Mathematical modeling for the technological process of surface soil compaction by the inertial vibratory rammer

Abstract

The high efficiency of the technological process of surface soil compaction using vibration and vibro-impact treatment has been determined. High degree intensification of the soil compaction process is achieved by using original inertial vibratory rammers with a hydro-pulse drive. A new mathematical model has been developed for the surface soil compaction processes study by the inertial vibratory rammers. Using numerical modeling, work dependencies are obtained to determine the main operating characteristics for the technological process of surface soil compaction by inertial vibratory rammers based on a hydro-impulse drive.Визначено високу ефективність технологічного процесу поверхневого ущільнення ґрунтів за допомогою вібраційної і віброударної обробки. Високого ступеню інтенсифікації процесу ущільнення ґрунтів досягнуто застосуванням розроблених оригінальних інерційних вібраційних трамбівок з гідроімпульсним приводом на базі двокаскадного клапана-пульсатора. Розроблено нову математичну модель для дослідження технологічних процесів поверхневого ущільнення ґрунтів інерційною вібротрамбівкою на базі законів гідродинаміки з використанням механореологічної феноменології й узагальнених законів механіки. При розробленні математичної моделі технологічний процес було досліджено на двох фазах: фаза накопичення кінетичної енергії, а також фаза ударної взаємодії інерційної трамбівки з поверхнею ґрунту. На основі розробленої математичної моделі методом кінцевих об’ємів за допомогою чисельного моделювання й методу припасовування отримано розподіл тиску і швидкості робочої рідини в гідроімпульсному приводі інерційної вібротрамбівки. Також було отримано діаграми зміни відносної й абсолютної швидкості рухомих елементів інерційної вібротрамбівки. Розроблена оригінальна модель поверхневого ущільнення ґрунтів дозволила одержати залежності зміни переміщення центрів мас шарів ущільнюючого ґрунту типу суглинків. Одержані робочі залежності основних робочих характеристик інерційної трамбівки на базі гідроімпульсного привода дозволили отримати основні робочі залежності для подальшого підвищення ефективності технологічного процесу поверхневого ущільнення ґрунтів. Отримані результати чисельного моделювання технологічних процесів поверхневого ущільнення ґрунтів інерційною вібротрамбівкою на базі гідроімпульсного привода показали переваги обраного підходу до проектування, а також дозволили довести ефективність розробленої конструкції.