УДК 625.73

Главацкий К.Ц., Богомаз В.Н.

Днепропетровский национальный университет

железнодорожного транспорта им. акад. В. Лазаряна

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ

ГРУНТОУПЛОТНЯЮЩИХ МАШИН КАТКОВОГО ТИПА

С ГЛАДКИМИ ВАЛЬЦАМИ

Устойчивость земляных сооружений (грунтовое основание железнодорожных и автодорожных насыпей, дамбы, плотины и др.) и долговечность возведенных на них инженерных объектов во многом определяется степенью уплотнения грунта.

Одним из способов уплотнения грунта является укатка. Рассмотрим ее выполнение катками с гладкими вальцами и методику определения рациональных параметров катка при условии его минимальной удельной энергооснащенности и максимальной производительности.

Примем диапазонами изменения параметров катка (радиуса R и ширины B) , .

Производительность катка определяется по формуле

, м³/с, (1)

где В - ширина вальца, м; м - ширина полосы перекрытия; - скорость передвижения, м/с; =0,8…0,85 - коэффициент использования катка по времени; - глубина активной зоны уплотнения, м; - пластическая деформация грунта, м;

, м (2)

где - предел пластичности грунта, Па; R - радиус вальца, м; - модуль упругости грунта, Па.

Очевидно, что условием окончания просадки катка на грунте является уравнение баланса его веса и сопротивления грунта этому весу

, Н. (3)

Решим это уравнение относительно и получим

(4)

Подставим (4) в (1), и формула производительности примет вид

, м³/с. (5)

Удельную энергооснащенность катка найдем по формуле

, Вт/Н, (6)

где N - мощность, затрачиваемая на уплотнение грунта, Вт,

, Вт, (7)

где P - сила сопротивления перемещению катка при уплотнении грунта, Н; - скорость перемещения катка, м/с.

Силу сопротивления перемещению катка при уплотнении грунта найдем из равенства энергий, затраченных на пластическую деформацию грунта и на преодоление сил сопротивления при его перемещении

, Н, (8)

где g - ускорение свободного падения, м/с²; L – расстояние, на котором уплотняется грунт, м.

Подставим (4) и (8) в (6), и формула удельной энергооснащенности катка примет вид

. (9)

Преобразовав, получим, что удельная энергооснащенность катка обратно пропорциональна производительности катка, т.е. общий вид зависимости , где k - коэффициент пропорциональности между этими величинами.

Таким образом, графиком зависимости удельной энергооснащенности катка от его производительности будет ветвь гиперболы в 1-й четверти (рис. 1).

Очевидно, что характеристики катка, при которых в заданной области параметров будет минимум удельной энергооснащенности катка, соответствуют максимуму производительности катка.

Из формулы видно, что

. (10)

Е, Вт/Н

Рис. 1. Зависимость удельной энергооснащенности катка от его производительности

П, м³/с

С помощью предложенной методики можно решать задачи следующего типа. Найти параметры катка (радиус и ширину), обеспечивающие минимальную удельную энергоемкость и максимальную производительность при уплотнении грунта, и соответствующие им величины энергоемкости и производительности. При этом рекомендуются диапазоны R=0,1…1 м, B=1…3 м, а также заданы величины: веса машины , угловой скорости движения катка, предела пластичности грунта, модуля упругости грунта Е, на линейном участке работ L (м) или определенной площади А (м²).