Расширение возможностей эффективного уплотнения строительных материалов

случае - минимально возможная длина кратчайшей траектории составит 10 л.е.

Построение гистограмм распределения длин траектории позволяет, если имеется допуск на ее длину, нанести на гистограмму линию границы допуска, чтобы сравнить гистограммы распределения с этими границами и сделать вывод о вероятности попадания в поле допуска при заданном характере поверхности.

Видно, что исследуемые параметры коррелируют между собой, однако характер их влияния на вероятностную длину траектории различен. Это позволяет предложить интегральный показатель, более полно характеризующий поверхность со случайными параметрами.

Библиографический список

1. Корытов, М.С. Методика построения эквидистантных поверхностей в задаче поиска пути перемещения груза автокраном // Вестник Брянского государственного технического университета, 2009. - № 2 (22). - С. 65-69.

2. Щербаков, В.С. Оптимизация траектории перемещения груза автокраном в трехмерном пространстве с препятствиями / В.С. Щербаков, М.С. Корытов // Вестник Академии военных наук (спецвыпуск), 2009. - № 3 (28). - С. 270-273.

Effect of stochastic parameter space with bars on the trajectory length of cargo transported by cranes

УДК 629.084

РАСШИРЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ЭФФЕКТИВНОГО УПЛОТНЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

С. В. Савельев, канд. техн. наук, доц., А. Г Лашко

Аннотация. В статье рассматриваются некоторые факторы, влияющие на протекание процесса уплотнения строительных материалов. Выделен ряд проблем снижающих эффективность работы уплотняющей техники и рассматриваются способы её повышения. Приводятся перспективные конструкции дорожных катков.

V.S. Shсerbakov, M.S. Korytov

In the article are obtained statistical depenta-nizers of the shortest loads path length for cranes, from the stochastic parameters of bars randomly filling a three-dimensional space. The influence of bars quantity, maximum and average heights of the surface, volume filling factor, the standard deviation of surface elevations on the length of workspace trajectory is considered.

Щербаков Виталий Сергеевич - д-р техн. наук, профессор, декан факультета «Транспортные и технологические машины» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - проектирование систем управления строительных и дорожных машин. Имеет более 255 опубликованных работ. E-mail: sherbakov_vs@sibadil.org

Корытов Михаил Сергеевич - канд. техн. наук, доцент кафедры «Конструкционные материалы и спецтехнологии» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - динамика и устойчивость строительных и дорожных машин, разработка систем управления грузоподъемными кранами. Имеет 44 опубликованные работы.

E-mail: kms142@mail.ru

Статья поступила 28.09.2009.

Ключевые слова: дорожно-строительные материалы, уплотнение, дорожные катки, вибрация, реология, контактные давления.

Введение

Повышение эффективности уплотнения дорожно-строительных материалов (грунтов земляного полотна, асфальтобетонов, цементобетонов и т.д.), является очень важной и в тоже время достаточно сложной задачей. Как известно уплотнение строительных материалов наиболее дешёвый и распространённый способ придания им требуемой прочности и устойчивости. Качество уплотняющих работ характеризуется коэффициентом уплотнения и чем он выше, тем выше прочностные свойства уплотнённого материала.

Основные проблемы при уплотнении материалов и пути их решения

Основной проблемой при уплотнении является то, что для эффективного протекания процесса уплотнения необходимо плавно увеличивать контактные давления по мере повышения коэффициента уплотнения обрабатываемого материала, т. е. должно соблюдаться условие ак«[стпр] (контактные давления должны быть примерно равны пределу прочности материала). В настоящее время эта проблема решается различными способами, помимо рекомендаций СНиПа [1] применять катки трех типоразмеров по массе (лёгкие, средние, тяжёлые), существуют конструкции пневмошинных катков способных регулировать контактные давления за счёт изменения давления внутри шин.

Ещё одной проблемой является разнообразие свойств дорожно-строительных материалов, и как следствие для эффективного уплотнения каждого из них необходимо применять соответствующую этому материалу уплотняющую технику. Например: несвязанные грунты наиболее эффективно уплотняются вибрационными машинами, а связанные пневмокатками и т. п.

Все выше перечисленные факторы затрудняют создание универсальной и эффективной уплотняющей машины способной работать с различными материалами эффективно уплотняя материал от свежеотсыпанно-го до нормативного по плотности состояния. Хотя здесь можно отметить такие машины как комбинированные катки с одним вибрационным жестким, а другим пневмошинным вальцом, т. к. катки данного типа могут динамически воздействовать на материал за счёт вибровальца и частично регулировать контактные давления в процессе уплотнения изменением давления в пневмошинах.

Авторы [2,3] предлагают конструкции рабочих органов катков способных динамически воздействовать на материал и адаптироваться по реологическим характеристикам под уплотняемый материал во время всего процесса уплотнения (рисунок 1).

Обоснование рациональных параметров режимов уплотнения катками

Для эффективной работы предлагаемых катков, следует учитывать реологические свойства, как рабочего органа катка, так и уплотняемого грунта. Наиболее эффективно процесс уплотнения будет происходить при «максимальной передаче» энергии вибровозбудителя рабочего органа частицам уплотняемого материала, например: грунтового слоя. Представляется, что при этом колебательная система «валец-грунт» должна работать в околорезонансном режиме, причём под грунтом, в этом случае, подразумевается та его часть, которая «активно» взаимодействует с вальцом.

Решая задачу о выборе такого режима работы катка, необходимо правильно подобрать вынуждающую силу вибровозбудителя, частоту колебаний, момент дебалансов.

у / / 1 / Т* г * * * [£ Т V V 41^ ^ Л Ч

41---1- *—|П^ : Т й— И V- —- 1

і .

7 \ 2

а)

б)

А —А 6

вс

Рис. 1. Перспективные рабочие органы дорожных катков: а) вибрационный гидрошинный б) виброимпульсный в) с жёстким металлическим каркасом

Вынуждающая сила вибровозбудителя может выбираться всё из того же условия о не превышении предела прочности уплотняемого грунта, с одной стороны и преодолении сил трения и сцепления между грунтовыми частицами с другой [3].

С • Б • g + m1g + Rtgф

,

где Q - вынуждающая сила вибровозбудителя,

Н; С - коэффициент сцепления грунта, кг/м2; F

2

- площадь контакта, м ; R = р.ст.g - усилия

возникающие от нормальных напряжений в грунте, Н; о - нормальное напряжение грунта, кг/м2; ф - угол внутреннего трения грунта; т2-масса рабочего органа, кг; тд - масса дебалансов, кг; , т1 - некоторая масса грунта "активно" взаимодействующая с рабочим органом; д -ускорение свободного падения, м/с2.

Для определения рациональной частоты колебаний вибровозбудителя система «каток -грунт» может быть представлена в виде двух

масс связанных между собой коэффициентами вязкого и упругого сопротивления (коэффициенты описывают реологические свойства рабочего органа катка) и колеблющихся под воздействием гармонической вынуждающей силы. Рассматривая дифференциальные уравнения второго порядка, описывающие движение масс такой колебательной системы, можно построить АЧХ, позволяющие определить частоты колебательной системы необходимые для работы катка в околорезо-нансном режиме.

Момент дебалансов в свою очередь определится выражением:

__0_ ,

тдгд =- 2 01

где ю1 - частота колебаний вибровозбудителя, Гц; гд - эксцентриситет дебаланса, м.

Окончательно оценить эффективность работы реологически адаптирующегося катка в околорезонансном режиме можно путём рас-

4

1

7

5

6

3

т

2

смотрения процессов происходящих в уплотняемом грунте. Согласно исследованиям Борщевского А. А. и Ильина А. С. [7] силы трения между грунтовыми частицами при их вибрационном уплотнении пропорциональны коэффициентам трения между ними.

Ри = ^,

где N - сила нормального давления на грунт, Н; f - действительный коэффициент трения скольжения; ^ - видимый коэффициент трения скольжения.

Рассматривая скорости сообщаемые частицам грунта от вынуждающей силы вибровозбудителя [4] и с учётом выражений (3) определим видимый коэффициент трения скольжения частиц друг о друга.

=

и£

где и, у - скорости сообщаемые двум соседним связанным частицам грунта, м/с.

Поскольку величина относительной максимальной скорости сообщаемой двум соседним частицам пропорциональна величине амплитуды и частоты их колебаний у, и~Аю, то используя вышеприведённые выкладки и анализируя АЧХ системы «валец - грунт», можем сравнить коэффициенты видимого трения характеризующие силы трения между грунтовыми частицами.

Так же можно сравнить контактные напряжения от динамической составляющей воздействия рабочего органа на уплотняемый грунт.

2

тю А

°гр

Р

где т - масса «колеблющегося» грунта, кг; ю -частота колебаний грунта, Гц; А - амплитуда колебаний грунта, м; F - площадь контакта, м2.

Как показывают проведённые расчёты [3], околорезонансный режим работы новых катков позволяет выгодно снизить видимый коэффициент трения и повысить контактные напряжения в уплотняемом материале, по сравнению с пневмокатками. При этом пятно контакта у предлагаемых катков по сравнению с жестковальцовыми катками значительно больше, т. е. больше время воздействия на уплотняемый материал. Всё это, а так же возможность регулировать контактные давления и околорезонансную частоту колебаний изменяя реологию рабочего органа, выгодно отличают вышеперечисленные конструкции катков.

Следует отметить, что данные конструкции защищены патентами Р.Ф. [4,5,6].

Очевидно, что регулируя значения жёсткости и вязкости рабочего органа уплотнителя, относительно вышеупомянутых параметров уплотняемого материала, можно «подстраивать» работу машины под околорезонансный режим. При этом не требуется снижение вынужденной частоты колебаний вибровозбудителя, и появляется возможность повышения величины вынуждающей силы в процессе уплотнения, изменением массы дебаланса, что, в свою очередь, приводит к высокой эффективности процесса уплотнения дорожностроительных материалов.

Заключение

Правильный выбор конструктивных и режимных параметров катков с предлагаемыми рабочими органами позволит эффективно уплотнять различные типы дорожностроительных материалов не применяя различные типоразмеры и виды уплотняющих машин.

Библиографический список

1. Строительные нормы и правила. Автомобильные дороги: СниП 3.06.03-85: Срок введ. в действие 1.01.86/ Госстрой СССР - М.: ЦНТП Госстроя СССР, 1986.- 112 с.

2. Пермяков В. Б. Обоснование выбора параметров вибрационных катков/ В. Б. Пермяков, А. В. Захаренко, С. В. Савельев// Известия ВУЗов. сер. Строительство». - 2003. - №2. - С. 100-103.

3. Савельев С. В. Обоснование параметров вибрационного гидрошинного катка для уплотнения грунтов: Дис... канд. техн. наук:/ С. В. Савельев; СибАДИ/ - Омск, 2004 г. - 173с.

4. Пат. 21401 на полезную модель. Российская

Федерация, МПК7: Е01 С 19/27, 19./28, Е 02 d 3/046. Валец дорожного катка /Захаренко А. В., Пермяков В. Б., Савельев С. В., Иванов В. Н., Дубков В.В.; заявитель и патентонаблюдатель Сибирская гос. Автомобильно-дорожная академия. -

2000102134/20; заявл. 26.01.2000; опуб 20.01..2002 г. Изобретения. Полезные модели. - 2002. №2 -с.348.

5. Пат. 2213825 на изобретение. Российская Федерация, МПК7: Е01 С 19/27, 19./28, Е 02 d 3/046. Валец дорожного катка /Савельев С. В., Захаренко А. В., Пермяков В. Б.; заявитель и патентонаблюдатель Сибирская гос. Автомобильно-дорожная академия. - 2001132500; заявл. 29.11.2001; опуб 10.10.2003 г.

6. Пат. 2341609 на изобретение. Российская

Федерация, МПК: Е01 С 19/28, 19./28. Валец дорожного катка /Савельев С. В.; заявитель и патентонаблюдатель Сибирская гос. Автомобильнодорожная академия. - 20061395450; заявл.

07.11.2006; опуб. 20.12.2008 г.

7. Борщевский А. А., Ильин А. С. Механическое оборудование для производства строительных материалов и изделий: Учеб. Для вузов по спец. «Пр-

во строит. Изделий и конструкций». - М.: Высш. Шк., 1987. - 368 с.: ил.

Expansion of possibilities of building materials effective compaction

S.V. Saveliev, A.G. Lashko

In the article some factors influencing course of building materials compaction process are considered. A number of problems reducing an overall performance condensing machines is allocated and ways of its increase are considered. Prospective designs of paving compactors are resulted

Савельев Сергей Валерьевич - канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры «Эксплуатации дорожных машин» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - повышение эффективности уплотнения дорожностроительных материалов. Имеет 21 опубликованную работу.

E-mail: saveliev_sergval@mail.ru

Лашко Алексей Геннадьевич - соискатель Сибирской государственной автомобильнодорожной академии. Основное направление научных исследований - повышение эффективности уплотнения дорожно-строительных материалов. Имеет 1 опубликованную работу.

Статья поступила 08.04.2009

УДК 629.11.

РАБОТА ДВИГАТЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПРОГРЕВА

В.Ф. Буторин, Е.А. Черменина, И.А. Анисимов, канд. техн. наук, доц.

Аннотация. Проблеме повышения эффективности прогрева автомобилей в условиях низких температур воздуха уделяется большое внимание. Применяются методы и средства, позволяющие прогреть двигатель автомобиля до минимальной рабочей температуры за короткий период времени. Однако необходимо рассматривать новые варианты облегчения прогрева двигателя, в том числе, используя его внутренний резервы.

Ключевые слова: температура, время, прогрев, двигатель, метод.

Введение

При работе автомобилей в условиях низких температур особую актуальность приобретает проблема их пуска и прогрева в кратчайший период времени. Для этих целей используется ряд мероприятий, имеющих различную эффективность.

Методика авторов

Исходя из климатических условий нашей страны необходимо обеспечить пуск и прогрев двигателей при температурах окружающего воздуха до -20.30 °С, а в отдельных случаях при более низких температурах.

При понижении температуры окружающего воздуха создание условий, необходимых для пуска и прогрева двигателя, затрудняется. Основные трудности при этом сводятся к следующему:

1. Вследствие повышения вязкости моторного масла и увеличения в связи с этим момента сопротивления провёртыванию коленчатого вала, падения емкости аккумуля-

торных батарей снижается число оборотов провертывания коленчатого вала двигателя.

2. В результате снижения температуры воздуха, поступающего в цилиндры из окружающей атмосферы, уменьшения давления начала сжатия, повышения теплоотдачи в стенки цилиндра и увеличения утечки воздуха при сжатии из-за уменьшения числа оборотов провертывания коленчатого вала холодного двигателя понижается температура конца сжатия.

3. Вследствие повышения вязкости топлива, низких температур в цилиндре двигателя и уменьшения числа оборотов провертывания коленчатого вала ухудшается процесс смесеобразования (испаряемость и рас-пыливаемость) топлива.

Для специальных машин (автомобилей пожарных и аварийных служб и т. д.) необходимо в кратчайший срок после пуска двигателей обеспечить возможность их нагружения.