книги / Машины для строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог. Дорожные катки и одноковшовые погрузчики

Дальнейшее увеличение возмущающей силы приводит к тому, что напряжение в грунте возрастает вследствие стабилизации ударных колебаний и плотность грунта вновь повышается.

Контактное давление q вибрационных плит определяется по формуле, установленной опытным путем:

где F – площадь контакта рабочего органа с материалом, м2. Формула получена для условия 0 < Q/G < 12.

Сопротивление перемещению вибрационного рабочего органа определяется трением его рабочей поверхности о материал. Рекомендуемые коэффициенты трения для ряда дорожных материалов по стали указаны в табл. 1.1 (по данным М.П. Зубанова).

21

1.5. Ударный способ уплотнения

Ударный способ уплотнения заключается в сбрасывании массивной плиты на поверхность уплотняемого материала с некоторой высоты рис. 1.11. В период контакта рабочего органа с материалом напряжения нарастают достаточно интенсивно и достигают значительной величины.

Рис. 1.11. Схема работы тяжелой (2 т) трамбовки, подвешенной к стреле экскаватора: а – вид сбоку; б – план; 1 – трамбовка; 2 – уплотненные слои; 3 – шаг передвижения экскаватора; 4 – направление движения экскаватора; 5 – уплотненная полоса

Максимальное отрицательное ускорение зависит от сопротивления материала и скорости в момент соприкосновения с материалом. Увеличение плотности и прочности грунта, т.е. увеличение сопротивления, приводит к повышению

22

максимальных отрицательных ускорений. При скорости удара более 2–4 м/с на рыхлых грунтах отрицательное ускорение изменяется пропорционально скорости.

Для очень рыхлых грунтов максимальное ускорение составляет около 40g,

вконце уплотнения оно возрастает в 4 раза. Вызванные ускорениями контактные давления к концу уплотнения (после многократных ударов) повышаются

в3,5 раза.

1.6. Классификация дорожных катков

Дорожные катки классифицируют: по виду рабочего органа, принципу действия, способу передвижения, числу осей и количеству вальцов.

По виду рабочего органа различают катки с гладкими вальцами кулачковые, решетчатые, пневмоколесные и комбинированные (рис. 1.13).

Первый вид катка характеризуется тем, что обечайки вальцов имеют гладкую рабочую поверхность. У второго вида катков на обечайках вальцов жестко закреплены ряды кулачков. Напряжения на поверхности контакта кулачков с грунтом в несколько раз больше, чем напряжение под катком с гладкими вальцами. Поэтому при первом проходе, когда грунт еще рыхлый, кулачки полностью погружаются в него и в результате в контакт с грунтом входит также валец катка. При последующих проходах катка погружение кулачков в грунт уменьшается за счет его уплотнения. Кулачковые катки эффективны только при уплотнении рыхлых связных грунтов. Толщина уплотняемого слоя не превышает 22–30 см.

У решетчатого дорожного катка обечайка вальца выполнена в виде решетки, набранной из литых металлических элементов. Такие катки применяют для уплотнения как связных, так и несвязных комковатых грунтов, которые содержат твердые включения. Последние дробятся решеткой катка, что значительно повышает качество уплотнения.

Пневмоколесные катки в отличие от катков с гладкими вальцами позволяют длительное время прилагать нагрузку к уплотняемому материалу. При проходе по уплотняемой поверхности вследствие деформации пневмоколеса на площади его контакта с уплотняемым материалом возникает напряжение, продолжительность которого измеряется десятыми долями секунды. За такое время нагрузка успевает распространиться в глубину уплотняемого слоя и вызвать в нем необратимые деформации. Дорожные пневмоколесные катки с нагрузкой на колесо около 5 т могут уплотнять слои земляного полотна (кроме песка и глины) и слои дорожных одежд толщиной до 30 см.

Комбинированный каток оборудован рабочими органами, характерными для дорожных катков различного вида. Наиболее распространены катки с пневмоколесами и вибрационным вальцом, которые обеспечивают наибольшую

23

Валец с гладкой поверхностью создает ровную поверхность уплотняемого материала, что требуется при строительстве покрытий.

Рабочие органы катков разделяют на ведущие и ведомые. К ведущим рабочим органам передается крутящий момент от двигателя внутреннего сгорания. Ведомые рабочие органы самоходных дорожных катков являются направляющими и, как правило, служат для поворота машины.

По принципу действия дорожные катки делятся на статические и вибрационные. Статический дорожный каток уплотняет под действием силы тяжести при перекатывании рабочего органа по материалу, а вибрационный – силы тяжести и периодических колебаний одного или нескольких рабочих органов. Для создания вибрации в валец встраивают, как правило, дебалансный вибровозбудитель колебаний, приводимый в действие от трансмиссии катка. Использование вибрации позволяет снижать в 1,5–3 раза число проходов катка по одному следу, увеличивать толщину уплотняемого слоя (в некоторых случаях до 1,5 м и более), а также уплотнять крупнообломочные материалы.

По способу передвижения катки подразделяют на прицепные, полуприцепные и самоходные. В прицепном катке его масса полностью передается на уплотняемый материал, а в полуприцепном – часть его массы передается на тягач через сцепное устройство. С такими катками применяют пневмоколесные тягами и тракторы. Самоходные катки включают в себя двигатель, силовую передачу и движитель.

По числу осей катки делятся на одноосные, двухосные и трехосные.

По количеству вальцов различают одновальцовые, двухвальцовые и трехвальцовые.

В двухосных двухвальцовых катках вальцы расположены один за другими, чем достигается равномерное уплотнение по всей ширине уплотняемой полосы, образующейся при проходе катка. Ширина обоих вальцов, как правило, одинакова.

Двухосные трехвальцовые катки снабжены двумя узкими ведущими задними вальцами и широким ведомым вальцом. Широко расставленные ведущие вальцы обеспечивают хорошую поперечную устойчивость катка. Кроме того, ведущие вальцы большого диаметра выходят за габариты катка и дают возможность легко преодолевать сопротивление движению, подходить вплотную к стенкам, высоким бордюрам и другим препятствиям. Вальцы этих катков в плане расположены так, что задние на 100–120 мм перекрывают след переднего вальца.

Трехосные трехвальцовые катки используют для окончательной отделки асфальтобетонных покрытий и выравнивания уплотняемого покрытия. Эти катки снабжены тремя вальцами одинаковой ширины, два из которых – ведомые

25

направляющие. Конструкция подвески вальцов позволяет перераспределять массу катка по осям в зависимости от неровностей уплотняемой поверхности. Все выступы на поверхности укатываются с повышенным давлением и выравниваются.

1.7. Особенности эксплуатации виброкатков

Вибрационные катки с гладкими вальцами в последние годы находят все более широкое применение при уплотнении гравийных, щебеночных и асфальтобетонных смесей. Вибрационные самоходные катки по сравнению со статическими имеют меньшую металлоемкость, более маневренны и транспортабельны, при правильной организации работ обеспечивают требуемую плотность и ровность поверхности уплотняемых материалов. Самоходные вибрационные катки для уплотнения дорожных покрытий изготовляют преимущественно двухвальцовыми двухосными, хотя известны конструкции одновальцовых и трехвальцовых катков. В трехвальцовых катках вибрационный валец обычно является дополнительным прицепным или навесным. В вибрационных двухвальцовых катках вибрационным может быть любой из вальцов или даже оба вальца.

При ведущем вибрационном вальце резко снижаются условные коэффициенты трения и сцепления его с поверхностью движения, что снижает силу тяги по сцеплению и затрудняет передвижение на уклонах.

Если вибровальцом является ведомый валец катка, то затрудняется управляемость катком. Другим существенным недостатком вибрационных катков является трудность создания надежной и долговечной защиты оператора от вредного воздействия вибрации. В значительной мере указанные недостатки устранены в вибрационных катках с двумя вибровальцами, которые работают в противоположных фазах и являются ведущими и управляемыми. Этот каток отличается от самоходного моторного статического катка наличием вибратора ненаправленного действия, установленного в заднем ведущем вальце, механизма привода вибратора, выполненного в виде клиноременной передачи, и упругой подвески вибровальца на резинометаллических амортизаторах.

При проектировании виброкатков желательно обеспечивать изменение частоты колебаний вибровальца и возмущающей силы для использования их в наиболее выгодных режимах работы при уплотнении различных материалов. Существующие катки имеют частоту колебаний 30–70 Гц и возмущающую силу до 150 кН. Возмущающую силу выбирают в пределах Р = (4...6)GK (здесь GK – сила тяжести колеблющихся частей катка, Н). При таком соотношении амплитуда колебаний а составляет 0,3–0,7 мм. При а = 0,3...0,4 мм вибровалец не отрывается от поверхности уплотняемого материала, а при большей амплитуде наблюдается отрыв его и переход в режим вибротрамбования, при котором

26

в двухосных двухвальцовых катках с одним вибровальцом возможна потеря тяговой способности или управляемости и боковой устойчивости.

Рабочие скорости виброкатков назначают обычно в пределах 1,2–2,2 км/ч. При уплотнении асфальтобетонных смесей первые один-два прохода рекомендуется выполнять с выключенным вибратором.

1.8. Проектирования технологии уплотнения

Важнейшие задачи проектирования технологии уплотнения – определение требуемых уплотняющих нагрузок (или толщины уплотняемого слоя при заданном типе катка) и числа проходов.

Поскольку требуемая структура грунта окончательно формируется при последних проходах катка, эти задачи необходимо решать применительно к концу процесса уплотнения.

Задачу определения толщины уплотняемого слоя можно сформулиро-

вать следующим образом: пневмокатком заданной массы с известной нагрузкой на колесо необходимо уплотнить слой грунта до получения заданного значения эквивалентного модуля упругости слоя Еэ, а также установить толщину уплотняемого слоя Н.

При уплотнении напряжения в грунтовом слое убывают с глубиной, поэтому плотность по толщине слоя

распределяется неравномерно. Напряжения σΖ в нижней чаcти

слоя толщиной Н можно определить по формуле:

σΖ = σmaxkσ,

где σmax – максимальное давление по площади контакта в конце уплотнения;

kσ – коэффициент, характеризующий интенсивность снижения напряжений с глубиной.

Значение kσ для пневмокатков устанавливается из графика рис. 1.14 в зависимости от требуемого к концу уплотнения эквивалентного модуля упругости слоя и отношения r/Н, где r – радиус отпечатка пневматического колеса;

27

Здесь В, D – соответственно ширина профиля и диаметр; Q – нагрузка на колесо, кг;

k1 – коэффициент жесткости шины, кг/см.

Расчетные характеристики шин, используемых для пневмокатков, представлены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Значение σmax для пневмокатков определяется из выражения

где k0 – коэффициент концентрации напряжений от рисунка протектора, равный отношению площади отпечатка брутто к площади нетто (k0 = 1,2...1,6);

kв – коэффициент, учитывающий вязкие свойства грунтов. По О.Т. Батракову,

где Е – модуль упругости в конце процесса уплотнения;

k2 – коэффициент для материалов с коагуляционным типом структуры, близкий к 1,5;

η– объемный коэффициент вязкости, с/см2, принимаемый: для песков

исупесей – 0,34...0,4; для суглинков – 0,26...0,34; для тяжелых суглинков –

0,20...0,26; для глин – 0,15...0,20;

V – скорость движения катка, км/ч.

Для процесса уплотнения по всей толщине уплотняемого слоя действую-

щие напряжения σZ; в нижней части слоя толщиной H должны быть не ниже предельного сопротивления грунта уплотнению (табл. 1.3):

28

σZ = RУ .

Пределы прочности грунтов с учетом всех видов сопротивлений уплотнению при оптимальной влажности указаны в табл. 1.3.

Примечание. Большие значения принимаются для грунтов с большей связностью.

29

2. КАТКИ РОССИЙСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

2.1. Тротуарные вибрационные катки

Каток ДУ-82

Назначение. Вибрационный тротуарный каток ДУ-82 (рис. 2.1) предназначен для уплотнения асфальтобетонных покрытий и гравийно-песчаных смесей, где применение обычных катков невозможно из-за их размеров и ограниченной маневренности. Каток эффективен при строительстве и ремонте автодорог, пешеходных и велосипедных дорожек, тротуаров, обочин, подъездов к гаражам, к садам, при устройстве ландшафтов и т.п.

Конструктивные особенности:

– привод хода на оба вальца снижает сдвиг уплотняемого материала

иобеспечивает лучшую способность к преодолению подъемов;

–низкий уровень шума;

–гидростатический привод на оба вальца;

–конструкция с шарнирно-сочлененной рамой обеспечивает высокую ма-

невренность с проходом вальцов «след в след» и возможность работы в непосредственной близости от зданий и бордюрных камней.

Рис. 2.1. Каток ДУ-82

30