CC BY
53
УДК 629.113.004
К ВОПРОСУ СОЗДАНИЯ БОРТОВОГО УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ УПЛОТНЕНИЯ АСФАЛЬТОУКЛАДЧИКА
© А.В. Захаренко1, В.Л. Чан2, С.Т. До3
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Предложено бортовое устройство для асфальтоукладчика, позволяющее рассчитать толщину укладываемого слоя и контролировать достигнутый коэффициент предварительного уплотнения асфальтобетонной смеси. Зная его, можно точнее подобрать ряд применяемых для окончательного уплотнения катков, достигнуть требуемой степени уплотнения смеси, повысить прочность и срок службы покрытия, а также снизить энергозатраты и стоимость строительства. Ил. 5. Табл. 1. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: бортовое устройство асфальтоукладчика; коэффициент предварительного уплотнения; толщина уложенного слоя.
TO THE PROBLEM OF DESIGNING ASPHALT PAVER ON-BOARD DEVICE CONTROLLING COMPACTION A.V. Zakharenko, V.L. Tran, S.T. Do
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The authors propose an on-board control device for asphalt pavers in order to calculate the thickness of the layer being laid and control the achieved coefficient of bitumen-concrete mix pre-compaction. The knowledge of the coefficient value enables to select compactor rollers used for final compaction more accurately; to achieve the required degree of mix compaction, increase the strength and durability of coating, as well as reduce energy consumption and construction cost. 5 figures. 1 table. 3 sources.
Key words: asphalt paver on-board device; pre-compaction coefficient; laid layer thickness.
Процесс укладки и уплотнения горячей асфальтобетонной смеси является важным в технологии строительства автомобильных дорог, так как полученные при этом значения плотности и ровности дорожного покрытия обеспечивают необходимую прочность и устойчивость всего объекта к воздействию эксплуатационных и природных факторов.
В процессе строительства дорожного покрытия смесь предварительно уплотняется асфальтоукладчиком, а окончательное уплотнение смеси производится катками. От достигнутой степени предварительного уплотнения зависит типовой ряд применяемых для окончательного уплотнения катков: легкий, средний, тяжелый; средний, тяжелый или только тяжелый. Правильный подбор необходимых катков позволяет достигнуть высокой степени уплотнения смеси, т.е. повысить прочность, срок службы, снизить энергозатраты и стоимость строительства [1].
На рис. 1 показан процесс укладки и уплотнения горячей асфальтобетонной смеси. При этом шнек 1
распределяет смесь по ширине укладки и процесс предварительного уплотнения производится в два этапа. В первом смесь предварительно уплотняется (деформируется) трамбующим брусом 2 на величину,
равную амплитуде его колебаний А (от 3 до 12 мм). Во втором выглаживающая виброплита 3, расположенная под углом атаки а, продолжает уплотнять
смесь до толщины Н. Процесс окончательного уплотнения смеси производится катками 4 (легким, средним и тяжелым) до получения проектной толщины Н , при этом плотность смеси максимальная.
Коэффициент предварительного уплотнения горячей асфальтобетонной смеси к^ определяется отношением плотности смеси р, уплотненной асфальтоукладчиком к максимальной (нормативной) плотности смеси ртах, полученной после окончательного уплотнения катками:
1Захаренко Анатолий Владимирович, доктор технических наук, профессор кафедры строительных дорожных машин и гидравлических систем, тел.: 89148849742.
Zakharenko Anatoly, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Construction Roadmaking Machinery and Hydraulic Systems, tel.: 89148849742.
2Чан Ван Лыонг, аспирант, e-mail: tranluong0350@gmail.com Tran Van Luong, Postgraduate, e-mail: tranluong0350@gmail.com 3До Суан Тхань, аспирант, e-mail: xuanthanhnb2012@gmail.com Do Xuan Thanh, Postgraduate, e-mail: xuanthanhnb2012@gmail.com
148
ВЕСТНИК ИрГТУ №9 (80) 2013
Рис. 1. Процесс укладки и уплотнения горячей асфальтобетонной смеси
о
Р
Рт
(1)
После предварительного уплотнения смеси асфальтоукладчиком толщина уложенного слоя уменьшается до толщины Н, поэтому плотность смеси при этом можно определить по формуле
т
Р =-, (2)
НЕуг
где т — масса асфальтобетонной смеси; В — ширина укладки; V — скорость укладки; £ — время укладки.
Анологично определим максимальную плотность смеси ртах, полученную после окончательного уплотнения катками:
т
Ртах
hBvt
(3)
Таким образом, согласно (1), ддя коэффициента предварительного уплотнения получим
h
Ьб = н-
(4)
Толщина h задается проектом. Поэтому для определения коэффициента предварительного уплотнения горячей асфальтобетонной смеси необходимо определить толщину уложенного слоя Н.
Толщину уложенного слоя Н можно определить двумя способами. Первым способом с помощью лазерного датчика, который устанавливается на конце дополнительной рамы асфальтоукладчика (рис. 2).
Дополнительная рама 1 прикрепляется к основной раме 2 асфальтоукладчика в двух точках 3. На эти точки крепления мало вливают вибрации от двигателя 4 и рабочего органа 5. Перед укладкой датчик 6 замеряет расстояние Н2 до поверхности основания. Это расстояние будет постоянным в процессе укладки. Расстояние Н от датчика до поверхности уложенного
слоя может измениться, если и толщина Н изменится. Получим толщину уложенного слоя:
Н = Н 2 —Н . (5)
На основе представленных рассуждений можно создать бортовое устойство асфальтоукладчика, позволяющее контролировать коэффициет предвари-
тельного уплотнения к/й и определять толщину уложенного слоя Н. Структурная схема устройства контроля изображается на рис. 3.
Устройство контроля работает таким образом: машинст вводит проектную толщину к в процессор, который устанавливается в кабине асфальтоукладчика. Датчик замеряет расстояние Н2 перед укладкой.
Результат измерения подается в процессор и сохраняется в нем. В процессе укладки этот датчик замеряет расстояние Н .
По формулам (5) и (4) процессор расчитывает толщину уложенного слоя Н и коэффициент предварительного уплотнения горячей асфальтобетонной смеси к1д и выдает их на выходе (экране). Этот способ определения толщины уложенного слоя имеет недостаток, заключающийся в том, что датчик может не точно замерять расстояние до поверхностей основания и уложенного слоя за счет влияния вибраций от двигателя и рабочего органа на раму устройства контроля, что приводит к неточным значениям толщины уложеного слоя и коэффициента предварительного уплотнения. Достоинством способа является простота конструкции и эксплуатации устройства за счет непосредственной навески устройства к основной раме асфальтоукладчика.
Во втором способе для определения толщины уложенного слоя Н используется тележка с лазерными датчиками, которые устанавливаются на одном уровне (рис. 4).
Расстояние Н от датчика до поверхности осно-
вания 6 замеряется либо левым датчиком 2, либо правым датчиком 4. Датчик 3 устанавливается в середине тележки и замеряет расстояние Нх до поверхности уложенного слоя 5. Получим толщину Н по той же формуле (5):
Н = Н 2 " Н1 ■
Тележка соединяется с асфальтоукладчиком и движется за ним в процессе укладки. Её масса минимальна, а конструкция позволяет изменять свои размеры для измерения толщины слоя при разной ширине укладки. На основе этого способа предложена структурная схема устройства контроля коэффициета предварительного уплотнения (рис. 5).
Значение проектной толщины к вводится машин-стом в процессор, который устанавливается в кабине асфальтоукладчика. Расстояние Н2 замеряется либо
левым, либо правым датчиком, подается в процессор и сохраняется в нем. Третий датчик замеряет расстояние Н и дает его в процессор. По формулам (5) и (4) процессор аналогично расчитает толщину уложенного слоя Н и коэффициент предварительного уплотнения горячей асфальтобетонной смеси к и
дает их на выходе (экране). Недостатками по второму способу определения толщины уложенного слоя являются сложная констукция тележки и неудобство её эксплуатации за счет прицепного соединения её с асфальтоукладчиком. Достоинством этого способа является точность измерения значений толщины уложеного слоя и коэффициента предварительного уплотнения смеси.
Рис. 3. Структурная схема устройства контроля коэффициета предварительного уплотнения
по первому способу
шттщшщттшщттшшщтп
;< ЗДЛЙV»!« V» <ЛШ-чада V*«» V» ТЛв! чяд» «Л*» №ДЙ "УЧИ»
Рис. 4. Тележка с лазерными датчиками для определения толщины уложенного слоя Н
Ввод h
Либо левый, либо правый датчик замеряет Н2 \ Процессор
/
Третий датчик замеряет Н1 /
Л
XI
Толщина Н
Коэффициент кп
Рис. 5. Структурная схема устройства контроля коэффициента предварительного уплотнения
по второму способу
В зависимости от коэффициета предварительного
уплотнения к1д подберем типовой ряд применяемых
для окончательного уплотнения, катков согласно таблице.
Типы применяемых катков
Тип катка Период уплотнения Коэффициент уплотнения
Легкий (5-6 т) Начало Конец 0,7 0,85
Средний (до 8 т) Начало Конец 0,85 0,92
Тяжелый (более 10 т) Начало Конец 0,92 1
Если коэффициет предварительного уплотнения
к после укладки асфальтоукладчиком составляет, например к^ = 0,8, то для окончательного уплотнения необходимо применить легкий, средний и тяжелый катки. Если к1(^ = 0,9, то применим средний и тяжелый каток. Если получен высокий коэффициент к; & > 0,92, то необходим только тяжелый каток [2, 3].
Таким образом, бортовое устройство для асфальтоукладчика играет важную роль при строительстве асфальтобетонных покрытий, потому что оно позволяет контролировать достигнутый коэффициент предварительного уплотнения асфальтобетонной смеси. На этой основе можно точнее подобрать типовой ряд применяемых для окончательного уплотнения катков, получить высокую степень уплотнения смеси, повысить прочность, срок службы покрытия, сократить количество проходов катков, т.е. снизить энергозатраты и стоимость строительства.
Библиографический список
1. Перспективы развития конструкций асфальтоукладчиков и дорожных катков / А.В. Захаренко [и др.] // Строительные и дорожные машины. 2012. № 2. С. 19-23.
2. Захаренко А.В. Теоретические и экспериментальные исследования процессов уплотнения катками грунтов и асфальтобетонных смесей: автореф. ... дисс. д-ра техн. наук.
Омск, 2005. 46 с.
3. Пермяков В.Б. Совершенствование теории, методов расчета и конструкций машин для уплотнения асфальтобетонных смесей: автореф. ... дисс. д-ра техн. наук. СПб, 1992. 37 с.
