Когда вибратор и рабочий инструмент не соединены, на грунт передаются частоударные нагрузки. По данным исследований, такие рабочие органы несколько менее эффективны, чем виброударные.

Вибрационные машины, как и ударные, обеспечивают динамическое воздействие на мерзлый грунт. Вибрация уменьшает и трение рабочего органа о грунт, и трение между кусками разрушенного грунта. Сила, необходимая для внедрения инструмента в грунт, при пра-вильно выбранных параметрах процесса значительно меньшая, чем для резания без вибрации в 2—3 раза.

Так как за большую часть периода колебаний энергия аккумулируется вибратором, а длительность импульса при воздействии на грунт невелика, мощность, развиваемая при нагрузке механизмом, в несколько раз превышает среднюю потребляемую. Динамическое воздействие, значительная скорость приложения нагрузки, импульсное излучение запасенной энергии в наибольшей степени отвечают требованиям к рабочим органам машин, предназначенным для разрушения мерзлого грунта, прочного и хрупкого.

Ускорение рабочего органа может быть настолько большим, что инерционные силы, действующие с частотой, достаточной для разрушения мерзлых грунтов без полного снятия напряжений между последовательными ударами, превысят величины, допускаемые по прочности элементов механизма. Увеличить прочность конструкции можно только путем увеличения массы, т. е. инерционной силы. Кроме того, подшипники в шарнирах вибратора не обеспечивают продолжительного срока службы механизма.

Дебалансные и кривошипно-шатунные вибраторы рассчитывают таким образом, чтобы частота их вынужденных колебаний в 2—4 раза отличалась от частоты собственных колебаний. В противном случае, при резонансе, вибратор может разрушиться из-за большой нагрузки. Невозможность работы вибраторов в резонансном режиме резко снижает КПД их обоих типов. Кривошипно-шатунные вибраторы удобнее встраивать в рабочие органы машин; они значительно проще по конструкции.

К необходимым качествам вибраторов, встраиваемых в активные рабочие органы землеройных машин, относят большую мощность на единицу объема и массы, отсутствие подшипниковых узлов п больших движущихся инерционных масс, высокий КПД (не ниже 0,5), незначительную передачу колебаний базовой машине, способность работать в резонансном режиме.

При наличии этих качеств у вибраторов энергоемкость вибрационного разрушения мерзлых грантов может быть наименьшей по сравнению с другими способами.

Увеличить частоту колебаний при сохранении энергии одного силового импульса можно применением в качестве механизма активизации магнитострикционных вибраторов. Явление матаито-стрикции заключается в изменении размеров тела в переменном магнитном поле. С этой целью для изготовления вибраторов применяют никель, пермаллой, пермендюр, альфер и другие металлы, которые имеют наибольший коэффициент магнитострикции (наибольшие относительные деформации).

Такие вибраторы в отличие от рассмотренных выше могут работать в резонансном режиме, что позволяет при незначительной потребляемой мощности получать сравнительно большую амплитуду смещения режущей кромки. При частоте колебаний 5 кГц и амплитуде 3- 1СН м никелевый магнитострикционный вибратор потребляет 4 кВт/Ч энергии для получения вынуждающей силы 80 кН (8 т). В этих вибраторах нет движущихся частей, что повышает их механический КПД; кроме того, они сравнительно компактны и весьма надежны.

Диапазон частот, в котором целесообразно применять магнитострикционные вибраторы, достаточно широк — от 400 Гц до 20 кГц. При частоте 5 кГц в мерзлом грунте накапливаются напряжения, под действием которых в нем образуются микро- и макротрещины на некотором расстоянии от рабочего органа. Вследствие этого рыхлительное оборудование можно устанавливать на тягачах не только тяжелого класса, но и среднего.