авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Обоснование рациональных параметров вибрационного катка с пневмошинным рабочим органом для уплотнения грунтов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЛАШКО АЛЕКСЕЙ ГЕННАДЬЕВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВИБРАЦИОННОГО КАТКА С ПНЕВМОШИННЫМ РАБОЧИМ ОРГАНОМ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВ

Специальность 05.05.04 – «Дорожные, строительные

и подъемно-транспортные машины»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Омск – 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Савельев Сергей Валерьевич
Официальные оппоненты: Сорокин Владимир Николаевич доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Омский государственный технический университет» (ОмГТУ), кафедра «Основы теории механики и автоматического управления», профессор Сухарев Роман Юрьевич кандидат технических наук, ФГБОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)», кафедра «Автоматизация производственных процессов и электротехника», доцент
Ведущая организация: Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет (НИ ИрГТУ)

Защита состоится 22 июня 2012 г. в 1630 часов на заседании диссертационного совета Д 212.250.02 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)» по адресу: 644080, г. Омск, проспект Мира, 5, ауд. 3124.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)».

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета.

Телефон для справок: (3812) 72-99-76, e-mail: dissovetsibadi@bk.ru

Автореферат разослан 16 мая 2012 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д.212.250.02,

доктор технических наук В.Н. Кузнецова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Министерством транспорта Российской Федерации постав­лена задача развития транспортной инфраструктуры страны. Это подразумевает увели­чение темпа и объема строительства автомобильных дорог в ближайшие годы. Для ее решения необходимо создание новых высокопроизводительных машин, совершенство­вание методов производства работ и конструкций существующего парка техники.

Переход к рыночным отношениям обострил проблему повышения качества в сфере строительного производства. Здесь стоит отметить, что именно уплотнение грунтов земляного полотна автомобильных дорог является не только составной частью техноло­гического процесса, но и фактически главной операцией по обеспечению его прочно­сти, долговечности и устойчивости к динамическим воздействиям от автомобильного транспорта. Недоуплотнение ведет к многочисленным деформациям дорожного покры­тия, следовательно, к непроизводительным затратам людских, материальных и энерге­тических ресурсов, а также к снижению транспортно-эксплуатационных показателей ав­томобильной дороги в целом. Стоимость работ по уплотнению грунтов составляет всего 2 - 4 % от общей стоимости дороги.





В связи с этим встает вопрос о создании новых и модернизации имеющихся образ­цов уплотняющей техники.

В технологии строительства дорог широкое распространение получили вибрацион­ные катки, обладающие высокой производительностью и меньшими энергетическими затратами при уплотнении грунтов. Также достаточно перспективными являются виб­рационные пнев­мошинные катки, позволяющие регулировать не только частоту и величину силового уплот­няющего воздействия, но и площадь пятна контакта рабочего органа с обрабатываемой средой.

Однако эффективность их использования в настоящее время очень низкая и основ­ным фактором, ограничивающим рост производительности таких машин, является вы­сокое демпфирующее свойство пневмошины, что ограничивает возможность примене­ния вибрации. Исследования, проведенные в Сибирской государственной автомо­бильно-дорожной академии, выявили, что существуют возможности устранения данного недостатка путем повышения жесткости пневмошин, который приводит к росту произ­водительности и технико-экономических показателей процесса уплотнения грунтов. При этом появляется широкий диапазон изменения характеристик уплотнителя для супесчаных, суглинистых и глинистых грунтов одним видом катка, что рас­ширяет область его применения. Определение рациональных параметров и режимов ра­боты таких машин при уплотнении грунтов – это одно из направлений повышения про­изводительности и эффективности производства уплотняющих работ, учитывающих тип и изменяющиеся свойства материала в процессе уплотнения.

Объект исследований - процесс уплотнения слоёв земляного полотна вибрационным катком с пневмошинным рабочим органом.

Предмет исследований - закономерности процесса взаимодействия рабочего органа катка с уплотняемым грунтом; рациональные значения параметров.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности процесса уп­лотнения грунтов земляного полотна.

Задачи исследований:

1. Усовершенствовать математическую модель взаимодействия вибраци­онного пнев­мошинного рабочего органа с уплотняемой средой с учетом изменения реологических па­раметров рабочего органа.

2. Разработать методику выбора рациональных параметров вибрацион­ного пневмо­шинного катка для уплотнения грунтов.

3. Разработать конструкцию вибрационного пневмошинного рабочего ор­гана.

4. Определить режимные параметры работы вибрационного пневмо­шинного катка для уплотнения грунтов.

5. Подтвердить адекватность теоретических и экспериментальных иссле­дований.

6. Оценить экономическую эффективность применения вибрационного пневмошинного катка.

Достоверность научных исследований обеспечена:

1. Методологической базой исследований, основанной на фундамен­тально изучен­ных положениях теории уплотнения.

2. Применением математического анализа в качестве основного инст­румента иссле­дования, современных методов обработки результатов иссле­дований.

3. Достаточным объёмом экспериментальных работ, выполненных в лабораторных и производственных условиях.

4. Практической и экспериментальной проверкой адекватности теоре­тических ис­следований, полученной в производственных условиях.

Метод исследований предусматривает комплексный экспериментально-теоретиче­ский подход, включающий:

1. Теоретические исследования, основанные на обзоре, анализе и обоб­щении резуль­татов выполненных ранее исследований в области уплотнения грунтов.

2. Экспериментальные исследования в лабораторных условиях, осно­ванные с ис­пользованием современной контрольно-измерительной аппаратуры, теории планирова­ния и обработки экспериментальных данных.

3. Производственный эксперимент с целью сопоставления результатов теоретиче­ских исследований с практическими их значениями для определения численных пара­метров, входящих в математическую модель.

Научная новизна диссертационной работы:

1. Усовершенствована математическая модель взаимодействия вибрационного пневмошинного рабочего органа катка с уплотняемой средой с учетом изменения реоло­гических параметров рабочего органа.

2. Разработана имитационная модель уплотнения грунта вибрационным пневмо­шинным катком, описывающая изменение амплитудно-частотных характеристик коле­баний грунта и рабочего органа катка в зависимости от изменяющихся реологических параметров как уплотняемой среды, так и рабочего органа катка.

3. Получены экспериментальные зависимости коэффициентов жестко­сти и вязкости рабочего органа для различного количества бандажей и внутреннего давления в шине.

4. Выявлен характер изменения площади пятна контакта рабочего пневмошинного органа с бандажами с опорной поверхностью, и получены аналитические зависимости этого изменения при различном внутреннем давлении в шине и количестве бандажей. Определены контактные давления, развивающиеся в толще грунта под воздействием как статического, так и динамической силового воздействия.

5. Обоснована эффективная толщина уплотняемого слоя различных мате­риалов (су­песь, суглинок) для адаптивного рабочего органа катка.

Практическая значимость результатов работы:

1. Разработана методика выбора рациональных параметров вибрацион­ного пневмо­шинного катка для уплотнения грунтов.

2. Разработана универсальная методика определения жесткости рабо­чего органа по значению коэффициента восстановления.

3. Создана конструкция пневмошинного рабочего органа с бан­дажами, позволяющая эффективно уплотнять различные типы грунтов с примене­нием виб­рации, подтвер­жденная патентом на полезную модель № 93090 «Валец дорожного катка».

4. Предложены формы конструкций бандажей для переоборудования пнев­мошин­ных кат­ков статического действия в зависимости от требуемой величины контактного давления. Установлено, что применение бандажей позволяет значи­тельно повысить эф­фективность уплотнения, добиться нормативного коэффициента уплотнения 0,98 – 1,0 средним катком, сократив типы применяемых катков с двух-трех до одного.

5. Использование разработок и результатов исследований в учебном процессе по со­ответствующим специальностям и направлениям подготовки кадров высшей квалифи­кации, а также на предприятиях и в органи­зациях, занимающихся проектированием и созданием уплотняю­щих машин.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на V и VI Всероссий­ских научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Разви­тие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе ра­ционального природопользования» (СибАДИ, 2010, 2011 гг., Омск), на Все­российской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы функ­ционирования систем транспорта» (ТюмГНГУ, 2011 г., Тюмень), на 65-й Всероссийской научно-технической конференции «Модернизация и инновационное раз­витие архитек­турно-строительного и дорожно-транспортного комплексов России: фунда­ментальные и прикладные исследования (с международным участием)» (СибАДИ, 2011 г., Омск).

Реализация результатов работы. Результаты исследований приняты к внедрению в производственную программу ОАО «Раскат» и используются в учебном процессе по различным дисциплинам на кафедре «Эксплуатация и сервис транспортно-технологиче­ских машин и комплексов в строительстве» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 10 работ, в том числе 3 работы в материалах научных конференций, 3 статьи в журналах, рекомендованных пе­речнем ВАК Минобрнауки РФ. Получен патент РФ на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографического списка и приложений. Общий объём работы 179 страниц, включая 29 таблиц и 86 рисунков, 6 приложений. Библиографический список включает 175 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведено обоснование актуальности темы диссертационной работы, излагается цель и основные задачи исследований, сформулированы научная новизна и практическая ценность.

В первой главе освещается общее состояние вопроса в области уплотнения до­рожно-строительных материалов, проведён обзор исследований по уплотнению грунтов, рассмотрены основные закономерности и особенности протекания данного процесса, а также произведён анализ процесса взаимодействия рабочих органов уплотняющих машин с уп­лотняемой средой.

Рассматривая теории взаимодействия уплотнителей с грунтами необходимо отме­тить труды Н.Я. Хархуты, Я. А. Калужского, С.С. Вялова, В.Ф. Бабкова, О.Т. Батракова, Н.Н. Маслова, Н.А. Островцева, А.К. Бирули, Н.П. Вощинина, И.Н. Глуховцева, М.Н. Гольдштейна, А.А. Иноземцева, Н.Н. Иванова, В.И. Кнороза, Н.А. Цытовича, В.Б. Пер­мякова, Н.А. Азюкова, А.В. Захаренко, М.П. Зубанова, М.П. Костельова, В.В. Дубкова, С.В. Савельева и др.

Изучение физики процесса уплотнения показало, что наиболее обоснованными яв­ляются методики, учитывающие реологические свойства уплотняемой среды. Они по­зволяют изучать реальные процессы, происходящие в грунтах при их уплотнении вибрационными катками. При этом значительное влияние на интенсивность образова­ния остаточных деформаций в грунте оказывают контактные давления, площадь кон­такта и вид прилагаемой нагрузки.

Обзор способов уплотнения грунтов показал, что из-за многообразия свойств грун­тов существует широкая номенклатура уплотняющей техники. Наиболее эффективными и универсальными уплотняющими машинами являются вибрационные дорожные катки, поскольку положительное качество вибрационного вальца, такое как динамическое воз­действие на уплотняемый материал, снижает силы трения и сцепления между частицами грунта, и это повышает эффективность процесса уплотнения несвязанных или малосвя­занных материалов. Для связного грунта, такого как суглинок и глина, необходимы бо­лее длительное время контакта рабочего органа со средой, способность плавно изменять контактные давления в процессе укатки, поэтому для таких типов грунтов применяют катки на пневматических шинах. Однако они в большинстве своем статического дейст­вия.

Объединение положительных качеств в одном рабочем органе позволит создать новую перспективную конструкцию уплотняющей машины, которая в зависи­мости от выбранного режима работы и его параметров будет эффективно обрабатывать различные виды дорожно-строительных материалов. К тому же применение такой ма­шины позволит снизить энергозатраты, повысить производительность и качество уплот­няющих работ.

Во второй главе рассматривались вопросы, которые освещают свойства грунтов и пневматических шин, что дает представление о распределении напряжений в уплотняе­мых грунтах, приведена дорожная классификация грунтов, а также основные свойства шин.

Эффективность работы уплотняющих машин зависит от того, насколько правильно учтены свойства грунтов при их проектировании и применении. Особенно важно знать те сопротивления, которые оказывает грунт обрабатывающим его рабочим органам ма­шин, а также зависимость этих сопротивлений от различных факторов, к числу которых, главным образом, относятся способ воздействия, физико–механические характеристики и реологические свойства.

Свойствам грунтов при их уплотнении занимались такие ученые, как А. К. Бируля, Н. Н. Иванов, В. Ф. Бабков, К. А. Артемьев, В. А. Анфимов, О. Т. Батраков, Г. Б. Безбо­родова, Я. А. Калужский, Г.И. Покровский, А.И. Путк, С.В. Савельев, П.Ф Овчинников и др.

Представлены фракционный состав грунтов, их характеристики в зависимости от консистенции, зависимости предела прочности грунтов пр от коэффициента уплотнения Ку и влажности W (динамическое воздействие), графики зависимости коэффициента вяз­кости от влажности грунта W и от его плотности и т.д.

При деформировании грунтов, обладающих тиксотропными свойствами, важные значения имеют вибрация и частота приложения нагрузок. Вибрация обусловливает, главным образом, уменьшение внутренних сил трения и сцепления в грунтах, что вызывает целый ряд своеобразных явлений. Уменьшение трения при виб­рациях в грунтах является основным фактором, влияющим на изменения свойств грун­тов.

Исследователями М.П. Костельовым, Н.Я. Хархутой, Ю.М. Васильевым установ­лено, что имеют место такие частоты, при которых происходят ин­тенсивные тиксотроп­ные превращения грунтов, сопровождающиеся обильным выделе­нием влаги и ослабле­нием связей между его частицами и агрегатами.

Интенсивные тиксотропные превраще­ния в случае суглинистого грунта с влажно­стью (1,2…1,3)Wо про­исходят в интервале частот 100 - 150 Гц.

В представленной диссертационной работе рассмотрен вопрос о свойствах пневма­тических шин, а также процессы деформирования их с учетом типоразмера, контактного давления, прикладываемой нагрузки и др. Многие исследователи осветили этот вопрос в своих трудах: Н. А. Островцев, В. И. Кнороз, В. П. Бойков, Р. Хедекель, Н. Я. Хархута, Л. И. Белоусов, А. К. Бируля, Д. С. Гордыч, В. М. Гребенщиков, О. Ю. Коротин, Л. А. Антипов, В. Ф. Бабков, Д. С. Баранов, Н. Н. Иванов, Г. И. Покровский, Г. Пресс, Н. А. Ульянов, И. С. Федоров, Н. А. Цытович, А.И. Путк и др.

Проанализировав работы С.А. Варганова, Б.М. Шеременьева, В.И. Кнороза, О.Ю. Коротина, В.А. Смоленцева, П.Л. Сюрье, посвященные характеристикам шин, были состав­лены таблицы, отражающие важные факторы для процесса уплотнения дорожно-строи­тельных материалов – это площадь контакта шины с опорной поверхностью Fк, кон­тактное давление к в зависимости от прилагаемой к шине нагрузки Q и внутреннего давления в шине Pw.

Анализ вышеосвещенных вопросов показывает, что грунты и пневмошины являются достаточно сложными средами, обладающими множеством различных свойств и харак­теристик, интенсивно изменяющихся в зависимости от внешних условий. Поэтому с точки зрения обеспечения эффективного уплотнения грунта, следует учесть многие факторы: изменение физико-механических свойств, реологических характеристик (вяз­кость и жесткость) во времени, способы приложения нагрузки, параметры уплотнителя и др.

И как следствие, решение задач по исследованию воздействия уплотнителя и режи­мов уплотнения на интенсивность процесса деформирования грунта, выбор рациональ­ных параметров и режимов катка невозможно без применения математического аппа­рата и определенных предложений, упрощающих процесс.

В третьей главе приведено описание усовершенствованной математической модели взаимодействия вибраци­онного пневмошинного рабочего органа с уплотняемой средой с учетом изменения реоло­гических параметров рабочего органа.

Этого также касались научные работы Н.Я. Хархуты, Л. Форсблада, Я.А. Калуж­ского, П.Ф. Ов­чинникова и ряда иностранных исследователей.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.