ВИБРАЦИОННЫЕ МАШИНЫ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТА, ДОРОЖНЫХ ОСНОВАНИИ И ПОКРЫТИИ

Состав и физико-механические свойства грунтов чрезвычайно разнообразны. Сильно отличаются своими свойствами и различные материалы, используемые в качестве дорожных покрытий (цементо­бетонные, асфальтобетонные, цементоземляные, битумоземляные смеси). Различны также требования к уплотнению, условия его осу­ществления, масштаб и организация работ. Все это привело к появ­лению большого количества типов, разновидностей и размеров уп­лотняющих машин.

По характеру сил взаимодействия рабочего органа с уплотняемой средой устройства для уплотнения грунтов и дорожных покрытий можно подразделить на машины статического действия (прессова­ние, укатка) и машины динамического действия (безударные виб­рационные, ударно-вибрационные, ударные). Границы между ука­занными типами машин часто оказываются очень расплывчатыми. Так, при работе катков так называемого статического действия на­блюдаются динамические эффекты, которые тем сильней выражены, чем быстрей движется каток, меньше диаметры вальцов и больше их поверхность отличается от круговой цилиндрической (напри­мер, кулачковые вальцы). Трудно установить четкую границу меж­ду ударно-вибрационными и безударными вибрационными маши­нами; еще трудней провести границу между ударно-вибрационными и ударными машинами. Иногда следует различать не только тип машины, но и режим ее работы. Так, одна и та же машина может работать либо в безударном вибрационном режиме, либо в ударно­вибрационном, что зависит от угловой скорости дебалансов, соста­ва и свойств (в том числе, степени уплотненности) грунта.

Из множества известных вибрационных уплотняющих машин мы рассмотрим лишь несколько основных типов. При воздействии

рабочего органа вибрационной машины на грунт и дорожное покры — „ие в ближнем слое последнего появляется напряжение, волна кото­рого распространяется в уплотняемой среде. Это напряжение вызы­вает деформацию. Возникающие при динамической деформации грунта (и других материалов) силы можно схематически считать складывающимися из трех составляющих: упругой, направление ко­торой противоположно деформации; инерционной, направление ко­торой противоположно ускорению деформации, и диссипативной, направление которой противоположно скорости деформации. Дис­сипативная составляющая, в свою очередь, может слагаться из двух частей — вязкой и пластической. Первая из них прямо зависит от величины скорости деформации, а вторая не изменяется с изменени­ем величины скорости деформации.

Указанная схематизация позволяет объяснить ряд существенных явлений при уплотнении грунта и покрытий: наличие упругой

и остаточной деформаций, зависимость деформаций от характера движения рабочего органа и др. Поскольку в состав грунтов и по­крытий входят соприкасающиеся между собой твердые частицы, то при достаточной интенсивности воздействия между ними происхо­дят проскальзывания, приводящие к снижению сопротивления — вибрационному снижению трения и видимому разжижению уплот­няемой смеси. Одновременно расположенный между зернами свя­зующей состав, содержащий коллоидно-дисперсные частицы глины или цемента, под действием вибрации разжижается благодаря сни­жению структурной вязкости и тиксотропии (разделы 4, 10 и 11).

Грунты по количеству связующего вещества — глины — принято подразделять на несвязные с содержанием менее 4% глины; мало­связные с содержанием от 4 до 11 % глины; связные, содержащие свыше 11 % глины. Чем более связан грунт, тем трудней его уплот­нять. Сильно зависит уплотняемость грунта также и от влажности. Обычно для каждого заданного уплотняющего воздействия на­ибольшая плотность грунта достигается при определенном значении влажности — так называемой оптимальной влажности. Как при меньшей, так и при большей влажности достигаемая плотность ни­же. С увеличением уплотняющего воздействия снижается опти­мальная влажность и повышается достигаемая при этой влажности 4 плотность грунта.

Практически все выпускаемые в настоящее время вибрацион­ные машины для уплотнения грунта работают в ударно-вибрацион­ном режиме. В таком же режиме работает значительное большинст­во машин для уплотнения дорожных оснований и покрытий. Исклю­чение составляют лишь отдельные образцы крупных самоходных вибрационных катков для уплотнения асфальтобетонных покрытий и вибрационных брусьев для окончательной отделки цементобетон — ных покрытий.

Прицепные вибрационные катки находят применение для уплот­нения грунта при строительстве дорог и аэродромов, а также при возведении земляных сооружений (насыпей, плотин и т. д.). Их серьезное преимущество по сравнению с катками так называемого

статического действия заключается в гораздо большей эффектив ности, что дает возможность использовать более легкие катки и тя­гачи и повышает маневренность грунтоуплотняющего агрегата, а следовательно, и расширяет область его применения.

6)

В зависимости от мас­сы различают легкие прицепные вибрационные катки массой менее 4 т, средние — массой от 4 до 8 т и тяжелые — массой свыше 8 т. Практически во всех прицепных вибро­катках применяются цен­тробежные вибровозбуди­тели, чаще всего одно — вальные дебалансные ви­бровозбудители с круго­вой вынуждающей силой, но иногда применяют воз­будители с вертикально направленной вынуждаю­щей силой. Привод вибро­возбудителя осуществля­ется либо от вынесеннего на раму катка двигателя внутреннего сгорания, ли­бо от вала отбора мощно­сти тягача. Первое кон­структивное решение предпочтительнее, так как возрастает универсальность катка, кото­рый может работать с любым тягачом, развивающим необходимое тяговое усилие, достигается большая маневренность грунтоуплот­няющего агрегата и может осуществляться работа по уплотнению откоса с лебедкой, а также работа в сцепе нескольких катков с од­ним тягачом.

Односекционный (т. е. с одним вальцом на оси) прицепной виб­рационный каток показан на рис. 83, а. Он состоит из вибрационно­го вальца, вращающегося на оси, укрепленной в раме двигателя, расположенного на раме, и дышла со сцепным устройством. В каче­стве трансмиссии обычно используют клиноременную передачу. В случае необходимости на раму устанавливают дополнительные грузы. Кинематическая схема такой машины приведена на рис. 83, б. Зресь двигатель 1 через муфту сцепления 2 и клиноре­менную передачу 3 приводит во вращение дебаланс 5, расположен­ный внутри вальца 4.

Существуют прицепные вибрационные катки массой от 1,5 до 12 т, мощностью двигателя от 10 до 90 кВт, с частотой от 3000 до 1000 кол/мин, диаметром вальца от 0,7 до 1,8 м, шириной вальца от

1,1 до 2,1 м. Глубина уплотнения несвязных и малосвязных грунтов

лежит в пределах от 0,5 до 1,2 м. Высший предел достигается тя­желыми катками с большим диаметром вальца при правильно вы­бранном отношении веса катка к амплитуде вынуждающей силы.

Не во всех случаях валец прицепного вибрационного катка имеет гладкую цилиндрическую поверхность. Иногда при уплотне­нии связных комковатых грунтов с небольшой влажностью приме­няют кулачковые вальцы. Кулачки в шахматном порядке привари­ваются к наружной поверхности цилиндрического барабана вальца. Кулачкам придают такую форму, чтобы при выходе из грунта они производили мини­мальное рыхлящее дей­ствие. К недостаткам кулачковых катков от­носятся быстрая засо — ряемость, неэффиктив- ность при грунтах уме­ренной и повышенной влажности и в 2-^-2,5 раза большее тяговое усилие, необходимое для передвижения кат­ка. На рис. 84 показан двухсекционный кулач­ковый прицепной ви­брокаток. Вибровозбу­дитель каждого вальца приводится во враще — Рис. 84

ние своим отдельным двигателем.

Самоходные вибрационные катки используют для уплотнения оснований и покрытий дорог из щебня, гравия и асфальтобетона. По весовым категориям их подразделяют так же, как и прицепные виброкатки. Легкие самоходные вибрационные катки, обладающие малой производительностью, но высокой маневренностью, применя­ют при малых объемах работ и на сравнительно стесненных уча­стках. Средние и тяжелые применяют при строительстве дорог большего масштаба.

Самоходные вибрационные катки по числу и расположению вальцов можно разделить на одновальцовые с ручным управлением (рис. 85, а), двухвальцовые двухосные (рис. 85, б) и трехвальцовые трехосные (рис. 85, в). Встречаются также катки со сдвоенными вальцами, когда на одной оси располагаются два вальца. Ведущи­ми могут быть все вальцы, но в двухосных и трехосных катках уп­равляющий валец обычно делают ведомым. Количество вибрацион­ных вальцов также может быть различным.

Самоходный вибрационный каток имеет жесткую раму, на ко­торой монтируются вальцы и все механизмы и устройства, в том числе двигатель, трансмиссии привода ведущих вальцов и вибро­возбудителей, рулевое управление, виброизолирующие подвески
вибровальцов, устройство для очистки и смачивания поверхности вальцов, тормоз. Если необходимо увеличить статическое давление на уплотняемую поверхность, то вальцы через отверстия в торцо­вых дисках заполняют балластом — водой, песком или их смесью. Поверхность вальца может быть гладкой или на ней может быть нанесен рельефный узор с целью обеспечения большей шероховато­сти поверхности асфальтобетонного покрытия, что повышает безо­пасность движения автомобильного транспорта.

Вибрационными обычно делают ведущие вальцы. Вибровозбу­дитель, встроенный в валец, в большинстве случаев развивает кру­говую вынуждающую силу. Вибровозбудители с вертикально на­правленной вынуждающей силой применяют реже, так как они кон­структивно сложней и не дают значительного повышения эффектив­ности. Во многих катках имеются устройства для ручного регулирования частоты колебаний вибровозбудителя. Сиденье во­дителя катка снабжено дополнительной виброизоляцией с целью повышения комфортабельности и выполнения требований санитар­ных норм и правил.

Масса современных самоходных вибрационных катков лежит в пределах от 0,12 до 10 т, но иногда даже самые тяжелые катки до 18 т комплектуются вибровальцами. Частота обычно от 4500 до 2500 кол/мин. Диаметры вальцов от 0,35 до 1,35 м, ширина валь­цов от 0,35 до 1,4 м.

Важным параметром самоходных вибрационных катков являет­ся диаметр вальцов. Горизонтальная реакция уплотняемого мате­риала возрастает с уменьшением диаметра вальца, что вызывает сдвиг вперед уплотняемого материала, снижает плотность покрытия и приводит к волнистости его поверхности. Увеличение диаметра вальца приводит к улучшению качества уплотнения, но увеличивает габариты и вес машины и повышает центр тяжести. Рекомендуется диаметр вальца в метрах определять по эмпирической формуле

0 = 0,17/7; (О

где р — линейное удельное давление вальца, кН/м, принимаемое для виброкатков с ручным управлением от 7 до 10 кН/м, для лег­ких двухосных катков — от 10 до 30 кН/м, для средних двухосных катков — от 35 до 60 кН/м и для тяжелых катков — от 60 до 80 кН/м.

Ширина вальцов должна обеспечить необходимые производитель­ность, маневренность и устойчивость катка.

Ширина вальцов обычно лежит в пределах В = (1,1 -*-1,25) D.

Производительность катка в значительной степени зависит от скорости его движения во время уплотнения. С увеличением скоро­сти уменьшается время одного прохода, но увеличивается необхо­димое число проходов. Кривая зависимости производительности от скорости движения катка имеет хорошо выраженный максимум. Скорость движения, соответствующая этому максимуму, зависит от многих факторов. При уплотнении асфальтобетонных покрытий она составляет около 1,5 км/ч.

Частота и размах вибрации, обеспечивающие высшую произво­дительность машины и требуемую ровность поверхности уплотнен­ного покрытия, также зависят от многих факторов. При уплотнении асфальтобетонных покрытий хорошие результаты получают при частотах 30004-4500 кол/мин и размахах 0,4—0,8 мм.

Переходя к вибрационным плитам и вибротрамбовкам, следует подчеркнуть, что нет общепринятых определений, которые позволи­ли бы ясно разграничить виброплиты, вибротрамбовки и трамбов­ки. Как бы ни уазывали эти машины, их работа заключается в том, что рабочий орган приводится в колебательное движение и вследствие этого движения и благодаря действию силы тяжести или специальных упругих элементов рабочий орган ударяется об обрабатываемую среду, что приводит к ее уплотнению.

Виброплиты и трамбовки делятся на ручные, крановые, прицеп­ные, навесные и самопередвигающиеся. Ручные трамбовки вручную перемещаются с места на место или удерживаются в надлежащем положении. В первом случае их масса обычно не превышает 30 кг, а во втором может доходить до 100 кг. Легкие ручные трамбовки выпускают с электрическим и пневматическим приводом, а средние и тяжелые — с электрическим приводом и приводом внутреннего сгорания.

Некоторые схемы ручных трамбовок приведены на рис. 86. На рис. 86, а—д показаны схемы с кривошипно-шатунным меха­низмом 1, из них на рис. 86, а—в — трамбовки пружинного типа, а на рис. 86, г, д — компрессионно-вакуумного типа. На рис. 86, а нижняя головка шатуна шарнирно соединена с подвижным стака­ном 2, в котором между двумя пружинами 3 зажат фланец трам­бующего органа 4. Подвижный стакан направляется в стволе кор­пуса 5, а шток трамбующего органа — в нижних крышках стакана и ствола. Вращение кривошипа вызывает колебания стакана отно­сительно удерживаемого за рукоять корпуса, и через пружины ко­лебания сообщаются трамбующему органу, башмак которого уда­ряется о поверхность уплотняемого материала.

Схема на рис. 86, б отличается только наличием четырех пру­жин 3, которые попарно расположены на шпильках 7 между тра­версой 6 сверху и упорными шайбами снизу. Если в рассмотренных

двух схемах использованы пружины сжатия, то в схеме на рис. 86, в установлена одна пружина растяжения-сжатия 3, расположенная между ползуном 8 и фланцем трамбующего органа 4.

Легкие ручные трамбовки компрессионно-вакуумного типа обыч­но выполняются, как показано на рис. 86, г, где шатун приводит в колебательное движение подвижный цилиндр 9, в котором ходит поршень трамбующего органа. При ходе цилиндра вверх в его по­лости над поршнем образуется вакуум, тянущий трамбующий ор­ган. При ходе цилиндра вниз в этой полости возникает компрес­сия, толкающая трамбующий орган вниз. Отсутствие пружин поз­воляет облегчить машину и повысить ее надежность. Однако такую трамбовку необходимо все время поддерживать во избежание осе­дания вплоть до соприкосновения крышки подвижного цилиндра со штоком.

Все рассмотренные трамбовки благодаря подпрыгиванию трам­бующего органа перемещаются после каждого удара в сторону на­клона корпуса. Поэтому нет нужды приподнимать их и перестав­лять на новое место. Это свойство отсутствует у компрессионно-ва­куумной трамбовки, представленной на рис. 86, д, где поршень 10 не связан со штоком трамбующего органа, а выполнен в виде бой­ка, периодически ударяющего по штоку. Трамбующий орган после удара не подпрыгивает, поэтому башмак углубляется в уплотняе­мую среду и трамбовку приходится приподнимать и переставлять на новое место.

Тяжелые трамбовки и значительную долю трамбовок среднего веса выполняют так называемого взрывного типа (рис. 86, е), т. е. с приводом внутреннего сгорания. Для запуска трамбовки поршень 14 при помощи рукоятки 15 немного приподнимают в цилиндре 11 и опускают. При этом в полость поршня через всасывающий кла­пан 12 поступает горючая смесь. Вспышка (взрыв) горючей смеси осуществляется электрической искрой. Образующиеся газы по­сылают поршень вниз, а цилиндр, выполненный заодно с корпусом трамбовки, — вверх; при этом пружиной 17 штока 18 трамбующего органа последний также увлекается вверх. Затем трамбовка па­дает, уплотняя грунт. В это время под действием пружины 16 пор­шень подбрасывается вверх, выталкивает отработанные газы через выхлопной клапан 13 и, падая, снова засасывает смесь и т. д. Го­рючее легкого типа (авиационный бензин или бензол) находится в расположенном в нижней части корпуса баке, который одновре­менно играет роль карбюратора испарительного типа. Машина ра­ботает по принципу двухтактного двигателя внутреннего сгорания без предварительного сжатия горючей смеси.

По указанному принципу работают не только ручные, но и го­раздо более тяжелые самопередвигающиеся трамбовки массой от 0,1 до 2,5 т. Удельный ударный импульс такой трамбовки лежит в пределах от 60 до 120 Н-с/м2, а глубина уплотнения связных грунтов — в пределах от 0,4 до 0,7 м. Нижние пределы относятся к легким машинам, а верхние — к тяжелым. Высота прыжков зави­сит от плотности и других свойств грунта. Обычно она составляет от 0,25 до 0,4 м. При каждом прыжке трамбовка продвигается впе­ред на расстояние ОДч-0,15 м. Частота ударов в минуту от 120 до 80.

В большей группе вибротрамбовок (виброплит) используют центробежные вибровозбудители. Известно много принципиальных схем таких машин. Для несамопередвигающихся трамбовок ряд схем приведен на рис. 87. В схемах на рис. 87, а—д трамбующий поддон 2 периодически подпрыгивает над грунтом 3 и, падая, уп­лотняет его. В первой из этих схем (рис. 87, а) вибровозбудитель 1 жестко соединен с поддоном. Трамбовка при помощи сцепного уст­ройства 4 присоединяется к тягачу. Во второй схеме (рис. 87, б) имеется дополнительный груз 5, связанный с поддоном пружина­ми 6. Этим грузом может быть двигатель, и тогда жесткость пру­жин назначается низкой для обеспечения виброизоляции двигате —

ля. В иных случаях выбирают жесткость из условий увеличения размахов колебаний поддона. Этим же руководствуются при проек­тировании пружин в третьей схеме (рис. 87, в), где на поддоне! установлен груз 7, а вибровозбудитель связан с поддоном пружи-| нами.

я)

1 ч

5)

7

>

К ‘

О 0

Рис. 87

На следующих двух схемах показаны навесные трамбовки, под­вешиваемые к навесной раме 9 тягача 8 и соединяемые с тягачом упругой тягой 10. На рис. 87, г поддон вибровозбудителя соединен с рамой пружинами, призванными усиливать размах колебаний поддона. На рис. 87, д указанные пружины соединяют поддон с до­полнительным грузом 5, а последний соединен с навесной рамой | податливыми виброизолирующими пружинами 11.

На последних трех схемах легкий поддон все время прижат к грунту, а уплотнение достигается ударами бойка 12 по наковаль­не 13 поддона и дополнительно вибрацией, сообщаемой поддону пружинами 6. Боек расположен на вибровозбудителе (рис. 87, е), J либо на дополнительном грузе, расположенном между поддоном и вибровозбудителем (рис. 87, ж), либо на дополнительном грузе, расположенном над вибровозбудителем (рис. 87, з). В последнем случае боек проходит сквозь отверстие в корпусе вибровозбудителя. |

В несамопередвигающихся виброплитах применяются, как пра­вило, дебалансные вибровозбудители вертикально направленного.

действия — двухвальные (как показано на схемах), трехвальные, четырехвальные, с несколькими самостоятельными соосно располо­женными дебалансами и маятниковые. На самопередвигающихся виброплитах иногда устанавливают одновальные вибровозбудители кругового действия, но обычно используют вибровозбудители на­правленного действия, причем направление вынуждающей силы наклонено в сторону движения машины под углом к горизонту. Обычно конструкция вибровозбудителя обеспечивает возможность на ходу изменять направление вынуждающей силы с целью ревер­са, а иногда с целью изменения скорости самопередвижения.

Самопередвигающиеся виброплиты чаще всего применяют по — одиночно, но иногда в сцепе от двух до четырех плит, расположен­ных параллельно одна другой. Масса самопередвигающихся вибро — плит лежит в широкой диапазоне от 0,1 до 4 т, частота вибровоз­будителей от 4000 до 700 кол/мин, максимальная скорость передви­жения от 0,5 до 1,5 км/ч, максимальная амплитуда вынуждающей силы от 10 до 200 кН.

Значительно меньше выпуск образцов прицепных, навесных и крановых виброплит. Из навесных за последнее время получают некоторое распространение так называемые многосекционные ви­броуплотнители, предназначенные для уплотнения несвязных грун­тов и гравийно-щебеночных оснований. В последнем случае они по­казывают большую производительность и качество уплотнения, чем самоходные катки. К тому же в отличие от катков они не дро­бят уплотняемый материал. Многосекционные виброуплотнители состоят из 4, 6 или 12 виброплит. При числе виброплит 4 и 6 их устанавливают в один ряд, а при 12 — в два ряда.

Поддоны виброплит в плане обычно имеют прямоугольную фор­му. Меньшая сторона периметра поддона должна быть больше тре­буемой толщины уплотняемого слоя. Длина поддона L обычно на 54-15% больше его ширины В и определяется из зависимости

L = VNIm, (3)

где V — скорость передвижения поддона, п — угловая скорость вращения дебалансов, v — количество оборотов дебалансов на один удар, N — число ударов по определенному месту, необходимое для достижения требуемого уплотнения. Для несвязных грунтов ЛГ= 15004-5000.

Вес машины Р подсчитывают по зависимости

Р = pBL, (4)

где р — удельное статическое давление на грунт, принимают рав­ным 34-4 кН/м2 •—для весьма влажных песков, 64-10 кН/м2 — для песков средней влажности, 104-20 кН/м2 — для супесчаных грунтов средней влажности.

Мы рассмотрели методы поверхностного уплотнения грунтов. Эти методы часто применяются при уплотнении высоких земляных,

песчаных и гравийных сооружений (насыпей, плотин), когда от­

сыпку и уплотнение производят последовательными слоями. В не­которых случаях необходимо уплотнять на значительную глубину грунты естественного залегания или полностью уложенные песча­ные сооружения, причем иногда подлежащий уплотнению материал покрыт многометровым слоем воды. В этих случаях приходится! прибегать к глубинному уплотнению.

Глубинное уплотнение песчаных грунтов может производиться либо глубинным вибровозбудителем, либо стержнем, снабженным, лопастями или отростками, который погружается и извлекается npi*j помощи вибропогружателя. В обоих случаях необходимо в зоне; уплотнения насытить песок водой. С этой целью при погружения к нижней части вибровозбудителя или стержня подается вода. 4

Применяемые для уплотнения песчаных грунтов на глубину до 10 м глубинные вибровозбудители во многом подобны используе — мым для уплотнения бетонных смесей. Частота их вибрации обычн лежит в пределах от 1500 до 3000 кол/мин.

При устройстве цементобетонных дорожных покрытий приме няются различные комплекты оборудования, включающие вибраци­онные брусы, т. е. устройства для уплотнения бетонной смеси и от­делки ее поверхности. В некоторых современных высокопроизводи­тельных комплектах оборудования в качестве рабочих органов для! предварительного уплотнения используют пакеты наклонно распо­ложенных глубинных вибровозбудителей. Вибробрусы приводятся’ в колебательное движение дебалансными вибровозбудителями {обычно одновальными), работающими с частотами от 2800 до; 4000 кол/мин. Размахи вибрации лежат в пределах от 0,1 до 1 мм. Длина вибробруса (соответствует ширине сооружаемой полосы до­роги) составляет 3,5-f-7,5 м и более. Ширина подошвы вибробруса 0,3—0,7 м. На каждый брус устанавливают от 3 до 10 вибровозбу­дителей.

Движение рабочего органа ударно-вибрационной грунтоуплот­няющей машины в течение одного периода отчетливо разделяется на два этапа: движение в воздухе и движение в контакте с грунтом. Полная схематизация процесса уплотнения грунта должна описы вать изменение физико-механических свойств грунта в ходе уплот­нения, давать на этой основе критерий объективной оценки степени’ уплотнения и обеспечивать получение уравнений движения уплот­няющей машины. С этой целью следовало бы рассматривать грунт? как гетерогенную среду, обладающую в макроскопическом масшта-: бе упруго-вязко-пластическими свойствами, способностью к упроч’ нению, тиксотропным изменениям и т. д. Такой подход позволил бьї найти изменение плотности грунта после прохождения в нем удар-! ной волны, оценить размеры области, в которой происходит уплот­нение, и количество ударов, необходимое для достижения заданной, плотности или прочности грунта. Уравнения движения грунтоуплот-? няющей машины в контакте с грунтом должны при такой схематиза-! ции служить граничным условием для уравнения, описывающего распространение волны в грунте. .

Указанная схематизация приводит к весьма сложным выклад-i кам и пока не подкреплена достаточными экспериментальными све­дениями о свойствах различных грунтов. Поэтому для исследования?

180 С

ji

динамики ударно-вибрационной уплотняющей машины прибегают к более простым моделям, дающим возможность эффективного ре­шения задачи. Простейшую вибротрамбовку можно схематически представить в виде твердого тела, которое, подпрыгивая под дейст­вием вынуждающей силы, перед каждым очередным ударом не­сколько перемещается в сторону неуплотненного грунта, как пока­зано на рис. 88, а. Поэтому при неизменных свойствах уплотняемого грунта рабочий орган при каждом ударе оказывается в одних и тех же условиях.

П потны и їрунт Рыхльш tp/jnm

Рис. 88

Простая динамическая мо­дель, отображающая процесс уплотнения, приведена на рис. 88, б. Рабочий орган 1 ма­шины, ударяясь об ограничи­тель 2, деформирует пружи­ну 3, которая опирается на ко­лодку 4, удерживаемую силой сухого трения. Когда сила пру­жины превзойдет силу трения, колодка продвинется вниз.

Когда рабочий орган начнет следующий прыжок, колодка останется на месте, а пружина восстановит свою начальную длину. Общее максимальное оседание ограничителя скла­дывается из упругой деформа­ции — сжатия пружины и оста­точной деформации — продви­жения колодки. Силу пружины и силу сопротивления движе­нию колодки можно наделить вязкими составляющими, а ко­лодке и ограничителю припи­сать некоторые массы. При­мерная осциллограмма верти­кального перемещения рабоче­го органа в случае, когда частота ударов равна частоте вынуждаю­щего воздействия, изображена на рис. 88, в. Жирной линией обо­значено движение на грунте.

При исследовании динамики уплотняющей машины с целью оп­ределения ее основных параметров можно воспользоваться еще бо­лее абстрактным подходом, рассматривая только начальные и ко­нечные условия взаимодействия рабочего органа машины с грунтом и не рассматривая весь процесс их взаимодействия. Эти условия оп­ределяются координатой и скоростью рабочего органа в моменты начала и прекращения контакта рабочего органа с грунтом и про­должительностью At этого контакта. Далее будем рассматривать вертикальную составляющую движения уплотняющей машины.

Скорость рабочего органа в момент отрыва от грунта удобно вы­ражать через скорость в момент соприкосновения tQ:

(5)

х (t0 + At) = — RlX (t0).

Fa cos(tut +y>)

Поскольку знаки скоро­сти в моменты соприкос­новения и отрыва проти­воположны, то коэффи­циент Rі всегда неотрица­телен; он подобен ньюто­нову коэффициенту вос­становления скорости R при мгновенном ударе, определяемому формулой (53) раздела 3, При At—>-0 коэффициент Ri->- -+R.

0.2 0.4 0.6 0.8 p

0.7 0,4 0.6 0,8 p

Мы приходим к сле­дующей расчетной схеме (рис. 89, а) в случае про­стейшей модели одно­массной уплотняющей ма­шины: к машине /, обла­дающей массой т, прило­жены вынуждающая си­ла Fa cos(со/+ф) и посто­янная сила Р, которая складывается из силы тя­жести и, возможно, силы нажатия упругого элемен­та малой жесткости. При своем движении машина периодически ударяется об ограничитель 2. Тогда движение машины в воз­духе описывается уравне­нием (75) раздела 3

mcPx/dt2 =

= р + Facos{u>t + ф), (6)

которое после введения безразмерных перемен­ных (58) раздела 3

х = <ot, % = rmo2x/Fa (7)>

переходит в уравнение (76) раздела 3

(9)

I = P + COS (т + ф), где параметр p определяется равенством (77) раздела З

(10)

Если ограничитель весьма мало деформируем и можно принять Дт=0, то мы приходим к решению (78) и значениям коэффициен­тов и параметров (84), а также условиям устойчивости (85) — (88) раздела 3. Как указано в разделе 3, при вынужденном движении ударно-вибрационной системы могут установиться качественно различные режимы в зависимости от параметров системы, а иногда и от начальных условий движения. Если ограничиться только про­стейшими, но практически важными одноударными режимами (ког­да за один период колебаний машины она наносит один удар) без остановок конечной длительности на ограничителе при Дт=0, то на основании неравенств (85) и (88) раздела 3 значение параметра р для каждого v лежит в интервале

(П)

(l+i?)3

где v = 1, 2, 3,. .. — отношение частоты вынуждающей силы к часто­те ударов.

Построенные на основании указанных зависимостей области устойчивого существования режимов с различными v на плоскости параметров (р, R) приведены на рис. 89, б. Эти области обозначены Dn, Dl2, £>із, где первая цифра индекса дает число ударов за период движения, а вторая цифра — значение v. При такой крайней схема­тизации уплотняющей машины рекомендуется для прикидки пара­метров принимать R = 0.

Если Дт>0, то величина и положение указанных областей на плоскости параметров изменяются. Так, при Ат = п/2 разбиение плоскости параметров на области дано на рис. 89, в. В случае, если Rі и Дт заданы правильно, такой подход к рассмотрению динами­ки машины дает возможность подсчитать значения ее параметров.

Режим движения рабочего органа уплотняющей машины дол­жен обеспечивать достаточно большую ударную скорость и обла­дать необходимым запасом устойчивости по отношению к измене­ниям параметров уплотняемой среды. Оба эти требования не луч­шим образом достигаются рассмотренной простейшей схемой на рис. 89, а, соответствующей рис. 87, а. Лучшие результаты обеспе­чивает схема, приведенная на рис. 87, г.

Мы не рассматриваем вопрос о самопередвижении вибротрам­бовки, поскольку между этим самопередвижением и перемещением частицы материала при отрывном вибрационном транспортирова-

нии имеется далеко идущая аналогия. Поэтому средняя скорость пе­редвижения вибротрамбовки может быть определена по аналоги» со средней скоростью движения частицы относительно грузонесу — щего органа вибрационного конвейера.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *