Строительные и дорожные машины_ Шепелина_учебное пособие

7. КАТКИ

7.1 Классификация катков

Катки предназначены для уплотнения грунтов и других сыпучих материалов (гравия, щебня) при возведении отсыпаемых послойно дорожных насыпей, плотин и дамб, оросительных сооружений и водохранилищ, при засыпке канав и т. п. По способу силового воздействия на уплотняемый грунт различают катки статического действия и виброкатки. По типу рабочего органа катки изготовляют с гладкими, кулачковыми, ребристыми и решетчатыми вальцами и с пневмоколесами.

Самоходные катки. Самоходный каток – дорожный каток с двигателем, силовой передачей и движетелем (рабочим органом).

Самоходные катки предназначены для уплотнения оснований и покрытий из грунтовых, асфальтобетонных, щебеночных, песчаногравийных материалов при строительстве и ремонте дорог, других земляных сооружений.

Самоходные катки классифицируются по массе, способу воздействия на уплотняемую поверхность, типу рабочего (уплотняющего) органа, числу осей и количеству пальцев; ширине уплотняемой полосы.

Полуприцепные катки. Полуприцепной каток – дорожный каток, масса которого передаются на уплотняемый материал через рабочий орган и частично через базовую машину – одноосный тягач.

Полуприцепные катки агрегатируют с базовой машиной, классифицируют по принципу действия и типу уплотняющего органа, изготавливают легкие (массой с балластом 15 т), средние (массой с балластом 30 т), и тяжелые (массой с балластом 45 т).

Базовой машиной полуприцепных катков служат одноосные тягачи и специальные пневмошасси.

По принципу индексации и назначению основных параметров полуприцепные катки сходны с самоходными катками.

Для достижения высокого качества готового асфальтобетонного покрытия необходимо вести непрерывную укладку асфальтобетонной смеси, не допуская остановок производственного процесса. Неоднократные перерывы в движении асфальтоукладчика могут при определенных обстоятельствах привести к возникновению неровностей, наличие которых запрещено при укладке поверхностного слоя.

- 130 -

Рис.7.1. Разновидности катков: а) гладкий с вальцами; б) кулачковый;

г) пневмоколесный; д) много пневмоколесный;

1− сцепное устройство; 2 − дышло; 3 − рама; 4−подшипники; 5− каток; 6− скребок;

7− люк; 8− полубандаж; 9− кулачки; 10, 12− балластные ящики; 11− пневмоколеса

По мере охлаждения асфальтобетонной смеси становится все сложнее, а иногда и невозможно добиться необходимого уплотнения и ровной бесшовной поверхности. Чтобы избежать этого, необходимо тщательно согласовывать производительность смесителя, транспортных средств и катков.

7.2 Производительность катка

Методика расчета производительности катка заключается в определении эксплуатационной производительности и потребном количестве машин для обеспечения заданного темпа работ, который определяется следующим образом:

где qр - темп работ, м3/смену;

Vл – скорость линейных работ м/смену;

Вп – ширина полосы уплотняемого материала, м (см. исходные данные);

hсл – толщина уплотняемого слоя, м.

- 131 -

где Пэ.см. – эксплуатационная сменная производительность, м3/смену. Пэ.см. определяется как:

где Пэ.ч. –эксплуатационная часовая производительность, м3/ч; Кт.в. – коэффициент технологического взаимодействия с другими

машинами (Кт.в. =1,1…1,2);

Тсм – время смены, ч.

где ∑W – общее сопротивление возникающее при движении катка; mк – масса катка;

φсц – коэффициент сцепления, φсц = 0,5…0,85;

где mк – масса катка с балластом, кг; v – скорость движения катка, м/с;

t – время разгона катка, t = 3…4 с.

- 132 -

где mвк – масса, приходящаяся на ведомый валец, кг; (mвк = 0,5mк – у двухосных двухвальцовых катков, кг; mвк = 0,25mк – у двухосных трехвальцовых катков, кг);

ω – коэффициент сопротивления поворота (для рыхлого грунта ω = 0,2; уплотненного ω = 0,3).

где ωо – коэффициент сопротивления перемещению катка, ωо = 0,9…0,02 (меньшее значение при последних проходах, большее при первых);

mк – масса катка;

i – уклон участка; i = 0,07;

Потребная мощность самоходного катка или двигателя тягача прицепного катка:

где v – скорость движения катка, м/с;

η – КПД трансмиссии от двигателя с ведущим вальцом, η = 0,85.

7.4 Расчёт основных параметров катков

7.4.1 Расчёт основных параметров пневмоколёсных катков

Для эффективной работы катка, необходимо выполнение условия:

где q – линейное давление на грунт, Н/м; Ео – модуль деформации грунта, Па; R- радиус колеса, м;

σр – предел прочности уплотняемых материалов, Па . Характеристики Е0 и σр (см. таблицы 7.1-7.3).

- 133 -

При невыполнении условия (7.11) происходит волнообразие грунта перед катком.

Исходя из этого условия, предварительно выбирается марка катка. Эксплуатационная часовая производительность пневмоколёсных

- 134 -

где ℓз – длина захватки, м; В - ширина укатываемой полосы катком, м, (см. таблицу 7.4);

во - величина перекрытия смежных проходов, м ( во = 0,2м);

hсл – толщина уплотняемого слоя, м.

nн, nо –число начальных и основных проходов;

Vн –скорость начальных и последнего проходов катка, м/с, (см. таблицу 7.4);

Vo – скорость основных проходов катка, м/с ,(см. таблицу 7.4);

кв – коэффициент использования машины по времени (коэффициент сменности), показывающий долю времени непосредственной работы машины на объекте в смене, (среднее значение кв = 0,75…0,8);

N – общее количество проходов;

tпов – время поворота катка, с (tпов = 5…10 с.).

Участок дороги, на котором осуществляется уплотнение, называется захваткой. Ширина захватки определяется габаритами уплотняющих машин, схемой их движения и условиями безопасного ведения работ - допустимого приближения машины к бровке насыпи, предотвращающего сползание машины под откос.

Минимальная длина захватки (ℓз) определяется следующим образом:

где tп – время поворота машины, мин., (tп = 0,25 мин.).

В зависимости от свойств уплотняемого материала и используемой машины назначается определённое количество проходок, необходимых для обеспечения требуемой плотности материалов.

Количество проходов определяется в зависимости от свойств уплотняемых материалов: для несвязных грунтов – 2…4 прохода, для связных - 5…8, для щебёночных покрытий; для покрытий из каменных материалов - 8…12 (без расклинцовки), для асфальтобетонных покрытий -

14…16.

- 135 -

Таблица 7.4 Техническая характеристика пневмоколёсных катков

7.4.2 Расчёт основных параметров кулачковых катков

Необходимая длина кулачка ℓк определяется, м :

где hp – толщина разрыхленного слоя грунта, м (hp =0,05 м );

в– минимальный размер опорной поверхности кулачка, м,

в≈ 0,25 ∙hсл.

Исходя из рассчитанных размеров вальца, подбирается тип и марка катка по таблице 7.5

- 136 -

где S – поверхность вальца катка, м2 ;

F – площадь опорной поверхности кулачка, м2 ,(см табл. 7.5); m – общее число кулачков;

ζ – коэффициент, учитывающий неравномерность перекрытия поверхности кулачками (ζ =1,3).

Расчёт эксплуатационной часовой производительности кулачковых катков осуществляется так же, как и для пневмоколёсных катков по формуле (7.12 ).

7.4.3 Расчёт основных параметров катков с гладкими вальцами

Предварительный подбор катка с гладкими вальцами производится

где В - ширина укатываемой полосы катком, м, (см.таблицу 7.4); во - величина перекрытия смежных проходов, м ( во = 0,2м);

V – средняя скорость движения катка при укатке, м/с; hсл – толщина уплотняемого слоя, м;

кв – коэффициент использования машины по времени (коэффициент сменности), показывающий долю времени непосредственной работы машины на объекте в смене, (среднее значение кв =

0,75…0,8);

N – общее количество проходов;

где Lз – длина захватки;

tдв – среднее время движения катка за 1 проход, с ; tм – время маневрирования машины (tм =10…12с)

- 137 -

где V’ – скорость движения катка при уплотнении, м/с (см. техническую характеристику машины).

где qр - темп работ, м3/смену;

Vл – скорость линейных работ м/смену;

Вп – ширина полосы уплотняемого материала, м (см. исходные данные);

hсл – толщина уплотняемого слоя, м.

Скорость линейных работ определяется по формуле:

где Пэ.см. – эксплуатационная сменная производительность, м3/смену.

где Пэ.ч. –эксплуатационная часовая производительность, м3/ч; Кт.в. – коэффициент технологического взаимодействия с другими

машинами (Кт.в. =1,1…1,2);

Тсм – время смены, ч.

Таблица 7.6 Техническая характеристика катков с гладкими вальцами

- 138 -

7.4.4 Расчёт основных параметров вибрационных катков

Подбор вибрационного катка осуществляется, исходя из линейного давления q в зависимости от вида грунта (для супесчаных грунтов q =150…300 Н/см), (для суглинистых грунтов q = 500…600 Н/см).

где ω –частота колебаний, Гц.

Расчёт эксплуатационной производительности производится по формуле (7.20).

Таблица 7.7

Техническая характеристика вибрационных катков

7.4.5 Расчёт основных параметров трамбовочных машин

При подборе трамбовочных машин следует учитывать площадь контактной поверхности F рабочего органа, массу трамбующей плиты М.

Площадь контактной поверхности рабочего органа определяется как:

где hсл – толщина уплотняемого слоя, м

При этом меньший размер соответствует грунтам, близким к пескам, а больший размер – супесям.

Длину L в расчётах следует принимать равной ширине В.

Масса трамбующей плиты (рабочего органа) определяется по формуле:

где m – удельная масса, кг/м2 , (см. табл. 7.8)

- 139 -