Главацький К.Ц., Проскурня В.М.

Дніпропетровський національний університет

залізничного транспорту ім. акад. В. Лазаряна

ПАРАМЕТРИ ҐРУНТОУЩІЛЬНЮЮЧИХ МАШИН (ГУМ),

ЩО ВИЗНАЧАЮТЬ ОБЛАСТЬ ЇХ ЗАСТОСУВАННЯ

Розрахунок відносних, узагальнюючих і сумарних показників ГУМ, що поєднують їх параметри, дозволяє визначити діапазони їх раціональних і оптимальних значень, а також встановити межі параметрів і технологічних можливостей існуючих ГУМ і їх нових поколінь.

Для порівняння різних видів ГУМ розраховані величини питомих тисків, які вони чинять на ґрунт при укочуванні і трамбуванні, на основі яких видно, що можливості ГУМ у певних умовах перевищують здатність ґрунту до ущільнення. Тому, при розробці технологічного процесу ущільнення грунту, необхідно підбирати ГУМ з такими характеристиками, які не зруйнують попередньо ущільнений матеріал, зокрема ґрунт. Вибір оптимальних параметрів ГУМ ведеться на основі вивчення технічних характеристик їх видів.

Для порівняння різних класів ГУМ систематизовані їх загальні технічні характеристики. Для цього ГУМ кожного з класів умовно поділені за масою на легкі (Л), середні (С) і важкі (В).

Різні типи ГУМ відрізняються за масою, товщиною ущільнювального шару, шириною ущільнювальної смуги, потужністю. Щоб збільшити продуктивність тієї чи іншої ГУМ потрібно підвищити її контактний тиск на грунт, ширину ущільнювальної смуги, швидкість руху, що, з іншого боку, призведе до збільшення енерговитрат, підвищення матеріаломісткості конструкції і взагалі вартості всієї ГУМ. Таким чином, обрати оптимальний варіант ГУМ за абсолютними показниками досить важко. Тому скористаємося відносними, узагальнюючими і сумарними показниками.

Відносна товщина ущільнення , питомі: енергомісткість , матеріаломісткість , узагальнюючий показник та сумарний показник енерговитрат :

; ; ; ; ,

де – товщина ущільнювального шару ґрунту за один прохід ГУМ; – маса ГУМ; – потужність ГУМ; – технічна продуктивність ГУМ.

На основі розрахованих даних отримані графічні залежності питомої енергомісткості від питомої матеріаломісткості розглянутих ГУМ, окремо при ущільненні глинистих і суглинистих ґрунтів і окремо для піщаних і супіщаних ґрунтів. Із значень питомих матеріаломісткості і енергомісткості випливає, що найбільш оптимальна ГУМ має їх мінімальні значення.

Встановлено, що більш ефективні, з точки зору їх енерговитрат і матеріаловитрат при ущільненні глинистих і суглинистих ґрунтів, вібраційні двовальцеві котки, одновальцеві котки з кулачковим вальцем, пневмокатки, тракторні трамбівки. А при ущільненні супіщаних і піщаних грунтів, - вібраційні двовальцеві котки з гладенькими вальцями, одновальцеві з гладеньким і кулачковим вальцем та комбіновані котки.

Аналогічно, на основі розрахованих даних, отримані графіки залежності узагальнюючого показника від відносної товщини ущільнення , з яких слідує, що переважна більшість різновидів ГУМ зосереджена у межах значень величин відносної товщини ущільнення =0…0,15 м/т.

Для більш детального відображення взаємного розташування сукупності точок, що характеризують різні типи ГУМ, для неї побудована залежність узагальнюючого показника від відносної товщини ущільнення у дещо більшому масштабі для . Оптимальна ГУМ згідно цих величин повинна мати максимальне значення і мінімальне значення . Таким умовам задовольняють при ущільненні глинистих і суглинистих ґрунтів вібротрамбівки, а при ущільненні піщаних і супіщаних ґрунтів – вібраційні одновальцеві котки з гладенькими і кулачковими вальцями.

Також отриманий графік залежності сумарного показника енерговитрат від відносної товщини ущільнення . З їх аналізу явно проявляються деякі розрізнені сукупності точок. Так вібротрамбівки знаходяться у межах значень сумарного показника =60…100 Вт∙год.²/м⁵ і відносної товщини ущільнення =5…6 м/т при ущільненні супіщаних і піщаних ґрунтів, а при ущільненні глинистих і суглинистих ґрунтів значення сумарного показника знаходяться у межах =85…130 Вт∙год.²/м⁵, а відносної товщини ущільнення – у межах =3,6..4,2 м/т.

Віброплити мають діапазон значень сумарного показника =10…30 Вт∙год.²/м⁵ і відносної товщини ущільнення =0,75…1,5 м/т при ущільненні супіщаних і піщаних ґрунтів, а при ущільненні глинистих і суглинистих ґрунтів значення сумарного показника енерговитрат знаходяться у межах =20…55 Вт∙год.²/м⁵, а відносної товщини ущільнення – у межах =0,3…0,75 м/т.

Всі інші з розглянутих ГУМ знаходяться у межах значень сумарного показника енерговитрат при ущільненні глинистих і суглинистих ґрунтів =0,5…8,5 Вт∙год.²/м⁵, а при ущільненні супіщаних і піщаних ґрунтів - у межах значень =0,3…5 Вт∙год.²/м⁵. Відносна товщина ущільнення цими ГУМ глинистих і суглинистих ґрунтів становить =0,01…0,11 м/т, а при ущільненні супіщаних і піщаних ґрунтів – знаходиться у межах =0,02..0,16 м/т.

Для більш детального відображення взаємного розташування сукупності точок, що характеризують різні типи ГУМ побудовані залежності сумарного показника енерговитрат від відносної товщини ущільнення у дещо більшому масштабі.

Бажано, щоб при виконанні робіт по ущільненню земляного полотна були використані ГУМ із спільними характеристиками, тобто мали спільні межі значень відносної товщини ущільнення і сумарного показника енерговитрат.

Для узагальнення результатів теоретичних досліджень наведені графіки залежностей питомої енергомісткості від питомої матеріаломісткості , узагальнюючого показника від відносної товщини ущільнення грунту і сумарного показника від сумарної товщини ущільнення грунту .

Із визначень питомої матеріаломісткості і енергомісткості видно, що найбільш оптимальним варіантом є їх мінімальні значення. Але при мінімальній матеріаломісткості енергомісткість набуває максимальних значень. Отже, у даному випадку, оптимальним рішенням є вибір ГУМ з проміжку значень матеріаломісткості =7…13 кг∙год./м³. Ці ГУМ є більш ефективними з точки зору енерговитрат і матеріаловитрат.

З визначення узагальнюючого показника та відносної товщини ущільнення видно, що оптимальним є співвідношення мінімальних значень узагальнюючого показника і максимальних значень відносної товщини ущільнення .

За результатами сумарного показника ефективним є застосування ГУМ тоді, коли він набуває мінімальних значень. При цьому значення відносної товщини ущільнення досить великі, що є ознакою ефективності.

У результаті огляду ГУМ і аналізу їх технічних характеристик визначені відносні, узагальнюючі і сумарні показники їх ефективності та встановлені діапазони раціональних і оптимальних значень їх параметрів. На основі отриманих результатів можна рекомендувати встановлення меж технологічних можливостей існуючих ГУМ і їх нових поколінь.

Подальші дослідження спрямовані на уточнення попередньо отриманих результатів та їх диференціювання щодо класифікації ГУМ.

Отримані результати також будуть додатково перевірені експериментальним шляхом на моделях і натурних зразках ГУМ.