Методическое пособие 775

но определить в реальных условиях независимо один от другого. В связи с этим обстоятельством все известные динамические модели взаимодействия машин с уплотняемым материалом не позволяют оценить реальные динамические характеристики системы «машина — внешняя среда», то есть провести количественную оценку.

1. Обобщенная динамическая модель взаимодействия дорожно-строительных материалов с уплотняющими элементами дорожно-строительных машин. На основе ис-

пользования методов формализации динамических систем получена обобщенная динамическая модель взаимодействия различных уплотнителей с дорожными асфальтобетонными смесями и грунтами, а на ее основе — частные модели путем приравнивания к нулю соответствующих коэффициентов дифференциальных уравнений или исключения части уравнений системы.

Любая технология уплотнения дорожно-строительных материалов предопределяет выбор и использование соответствующего уплотняющего оборудования. При этом, например, для достижения требуемых норм плотности грунтов при строительстве земляного полотна тип грунтоуплотняющей машины и функциональные параметры ее рабочего органа (амплитуда и частота колебаний, статическое или динамическое контактное давление) должны соответствовать разновидности грунта, его состоянию и требуемым показателям качества уплотнения [9]. Те же требования относятся и к уплотняющим машинам, предназначенным для уплотнения асфальтобетонных смесей.

Однако амплитуда колебаний любого уплотнителя зависит от физико-механических свойств уплотняемого материала и изменяется в процессе его уплотнения. Поэтому предлагаемые значения амплитуд колебаний в технических характеристиках уплотняющих машин следует корректировать с учетом реологических свойств уплотняемого материала.

Любая технология проектируется под определенные условия работы при учете особенностей контакта машин с внешней средой. Следовательно, невозможно начинать проектирование технологии уплотнения, не имея представления о параметрах состояния или физикомеханических характеристиках самого уплотняемого материала. При этом должны быть проведены тестовые испытания последнего в реальных условиях его пребывания.

Основной физико-механической характеристикой уплотняемого дорожностроительного материала может служить модуль линейной, объемной или сдвиговой деформации. Для описания характеристик деформируемой среды с ярко выраженными упруго- вязко-пластичными свойствами, являющимися нелинейными и зависящими от времени и характера взаимодействия движителей машин с основанием, должна применяться теория наследственной ползучести Больцмана-Вольтерра.

На рис. 1 представлена обобщенная динамическая модель различных уплотняющих машин с использованием реологических параметров уплотняемой среды, определяемых на основе теории наследственной ползучести упруго-вязко-пластичных материалов. Данная модель позволяет выйти на определение амплитуды колебаний уплотнителей и мощности на уплотнение дорожных асфальтобетонных смесей и грунтов для выбранных при уплотнении средств.

Модель не учитывает влияние трансмиссии, которая в частных случаях может приводиться к схемам для расчета вертикальных колебаний гусеничного и колесного тракторов, тягачей, автомобилей и т. п. Результаты анализа динамических моделей уплотняющих машин представлены в таблице, где «плюс» означает наличие данного элемента модели, «минус» — его отсутствие.

Обобщенная двухмассовая динамическая модель (рис. 1) описывается системой из двух линейных дифференциальных уравнений второго порядка:

91

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

где

S(t – η) — ядро релаксации, характеризующее наследственные свойства материала; t – η — промежуток времени между моментом наблюдения деформации и моментом приложения нагрузки; Е/ — физико-механический параметр уплотняемого материала, являющийся отображением модуля деформации на единицу толщины уплотняемого слоя, Н м-1:

В последнем выражении Fк — площадь штампа, с помощью которого определяется модуль деформации слоя толщиной hсл; (t) — относительная деформация.

Представленная математическая модель (1) взаимодействия уплотнителей с дорожными асфальтобетонными смесями и грунтами позволяет определить их амплитуду колебаний Y2 в процессе уплотнения при учете реологических свойств материала.

При составлении динамической модели процесса уплотнения были приняты следующие допущения:

1.Элементы конструкции машины имеют абсолютную жесткость;

2.Машина имеет поперечную и продольную плоскости симметрии;

3.Все колебательные перемещения происходят в плоскостях, параллельных продольной плоскости симметрии;

4.Вибрационный рабочий орган работает в безударном режиме с колебаниями гармонического характера;

5.Уплотняемый слой обладает упруго-вязкими свойствами;

6.Упруго-вязкие свойства виброизоляторов линейны;

7.Рассматривается только вертикальная составляющая вибрации;

8.Инерционными свойствами уплотняемого материала можно пренебречь.

92

В зависимости от вида уплотняемого слоя, режимов работы и параметров уплотн и- теля правомерность 4-го и 5-го допущения может быть различной: для высокочастотных рабочих органов с малыми амплитудами колебания (это относится к самоходным виброкаткам для уплотнения асфальтобетонных покрытий, где амплитуда колебания составляет 0,25…0,75 мм и только на конечной стадии уплотнения возникают микроудары) эти допущения точнее, чем для рабочих органов низкой частоты, работающих в виброударном режиме (самоходных и прицепных виброкатков для уплотнения грунтов, амплитуда кол е- баний которых составляет 0,9…2 мм), для которых характер движения будет существенно отклоняться от синусоидального. Тем не менее, как указывают некоторые авторы, такие допущения иногда допустимы.

М1 и М2 — колеблющиеся массы, представляющие собой остов и ходовую часть машины; С1 и С2 — коэффициенты упругого сопротивления; В — коэффициент вязкого трения;

РВ — безынерционная вертикальная составляющая нагрузки со стороны рабочих органов машин;

Рi — внешние динамические нагрузки; Е/ — физико-механический параметр,

характеризующий свойства деформируемого основания; Yi — вертикальные координаты масс

и поверхности уплотняемого слоя в процессе движения уплотняющей машины

Рис. 1. Обобщенная динамическая модель уплотняющих машин для оценки параметров вертикальных колебаний

2. Процесс уплотнения горячей асфальтобетонной смеси на примере использова-

ния виброкатка с вакуумным устройством. Рассмотрим рабочий процесс уплотнения горячей асфальтобетонной смеси на примере использования при уплотнении виброкатка с вакуумным устройством (ВУ) [16], от которого передается на каток дополнительная вертикальная безынерционная сила за счет создаваемого разрежения в камере устройства.

При этом 4-е допущение принято из соображений специфической особенности воздействия вакуумного устройства на слой горячей асфальтобетонной смеси:

эффект вакуумирования проявляется при высоких температурах, что заставляет использовать виброкатки с ВУ, начиная с повышенных тeмпepaтyp, при которых жесткость слоя гораздо меньше, что устраняет появление виброударного режима;

вакуумирование снижает модуль деформации слоя примерно в два раза, что также говорит в пользу вибрационного безударного режима;

воздействие вакуумной камеры как безынерционного пригруза уменьшает продолжительность нахождения вибровальца в воздухе за счет дополнительного прижатия, одновременно несколько снижая амплитуду колебаний, что также способствует переходу виброударного режима к вибрационному. Это обстоятельство подтверждается экспер и- ментальной проверкой повышения поперечной устойчивости виброкатка с ВУ на поп е- речном уклоне.

С принятием указанных допущений расчетная схема рабочего процесса виброкатка с ВУ упрощается до двухмассовой системы и может быть описана системой из двух линейных дифференциальных уравнений второго порядка [12]:

93

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

где М1 и М2 — соответственно масса части рамы катка, приходящейся на один валец, и масса вибровальца, кг; у1 и у2 — линейные перемещения масс М1 и М2 соответственно, м; Р1 — сила от воздействия вакуумной камеры, равная произведению ее рабочей площади на величину разрежения, Н; Р2 — амплитудное значение вынуждающей силы со стороны вибратора вальца, Н; — частота колебаний, с-1; — угол сдвига фаз между перемещением вибровальца и направлением вынуждающей силы, рад; С — жесткость амортизатора, Н м-1; S(t- ) — ядро релаксации [8, 19]:

S A e t t 1;

А, , — параметры ядра; е — основание натуральных логарифмов; Е' — физикомеханический параметр уплотняемого материала, Н м-1.

С учетом требований, предъявляемых к динамической модели, параметр Е/ представляет собой сложную функцию, зависящую от конструктивных и технологических параметров катка, учитывающую нелинейные свойства уплотняемого материала, меняющиеся во времени.

Получены решения для перемещений масс М1 и М2, когда закон изменения перемещений при вынуждающей силе P2 sin( t- ) имеет вид

где D( ) и С( ) — косинус- и синус-преобразования Фурье.

Как видно из (5), выражение для амплитуды колебаний вибровальца катка с ВУ представлено в неявном виде, его решение можно осуществить одним из известных методов высшей математики, например методом последовательных приближений.

Сдвиг фазы колебаний определяем по выражению, аналогично [20]:

Угол сдвига фаз между перемещением вибровальца и направлением вынуждающей силы является очень важным и единственным из доступных нам параметров, с помощью которого можно установить энергетический баланс при уплотнении слоя асфальтобетонной смеси, то есть определить мощность, необходимую на поддержание колебаний вибровальца, так как данные по углу сдвига фаз характеризуют свойства слоя асфальтобетонной смеси как поглотителя энергии.

Определив по выражениям (5) и (6) амплитуду колебаний и угол сдвига фаз между перемещением вибровальца и направлением вынуждающей силы, по формуле, предложенной С. А. Варгановым [3], можно определить величину мощности, идущей на поддержание колебаний:

94

где N — мощность, идущая на поддержание колебаний, Вт; Р2 — величина вынуждающей силы, Н; А — амплитуда колебаний вибровальца, м; — угловая частота вращения дебалансов, с-1; — угол сдвига фаз между перемещением вибровальца и направлением вынуждающей силы.

Используя выражения для амплитуды колебаний, угла сдвига фаз между перемещениями вибровальца и направлением вынуждающей силы, а также значения характеристик физи- ко-механических свойств уплотняемого слоя, определяли мощность на поддержание колебаний вибратора.

Первая половина процесса уплотнения вакуумированной асфальтобетонной смеси требует незначительного расхода мощности на поддержание колебаний, зато, начиная с момента, соответствующего значению коэффициента уплотнения 0,96, указанная мощность постепенно растет от прохода к проходу и в конце процесса уплотнения составляет 0,75…0,8 кВт. Амплитуда колебаний вальца виброкатка с ВУ в процессе уплотнения, согласно расчетам, менялась в пределах 0,17…0,4 мм. Ускорение вальца виброкатка с ВУ имеет значение 1,01…2,27g в зависимости от частоты колебаний и величины вынуждающей силы.

Параллельно расчетам мощности на привод вибратора виброкатка с ВУ были проведены расчеты мощности и для обычного виброкатка. На рис. 2 приведены относительные значения мощности на поддержание колебаний вальца виброкатка с ВУ в сравнении с обычным виброкатком, при одинаковых параметрах и режимах работы.

Рис. 2. Относительное значение мощности на поддержание колебаний

вальца виброкатка с ВУ в зависимости от плотности

асфальтобетонной смеси в процессе

Как видно из рисунка, на начальном этапе процесса уплотнения указанная мощность у виброкатка в 2,5…3 раза выше, чем у виброкатка с ВУ. На завершающем этапе процесса уплотнения это отношение увеличивается до 10…12. Таким образом, в технологическом процессе при уплотнении вакуумированных слоев асфальтобетонных смесей виброкатками значительно экономится мощность на привод вибратора, особенно это относится к завершающему этапу уплотнения.

Выводы. На основе методов формализации динамических систем разработана обобщенная динамическая модель процесса уплотнения дорожных асфальтобетонных смесей и грунтов, учитывающая как основные параметры применяемой уплотняющей машины, так и реологические параметры уплотняемого материала, что позволяет произвести не только качественную, но и количественную оценку динамики системы.

Параметры уплотняемого материала в модели представлены физико-механическим параметром, являющимся отображением модуля деформации на единицу толщины уплотняе-

95

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

мого слоя. В зависимости от типов рассматриваемых уплотняющих машин даны рекомендации по учету тех или иных элементов в динамической модели.

Математическое моделирование процесса уплотнения дорожных асфальтобетонных смесей вибрационными дорожными катками показало, что первая половина процесса уплотнения асфальтобетонной смеси требует незначительного расхода мощности на поддержание колебаний вибровальцов, зато, начиная с коэффициента уплотнения 0,96, указанная мощность постепенно растет от прохода к проходу катков. На начальном этапе процесса уплотнения указанная мощность у виброкатка в 2,5…3 раза выше, чем у виброкатка с ВУ. На завершающем этапе процесса уплотнения это отношение увеличивается до 10…12. Таким образом, при уплотнении вакуумированных слоев асфальтобетонных смесей виброкатками значительно экономится мощность на привод вибратора, особенно это относится к завершающему этапу уплотнения.

Библиографический список

1.Альберт, И. У. Теоретические основы динамических методов поверхностного уплотнения грунтов / И. У. Альберт. — Л.: ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева, 1974. — 67 с.

2.Бадалов, В. В. Исследование катков при уплотнении асфальтобетонных дорожных покрытий: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.05.04: защищена 28.03.1974 / Владимир Вачаганович Бадалов. — Л., 1974. —

17 с.

3.Варганов, С. А. Теоретические и экспериментальные исследования динамики вибрационных катков / С. А. Варганов // Труды ВНИИСтройдормаш. — 1962. — № 28. — С. 55—97.

4.Вибрации в технике: справочник. В 6 т. Т. 2. Колебания нелинейных механических систем / под ред. И. И. Блехмана. — М.: Машиностроение, 1979. — 351 с.

5.Зубков, А. Ф. Сопоставление параметров вибрационных и статических катков для уплотнения асфальтобетонных смесей / А. Ф. Зубков, Н. Я. Хархута // Исследование современных способов и средств уплотнения грунтов и конструктивных слоев дорожных одежд: Труды СоюздорНИИ. — 1975. — Вып. 84. — С. 124—132.

6.Иванченко, С. Н. Рабочий процесс и выбор параметров катка с вакуумным устройством: автореф. дис. … канд. техн. наук / С. Н. Иванченко. — Л., 1985. — 16 с.

7.Коваленко, Ю. Я. Исследование самоходных вибрационных катков для уплотнения асфальтобетонных смесей: автореф. дис… канд. техн. наук / Ю. Я. Коваленко. — Л., 1979. — 23 с.

8.Колтунов, М. А. Ползучесть и релаксация / М. А. Колтунов. — М.: Высш. шк., 1976. — 278 с.

9.Методические рекомендации по уточнению норм плотности грунтов насыпей автомобильных дорог

вразличных региональных условиях. — М.: СоюздорНИИ, 1988. — 74 с.

10.Носов, С. В. Влияние технологических параметров дорожных катков на уплотнение асфальтобетонной смеси / С. В. Носов // Строительные и дорожные машины. — 2001. — № 7. — С. 5—7.

11.Носов, С. В. Выбор параметров и режима работы вибрационного катка с вакуумным устройством для уплотнения асфальтобетонных дорожных покрытий: автореф. дис…. канд. техн. наук: 05.05.04: защищена 2.11.1989 / Сергей Владимирович Носов. — Л., 1989. — 16 с.

12.Носов, С. В. Динамическая модель вибрационного катка с вакуумным устройством / С. В. Носов, В. В. Носов // Известия вузов. Строительство и архитектура. — 1991. — № 7. — С. 101—107.

13.Носов, С. В. К вопросу по определению модуля деформации уплотняемых слоев дорожностроительных материалов / С. В. Носов, В. В. Носов // Известия вузов. Строительство. — 1991. — № 10. — С. 104—108.

14.Носов, С. В. Особенности технологии уплотнения дорожных покрытий катками при использовании на них вакуумных устройств / С. В. Носов // Строительные и дорожные машины. — 1999. — № 9. — С. 6—9.

15.Носов, С. В. Технологические режимы работы уплотняющих машин и закономерности уплотнения дорожно-строительных материалов на основе развития их реологии / С. В. Носов // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2011. — № 3 (23). — С. 87—98.

16.Носов, С. В. Технология уплотнения горячих асфальтобетонных смесей с применением вибрационных катков с вакуумным устройством / С. В. Носов // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2012. — № 4 (24). — С. 53—63.

17.Носов, С. В. Уплотнение асфальтобетонных смесей с вакуумированием / С. В. Носов // Наука и техника в дорожной отрасли. — 2010. — № 3. — С. 36—39.

18.Подольский, Вл. П. Развитие реологии дорожно-строительных материалов на пути совершенствования технологий их уплотнения / Вл. П. Подольский, О. В. Рябова, С. В. Носов // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2011. — № 3 (23). — С. 99—108.

96

19.Ржаницын, А. Р. Расчет сооружений с учетом пластических свойств материалов / А. Р. Ржаницын. — М.: Гос. изд-во литературы по строительству и архитектуре, 1954. — 288 с.

20.Ржаницын, А. Р. Строительная механика / А. Р. Ржаницын. — М.: Высш. шк., 1982. — 400 с.

21.Тракторы. Проектирование, конструирование и расчет / И. П. Ксеневич [и др.]; под общ. ред. И. П. Ксеневича. — М.: Машиностроение, 1991. — 544 с.

22.Шестопалов, А. А. Интенсификация процесса уплотнения асфальтобетонных смесей укаткой с вакуумированием: автореф. дис. … д-ра техн. наук: 05.23.11: защищена 27.12.90 / Александр Андреевич Шестопалов. — М., 1990. — 32 с.

References

1. Al'bert, I. U. Teoreticheskie osnovy dinamicheskikh metodov poverkhnostnogo uplotneniya gruntov /

I.U. Al'bert. — L.: VNIIG im. B. E. Vedeneeva, 1974. — 67 s.

2.Badalov, V. V. Issledovanie katkov pri uplotnenii asfal'tobetonnykh dorozhnykh pokrytii: avtoref. dis. … kand. tekhn. nauk: 05.05.04: zashchishchena 28.03.1974 / Vladimir Vachaganovich Badalov. — L., 1974. — 17 s.

3. Varganov, S. A. Teoreticheskie i eksperimental'nye issledovaniya dinamiki vibratsionnykh katkov /

S.A. Varganov // Trudy VNIIStroidormash. — 1962. — № 28. — S. 55—97.

4.Vibratsii v tekhnike: spravochnik. V 6 t. T. 2. Kolebaniya nelineinykh mekhanicheskikh sistem / pod red. I. I. Blekhmana. — M.: Mashinostroenie, 1979. — 351 s.

5.Zubkov, A. F. Sopostavlenie parametrov vibratsionnykh i staticheskikh katkov dlya uplotneniya asfal'tobetonnykh smesei / A. F. Zubkov, N. Ya. Kharkhuta // Issledovanie sovremennykh sposobov i sredstv uplotneniya gruntov i konstruktivnykh sloev dorozhnykh odezhd: Trudy SoyuzdorNII. — 1975. — Vyp. 84. — S. 124—132.

6.Ivanchenko, S. N. Rabochii protsess i vybor parametrov katka s vakuumnym ustroistvom: avtoref. dis. … kand. tekhn. nauk / S. N. Ivanchenko. — L., 1985. — 16 s.

7.Kovalenko, Yu. Ya. Issledovanie samokhodnykh vibratsionnykh katkov dlya uplotneniya asfal'tobetonnykh smesei: avtoref. dis… kand. tekhn. nauk / Yu. Ya. Kovalenko. — L., 1979. — 23 s.

8.Koltunov, M. A. Polzuchest' i relaksatsiya / M. A. Koltunov. — M.: Vyssh. shk., 1976. — 278 s.

9.Metodicheskie rekomendatsii po utochneniyu norm plotnosti gruntov nasypei avtomobil'nykh dorog v razlichnykh regional'nykh usloviyakh. — M.: SoyuzdorNII, 1988. — 74 s.

10.Nosov, S. V. Vliyanie tekhnologicheskikh parametrov dorozhnykh katkov na uplotnenie asfal'tobetonnoi smesi / S. V. Nosov // Stroitel'nye i dorozhnye mashiny. — 2001. — № 7. — S. 5—7.

11.Nosov, S. V. Vybor parametrov i rezhima raboty vibratsionnogo katka s vakuumnym ustroistvom dlya uplotneniya asfal'tobetonnykh dorozhnykh pokrytii: avtoref. dis…. kand. tekhn. nauk: 05.05.04: zashchishchena 2.11.1989 /

Sergei Vladimirovich Nosov. — L., 1989. — 16 s.

12. Nosov, S. V. Dinamicheskaya model' vibratsionnogo katka s vakuumnym ustroistvom / S. V. Nosov,

V.V. Nosov // Izvestiya vuzov. Stroitel'stvo i arkhitektura. — 1991. — № 7. — S. 101—107.

13.Nosov, S. V. K voprosu po opredeleniyu modulya deformatsii uplotnyaemykh sloev dorozhno-stroitel'nykh materialov / S. V. Nosov, V. V. Nosov // Izvestiya vuzov. Stroitel'stvo. — 1991. — № 10. — S. 104—108.

14.Nosov, S. V. Osobennosti tekhnologii uplotneniya dorozhnykh pokrytii katkami pri ispol'zovanii na nikh vakuumnykh ustroistv / S. V. Nosov // Stroitel'nye i dorozhnye mashiny. — 1999. — № 9. — S. 6—9.

15.Nosov, S. V. Tekhnologicheskie rezhimy raboty uplotnyayushchikh mashin i zakonomernosti uplotneniya dorozhno-stroitel'nykh materialov na osnove razvitiya ikh reologii / S. V. Nosov // Nauchnyi vestnik Voronezhskogo GASU. Stroitel'stvo i arkhitektura. — 2011. — № 3 (23). — S. 87—98.

16.Nosov, S. V. Tekhnologiya uplotneniya goryachikh asfal'tobetonnykh smesei s primeneniem vibratsionnykh katkov s vakuumnym ustroistvom / S. V. Nosov // Nauchnyi vestnik Voronezhskogo GASU. Stroitel'stvo i arkhitektura. — 2012. — № 4 (24). — S. 53—63.

17.Nosov, S. V. Uplotnenie asfal'tobetonnykh smesei s vakuumirovaniem / S. V. Nosov // Nauka i tekhnika v dorozhnoi otrasli. — 2010. — № 3. — S. 36—39.

18.Podol'skii, Vl. P. Razvitie reologii dorozhno-stroitel'nykh materialov na puti sovershenstvovaniya tekhnologii ikh uplotneniya / Vl. P. Podol'skii, O. V. Ryabova, S. V. Nosov // Nauchnyi vestnik Voronezhskogo GASU. Stroitel'stvo i arkhitektura. — 2011. — № 3 (23). — S. 99—108.

19.Rzhanitsyn, A. R. Raschet sooruzhenii s uchetom plasticheskikh svoistv materialov / A. R. Rzhanitsyn. — M.: Gos. izd-vo literatury po stroitel'stvu i arkhitekture, 1954. — 288 s.

20.Rzhanitsyn, A. R. Stroitel'naya mekhanika / A. R. Rzhanitsyn. — M.: Vyssh. shk., 1982. — 400 s.

21.Traktory. Proektirovanie, konstruirovanie i raschet / I. P. Ksenevich [i dr.]; pod obshch. red. I. P. Ksenevicha. — M.: Mashinostroenie, 1991. — 544 s.

22.Shestopalov, A. A. Intensifikatsiya protsessa uplotneniya asfal'tobetonnykh smesei ukatkoi s vakuumirovaniem: avtoref. dis. … d-ra tekhn. nauk: 05.23.11: zashchishchena 27.12.90 / Aleksandr Andreevich Shestopalov. — M., 1990. — 32 s.

97

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

GENERALIZED DYNAMICAL MODEL

OF INTERACTION OF COMPACTORS WITH ROAD-BUILDING MATERIALS

S. V. Nosov

Lipetsk State Technical University

Russia, Lipetsk, tel.: (4742)55-59-84, e-mаil: nosovsergej@mail.ru

S. V. Nosov, D. Sc. in Engineering, Prof. of the Dept. of Building Materials and Road Technologies

Statement of the problem. Research into the interaction of different techniques with a deformable support base, including compacted road-building materials performed by different scientific schools and scientists is conducted in a variety of ways depending on the objectives of a particular study. Hence there is the task of developing a generalized dynamic model of the interaction of various sealants with roadbuilding materials based on the development of their rheology.

Results. The generalized and partial dynamic model of the interaction of various sealants with roadbuilding materials, the relationship is determined by taking into account additional elements of the model or cancel some of them because of their minor significance or not at all in the process. At the same time physical and mechanical properties of material being compacted which reflects the deformation modulus per unit of the thickness of the compacted layer and takes into account the change of its deformation through the use of the theory of hereditary creep elastic-viscous-plastic materials is proposed as the main characteristics.

Conclusions. This mathematical model of the interaction of seals with road-building materials allows one to determine their amplitude vibrations during compaction taking into account the rheological properties of a material and to determine the energy consumption of the processes considering the new factors.

Keywords: road-building materials, compactors, dynamic model.

Российский научный фонд извещает о проведении открытого публичного конкурса на получение грантов Фонда по приоритетному направлению деятельности «Проведение фун-

даментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами». Открытый публичный конкурс проводиться совместно с Австрий-

ским научным фондом (Austrian Science Fund, FWF).

Гранты выделяются на осуществление фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований в 2018—2020 гг. по отраслям знаний, указанным в конкурсной документации. В конкурсе могут принимать участие проекты международных научных коллективов, каждый из которых состоит из российского научного коллектива и зарубежного научного коллектива.

Гранты Фонда предоставляются российскому научному коллективу на безвозмездной и безвозвратной основе по результатам конкурса на условиях, предусмотренных Фондом, через российские научные организации, российские образовательные организации высшего образования, находящиеся на территории Российской Федерации международные (межгосударственные и межправительственные) научные организации, на базе которых будут выполняться проекты. Размер одного гранта - от 4 до 6 млн руб. ежегодно.

Печатные экземпляры заявок представляются не позднее 12 часов 00 минут (по московскому времени) 28 февраля 2017 года в Фонд по адресу: г. Москва, ГСП-2, 109992, ул. Солян-

ка, д. 14, стр. 3.

Полный текст конкурсной документации размещен на сайте http://рнф.рф/ru/contests.

98

УДК 624.131.54 : 625.855.3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ КОНТАКТНЫХ ДАВЛЕНИЙ ПОД ВАЛЬЦОМ КАТКА ПРИ УПЛОТНЕНИИ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ

С. В. Носов

Липецкий государственный технический университет

Россия, г. Липецк, тел.: (4742)55-59-84, e-mаil: nosovsergej@mail.ru

С. В. Носов, д-р техн. наук, проф. кафедры строительного материаловедения и дорожных технологий

Постановка задачи. Определение применимости дорожных катков различной массы, конструктивного исполнения и принципа работы при уплотнении различных асфальтобетонных смесей должно осуществляться на основе реологического подхода. Это позволяет учесть время воздействия уплотнителя на уплотняемый слой смеси, а также скорость изменения действующих контактных напряжений под вальцами катков. При этом следует понимать, что модуль деформации и предел прочности слоя асфальтобетонной смеси также являются функцией от указанных факторов, выраженной в неявном виде. При недостаточных контактных давлениях под вальцом катка эффект уплотнения снижается. При чрезмерно больших контактных давлениях происходит разрушение формирующейся структуры смеси в процессе ее уплотнения. В связи с этим поставлена задача разработки метода определения рациональных контактных давлений под уплотнителями катков при уплотнении асфальтобетонных смесей, основанного на развитии их реологии.

Результаты. На основе проведенных экспериментальных и теоретических исследований с применением имитационного моделирования процесса уплотнения асфальтобетонных смесей на ЭВМ получены закономерности, определяющие требуемый характер изменения действующих под вальцами катков контактных давлений. При этом дополнительно к известным технологиям уплотнения асфальтобетонных смесей даны рекомендации по обеспечению контактных давлений под вальцами катков при применении новой прогрессивной технологии уплотнения асфальтобетонных смесей с вакуумированием.

Выводы. Представленные результаты исследований позволяют выводить технологические параметры выбираемых катков на оптимальные режимы работы с обеспечением максимального эффекта уплотнения асфальтобетонных смесей и высокого качества асфальтобетонов.

Ключевые слова: дорожные катки, контактные давления, реологический подход.

Введение. Выбор и применение катка необходимо производить с учетом прочностных характеристик уплотняемого слоя. Контактные давления, развивающиеся под рабочими органами уплотняющих машин, не должны превосходить предела прочности уплотняемого материала [3, 19]. Условием максимального эффекта уплотнения слоя асфальтобетонной смеси является выражение

где К < 1 — коэффициент, определяющий рациональное значение максимальных контактных давлений под вальцом катка, значение которого меняется в зависимости от начальной плотности уплотняемого материала.

Обычно коэффициент К рекомендуется принимать равным 0,8…0,9. Однако максимальный эффект уплотнения не всегда выгоден с точки зрения энергозатрат, идущих на уплотнение покрытия, главным образом выражающихся в увеличении массы и мощности катков.

Рациональное значение контактных давлений, дальнейшее увеличение которых приводит к незначительному росту деформации слоя, зависит от начальных условий уплотняемого материала, точнее, от начальной плотности.

© Носов С. В., 2016

99

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

Вытекающая из формулы Н. Я. Хархута

взаимосвязь между критерием силового воздействия q/R (здесь q — линейное давление вальца катка; R — радиус вальца) и контактными давлениями, развивающимися под вальцом катка, позволяет определить рациональное значение последних, согласно (1), через q/R. В связи с этим определение paциональных значений контактных давлений под вальцами катков является необходимой задачей при выборе средств уплотнения в технологическом процессе строительства автодорог.

1. Экспериментальные и теоретические исследования поставленной задачи. По-

ставленная задача решалась опытным путем в лабораторных условиях при уплотнении слоев песчаной и мелкозернистой асфальтобетонных смесей на специальной установке, схема которой приведена на рис. 1, а общий вид представлен на рис. 2.

Рис. 1. Принципиальная схема лабораторной установки для определения рациональных значений контактных давлений под вальцом катка:

1 — валец; 2 — съемные металлические диски; 3 — вакуумная камера; 4 — ванна; 5 — спица; 6 — датчик деформации; 7, 9 — термоизолятор; 8 — нагревательные элементы; 10 — латр;

I — вакуумированный слой асфальтобетонной смеси; II — невакуумированный слой асфальтобетонной смеси

Установка представляла специальную ванну 4, крепящуюся на недеформируемых стойках и подогреваемую снизу нагревательными элементами 8. Снизу и сбоку ванны крепились датчики деформаций, которыми являлись переменные потенциометры типа СПЗ-23а. Сигнал с датчиков поступал на светолучевой осциллограф K12-22.

Исследования проводились на песчаной и мелкозернистой смесях. Температура смеси составляла 80…120 оС в зависимости от начальной плотности уплотняемого материала, согласно исследованиям [7]. Начальная плотность изменялась в пределах 0,9…1,0 от стандартной плотности путем предварительной подкатки слоя асфальтобетонной смеси.

Порядок проведения опытов был следующим. Разогретая до требуемой температуры асфальтобетонная смесь разравнивалась ровным слоем толщиной 5 см и уплотнялась пред-

100