4. О СХЕМАТИЗАЦИИ УСЛОВИИ РАБОТЫ И КРИТЕРИЯХ УСТОЙЧИВОСТИ ДВИЖЕНИЯ УДАРНО-ВИБРАЦИОННОИ УПЛОТНЯЮЩЕЙ МАШИНЫ
Практически все выпускаемые в настоящее время вибрационные машины для уплотнения грунта работают в ударно-вибрационном режиме. Движение исполнительного органа ударно-вибрационной уплотняющей машины в течение одного периода можно разделить на два этапа: движение в воздухе и движение в контакте с поверхностью уплотняемой среды.
Простейшую вибрационную трамбовку (см. рис. 2, а) можно представить в виде твердого тела, которое, подпрыгивая под действием вынуждающей силы, перед каждым очередным ударом несколько передвигается в сторону неуплотненного грунта, как показано на рис. 4, а.
Рис. 4. Моделирование работы вибротрамбовки с ударами поддона о грунт: а — схема передвижения трамбовки (I — рабочий орган; II — плотный грунт. 111 — рыхлый грунт), б - модель процесса уплотнения грунта; в — осциллограмма вертикальных перемещений поддона
Рис. 5. Устойчивость режимов работы вибротрамбовки: а — простейшая расчетная схема, б, в — области устойчивого существования одноударных режимов на плоскости параметров для случаев мгновенных ударов 
и ударов определенной продолжительности (в)
Простая модель процесса уплотнения упругопластической среды приведена на рис. 4, б. Рабочий орган I трамбовки, ударяясь об ограничитель 2, деформирует пружину 3, которая другим своим концом соединена с колодкой 4, удерживаемой силой кулонова трения. После того как сила пружины превзойдет силу трения, колодка продвинется вниз. Когда рабочий орган начнет следующий прыжок, колодка останется на месте, а пружина восстановит свою первоначальную длину. Общее максимальное опускание 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 [2]. На рис. 4, в приведена примерная осциллограмма вертикальной составляющей перемещения рабочего органа в случае, когда частота ударов равна частоте вынуждающего воздействия. Жирной линией обозначено движение рабочего органа на этапе сохранения контакта с поверхностью грунта.
Влияние грунта на динамику ударно-вибрационной уплотняющей машины можно учесть заданием начальных и конечных условий на этапе ее движения в контакте с грунтом и продолжительности 
этого контакта. На расчетной схеме (рис. 5, а), учитывающей только вертикальную составляющую движения машины 1, обладающей массой 
к машине приложены вынуждающая сила 
и постоянная сила 
которая складывается из силы тяжести и, возможно, силы предварительного нажатия упругого элемента весьма малой жесткости. Машина периодически ударяется об ограничитель 2. Ее движение в воздухе можно описать дифференциальным уравнением (см. гл. 
где 
координата машины; 
время.
Для получения обобщенных результатов перейдем к безразмерным переменным
Тогда дифференциальное уравнение (4) получит вид
где безразмерный параметр
а точки над функцией обозначают дифференцирование по 
Начальные условия контакта машины с ограничителем при 
Конечные условия при 
где 
коэффициент восстановления скорости при мгновенном ударе. Если
где — 
высота прыжка машины над ограничителем, то, принимая 
получим конечные условия при 
В этом случае второй интеграл уравнения (6) получает вид
причем
где 
отношение периода ударов к периоду вынуждающей силы. Ударная скорость
Максимум ударной скорости
наступает при значении безразмерного параметра
Результаты (12) — (16) получены для одноударных режимов, при которых за один период движения происходит одно соударение. Такие режимы работы машины наиболее эффективны.
При принятой схематизации дебалансы в моменты ударов машины об ограничитель воспринимают ударные моменты импульса, вызывающие мгновенное изменение их угловой скорости, определяемое формулой (43) гл. XIV. В промежутке между ударами двигатель восстанавливает угловую скорость дебалансов.
Устойчивые режимы существуют при значениях 
для каждого у, лежащих в интервале
Построенные на основании указанных зависимостей области устойчивого существования одноударных режимов с различными 
на плоскости параметров 
системы приведены на рис. 5, б. Заштрихованные различным образом области обозначены 
где первая цифра индекса дает число ударов за период движения, а вторая цифра — значение у. Для прикидочных расчетов параметров грунто-уплотняющих машин рекомендуют принимать 
Если продолжительностью контакта с грунтом 
нельзя пренебречь, расчет усложняется. Для значения 
и разбиение плоскости параметров 
на области приведено на рис. 5, в.
Ударно-вибрационный режим движения рабочего органа уплотняющей машины должен обеспечивать достаточно большую ударную скорость и обладать необходимым запасом устойчивости по отношению к изменениям свойств уплотняемой среды. Машины, выполненные по схемам на рис. 
могут развивать более высокие ударные скорости, чем машины, выполненные по схеме 2, а. Однако увеличение ударной скорости достигается усложнением конструкции машины и ростом ее общей массы. Поэтому машины простейшей конструкции (см. рис. 2, а) имеют преимущественное распространение. Трамбовки, у которых удары наносятся по поддону, непрерывно прижатому к поверхности уплотняемой среды (см. рис. 2, е-э), применяют сравнительно редко, так как они менее эффективны, чем трамбовки с поддонами, ударяющимися об уплотняемую среду.
Между самопередвижением трамбовок с наклонным направлением вынуждающей силы и передвижением отдельной частицы материала по грузонесущему органу при вибрационном транспортировании с подбрасыванием существует далеко идущая аналогия. Поэтому средняя скорость самопередвижения вибрационной трамбовки может быть определена по аналогии со средней скоростью вибрационного транспортирования с подбрасыванием частицы на лотке вибрационного конвейера.
С целью достижения высокой эффективности вибрационные катки для уплотнения грунта должны работать в интенсивном ударно-вибрационном режиме. В соответствии с этим расчет их параметров производят по такой же схеме, как и расчет параметров вибрационных трамбовок. В противоположность этому параметры вибрационных катков для уплотнения асфальтобетонных покрытий выбирают такими, чтобы обеспечить безударный вибрационный режим с целью получения гладкой поверхности покрытия.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
(см. скан)
