальтоукладчик, каток и т.д.) была одинакова.

Экспериментально получено, что увеличение линейного давления УО с 1400 Н/м до 1700 Н/м снижает требуемое число проходов для достижения Ку- 0.99-1.00 на два прохода. Наиболее интенсивное снижение числа проходов отмечено при работе на эксцентриситетах Е- 5 мм и Е- 7.5 мм (с 6 проходов при Рл - 1400 Н/м до 3 проходов при Рл - 1700 Н/м). Дальнейшее снижение числа проходов УО с основными параметрами Е- 5 мм; 7.5 мм и Рл -=1700 Н/м возможно путем снижения скорости передвижения УО. Назначение линейного давления выше 1700 Н/м приводило к значительному возрастанию энергоемкости процесса уплотнения из-за увеличения расхода мощности двигателя возбуждения колебаний вальца. Это происходит вследствие того, что величина крутящего момента, развиваемого двигателем, становится меньше момента, который необходимо приложить к оси приводного маховика эксцентрикового вала вальца (см.рис.2 ). Этот момент зависит от плеча равного эксцентриситету Е и веса уплотняющего оборудования, приходящегося на валец.

Рост линейного давления, оказываемого вальцом на уплотняемый материал, повышает техническую производительность Пт . Наиболее сильный рост технической производительности наблюдается при экс-ЦЕпТркситетб Е- 15 мм. Так, повышение ликскяого давления с 1400 до 1700 Н/м увеличивает Пт с 30 до 70 м2/ч .

Исследования по влиянию эксцентриситета Е на процесс уплотнения материала проводились с эксцентриситетами Е- 5; 7.5; 10; 12.5; 15 мм . Наибольшее влияние изменения Е на число проходов для получения Ку- 1 наблюдалось при Рл - 1500 Н/м и V- 7 ом/о .. Так, увеличение Е о 5 мм до 15 мм снижало требуемое число проходов с 5 до 2 единиц.

Достижение требуемой производительности процесса уплотнения уплотняющим оборудованием с небольшой массой возможно путем увеличения эксцентриситета Е. Изменение эксцентриситета Е равнозначно изменению динамической составляющей усилия в силовом воздействии вальца на уплотняемый материал. Суммарное усилие, прикладываемое к уплотняемому материалу рабочим органом комбинированного воздействия, условно может быть разложено на статическую составляющую, определяемую массой уплотняющего оборудования, приходя-14

щейся на валец; и динамическую составляющую, которая определяется величиной эксцентриситета Е. Таким образом, увеличение эксцентриситета Е УО является альтернативой увеличению массы УО для достижения той же эффективности уплотнения. Увеличение эксцентриситета Е с 5 мм до 15 мм еще не приводит к образованию двухскатной поверхности уплотняемой полосы,и ровность покрытия остается в пределах, допустимых СНиПом по устройству дорожных покрытий. Следует отметить, что дальнейшее увеличение эксцентриситета открывает дополнительные возможности УО для профилирования дорожного полотна.

Повышение эксцентриситета Е при наибольшем линейном давлении вальца Рл - 1700 Н/м обеспечивает достижение максимальной технической производительности Пт. Так, при работе УО с параметрами Рл - 1700 Н/м и v - 7 см/с и при повышении Е с 5 мм до 15 мм техническая производительность повышается с 25 м2/ч до 50 м2/ч.

Исследования показали, что величина крутящего момента Мкр меняется в зависимости от скорости передвижения УО. При скорости передвижения УО меньше минимально допустимой происходит накопление призмы грунта перед вальцом, пятно контакта зальца с грунтом увеличивается, увеличивается и крутящий момент, который необходимо приложить к оси вальца, чтобы осуществить один поворот вальца по траектории, заданной кинематикой. Следовательно, с уменьшением скорости передвижения У0 ниже минимально допустимой крутящий момент возрастает и приводит к значительным энергозатратам. С другой стороны, работа У0 на скорости ниже минимально допустимой приводит к тому, что накапливаемая призма грунта перед вальцом увеличивает сопротивление передвижению У0. Кроме того, скорость передвижения У0 и крутящий момент тесно взаимосвязаны друг с другом в том случае, когда скорость передвижения У0 ниже минимально допустимой.

На скоростях передвижения УО выше Упап величина Мкр является величиной постоянной для каждого режима работы. Здесь следует отметить, что при первом проходе УО, когда плотность материала невысока, Мкр возрастает и одновременно повышается сопротивление передвижению УО. При следующем проходе крутящий момент Мкр снижается и повышается скорость передвижения УО. Мы имеем неравномерное распределение энергозатрат на первом и последующих проходах. Обеспечение равномерного распределения мощности достигается путем повышения скорости передвижения УО на первом проходе и постепен-

15

ным ее снижением при последующих. Обеспечение устойчивого и равномерного режима работы УО будет способствовать увеличению срока службы данной конструкции УО.

Основную долю энергозатрат при работе УО составляет привод возбуждения колебаний вальца. В исследуемом диапазоне изменения основных параметров УО крутящий момент на двигателе возбуждения колебаний вальца менялся от 0.70 до 2.40 Н-м при постоянной частоте вращения вала двигателя 37 Гц. Расходуемая мощность двигателя менялась, соответственно, от 60.0 до 206.5 Ет.

При рассмотрении влияния каждого из варьируемых параметров УО на крутящий момент Мкр на двигателе возбуждения колебаний вальца при его постоянной частоте вращения, были получены следующие результаты.

Увеличение скорости передвижения УО привело к снижению крутящего момента на двигателе. Это происходит вследствие уменьшения длины участка уплотнения за один цикл поворота вальца, а,следовательно, и работы колеблющегося вальца по сыинанию материала.

Низкие значения показателя энергоемкость Ы/Пт достигаются с эксцентриситетом Е=5 мм при Рд= 1500 и 1600 Н/м за счет более низкой мощности процесса уплотнения, затрачиваемой на сминание уплотняемого материала, по сравнению с достаточно высокой производительностью процесса уплотнения. Минимум значения показателя энергоемкость достигается при Рл=1700 Н/м за счёт высокой производительности процесса уплотнения.

Повышение скорости передвижения УО на всех исследуемых величинах эксцентриситетов Е приводит к снижению показателя энергоемкость. Наиболее ощутимо данное снижение на эксцентриситетах Е- 5 и 10 мы. Это объясняется тем, что с повышением скорости передвижения УО производительность процесса уплотнения возрастает, а мощность, теряемая на уплотнение, снижается за счет уменьшения участка уплотнения, снижения работы на сминание материала.

Снижение удельного давления Рл с 1700 до 1Е00 Н/м снижает энергоемкость процесса уплотнения. Это объясняется тем, что уменьшение массы УО приводит к более резкому снижению мощности, затрачиваемой на уплотнение, а также на перемещение УО, чем падение производительности Пт.

Таким образом, в исследованном диапазоне изменения основных параметров УО достижение минимальной энергоемкости возможно сни-16

жением удельного давления УО Рл до 1500 И/и, снижением эксцентриситета Е до 5 мм и повышением скорости передвижения УО до 20 см/с.

В пятой глазе дана сравнительная характеристика эффективности разработанного уплотняющего оборудования и виброкатков, приведена методика определения основных параметров уплотняющего оборудования с комбинированным воздействием на среду, а также реализация конструкции уплотняющего оборудования с комбинированным воздействием вальца на базе трактора МТЗ 80/82 в Минском научно-про-изводстзенном предприятии "Еелдортехника".

Приведенная сравнительная характеристика уплотняющего оборудования и виброкатков подтвердила эффективность применения уплотняющего оборудования данного типа. При этом 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 виирокзтками отечественных и зарубежных фирм.

Ожидаемый годовой экономический эффект от использования данного оборудования в народном хозяйстве составил 2920 рублей по ценам 1990 года.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

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 о противоположных сторон уплотнителя и действующих в продольном, поперечном и вертикальном направлениях полосы уплотнения. При этом динамические нагрузки прикладывают в трех направлениях - продольном, противоположно направлению укатки, в поперечном - к середине уплотняемой полосы и Вер-

^аКаЛЬНС'М.

Основные научные и практические результаты проведенных исс-

1?

ледовании заключаются в следующем.

1. Обоснована принципиально новая конструкция уплотняющего оборудования с комбинированным воздействием вальца на среду и защищена авторскими свидетельствами.

2. Установлены основные параметры уплотняющего оборудования с комбинированным воздействием вальца (УО) на уплотняемый материал , обеспечивающие эффективность процесса уплотнения. На повышение производительности уплотнения влияет изменение эксцентриситета Е, линейного давления Рл, скорости передвижения. Установлены пороговые значения указанных параметров. Так, снижение скорости передвижения ниже пороговых значений влечет за собой возникновение призмы грунта перед вальцом.

3. Увеличение лишенного 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 27Х приводит к повышению технической производительности на 13321 .

4. На скоростях передвижения УО ниже допустимых величина крутящего момента на двигателе возбуждения колебаний вальца значительна , что приводит к дополнительным энергозатратам, вследствие накопления призмы грунта перед вальцом. Это зависит от увеличения длины контакта вальца с уплотняемым материалом Ь и увеличения объема грунта, подвергающегося сдвигу. Установлено, что для обеспечения равномерного и устойчивого режима работы УО необходимо повышать скорость передвижения УО на первом проходе и постепенно ее снижать при последующих.

5. Установлено, что увеличение эксцентриситета Е приводит к снижению числа проходов и.повышению производительности процесса уплотнения. Так, увеличение эксцентриситета Е в 3 раза повышает техническую производительность Пт в 2 раза.

6. 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. В связи с тем, что

УО работает на частотах колебаний зальца, значительно отличающихся от собственных частот элементов конструкции катка, это создает предпосылки для снижения шума при работе уплотняющих малин, что позволяет получить эргономический эффект от внедрения данного уплотняющего оборудования.

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

8. Использование разработанного уплотняющего рабочего органа возможно на базе существующих катков путем 'оснащения последних дополнительным вальцом между основными вальцами базового toTKa, либо сзади них или спереди, а также заменой вибрационного принципа действия вальца кинематическим; либо совместно. Возможно оснаг-щение пневмокатков кинематическим возбудителем колебаний. Создание специальных уплотняющих машин, например, прицепных - для широкой гаммы тракторов; оснащение экскаваторов уплотняющим рабочим органом с комбинированным воздействием вальца на уплотняемый материал на базе манилуляторного оборудования для работ в стесненных условиях, уплотнение откосов и траншей; оснащение^ асфальтоукладчиков уплотняющим оборудованием с комбинированным воздействием вальца на уплотняемый материал.

Результаты исследовании и их анализ позволили определить направления дальнейших исследований: изучение влияния соотношения ширины вальца УО и эксцентриситета на эффективность процесса уплотнения, исследование различных комбинации рабочих органов УО.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Кустарев Г.В., Туманян С.Б. Силовые и геометрические характеристики уплотняющего оборудования с кинематическим возбуждением колебаний вальца. Труды МАДИ, 1991.

2. Разработка и определение параметров уплотняющего оборудования о комбинированным воздействием на среду /Туманян С.Б., Московский государственный автомобильно-дорожный институт (технический университет).- М., 1994 г. 11 е., 2 ил., Библ. 3 назван. Рус., Деп. в ВИНИТИ 29 марта 1994 г. N 745-В94.

3. A.c. 1700126 (СССР). Устройство для уплотнения дорож-

но-строителъных материалов/ В.И.Баловней, А.Б.Ермилов, Г.В.Куота-рев, С.Б.Туманян и др. ■ Опубл. в Б.И., 1991, N 47.

4. А.о. 1178825 (СССР). Дорожный каток/В.И.Бадовнев, Г.В.Кустарев, Н.Е.Курбатов, С.Б.Туманян. Опубл. в Б.И., 1991, N16.

Б'. А.о. 1791506 (СССР). Дорожный каток/ В.И.Бадовнев, Г.В.Кустарев, С.Б.Туманян. Опубл. в Б.И., 1993, N 4.

ИШ 9.191 т. 100 6.04.94г.