CC BY
97
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КАТКОВ ПРИ УПЛОТНЕНИИ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД НЕЖЕСТКОГО ТИПА
В.К. КУРЬЯНОВ, проф. каф. транспорта леса и инженерной геодезии ВГЛТА, д-р техн. наук, В.А. ДОППЕРТ, ассистент каф. транспорта леса и инженерной геодезии ВГЛТА
При строительстве дорожных одежд применяется материал с разными физико-механическими свойствами. Анализ применяемых технологических схем для строительства автомобильных дорог показал, что в зависимости от используемого материала и его свойств используются разные машины для распределения и уплотнения дорожных одежд. Парк уплотняющих машин представляет группу машин, отличающихся не только техническими характеристиками, но и принципом воздействия рабочего органа машины на уплотняемый материал, что регламентируется нормативным документом [4]. Для уплотнения дорожных одежд рекомендуется применять катки статического и вибрационного действия, катки на пневматических шинах и катки комбинированного действия. Катки статического действия могут применяться на всех этапах строительства дорожных одежд и покрытий и в обязательном порядке на заключительной стадии уплотнения покрытий нежесткого типа. Эти машины, при правильном выборе их параметров, обеспечивают требуемое качество уплотнения, но характеризуются высокой металлоемкостью.
В дорожном строительстве широкое применение получили самоходные катки на пневматических шинах. Применение таких машин целесообразно при незначительном сопротивлении движению, так как в противном случае требуется большое тяговое усилие. Они эффективны при уплотнении дорожных одежд с применением материала с низкими прочностными характеристиками. Применяемая система регулирования давления в пневматических шинах позволяет, за счет деформации шины, менять площадь контакта, а следовательно, и величину контактных напряжений, что позволяет использовать их при уплотнении разных материалов. Однако ряд недостатков, заложенных в конструкцию машин, снижает эффективность их применения.
Высоко расположенный центр тяжести машины способствует недостаточной устойчивости на поворотах, а наличие зазоров между шинами способствует поперечному перемещению материала на начальном этапе укатки асфальтобетонного покрытия. Поэтому для обеспечения ровности покрытия необходимо, на заключительной стадии уплотнения, применение катков с жесткими вальцами [2, 4].
В настоящее время в нашей стране и за границей широкое применение получили вибрационные катки. При работе вальца колебательные движения передаются частицам уплотняемого материала, что способствует уменьшению сил трения и сцепления между ними и повышает эффективность уплотнения такими катками. Установлено, что при равном уплотняющем эффекте масса вибрационного катка может быть уменьшена от 1,3 до 5 раз в зависимости от свойств материала [3]. При уплотнении покрытий из горячих асфальтобетонных смесей вибрационные катки могут быть использованы как на начальной (без вибрации), так и на основной стадии уплотнения, что позволяет уменьшить количество применяемых машин.
В последние годы широкое применение при строительстве дорожных одежд получили комбинированные катки, сочетающие положительные эффекты пневматического колеса и жесткого вибрационного вальца. Такие машины позволяют уплотнять дорожные одежды из разных материалов. Анализ конструкций комбинированных катков показал, что в основном (90 %) выпускаются катки, сочетающие вибрационный валец с пневматическими шинами. Практически все комбинированные катки имеют шарнирно-сочлененную раму, что позволяет уменьшить радиус поворота и снизить воздействие вибрации на машиниста. В зависимости от области их применения конструкции комбинированных катков различаются между собой.
100
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
Эффективность воздействия вибрационного катка на уплотняемый материал зависит от его параметров. К таким параметрам относятся масса катка (Q), ширина и радиус вальца (B,r), а также параметры вибрации (Р,ю).
Анализ параметров катков показал, что между массой катка и параметрами вальца существуют зависимости (рис. 1).
Обобщающим параметром, характеризующим воздействие вальца на материал, является отношение Q/Br (кН/м2) или q/r, где q - линейное давление вальца (кН/м). Зависимость отношения силового воздействия вальца в статическом режиме от массы катка представлено на рис. 2.
Данная зависимость может быть аппроксимирована уравнением
q/r = 0,27Q0 229, кН/см2. (1)
Коэффициент корреляции равен 0,77.
Из представленных данных видно, что с увеличением массы машины силовое воздействие на уплотняемый материал возрастает, что способствует увеличению контактных напряжений под вальцом катка. Данная зависимость характеризует параметры самоходных вибрационных катков типа тандем.
Экспериментально установлено, что качество уплотнения вибрационными машинами зависит от относительной вынуждающей силы (P,G) и ее частоты колебаний (рис. 3) [1].
Из рисунков видно, что с увеличением относительной вынуждающей силы до шести показатели, характеризующие качество уплотнения смеси, увеличиваются. Дальнейшее повышение относительной вынуждающей силы практически нецелесообразно. Поэтому при создании вибрационных машин конструктивно принималась величина относительной вынуждающей силы в пределах 4-6 [1]. При таких параметрах вибрации работа машин в динамическом режиме происходит в виброударном режиме, что приводит к увеличению контактных напряжений под вальцом, уменьшению времени контакта вальца с материалом и росту нагрузок на конструкцию машины. С увеличением массы вибрационных катков и обеспечения требуемого условия укатки необходимо уменьшать величину вынуждающей силы, так как величина контактных напряжений
превышает предел прочности, что приводит к разуплотнению материала. Изменение относительной вынуждающей силы в зависимости от массы катка представлено на рис. 4 (кривая 1). Следует заметить, что эффективность уплотнения вибрационного катка зависит от массы вальца и передаваемой нагрузки на него от рамы катка (кривая 2).
0 12 3
0 5 10 15
Масса катка, т
Рис. 1. Зависимости между параметрами катков
0 ———————————————L-
0 5 10 15
Масса катка, т
Рис. 2. Зависимость силового воздействия вальца в статическом режиме от массы катка
0 2 4 6 8 10
Относительная вынуждающая сила
Рис. 3. Зависимость параметров уплотнения смеси от относительной вынуждающей силы
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009
101
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
Таблица
Расчетные зависимости для выбора мощности двигателя
Область Расчетная Коэффициент
применения зависимость корреляции
Дорожные покрытия 6Q + 1,82 0,86
Дорожные одежды 8,65Q - 18,1 0,95
Дорожные одежды и грунт 8,56Q - 11,89 0,89
и
Л
4
(D
5 о О
и
н
О
2.5 2,0
1.5 1,0 0,5
0,
-а
«
3,5
1
2
7,8 8,5
Масса катка, т
11,5
Рис. 4. Зависимость относительной вынуждающей силы от массы катка: 1 - масса катка; 2 - масса вибрационного вальца и части рамы катка
Изменение вынуждающей силы возбудителя колебаний возможно за счет частоты колебаний или статического момента. Установлено, что лучший эффект уплотнения материала достигается при определенной частоте колебаний вибрационного вальца в зависимости от свойств материала, и чем меньше размеры фракций уплотняемого материала, тем больше должна быть частота возбудителя колебаний. Установлено, что при уплотнении асфальтобетонных покрытий лучший эффект достигается при частоте колебаний 40-60 Гц [1, 3].
Следует заметить, что в зависимости от области применения энергоемкости катков различаются между собой. Расчетные зависимости для выбора мощности двигателя катка с учетом области применения представлены в таблице, где Q - масса катка [3].
Для повышения эффективности применения уплотняющих машин разработаны устройства, позволяющие осуществлять оперативный контроль параметров уплотнения при работе катка. В качестве контролирующих параметров используются разные пока-
затели (температура смеси, воздухопроницаемость и др.). При работе вибрационных катков широкое применение получили приборы, принцип действия которых основан на поглощении энергии от действия вибрационного вальца с уплотняемым материалом в зависимости от степени его уплотнения. С увеличением плотности материала меняется характер движения вибрационного вальца, что учитывается амплитудой или скоростью его перемещения, поскольку уплотняемый материал начинает отражать прилагаемое усилие от вальца. Эти изменения в движении вальца улавливаются датчиками, установленными в системе амортизации вибрационного вальца и подаются на преобразователь, который выдает информацию в виде цифровой или световой индикации. Практика применения таких приборов показала, что они дают положительные результаты при уплотнении материала дорожных одежд сравнительно большой толщины [3].
Библиографический список
1. Варганов, С.А. Установление рациональных режимов работы самоходных виброкатков / С.А. Варганов // Строительство и дорожные машины. - 1958.
- № 10. - С. 10-11.
2. Строительство и реконструкция автомобильных дорог. СЭД. / Под ред. д-ра техн. наук, проф. А.П. Васильева. - М.: Информавтодор, 2005. - Т.1.
- 207 с.
3. Уплотняющие машины / В.П. Ложечко, А.А. Шестопалов, В.П. Окунев и др. - Рыбинск: Рыбинский дом печати, 2004. - 78 с.
4. СНиП 2.05.02.-85*. Автомобильные дороги / Госстрой России. - М.: ФГУП ЦПП, 2004. - 54 с.
102
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009
