Портал о строительстве и ремонтных работах

Архивы рубрики ‘ДОРОЖНОСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ’

Роторные снегоочистители предназначены для очистки дорог и аэро­дромов от снега путем роторного разгона и перемещения по баллисти­ческой траектории за пределы очищаемой поверхности или через на­правляющий аппарат в кузов транспортного средства. Главным пара­метром роторных снегоочистителей является производительность, по которой их разделяют на легкие (производительность до 200 т/ч), сред­ние (до 1000 т/ч) и тяжелые (более 1000 т/ч); средняя ширина захвата роторных снегоочистителей 2,5-3,2 м; толщина разрабатываемого снеж­ного покрова — до 1,2-2 м; дальность отбрасывания снега дорожных снегоочистителей 18-20 м, аэродромных — до 50-60 м; рабочая скорость снегоочистителей — 0,3-5 км/ч.

Рис. 15.9. Классификация роторных снегоочистителей. Я 418

Классификация роторных снегоочистителей приведена на рис. 15.9.

При разработке снега малой плотности применяют плужно-ротор­ные снегоочистители с роторно-лопастным метателем, расположенным соосно направлению движения машины, и одним несимметричным отно­сительно продольной оси машины или двумя симметричными отвалами. Такую же область применения имеют роторно-торцовые снегоочистите­ли совмещенного действия, которые разрабатывают снежные забои не­посредственно торцами лопастных роторов, выбрасывающих затем снег в сторону от направления движения машины. Роторно-торцовые снего­очистители бывают однороторные, обычно монтируемые на мало­габаритных шасси для уборки тротуаров, и двухроторные, у которых оси вращения лопастных роторов параллельны оси движения машины.

Для разработки снега средней плотности рсн = 200-300 кг/м2 при­меняют шнекороторные снегоочистители с двумя и более шнековыми питателями, расположенными в вертикальной плоскости, параллельной оси движения машины. Шнеки транспортируют снег к середине рабоче­го органа и забрасывают его в расположенный с тыльной стороны ро­торно-лопастной метатель. Шнеки питателя могут быть установлены как горизонтально, так и под углом к поверхности дороги. Снег большой плотности р > 300 кг/м2 целесообразно разрабатывать фрезерно-ро­торными снегоочистителями или фрезерными совмещенного действия, у которых достаточно высокая окружная скорость фрезы обеспечивает одновременно выброс снега через направляющий патрубок в заданном направлении без использования отдельного лопастного ротора. Фрезер­ный питатель выполнен в виде трех — или четырехзаходной фрезы лен­точного (пустотелой) или барабанного типа, когда винтовые лопасти фрезы жестко закреплены на барабане.

По типу трансмиссии снегоочистители изготовляют с одно­двигательным приводом, когда двигатель базовой машины или специаль­ный двигатель, установленный на грузовой платформе базового автомо­биля, используют одновременно для движения машины и привода рабо­чего органа, а также с двухдвигательным приводом раздельно ходового устройства и рабочего органа.

В качестве дополнительного оборудования роторных снегоочисти­телей применяют направляющий аппарат выброса снега для погрузки его в городских условиях в транспортные средства, регуляторы окруж­ных скоростей питателя и метательного аппарата, устройства для обру­шения верхнего свода снежного забоя — при большой толщине снежного покрова и лидерного разрушения снежного забоя — при повышенной прочности снега. Энергоемкость рабочего процесса питателя и метатель-
ного аппарата можно снизить применением систем газовой смазки по­верхностей трения снега о рабочие органы. Например, путем газовой смазки поверхности неподвижного кожуха метателя можно на 20-40% уменьшить энергоемкость привода лопастного ротора.

Попутный поддув аппарата выброса позволяет примерно на 20% повысить дальность метания снега за счет уменьшения аэродинамического сопротивления на начальном участке баллистической траектории поле­та, где снег имеет наиболее высокую скорость и, соответственно, макси­мальны силы аэродинамического сопротивления. В качестве источника газа используют воздуходувку, которая может быть установлена соосно лопастному ротору, но имеет более высокую частоту вращения. Повы­шение эффективности прохода снега от фрезерного или шнекового пита­теля в метательный аппарат обеспечивает забрасывающее устройство, например, в виде смонтированного на валу питателя дополнительного лопастного барабана.

Расчет роторного снегоочистителя содержит определение ра­циональных параметров процессов взаимодействия питателя и метатель­ного аппарата со снегом, кинематический, энергетический и прочностной расчет рабочего органа, элементов его конструкции и системы управле­ния, определение нагрузок на оси колесной машины или гусеничное хо­довое устройство, тягово-динамические расчеты, определение баланса мощности, расчеты дальности метания снега, продольной и поперечной вертикальной устойчивости машины, определение производительности. При проектировании снегоочистителей должны быть учтены требова­ния, предъявляемые к машинам, предназначенным для эксплуатации в районах с холодным климатом.

При работе наиболее распространенных шнекороторных и фрезерно­роторных снегоочистителей в процессе поступательного перемещения машины перед рабочим органом образуется снежный забой, в котором правая и левая половины шнеков или фрезы вырезают серповидные стружки снега. Достаточно высокая частота вращения питателя обеспе­чивает распределение снега под действием центробежных сил по ок­ружности вращения шнека или фрезы и одновременное перемещение его в осевом направлении к середине рабочего органа, для чего правая и левая половины питателя имеют противоположное направление винто­вых лопастей. В средней части корпуса рабочего органа образовано окно, через которое снег забрасывается в метательный аппарат винтовыми лопастями, получая в момент схода них ускорение в радиальном, танген­циальном и осевом направлениях относительно питателя.

В метательном аппарате снег поступает на лопасти ротора, транс­портируется ими по неподвижному цилиндрическому кожуху в виде призмы волочения перед каждой лопастью с одновременным перемеще­нием вдоль лопастей в радиальном направлении и выбрасывается из метателя под действием центробежных сил через направляющий патру­бок. В первую очередь покидают лопасти метателя в тангенциальном направлении при достижении направляющего патрубка фрагменты сне­га, находящиеся у поверхности кожуха, со скоростью, равной окружной скорости ротора. Затем происходит сход с лопастей более удаленных от края фрагментов снега с абсолютной скоростью (м/с), равной геометри­ческой сумме окружной скорости ротора vp и радиальной скорости приобретенной этими фрагментами к моменту схода с лопасти:

(15.22)

Максимальная дальность транспортирования снега метателем огра­ничена аэродинамическим сопротивлением и составляет в среднем не более 50-60 м независимо от максимальной частоты вращения лопастно­го ротора.

Плужные снегоочистители предназначены для очистки дорог и аэро­дромов от свежевыпавшего и слежавшегося снега путем перемещения его отвалом, установленным под углом к направлению движения маши­ны, в боковой вал или баллистическим отбрасыванием под действием инерционных сил.

Классификация плужных снегоочистителей приведена на рис. 15.6. Плужные снегоочистители, сдвигающие снег по ширине захвата в виде снежного вала, используют при расчистке дорог после снегопада. Для патрульной очистки дорог во время снегопада от свежевыпавшего снега применяют плужно-щеточные снегоочистители, оборудованные помимо переднего отвала цилиндрической щеткой, установленной под углом 60° к направлению движения машины для зачистки слоя снега толщиной 1­2 см после прохода отвала, а также скоростные плужные снегоочистите­ли, отбрасывающие снег на расстояние до 10-15 м (рис. 15.7).

Плужные снегоочистители сдвигающего действия базируются на гусеничных и колесных тракторах и тягачах, автомобилях и автогрейде­рах и обеспечивают разработку снега толщиной 0,3-0,4 м со скоростью до 2-3 м/с в колесном варианте и толщиной до 1 — 1,5 м со скоростью до 1 м/с в гусеничном варианте.

Плужно-щеточные снегоочистители в основном базируются на колес­ных тракторах, автогрейдерах и автомобилях и разрабатывают свежевыпав­ший снег толщиной 0,2-0,4 м со скоростью 2,5-5,5 м/с. Скоростные плуж­ные снегоочистители базируются на автомобилях и разрабатывают свежевы­павший снег толщиной 0,2-0,4 м со скоростью более 7 м/с. Скоростные снегоочистители в основном применяют на загородных дорогах для отбрасы­вания снега за один проход за обочину дороги и в придорожный кювет.

По типу рабочего органа плужно-щеточные и скоростные снего­очистители бывают одноотвальные, а снегоочистители сдвигающего дей­

ствия — как одноотвальные, так и с двумя симметрично установленными углами перед отвалами.

Плужные снегоочистители

Плужмо — щеточные

Сдвигающего действия

Скоростные отбрасывающего действии

Базовая машина

І Є * І О & * F

8 Ї £

Рабочий оргая

Одн ©отвальный

Двухотвалшый

Неповоротный косоустяновлекный

С фиксированным поворотом в плаче

С бесступенчатым поворотом в плане

Дополнительное оборудовлние

Папопттяише		Опорное		Механизм изме­нении углов ре­		Предохрани-
открылки		устройство		зания и наклона		устройство
				отвала

Рис. 15.6. Классификация плужных снегоочистителей.

Секции отвала, поворачивающие­ся в продольной плоскости

Опорное колесо

Опорная лижа

Секции отвала, поворачивающи­еся в поперечной плоскости

Гндропнев — магические «морім зато* ры о пиша

Секи»» отвала, перем ещающиеся плоскопаралельяо

Пружинные амортзато* ры отвал*

al

Чи

Рис. 15.7. Схемы плужных снегоочистителей: а — одноотвальный на автомобиле или колесном тракторе; б ~ одноотвальный скоро­стной с дополнительным открылком; в — плужно-щеточный; г — двухотвальный тракторный.

В)

Отвалы снегоочистителей могут иметь жесткое крепление или воз­можность изменения угла установки в плане — с определенным шагом с помощью жестких фиксаторов или бесступенчато с помощью гидроци­линдров управления. В качестве дополнительного оборудования приме­няют дополнительные боковые открылки, увеличивающие ширину захвата снегоочистителя, опорные устройства в виде стальной лыжи или опорных колес, позволяющих отвалу копировать рельеф дороги при плавающем положении гидроцилиндров подъема, механизм изменения углов резания и наклона отвала в вертикальной плоскости в соответствии с изменени­ем прочности и плотности снега, а также предохранительное устройство, которое уменьшает динамическую нагрузку на рабочее оборудование снегоочистителя при наезде отвалом на непреодолимое препятствие (бор­дюрный камень, крышку канализационного люка и др.).

W=W + W + Wrl+W +W + W+W. (15.10)

рез пр под пер ин p m ‘

Сопротивление (Н) снега резанию направлено вдоль оси движения машины:

W = К Bh, (15.11)

рез рез ’ 4 ‘

где К — удельное сопротивление снега резанию.

Сила сопротивления, возникающая в результате трения призмы волочения разрабатываемого снега о дневную поверхность, приложена к центру масс призмы и направлена в сторону, противоположную вектору абсолютной скорости движения призмы. В проекции на ось движения машины это сопротивление (Н) призмы волочения

wnp = тпрё tg Р sin(q> + <5) ■ (15.12)

Силу инерции снега W необходимо учитывать для плужных и плуж­но-щеточных снегоочистителей, имеющих достаточно высокую рабочую скорость — vm > 1,5-2 м/с. Сила W возникает вследствие затрат энер­гии на разгон снега при переходе из неподвижного массива в движущу­юся призму волочения. Вдоль оси движения машины

wu„ = BhPa, vlsin2<Pl2g (15.13)

Сопротивления подъему стружки снега вверх по отвалу Wпоа и перемещению призмы волочения вдоль отвала W определяются нор­мальной к отвалу составляющей активных сил W и Wuii. Пассивным давлением от веса призмы на лобовую поверхность отвала можно пре­небречь. Нормальная к отвалу составляющая сил инерции и трения при­змы волочения

р _ Bhpmvlsin(p B2hpjgpcos2S “ 2g 2sin(pcos(ф + 5)’ (15.14)

Тогда сопротивление (Н) перемещению призмы вдоль отвала в проекции на ось движения машины

Wnep = PJg 5 cos (p. (15.15)

Нормальная составляющая силы Рн на лобовую поверхность ножа отвала равна Рн sin a, где a — угол резания снега в вертикальной плоско­сти. Сила сопротивления подъему стружки снега на лобовую поверх­ность ножа равна сумме сил трения стружки по ножу Рн sin a tg (р и стружки по внутренней поверхности ее контакта с призмой волочения Рн sina tgp. Тогда суммарное сопротивление подъему стружки в проек­ции на горизонтальную ось движения машины

При большой толщине снежного покрова (h = 1-1,5 м) сопротивление подъему стружки будет в основном определяться силой тяжести струж­ки и пассивным давлением на отвал со стороны снежного забоя.

Сопротивление (Н) перемещению отвала снегоочистителя но засне­женной поверхности дороги при установке его в плавающее положение

Wmp = Gjg5, (15.17)

где Go — вес отвала, Н. При использовании опорных колес отвала коэф­фициент трения tg 8 заменяют коэффициентом сопротивления качению опорных колес.

Сопротивление движению базовой машины определяют аналогично сопротивлению движения поливочно-моечной машины (вес отвала при этом не учитывают). Уравнение тягово-динамического баланса также аналогично уравнению тягово-динамического баланса для поливочно­моечной машины. Однако коэффициент распределения веса машины по осям К различен для рабочего и транспортного режимов, так как при работе вес отвала не действует на оси машины, а передается непосред­ственно на дорогу. Уравнение мощностного баланса учитывает только затраты энергии на преодоление суммарного сопротивления W, возника­ющего при работе плужного снегоочистителя.

Рис. 15.8. Расчетная схема продольной горизон­тальной устойчивости плужного снегоочистите­ля: А — центр масс при­змы волочения.

Продольная горизонтальная устойчивость плужного снегоочистителя определяется равенством разворачивающего момента от действующих на отвал составляющих сил сопротивления и удерживающего момента от действующих на движитель машины сил сопротивления боковому скольжению /?; и R2 (рис. 15.8).

Особенность расчета состоит в том, что сила сопротивления при­змы волочения Wnp приложена к центру масс призмы, силы резания Wpe3, инерции снега W’ан и трения отвала Wm/i приложены к середине отвала, а силы подъема стружки Wnr>a и перемещения стружки вдоль отвала Wnep частично приложены к точке, являющейся проекцией центра массы при­змы на поверхность отвала, а частично — к середине отвала и действуют в плоскости отвала. Это заставляет учитывать разные плечи составляю­щих сил сопротивления при определении разворачивающего момента. Действие продольных составляющих сил сопротивления асимметрично продольной оси машины, что создает дополнительный удерживающий момент, противоположный моменту от действия боковых сил. Сила тре­ния отвала Wmp в данном случае направлена перпендикулярно продоль­ной оси машины и также создает удерживающий момент. С учетом изложенного получают уравнения, определяющие условия равновесия моментов относительно центра передней оси машины и относительно центра задней оси машины. Силы сопротивления боковому скольжению колес передней Rf и задней оси R2:

R = (G — G )(1 — К ) У; R = (G — G) KJ. (15.18)

/ 4 м сг р s сц’ 2 ‘ м о’ pi сц1 ‘

где Gм и Go — вес машины в целом и отвала.

Для плужного снегоочистителя, смонтированного на гусеничной машине, удерживающий момент сопротивления боковому скольжению гусениц принимают равным 0,25 (Gm — GJ 10П(рб0К, где lan — длина опор­ной поверхности гусениц; <р6ок — коэффициент бокового сцепления гусе­ниц с опорной поверхностью.

Расчеты плужно-щеточного снегоочистителя дополнительно содер­жат расчет цилиндрической щетки, который отличается от расчета щет­ки подметально-уборочной машины наличием сопротивления резанию снега щеточным ворсом:

W = К Bh, (15.19)

рез рез о ’

где ho — толщина слоя снега на дороге после прохода отвала, ho = 0,01-0,02 м.

Мощность привода цилиндрической щетки (кВт)

= (Pf. + KJhJiR — h)®Kj (1000ц) ; (15.20)

где Р — вертикальная реакция взаимодействия щетки с дорогой, Н; I — длина щетки, м; h — деформация ворса щетки без учета толщины ko, м.

Суммарное сопротивление (Н), возникающее при работе плужно­щеточного снегоочистителя:

Г = W+ К Bh, (15.21)

п. щ рез о’ ‘ ‘

где W — суммарное сопротивление плужного снегоочистителя.

В уравнениях продольной устойчивости плужно-щеточного снего­очистителя необходимо дополнительно учитывать разворачивающий мо­мент от действия боковой силы, равной К Bhoctg Я (где Я — угол установки щетки относительно продольной оси машины) и приложен­ной к середине щетки, и удерживающий момент от приложенной к этой же точке силе Р{в трения ворса о дорожное покрытие. Относительно центра передней оси момент боковой силы, действующей на щетку, про­тивоположен моменту боковой силы, действующей на отвал; относи­тельно центра задней оси эти моменты совпадают по направлению. Кроме того, если передние колеса плужно-щеточного снегоочистителя с межосевым расположением щетки взаимодействуют с дорогой, покры­той слоем снега толщиной h, то задние колеса взаимодействуют с пол­ностью очищенным дорожным покрытием, т. е. имеют более высокий коэффициент сцепления.

Процесс взаимодействия отвала скоростного плужного снего­очистителя со снегом характеризуется отсутствием призмы волочения снега, а также значительными инерционными силами и зависящими от них силами трения, которые действуют непосредственно в плоскости отвала. Снег вырезается отвалом в виде стружки, которая перемещается вверх по отвалу и одновременно вдоль него. Достигнув верхнего края отвала, снег выбрасывается под углом а = 45° к горизонту и под углом /3 к направлению движения машины со скоростью v, продолжая полет по баллистической траектории.

Подметально-уборочные машины предназначены для удаления заг­рязнений с твердых дорожных и аэродромных покрытий, очистки город­ских территорий, сбора и транспортирования смета. Загрязнения на до-

рожном покрытии увеличивают проскальзывание колес автомобильного транспорта, особенно в сырую погоду. Качественная очистка дорожных покрытий может повысить коэффициент сцепления колес с дорогой на 12-15% и среднюю скорость движения транспорта, снизить непроизво­дительные потери энергии на пробуксовывание колес, В загрязнениях на поверхности дороги 10-40% составляют мелкодисперсные пылева­тые частицы, которые при движении транспорта взвешиваются в воз­духе, преимущественно на высоте до 1,5-2 м. Скорость осаждения час­тиц диаметром 0,1 мм составляет 0,3 м/с, а диаметром 10’3 мм умень­шается до 3-Ю’5 м/с. Запыленность воздуха над дорогой существенно снижает долговечность автомобильных двигателей и ухудшает санитар­но-гигиенические дорожные условия. Современные подметально-убороч­ные машины должны обеспечивать также обеспыливание воздушной среды в полосе дороги.

Классификация подметально-уборочных машин показана на рис. 15.3. Подметальные машины отделяют и перемещают смет без его подборки косоустановленной цилиндрической щеткой в сторону от направления движения машины. Поэтому их используют преимущественно для под­метания загородных дорог, внутридворовых территорий и для уборки сне­га в зимний период.

Более высокое качество очистки обеспечивают вакуумно-убороч­ные машины, оснащенные вакуумным подборщиком и пневматической системой транспортирования смета в бункер-накопитель, и вакуумно­подметальные машины, на которых вакуумный подборщик используют в комбинации с подметальными щетками. По качеству очистки вакуумно­подметальные машины имеют преимущество, так как щетки эффективно подают смет в вакуумный подборщик. Однако вакуумно-уборочные ма­шины могут работать на более высоких скоростях с большей производи­тельностью, поскольку скорость их движения не ограничена максималь­ной скоростью взаимодействия ворса щеток с дорогой. Мощные вакуум­но-уборочные машины применяют для летней очистки аэродромов на­ряду со струйными уборочными машинами, оснащенными газоструйным соплом и аналогичным по конструкции газоструйным снегоочистите­лем. Общим недостатком машин с вакуумным подборщиком или газо­струйным соплом является высокая энергоемкость рабочего процесса.

Рис. 15.3. Классификация подметально-уборочных машин.

Рабочими органами подметально-уборочных машин бывают цилин­дрические, конические (лотковые) и ленточные щетки. Цилиндрические щетки диаметром окружности вращения до 1 м имеют горизонтальную ось вращения. Конические (лотковые) щетки с расположением ворса по

образующей поверхности конуса с углом при вершине примерно 60° и осью вращения, наклоненной под углом 5-7° к вертикали, предназначены для направленного отброса смета. Наименее распространены вследствие малой надежности и эффективности ленточные щетки в виде бесконеч­ной цепи с закрепленными на ней щеточными секциями, которые одновре­менно с отделением смета от дороги транспортируют его в бункер.

На малогабаритных машинах для уборки тротуаров, особенно с на­весным и прицепным рабочим оборудованием, используют одноступен­чатую систему транспортирования смета в бункер непосредственно вор­сом щетки — прямым забросом или когда бункер расположен позади щетки (рис. 15.4), обратным забросом “через себя”. Для этих способов характерна малая вместимость бункера (до 1 м3). Кроме того, последний способ требует более высокой окружной скорости щетки и компенсации износа ворса. Наиболее широко используют многоступенчатое механи­ческое транспортирование смета с параллельным оси вращения цилиндрической щетки шнековым подборщиком и цепочно-скребковым транспортером. Недостаток такой системы заключается в ее низкой надежности и большой металлоемкости.

Рис. 15.4. Схемы рабочего оборудования подметально-уборочных машин: а — с прямым забросом смета; 6-е обратным забросом смета; в — с забросом смета лопастным метателем; г — с забро­сом смета ленточной щеткой; д — со шнековым и цепочно-скреб­ковым транспортерами; е — со щеточно-вакуумным подборщиком и гравитационным отделением смета; ж — со струйно-вакуумным подборщиком и инерционным отделением смета; 1 — бункер; 2 — цилиндрическая щетка; 3 — лопастной метатель; 4 — ленточная щетка; 5 — скребковый транспортер; 6 — шнек; 7 — всасывающий трубопровод; 8 — фильтр; 9 — напорный трубопровод; 10 — ваку­умный вентилятор; 11 — вакуумный подборщик: 12 — сдувающие сопла; 13 — циклон; 14 — коническая щетка.

Перспективным является механическое транспортирование смета в бункер промежуточным лопастным метателем. При щеточно-вакуумном (пневматическом) транспортировании вспомогательная цилиндрическая щетка уменьшенного диаметра подает смет в вакуумный подборщик; на машинах может быть также установлен промежуточный транспортер. В струйно-вакуумном подборщике щеточный ворс заменен сдувающими соплами, воздушные потоки которых обеспечивают отрыв загрязнений от дорожного покрытия и перемещение их к всасывающему трубопроводу. Отделение крупного смета в бункере обеспечивается гравитационным способом. Пылеватые частицы задерживаются тканевыми фильтрами с устройствами для их периодической регенерации встряхиванием, вибраци­ей, обратной продувкой и др. При струйно-вакуумной системе транспорти­рования через фильтр в атмосферу выбрасывается не более 20-25 % воздуха, остальная его часть без очистки от пыли подается в сдувающие сопла, частично замыкая систему циркуляции воздуха.

Способы разгрузки подметально-уборочных машин: гравитацион­ный, когда смет высыпается из бункера под действием собственного веса при открытии люка или задвижек; самосвальный — поворотом бункера или контейнера; принудительный — эжектированием вбок или назад с помощью подвижной стенки — выталкивателя с механическим или гид­равлическим приводом. При небольшой вместимости бункера (до 2-3 м3) целесообразна разгрузка смета непосредственно на обслуживаемом участке. Поэтому некоторые машины оборудуют сменными стандартны­ми контейнерами, а также механизмами выгрузки смета в контейнеры или приемный бункер мусоровоза. В качестве дополнительного оборудо­вания подметально-уборочных машин используют выносной вакуумный подборщик для уборки опавших листьев и загрязнений из труднодос­тупных мест, электромагнитный брус для подбора металлического мусо­ра на шоссейных дорогах и аэродромах и др.

По способу обеспыливания воздушной среды при подметании раз­личают влажное обеспыливание путем мелкодисперсного разбрызгивания воды под давлением 0,2-0,3 МПа через форсунки перед подметальными Щетками и пневматическое обеспыливание, совмещенное с вакуумной системой транспортирования смета. Норма расхода воды при влажном обеспыливании 0,02-0,025 кг на 1 м2 поверхности дороги; при увеличе­нии расхода происходит прилипание смета к щетке и дорожному покры­тию и резкое снижение качества подметания. Перспективным является термовлажное обеспыливание подачей водяного пара в зоны интенсив­ного пылеобразования.

В качестве базовых машин для монтажа подметально-уборочного оборудования применяют маневренные автомобили малой и средней гру­зоподъемности, самоходные шасси, колесные тракторы и одноосные или двухосные прицепы.

Расчет подметально-уборочной машины включает в себя оп­ределение рациональных параметров процесса взаимодействия рабочих органов с дорожным покрытием и нагрузок на оси машины, выбор базо­вой машины, расчет систем транспортирования смета, разгрузки его и обеспыливания, прочностные расчеты кузова и рабочих органов, тягово­динамические расчеты, определение баланса мощности и производитель­ности, расчеты маневренности, устойчивости, управляемости и др.

При взаимодействии цилиндрической щетки с дорожным покры­тием можно выделить четыре характерных положения отдельных прут­ков ворса (рис. 15.5).

Рис. 15.5. Схема взаимодействия цилиндрической щетки с дорож­ным покрытием; I — начало контакта ворса с покрытием; II — квазивертикальное расположение ворса; III — конец контакта ворса с покрытием; IV — конец выпрямления ворса.

В начале контакта очередного прутка ворса с дорогой (положение

I) под действием растягивающей центробежной силы он занимает ради­альное положение под углом к вертикальной оси. По мере дальнейшего поворота щетки с угловой скоростью со происходит изгиб прутка и на­капливание в нем потенциальной энергии упругой деформации (поло­жение II), при этом ворс перемещает своими концами загрязнения вдоль дорожного покрытия. В конечный момент контакта с дорогой пруток
находится в изогнутом состоянии (положение III), затем резко разгиба­ется, отбрасывая загрязнения и смет со скоростью v под углом а = 20° к горизонту и вновь занимая радиальное положение (IV). За время воз­врата прутка ворса в радиальное положение щетка успевает совершить поворот на некоторый угол у. Радиальное положение IV является сред­ним, относительно которого пруток определенное время совершает зату­хающие изгибные колебания в плоскости вращения щетки.

15.1. Машины для летнего содержания автомобильных дорог и покрытий аэродромов

15.1.1. Поливочно-моечные машины

Поливочно-моечные машины предназначены для поливки и мойки дорожных покрытий, поливки зеленых насаждений, тушения пожаров, подвоза воды и других специальных видов работ. В зимнее время поли­вочно-моечные машины используют в качестве базовых для навески плужно-щеточного оборудования снегоочистителей.

По назначению поливочно-моечные машины разделяют (рис. 15.1) на специализированные поливочные и моечные и наиболее распространенные универсальные поливочно-моечные. Поливочно-моечные машины базиру­ются на автомобильных шасси, а также на грузовых полуприцепах и прице­пах. По типу насосной установки поливочно-моечные машины можно раз­делить на машины с низким (до 1,0 МПа) и с высоким давлением воды (более 1,0 МПа). Повышенное давление воды при мойке дорожных покры­тий позволяет уменьшить ее расход на единицу площади покрытия вслед­ствие более высокой кинетической энергии водяных струй, однако требует дополнительных конструктивных мер, предупреждающих преждевременное дробление этих струй и их аэродинамическое торможение.

Поливочно-моечные машины оборудованы сменными рабочими органами в виде щелевых поливочных и моечных насадок. Поливочные насадки обычно устанавливают симметрично относительно продольной оси машины, повернутыми вверх под углом 15-20° и более к горизонту и разворачивают в стороны на угол 10°.

Моечные насадки обычно устанавливают повернутыми вниз под уг­лом 10-12° к горизонту (рис.15.2) и несимметрично повернутыми вправо относительно продольной оси машины для перемещения смываемых за­грязнений с проезжей части дороги в сторону дорожного лотка, откуда загрязнения удаляются с помощью подметально-уборочных машин. Поли­вочно-моечные машины снабжают двумя передними или двумя передни­ми и одной боковой моечными насадками; последний вариант позволяет значительно увеличить ширину мойки дорожного покрытия.

Кроме того, к основным видам рабочих органов относится водяная моечная рампа в виде горизонтальной трубы с форсунками, установлен­ной под углом в плане, равным 70-80°, к продольной оси машины.

Рис. 15.1. Классификация поливочно-моечных машин.

Угол установки форсунок водяной рампы относительно гори­зонтального дорожного покрытия существенно больше, чем у моеч­ных насадок, а длина моющих секторов меньше, что обеспечивает более высокую скорость водяных струй на линии встречи с дорож­ным покрытием и соответственно меньший расход воды на едини­цу площади его. Главный недостаток водяной рампы заключается в том, что ширина мойки обычно не превышает габаритной шири­ны машины, тогда как при использовании моечных насадок ширина мойки в 1,5~2,5 раза больше габаритной ширины машины и дос­тигает 6-8 м.

В последнее время на поливочно-моечных машинах применяют прин­ципиально новый вид рабочего органа — водяное сопло для мойки дорож­ных лотков. Оно позволяет создать при движении машины вдоль лотка перемещающийся водяной вал. Накапливающийся избыток воды с мусо­ром периодически уходит в сточные колодцы ливневой канализации.

Дополнительное оборудование поливочно-моечных машин включа­ет передний косоустановленный отвал снегоочистителя, цилиндричес­кую подметальную щетку со стальным или синтетическим ворсом. Некоторые зарубежные модели поливочно-моечных машин оборудованы водосгонным косоустановленный ножом, что улучшает качество очи­стки сильно загрязненных поверхностей и позволяет уменьшить удель­ный расход воды. Дополнительным также является оборудование для поливки зеленых насаждений и тушения пожаров. Рабочее оборудова­ние поливочно-моечной машины содержит сварную цистерну с верхней горловиной и нижним центральным клапаном с механическим, гидрав­лическим и электрогидравлическим управлением из кабины водителя для перекрытия подачи воды к насосу. Центральный клапан оборудован сетчатым фильтром. Центробежный водяной насос с приводом от короб­ки отбора мощности устанавливают на раме автомобиля. Сечение трубопро­водов должно обеспечивать скорость воды не менее 0,2-0,3 м/с при минимальных местных сопротивлениях. Поливочные и моечные насадки имеют шарнирное или конусное крепление для установки под необходи­мыми углами во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Расчет поливочно-моечной машины включает определение ра­циональных параметров процесса поливки и мойки дорожного покрытия и баланса лющности, расчеты водяной системы и гидрооборудования, цистерны, нагрузок на оси, тягово-динамические, устойчивости и управля­емости машины, производительности и др. Главным параметром поли­вочно-моечной машины является вместимость цистерны.

При определении параметров процесса мойки дорожного покрытия необходимо, задаваясь параметрами насосной установки и водяной систе­мы машины, найти эффективную ширину мойки Вм (рис. 15.2) или решить обратную задачу. Взаимодействие моющих секторов с дорожным покры­тием происходит по прямой (реже ломаной) линии Ср.„ участок C, Dt кото­рой определяет необходимое минимальное перекрытие моющих секторов. Центральный угол каждого моющего сектора (р = 50-60° определяется рациональной конструкцией моющих насадок. Вдоль линии встречи CtD2 образуется водяной вал, который движется поступательно со скоростью, рав­ной скорости машины, и одновременно смещается вдоль этой линии встречи
со скоростью v = vm sin Д где Р — угол между линией встречи и перпендику­ляром к направлению движения машины. Свободно лежащие на дороге загрязнения захватываются и уносятся водяным валом.

Рис. 15.2. Схема взаимодействия моечного оборудования с дорожным покрытием.

В установившемся режиме мойки равновесие линии встречи CtD} определяется равенством количества движения насыщенного загрязне­ниями водяного вала в направлении векторов v и vsin (3 и проекций на эти направления результирующих количества движения моющих сек­торов, которые в наиболее простом случае направлены вдоль биссект­рисы АЕ каждого моющего сектора и равны 0,5 mvcmp (1 + cosa), где т — масса расходуемой воды через соответствующую насадку в течение промежутка времени t, т = Qt; а — угол наклона биссектрисы АЕ к горизонтали; vcmp — скорость элементарной водяной струи моющего сек­тора в точке Е.

Необходимо учитывать, что скорость vcmp значительно меньше на­чальной скорости струи, м/с, в критическом сечении насадки:

vo = 100 Ц (15Л)

где /і _ гидравлический коэффициент расхода, /л = 0,8-0,95; р — давле­ние воды на входе в насадок, МПа; g — ускорение свободного падения; р — плотность воды, рв = 1000 кг/м3.

Снижение скорости v обусловлено увеличением площади мою­щего сектора, перпендикулярной его биссектрисе АЕ, пропорционально удлинению этой биссектрисы. В направлении движения машины ско­рость v геометрически суммируется со скоростью vu = 3-6 м/с. Ус­ловие равновесия количества движения воды по линии встречи CfDr позволяет определить оптимальный угол поворота этой линии:

_ sin 5

где <5 — угол поворота биссектрисы моющего сектора относительно на­правления движения машины.

Зная угол Д можно определить ширину Вм мойки, а также объемный расход воды qeo на единицу площади мойки, зависящий от удельной мас­совой загрязненности дорожного покрытия. При использовании мою­щих насадок, давлении р = 0,3~0,4 МПа и qc = 0,1 кг/м2 обычно прини­мают <7Я0Рв = 1 кг/м2. Уменьшение количества движения моющих сек­торов по сравнению с оптимальным, равновесным значением, например, вследствие падения расхода Q или давления р, приводит к прорыву загрязненной воды из водяного вала под моющие секторы и резкому ухудшению качества мойки дорожного покрытия; увеличение данного количества движения обеспечивает рост объема водяного вала и переход системы в новое равновесное состояние с увеличенной шириной В мойки. Ограничениями в последнем случае являются устойчивость во­дяных струй при повышении давления р.

Гидравлический расчет водяной системы поливочно-моечной ма­шины базируется на уравнении Бернулли:

10 5р

Р„=Р+ “

(15.3)

-V?, +УХ

2g ^

где рн, р — давления воды соответственно на выходе из насоса и на входе в моечные или поливочные насадки, МПа; рв — плотность воды, рн = 1000 кг/м3; v, v — скорость водяного потока соответственно на выходе из насоса и в критическом сечении насадки, м/с; v — скорость водяно­
го потока в отдельном г-м участке трубопровода; А( — коэффициенты соответственно местных сопротивлений и скоростных потерь г-го участ­ка; / d — длина и диаметр i-ro участка трубопровода.

Уравнение тягово-динамического баланса поливочно-моечной машины:

97 4 N in

w<gukpk]Фсч < — iL±sLt (15 4)

ПдвГк

где W — сопротивление движению машины, Н; GM — вес машины с полной цистерной, Н; К — коэффициент распределения веса машины с полной цистерной на ведущую ось, определяется на основании расчета координат центра масс машины; К. — коэффициент перераспределения веса машины на ведущую ось вследствие действия инерционных сил при разгоне, К — 1,1-1,3 (большее значение принимают при движении на низших передачах); <р — коэффициент сцепления, при движении в рабочем режиме по влажной поверхности дороги <рсч = 0,4-0,6, в транс­портном режиме по сухой поверхности (р^ = 0,7-0,8; Nge — номиналь­ная мощность двигателя, кВт; і и Г)тр — передаточное отношение и кпд трансмиссии машины при движении на соответствующей передаче; пдв

— частота вращения вала двигателя при номинальной мощности, мин-1; г

— динамический радиус качения ведущего колеса, м.

Сопротивление движению W (Н) определяют отдельно для рабоче­го W, и транспортного W режимов:

раб г r тр “

^ =Gjf+id + 8"j/g); (15.5)

Кр = G,, (/ + h + Kj’1g) + {y„„ + V» f, (15.6)

где / — коэффициент сопротивления качению колес машины, / = 0,02; ia — уклон дороги, ід= 0,07-0,09; <5 и 5р — коэффициенты учета враща­ющихся масс при движении соответственно с рабочей и транспортной скоростями машины с полной цистерной, 5 = 1+0,05(1+ і2)GM/(G — вес машины с фактической загрузкой цистерны); g — ускорение свобод­ного падения; / и f ~ ускорение машины при движении соответственно на низших и высших передачах, / = 1,7-2 м/с2 и /’ = 0,15-0,3 м/с2; vmp

— транспортная скорость машины; — скорость встречного ветра, us = 3-5 м/с; Fe — коэффициент аэродинамического торможения машины; FK = 1,8-3,6 Н с2 / м2.

Уравнение мощностного баланса поливочно-моечной машины со­ставляют для рабочего и транспортного режимов с учетом потерь мощ­ности на пробуксовывание колес:

где Q — массовая подача водяного насоса, кг/с; р — плотность воды, рв = = 1000 кг/м3; рн — давление, создаваемое насосом, МПа; г]тр и г)’тр — кпд трансмиссии при движении машины соответственно с рабочей vu и транспортной v скоростями; Г)пр — кпд привода водяного насоса; г] — объемный кпд насоса, цн = 0,6-0,75; 8 — коэффициент буксования,

8 = 0,15-0,2.

Техническая производительность поливочно-моечной машины (м2/ч)

(15.8)

П = 3600(В — В )v

тех пер’ а

где В — ширина поливки или мойки дорожного покрытия, м; В — шири­на перекрытия проходов машины, Впср = 0,1-0,2 м; vm — рабочая ско­рость, V = 3-6 м/с.

Эксплуатационная производительность

(15.9)

П = 3600VK р К / (q Т)

ЭКС в в’ 4 т в ‘

где V — полезная вместимость цистерны, м3; Кн — коэффициент наполне­ния цистерны, К = 0,9-0,95; Кв — коэффициент использования машины по времени, Кв = 0,85; qe — норма расхода воды, при мойке qe = 1 кг/м2, при поливке q = 0,25 кг/м2; Т — цикл разлива цистерны, с, Т — + t2

+ 2t3 + tr tf — время разлива, t, = VKKjBqvм (Kt — коэффициент, характеризующий неравномерность движения машины вследствие ма­неврирования, Kt = 1,2, при работе в ночное время Kt =/;/,- время наполнения цистерны; / — время пробега машины к месту заполнения цистерны; t4 — вспомогательное время)].

Коэффициент, характеризующий эффективность очистки дорожного покрытия поливочно-моечными и подметально-уборочными машинами:

К = / — а / q ^ 0,8-0,85,

эф ‘ ост 1 н ’ ’

где а и q — соответственно начальное и остаточное количества за-

‘ н ~ ост

грязнений на единицу площади дорожного покрытия, кг/м2, при расчетах обычно принимается q = 0,1 кг/м2.

Для уплотнения дорожных покрытий в последнее время широкое применение находят вибрационные машины. К ним относятся виброкат­ки, поверхностные вибромашины, бетоноотделочные машины и глубин­ные вибраторы. Эти машины применяются при уплотнении цементобе­тонных и асфальтобетонных покрытий, щебеночных и гравийных основа­ний дорог, а также слоев грунта, укрепленного цементом.

Вибромашины могут быть самоходными, прицепными, навесными и переставляемыми. Прицепные и самоходные вибрационные катки приме­няются при уплотнении как асфальтобетонных покрытий, так и различ­ного рода оснований дорог. Поверхностные вибромашины служат для уплотнения грунтов, щебеночных и гравийных оснований и покрытий дорог. Для уплотнения цементобетонных покрытий применяются специ­альные бетоноотделочные машины (финишеры). При толщине покры­
тий свыше 25 см для уплотнения бетонной смеси используются глубин­ные вибраторы.

Привод вибрационной машины осуществляется как от двигателей внутреннего сгорания, так и от электродвигателей. В настоящее время находит применение также комбинированный привод: дизель-электриче — ский, дизель-гидравлический и электропневматический.

Для придания рабочему органу машины колебательных движений устанавливается специальный возбудитель колебаний — вибратор. Коле­бания от вибратора через рабочую плиту, валец или корпус передаются уплотняемой среде.

По принципу действия различают центробежные, инерционные и вибраторы ударного действия. В центробежных возмущающая сила со­здается за счет вращения неуравновешенных масс. Возмущающая сила инерционных вибраторов развивается в результате возвратно-поступа­тельного движения масс. В вибраторах ударного типа возмущающая сила возникает при соударении подвижных масс.

Все механические вибраторы можно разделить на регулируемые и нерегулируемые, одночастотные и поличастотные, направленного и нена­правленного действия.

Основные принципиальные схемы дебалансов вибраторов показа­ны на рис. 14.5. Сечение неуравновешенных частей — дебалансов — чаще всего имеет форму кольцевого сектора, круга или прямоугольника. Оптимальная форма и размеры дебалансов выбираются из условия ми­нимума веса дебаланса и его момента инерции при заданной величине возмущающей силы.

Возмущающая сила виброэлемента в каждый момент времени рав­на проекции на вертикальную ось той центробежной силы, которая раз­вивается при вращении дебаланса, а амплитудное значение возмущаю­щей силы Р равно центробежной силе, т. е.

2 Gj 2

m = mzw =—zw ^ (14 11)

где Gd — вес дебаланса в кИ, w ~ угловая скорость вращения в с’1,

z — эксцентриситет, т. е. радиус вращения центра тяжести дебаланса, в см.

Для удобства расчетов из уравнения обычно выделяют величину

Мк= Gaz, кН/см, (14.12)

которую условно называют кинетическим моментом дебаланса.

Кинетический момент секторного дебаланса (рис. 14.5, а) равен

MK =^8b(Rl — R^)sn~g, KH-см (14.13)

где b — толщина дебаланса в см; R2 — наружный радиус дебаланса в см; Ri — внутренний радиус дебаланса в см; а — центральный угол сектора; 5 — плотность материала дебаланса в кг/м3.

Рис. 14.5. Основные принципиальные схемы дебалансов вибраторов: а — секторный дебаланс; б — дебаланс в виде эксцентричного диска; в — виброэлемеит с раздвижными дебалансами; г и д — регулируемые стержневые виброэлементы; е — схема двухвально — го вибратора направленного действия; ж — схема одновального вибратора направленного действия.

Для дебаланса, выполненного в виде эксцентрично установленного диска (рис. 14.5, б), кинетический момент равен:

ггТр’

М = 8bz-g, KH-CM, (14.14)

4

где D — диаметр диска в см; z — эксцентриситет ц. т. диска в см.

Кинетический момент вибратора, выполненного в виде уравновешен­ного диска с дебалансными массами, установленными с постоянным шагом (рис. 14.5, г и д), и равен геометрической сумме кинетических моментов отдельных дебалансных масс.

В вибраторах ненаправленного действия вектор центробежной силы Q вращается с угловой скоростью со, тогда проекции этого вектора на оси координат х и у найдутся как

Р = Q sincot,

(14.15)

X }

Ру — Q coscot

В регулируемых вибраторах величина центробежной силы при по­стоянной частоте вращения вала вибратора может регулироваться изме­нением эксцентриситета или веса дебаланса.

Для раздвижных дебалансов (рис. 14.5, в) суммарная возмущающая сила равна:

(14.16)

где (3 — угол между осями дебалансов.

Различают регулируемые вибраторы с плавным и ступенчатым изме­нением центробежной силы. Наиболее совершенными являются регули­руемые вибраторы с плавным изменением, осуществляемым на ходу машины.

(14.17)

В вибраторах направленного действия возмущающая сила имеет определенное направление и изменяет только свою величину. Направлен­ные колебания можно получить установкой двух дебалансных валов, вра­щающихся в противоположные стороны с равной частотой вращения. При этом горизонтальные составляющие центробежных сил взаимно уравновешиваются (рис. 14.5, е). Вертикальные составляющие создают суммарную возмущающую силу, изменяющуюся по закону

P=2Qsin wt.

Одновальный вибратор направленного действия показан на рис. 14.5, ж. Здесь два дебаланса вращаются в противоположные стороны с оди­наковой угловой скоростью. Суммарная возмущающая сила равна гео­метрической сумме вертикальных составляющих центробежных сил. По сравнению с двухвальными такие вибраторы более компактны и имеют меньшие габариты, однако они более сложны по конструкции.

В дебалансных вибраторах центробежная сила дебалансов полнос­тью передается на подшипники вала. С целью разгрузки подшипников предложена конструкция бегункового вибратора (рис. 14.6, а). Здесь де­баланс 1, выполненный в виде цилиндрического ролика, катится по внут­ренней поверхности беговой дорожки 2. Движение к ролику от водила 3 передается через специальный поводок 4. Центробежная сила, возникаю­
щая при вращении водила, передается непосредственно на корпус вибро­элемента. Подшипники ролика нагружены только тем усилием, которое необходимо для преодоления сопротивления перекатыванию его по бего­вой дорожке.

Рис. 14.6. Схемы бегунковых (поводковых) вибраторов: а — одночастотного; б — поличастотного.

В случае применения дебалансных роликов (рис. 14.6, б) возникают две центробежные силы различной частоты. Одна возмущающая сила раз­вивается вследствие вращения ц. т. ролика относительно оси О, а вторая — ввиду вращения ролика относительно своей оси 0;. Движение ролика в этом случае можно представить состоящим из поступательного вместе с центром ролика и вращательного относительно этого центра.

При поступательном движении центробежная сила Р изменяется с частотой вращения водила сод. Ее амплитудное значение определяется из выражения

P=P’l+P,’=(M+m)Roj?0, (14.18)

где Р’; — составляющая центробежной силы от массы М, сосредоточенная в точке 0;; Р” — составляющая центробежной силы от массы т, прило­женная в ц. т. дебаланса (в точке А); М — масса уравновешенной части

ролика в кГ, т — масса дебаланса ролика в кг; Р — радиус центра ролика.

Вторая сила, изменяющаяся с частотой со , возникает вследствие вращения неуравновешенного ролика вокруг своей оси:
где е — эксцентриситет дебалансной части ролика, сор — абсолютная угловая скорость вращения ролика в с’1,

со =-со„, (14.20)

г

При установке нескольких дебалансных роликов различного диа­метра результативная возмущающая сила равна геометрической сумме составляющих возмущающих сил. Большое значение при этом имеют начальные углы установки дебалансных роликов.

В существующих конструкциях поличастотных бегунковых (поводко­вых) вибраторов дебалансные ролики свободно перекатываются по бе­говой дорожке только за счет сил трения. Уменьшение сил трения при вибрации, чему способствует наличие масла в корпусе вибратора, силы инерции при пуске, а также противодействующий момент дебалансной части создают условия для проскальзывания ролика относительно бего­вой дорожки. Это вызывает уменьшение частоты вращения ролика и в некоторых случаях — его остановку. Наличие скольжения изменяет ха­рактер результативной возмущающей силы, делает ее переменной и не позволяет иметь стабильный режим вибрации. Параметры бегунковых поличастотных вибраторов необходимо выбирать с учетом отсутствия отрыва и скольжения ролика. При заданных параметрах необходимо со­здавать условия, при которых коэффициент трения ролика по беговой дорожке корпуса вибратора будет больше минимального.

В ряде вибромашин широко распространено применение выдвиж­ных дебалансов. Последние рекомендуются для вибромашин, подвергаю­щихся частому включению, особенно тех, где приводом служит двигатель внутреннего сгорания. При этом выдвижные дебалансы значительно уменьшают пусковой момент двигателя. Принципиальная схема их уст­ройства приведена на рис. 14.7.

Для возбуждения колебаний вибромашин применяются также пла­нетарные бесподшипниковые одночастотные и поличастотные вибра­торы. Принципиальные схемы их изображены на рис. 14.8. Различа­ют вибраторы с наружной и внутренней обкаткой. В виброэлементе с наружной обкаткой (рис. 14.8, а) дебаланс, приводимый во враще­ние двигателем, обкатывается своей наружной поверхностью внутри втулки, закрепленной в корпусе вибратора. В вибраторах с внутрен­ней обкаткой (рис. 14.8, б) пустотелый ролик обкатывается своей внутренней поверхностью вокруг стержня, укрепленного в корпусе виброэлемента.

Рис. 14.7. Конструкция вибратора с выдвижным дебалансом: 1 — выдвижной дебаланс; 2 — обойма; 3 — стержень, 4 — пружины; 5 — втулка; 6 — регулировочное кольцо.

Рис. 14.8. Принципиальные схемы вибраторов планетарного типа: а — с наружной обкаткой; б — с внутренней обкаткой.

Наличие дебалансного ролика позволяет получить поличастотный режим вибрации. Низкая частота равна частоте вращения вала привода, высокая — частоте обкатываний бегунка. При заданной частоте враще­ния приводной штанги пд число обкатываний бегунка с внешней обкат­кой равно:

п =7Г~£~Ги». (14.21)

D%,~dc

— а при обкатке ролика вокруг центрального стержня (внутренняя обкатка)

Dp

пі=7ГГ, Г”°- (14-22>

Up ас

где dp — наружный диаметр ролика в см, De — внутренний диаметр

втулки в см, Dp — диаметр внутренней поверхности ролика в см, dc —

наружный диаметр стержня в см.

При малой разнице диаметров обкатывающихся поверхностей вы­сокая частота стремится к бесконечности. Сейчас уже достигнуты час­тоты до 300-350 Гц.

В некоторых вибрационных машинах находят применение вибро­ударные механизмы. Во время работы вибромашины подвижная часть сообщает плите вибрационные колебания (через опорные пружины) и ударные импульсы (через шабот). Таким образом, виброударный меха­низм оказывает одновременно как ударное, так и вибрационное воздей­ствие. Устойчивый режим работы имеет место в тех случаях, когда отношение числа оборотов виброэлемента к числу ударов представляет собой целое число. Устойчивость работы ударного механизма зависит от соотношения масс подвижной части и плиты, жесткости опорных пру­жин и начального зазора.

Ударный режим работы оказывает более интенсивное воздействие на уплотняемую среду и значительно повышает эффективность уплот­нения дорожно-строительных материалов по сравнению с обычным вибрационным. Виброударные механизмы применяются в машинах для изготовления железобетонных изделий, в вибромолотах для погружения свай и шпунта, а также в ручном инструменте.

Кроме механических нашли распространение гидравлические, пнев­матические, электромагнитные и электродинамические вибраторы.

Все уплотняемые материалы представляют собой упруго-вязко-пла­стичные системы, свойства которых в настоящее время недостаточно изучены. Нет также и обоснованной теории деформирования таких сред.

Поэтому при выборе мощности двигателя, определении амплитуд колеба­ний и т. п. лучше всего руководствоваться опытными данными. Вместе с тем в настоящее время разработаны методы расчета, основанные на предположении, что уплотняемый материал обладает только упругим или только вязким сопротивлением, а иногда учитываются как упругие, так и вязкие свойства. Однако во всех случаях исходные зависимости упрощаются, так как иначе задача становится неразрешимой. Результа­тами решения таких задач можно пользоваться главным образом для относительного сопоставления различных вариантов при проектировании вибрационных машин.

Предполагая колебания гармоническими, а уплотняемую среду — абсолютно упругой и имеющей вязкое сопротивление, находят ту мощ­ность двигателя, которая необходима для работы вибратора. Эта мощ­ность расходуется на сообщение колебательного движения уплотняемой среде, а также на преодоление трения в подшипниках виброэлементов.

Мощность, необходимая для сообщения уплотняемому материалу колебательных движений при наличии вязкого сопротивления и направ­ленных колебаний вибратора, в общем виде может быть определена по следующей формуле:

а2 а2 Расо. „ .

N. =——- =——- smcp, KBm, (14.23)

1 2-102 2-102

где а — амплитуда колебаний вибромашины, со — круговая частота коле­баний, с — коэффициент вязкого сопротивления уплотняемой среды, Р — амплитудное значение возмущающей силы вибратора, ф — угол сдвига фаз, который может быть определен из выражения:

ссо, .

tg<P = — Г’ (14.24)

к-тсо

где k — условная жесткость уплотняемого материала, т — масса вибро­машины.

Коэффициент вязкого сопротивления зависит от площади рабочей плиты вибромашины.

Удельное сопротивление с т. е. сопротивление плиты, площадь

которой равна 1 м2, по данным М. П. Зубанова равна: для асфальто­

бетонной смеси — 800 кН с/м3, для жесткой цементобетонной смеси — 400-600 кН с/м3. Если площадь плиты равна F, то коэффициент вязко­го сопротивления

с — с F. (14.25)

О

Для вибромашины с ненаправленными колебаниями, например для глубинного вибратора, необходимо суммировать мощность, расходуемую на колебания во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Мощность, расходуемая на преодоление сил трения в опорах, опре­делится как

N2 = nfPdn, (14.26)

где d — диаметр вала подшипника, п — частота вращения вала, / — условный (приведенный к валу) коэффициент трения подшипников. При расчетах можно принять для всех типов подшипников качения / = 0,005-0,010.

Общая мощность привода виброэлемента

лг Nx+N2

N=— L, (14.27)

V

где ц — кпд трансмиссии привода.

При уплотнении гравийных, щебеночных и асфальтобетонных покры­тий широкое применение нашли самоходные вибрационные катки. Виб­рокатки имеют меньшую металлоемкость и энергоемкость, большую мане­вренность и транспортабельность по сравнению с невибрационными кат­ками и в то же время обеспечивают требуемую степень уплотнения и необходимую ровность покрытия.

Асфальтобетон, уплотненный виброкатками, при правильном подбо­ре параметров катка и режимов вибрации имеет большую плотность и механическую прочность, а следовательно, меньшую водонасыщаемость, чем при уплотнении обычными катками. Важным является и то, что при виброуплотнении не происходит дробления скелетного материала, что позволяет использовать местные слабые горные породы.

Однако при уплотнении виброкатками верхнего слоя асфальтобетон­ного покрытия происходит выдавливание битума на поверхность, что недо­пустимо при устройстве шероховатых покрытий. Для самоходных катков наблюдается явление потери тяговой способности или управляемости, что налагает определенные ограничения на выбор параметров. Значительный шум, возникающий при работе катка, и передача вибраций окружающим сооружениям и коммуникациям ограничивают применение вибрационных катков в городских условиях и на промышленных площадках. Важную роль играет также амортизация механизмов катка и рабочего места опера­тора. Все эти причины ограничивают использование вибрационных катков.

Виброкатки для уплотнения дорожных покрытий выполняются само­ходными одновальцовыми, двухвальцовыми и трехвальцовыми. В послед­
нем случае третий валец является дополнительным (прицепным или навесным). Наибольшее распространение получили двухвальцовые са­моходные вибрационные катки. Вибрационным может быть как веду­щий, так и управляемый валец. При наличии вибрации резко уменьша­ются условные коэффициенты трения и спепления вальца с уплотняе­мой смесью, что резко снижает определяемую по сцеплению силу тяги катка в тех случаях, когда вибровалец является ведущим. Если виброва­лец ведомый, то это явление приводит к потере управления. Для ликви­дации этих недостатков в некоторых случаях в качестве вибрационно­го применяется третий (навесной или прицепной) валец.

Самоходный вибрационный каток показан на рис. 14.9. Вибрацион­ный каток отличается от обычного моторного наличием дебалансного вибратора ненаправленного действия, установленного в заднем привод­ном вальце, упругой подвески вибровальца и механизма привода вибра­тора, выполняемого обычно в виде клиноременной передачи.

Рис. 14.9. Принципиальная схема вибрационного двухвальцового самоходного катка: 1 — двигатель внутреннего сгорания; 2 — рама катка; 3 — вибровалец; 4 — механизм привода; 5 — управляемый валец; 6 — механизм управления.

В настоящее время теория уплотнения дорожных покрытий вибро­катками еще не разработана, поэтому выбор основных параметров сле­дует производить, исходя из опытных данных.

При проектировании катков следует обеспечивать возможность регу­лирования частоты колебаний и величины возмущающей силы в более или менее широких пределах. Это позволит применять каток для уплот­нения различных материалов и каждый раз выбирать наиболее выгод­ный режим работы.

За последнее время имеет место тенденция к повышению частот коле­баний. Для самоходных виброкатков рекомендуется частота 50-70 гц. Даль­нейшее увеличение частоты ограничивается техническими возможностями создания надежной и долговечной конструкции вибратора катка.

Характер колебаний не оказывает существенного влияния на степень уп­лотнения. Поэтому в виброкатках, за редким исключением, используются вибра­торы с круговыми колебаниями. Возмущающая сила выбирается в пределах

P=(4-6)G (14.28)

где G — вес колеблющихся частей катка.

При таком соотношении между Р и G амплитуда колебаний вальца самоходного катка находится в пределах 0,3-0,7 мм. Следует заметить, что при а = 0,3-0,4 мм вибровалец работает практически без отрыва от уплотняемой среды, а при большей амплитуде наблюдается отрыв катка и переход в режим вибротрамбования. При излишне больших амплиту­дах колебаний наблюдается потеря тяговой способности и боковой устойчивости.

Рекомендуемые рабочие скорости перемещения находятся в преде­лах 1,2-2,2 км/ч. В некоторых случаях рабочая скорость движения катка достигает 6 км/ч. При этом необходимое число проходов по одной полосе несколько повышается. Предварительная подкатка уплот­няемого материала производится обычным катком или виброкатком с выключенным вибратором.

Выбор геометрических параметров, тяговый и прочностные расчеты, определение мощности и т. д. производятся теми же методами, что и для обычных прицепных и самоходных катков.

Глубинные вибраторы применяются для уплотнения бетонных сме­сей при строительстве дорожных и аэродромных покрытий повышенной толщины, а также при изготовлении железобетонных изделий и массив­ных бетонных строительных конструкций.

По частоте различают вибраторы нормальной (50 Гц) и повышен­ной (150-300 Гц) частоты.

В качестве привода используются асинхронные двигатели нормаль­ной и повышенной частоты, портативные двигатели внутреннего сгора-

ния, пневматические и гидравлические двигатели. По передаче мощнос­ти от двигателя к вибромеханизму различают вибраторы со встроенным двигателем и вибраторы с гибким валом. По характеру перемещения глубинные вибраторы можно разделить на ручные и перемещаемые в пакетах с помощью кранов или других транспортных средств. В странах СНГ производятся электромеханические и пневматичес­кие вибраторы. Конструкция электромеханического вибратора представ­лена на рис. 14.10, а. Внутри круглого корпуса на подшипниках качения установлен дебалансный вал. Привод вала осуществляется от асинхрон­ного двигателя, вмонтированного в тот же самый корпус. Мощные под­весные глубинные вибраторы со встроенным двигателем имеют плане­тарный бесподшипниковый вибромеханизм с внутренней обкаткой.

Рис. 14.10. Основные типы глубинных ручных вибраторов: а — электромеханический вибратор со встроенным двигателем; б — внешний вид вибратора с гибким валом; в — рабочий наконеч­ник вибратора с гибким валом; г — пневматический планетарный вибратор с внутренней обкаткой.

.в)

Вибраторы с гибким валом (рис. 14.10, б) применяются при уплот­нении бетонной смеси в густоармированных конструкциях. В этих виб­раторах двигатель соединяется с вибромеханизмом гибким валом дли­ной около 3,6 м. В качестве возбудителя колебаний используются деба — лансные и планетарные вибромеханизмы с внешней и внутренней об­каткой. Конструкция рабочей части (наконечника) с внутренней обкат­кой приведена на рис. 14.10, в.

Планетарный пневматический вибратор показан на рис. 14.10, г. Он состоит из цилиндрического наконечника, внутри которого смонтиро­ван планетарный возбудитель с внутренней обкаткой. Сжатый воздух поступает к двигателю по внутреннему шлангу. Изменением давления воздуха производится регулирование частоты колебаний. Применение дебалансного бегунка позволяет получать поличастотный режим вибри­рования с частотой до 350 Гц.

Производительность глубинного вибратора можно определить по формуле:

п2ТТ 3600 , ,

п=лЯ Н——кХ (14.29)

м +h

где R — радиус действия вибратора; Н — глубина уплотняемого слоя, равная высоте активной части корпуса вибратора; tt — время вибрирова­ния на одном месте, t= 60-120 с; i2 — время перестановки вибратора; t2 = 5-10 с; kn — коэффициент перекрытия уплотняемой зоны, при пере­становке вибратора в шахматном порядке k = 0,82; ke — коэффициент использования вибратора по времени.

Радиус действия вибратора определяется опытным путем или на основе закона распространения кольцевых волн в среде с вязким сопро­тивлением.

При проектировании ручных глубинных вибраторов следует обра­тить внимание на размещение вибромеханизма в корпусе вибратора. Оно должно быть таким, чтобы обеспечивать равномерную амплитуду колебаний по длине виброэлемента. Вместе с тем рукоять вибратора не должна подвергаться колебательным движениям.

По величине удельного линейного давления катки разделяются на:

— легкие — с удельным давлением менее 400 Н /см, массой 5 га и двигателем мощностью до 20 кВт;

— средние — с удельным линейным давлением 400-600 Н/см, мас­сой 6-10 т и двигателем мощностью 20-30 кВт;

— тяжелые — с удельным линейным давлением свыше 600 Н/ см, массой более 10 да и двигателем мощностью свыше 30 кВт.

Легкие катки применяются для предварительной подкатки основа­ний и покрытий, а также для уплотнения тонкослойного песчаного асфаль­тобетона на тротуарах, велосипедных дорожках и т. п. Средние служат для промежуточного уплотнения оснований и покрытий, а также для окон­чательного уплотнения усовершенствованных покрытий облегченного типа. Тяжелые — для окончательного уплотнения гравийных и щебеноч­ных оснований и асфальтобетонных покрытий. —

По числу и расположению вальцов катки разделяются на: одно — g вальцовые (рис. 14.1, а), одновальцовые с поддерживающими вальцами 3 (рис. 14.1, б) или колесами (рис. 14.1, е); двухвальцовые с одним (рис. §

14.1, г) или двумя ведущими вальцами; трехвальцовые двухосные (рис. з

14.1, д); трехвальцовые двухосные с дополнительным вальцом малого 5 диаметра (рис. 14.1, е); трехвальцовые трехосные с одним (рис. 14.1, ж) ы или тремя (рис. 14.1, з) ведущими вальцами. §

Одновальцовые катки относятся к легкому типу. При отсутствии поддер — н живающих вальцов или колес двигатель и трансмиссия расположены внутри 6 вальца, а рычаги управления вынесены на рукоятку дышла, при помощи которо — ^ го вручную производятся повороты катка. Поддерживающие вальцы или коле — 2 са делают управляемыми; при их помощи и производятся повороты катка. §

д)

г)

б)

Двухвальцовые катки (тандем) имеют вальцы одинаковой ширины и бывают легкого, среднего и тяжелого типов. Наиболее совершенным является каток с двумя ведущими вальцами. В этом случае ведущие вальцы иногда выполняются несколько большего диаметра, чем ведо­мый. Один из вальцов при помощи специального механизма может поворачиваться вокруг вертикальной оси, чем достигаются повороты катка. В связи с поворотами ширина вальцов не может быть выбрана излишне большой иначе на поверхности покрытия появятся дефекты, и обычно ограничивается 1300 мм. Катки этого типа удобны в эксплуатации и поэтому получили большое распространение.

Трехвальцовые двухосные катки выполняются среднего и тяжелого типов. Задние ведущие вальцы имеют диаметр примерно в 1,5 раза больший, чем передний, и через них передается 2/3 веса катка. Поэтому удельное линейное давление здесь в 2 раза большее, чем под передним вальцом. Уплотнение материала производится в основном задними валь­цами, а воздействие переднего, который является направляющим, в рас­
чет не принимается. Задняя ось снабжена дифференциалом, что по­зволяет легко проходить по кривым малого радиуса без повреждения уплотняемого покрытия. Ширина переднего вальца делается такой, что­бы при движении катка его след перекрывался задними. Каток имеет хорошую поперечную устойчивость, и кроме того, такое расположе­ние вальцов способствует удачной компоновке отдельных агрегатов, благодаря чему доступ к ним облегчается. Недостатком катков этого типа является большая сложность в организации работы. Здесь при максимальном количестве проходов весьма трудно обеспечить необ­ходимую и одинаковую плотность слоя по всей ширине дорожного основания или покрытия; обычно количество проходов здесь больше, чем при катках типа тандем. Поэтому эти катки постепенно вытесня­ются катками типа тандем.

Кроме того, существуют катки с дополнительным вальцом малого диаметра для повышения ровности поверхности дорожного покрытия. При наезде этого вальца на неровность она заглаживается ввиду переда­чи через валец значительной части веса катка. В случае необходимости этот валец может быть поднят и выключен из работы. По соображениям компоновки он не может быть выбран достаточно большого диаметра, вследствие чего постановка его часто не достигает цели. Поэтому этот тип катка не нашел распространения.

Трехвальцовые трехосные катки имеют вальцы одинаковой шири­ны и выполняются тяжелого и, реже, среднего типов. Наиболее совер­шенным является каток со всеми ведущими вальцами. Здесь качество работы является наиболее высоким, и поэтому они находят все большее применение.

Катки относятся к числу самых старых и вместе с тем широко распространенных дорожно-строительных машин. Многолетний опыт их эксплуатации позволил выработать технико-эксплуатационные требова­ния к их конструкции:

1) они должны обеспечивать получение необходимой плотности и ровности поверхности;

2) должны быть приспособлены к перевозке на трейлерах;

3) необходимо иметь возможность регулировать вес катка;

4) оператор должен иметь хороший обзор при движении как вперед, так и назад;

5) частота вращения двигателя должна регулироваться во всех ре­жимах работы, а сам двигатель должен быть приспособлен к работе при большой запыленности воздуха и температуре до +50°С;

6) необходимо предусмотреть одинаковое количество скоростей дви­жения катка как вперед, так и назад;

7) необходимо иметь возможность торможения катка с выключен­ным двигателем на уклоне і = 0,25;

8) каток должен быть поворотлив; трогание с места, остановка и реверсирование движения должны быть плавными;

9) усилие на рычагах управления не должно быть более 60 Н.

Поверхность вальцов катков, предназначенных для уплотнения ас­фальтобетона, должна быть высокого качества и во избежание налипа­ния на них асфальтобетонной массы смазываться смесью мазута с керо­сином или с нефтью. Конусность вальцов и разность в их диаметрах допускается не более 3 мм.

Общая конструктивная схема катка и примерная компоновка его агрегатов видны из рис. 14.2. Передний направляющий валец 1 обыч­но делают сдвоенным, что облегчает его поворот в горизонтальной плоскости. На задние вальцы 6 обычно приходится несколько большая нагрузка, чем на передний, поэтому они имеют больший диаметр. Для очистки вальцов от. налипшего материала служат скребки 2 и 5. Валь­цы могут быть литыми из стали либо чугуна либо сварными. По своей конструкции они могут быть цельными или разборными. Для повыше­ния веса катка к дискам разборных вальцов обычно прибалчивают литые чугунные секторы. Передний валец обычно имеет возможность наклоняться в вертикальной плоскости на угол до 30-35°, что достига­ется введением в конструкцию крепления вальца к раме катка 12 ох­ватывающей вилки, которую шарнирно (при помощи пальца) соединя­ют со шкворнем 3. Это позволяет наезжать одной стороной вальца на неровности покрытия.

В качестве двигателя 4 обычно служит дизель, ось которого перпен­дикулярна или параллельна оси катка. Поперечное расположение двига­теля характерно для двухосных двухвальцовых катков.

Трансмиссии катков выполняются механическими или гидро­механическими. Последние могут быть гидростатическими и с турбо­трансформаторами. Наличие турботрансформатора обеспечивает плав­ное реверсирование движения, что способствует получению ровной поверхности и постоянству режима работы двигателя. Кроме того, здесь облегчается управление и сокращается число ступеней в коробке пе­редач 8.

Двигатель обычно снабжают муфтой сцепления 11, что облегчает его запуск, особенно при холодной погоде. Все катки имеют коробку передач 8, реверсивный механизм 9 и бортовые передачи 7. На катках, где двигатель имеет муфту сцепления, реверсивный механизм может устанавливаться как перед коробкой передач, так и за ней. При отсут­ствии муфты сцепления реверсивный механизм устанавливается перед коробкой. Вообще реверсивный механизм предпочтительнее размещать за коробкой передач, так как в этом случае трансмиссия лучше защище­на от перегрузок.

Реверсивный механизм обычно снабжается двумя фрикционными дисковыми муфтами и состоит из конических или цилиндрических шесте­рен. Управление происходит одним рычагом, причем имеются три поло­жения: нейтральное и включение правой или левой муфты.

Бортовая передача предназначена для передачи крутящего момента на ведущие вальцы катка. Наибольшее распространение получили пере­дачи с цилиндрическими шестернями. Крутящий момент от двигателя к коробке передач передается муфтой 10.

Рулевое управление служит для поворотов катка. Для осуществле­ния поворота приводится во вращение шкворень. В результате связан­ный с этим шкворнем валец поворачивается в горизонтальной плоско­сти. Привод рулевого управления может быть ручным, механизирован­ным и гидравлическим. При ручном и механизированном передача вра­щательного движения шкворню от штурвала или привода осуществляется через червячную пару. Иногда в кинематическую цепь дополнительно включается еще коническая пара. При гидравлическом приводе шкво-

рень через насаженный на него рычаг соединяется со штоком гидравлического цилиндра. Выбор привода рулевого механизма зависит от сил, развивающихся при повороте переднего вальца. Если эти силы настолько велики, что, несмот­ря на постановку механизма с большим передаточным отношением, необхо­димое усилие на штурвале все же превышает допустимый предел (50-80 Н), то рулевое управление требуется механизировать.

Силы, действующие на ведомый и ведущий вальцы катка, показаны на рис. 14.3. Воздействие на уплотняемый материал ведомого и ведуще­го вальцов различно.

Рис. 14.3. Силы, действующие на ведомый и ведущий вальцы катка.

(14.1)

На поверхность материала со стороны ведомого вальца действуют вертикальная нагрузка и вес вальца Gг а также передаваемое рамой тол­кающее усилие Тг Эти силы вызывают реакцию грунта, которая может быть разложена на вертикальную Rj и горизонтальную F составляющие. Очевидно, что

G = R. и Т. = F

Реактивная сила F действует на валец со стороны материала. Следовательно, со стороны вальца будет действовать какая-то равная ей и направленная в противоположную сторону сила F которая будет сдви­гать материал, т. е. способствовать волнообразованию. Поэтому ведомый валец не может обеспечить хорошую ровность поверхности.

На ведущий валец действует вертикальная нагрузка и вес вальца G,, крутящий момент М, а также реакция со стороны рамы катка Тт Здесь, как и в предыдущих случаях, реакция грунта может быть разложена на вертикальную R2 и горизонтальную F2 составляющие. Причем

(14.2)

Уплотнение материала происходит под воздействием вертикаль­ных сил G и Gr Ведущий валец отличается от ведомого тем, что здесь

горизонтальная составляющая силы, действующей со стороны вальца на уплотняемый материал (F2), направлена в сторону, обратную движению катка, т. е. воздействует на уже хорошо сопротивляющийся сдвигу уплотненный материал. Поэтому волнообразование перед ведущим валь­цом практически отсутствует. Таким образом, высокая ровность поверх­ности будет соответствовать ведущему вальцу катка, а не ведомому. Вви­ду этого в настоящее время стремятся к исключению из конструкции катков ведомых вальцов. Практика применения катков без ведомых вальцов показывает, что им соответствует высокая ровность поверхнос­ти, в несколько раз превышающая ту, которая имеет место при укатке катками с ведомыми вальцами.

На ровность поверхности оказывает также влияние число вальцов катка, расстояние между ними, их диаметр, а также распределение веса между вальцами. Самая высокая ровность поверхности соответствует трехвальцовым каткам типа тандем, т. е. каткам с последовательным расположением вальцов, особенно если все они являются ведущими. Такие катки обычно называют катками безволновой укатки. Если в кон­струкции имеются ведомые вальцы, то для повышения ровности покры­тия нагрузка на них должна быть меньше, чем на ведущие. Ровность повышается при росте базы катка, т. е. при увеличении расстояния меж­ду осями вальцов, однако при чрезмерно большой базе ввиду повышения радиуса поворота ухудшается маневренность катка.

На рис. 14.4 показано процентное перераспределение веса между вальцами трехвальцового катка при наезде на неровности. Как видно из приведенной схемы, при наезде на неровность нагрузка на валец повыша­ется, что особенно относится к среднему вальцу. Повышение давления способствует устранению этой неровности.

Выше, при рассмотрении процессов укатки грунта, было показано, что вальцы должны выбираться возможно большего диаметра. Это пра­вило относится также и к укатке дорожных покрытий. Чем больше диа­метр вальцов, тем большей может быть выбрана толщина уплотняемого слоя материала и тем меньше глубина колеи, что уменьшает сопротивле­ние движению, а следовательно, и волнообразование. Это правило долж­но особенно распространяться на катки, предназначенные для уплотне­ния щебеночных и гравийных материалов, где толщина уплотняемого слоя — значительна. Верхний предел диаметра вальца ограничен конструк­тивными соображениями.

Во избежание волнообразования первые проходы по еще рыхлому материалу должны производиться на малой скорости (2,0-2,5 км/ч), а
последующие (для повышения производительности) — на более высокой (4-12 км/ч). Такой скоростной режим особенно должен выдерживаться при уплотнении асфальтобетона.

При перемене направления движения образуется неровность, по­этому к устройству реверсов катков, предназначенных для уплотнения асфальтобетона, предъявляются повышенные требования. Реверсивные механизмы должны обеспечивать быстрое, но плавное изменение напра­вления движения катка. Для улучшения ровности поверхности повышают скорости укатки до 8-12 км/ч. Это позволяет удлинить одновременно обрабатываемые участки и тем самым снизить число реверсирований.

30% 30% 40% Рис. 14.4. Схема перераспределения веса трехвальцового катка при наезде на неровности.

Обычно коробкой передач предусматриваются 3 скорости движения катков. При этом по рекомендации В. Н. Анисимова для более полного использования мощности двигателя скорость движения на первой пере­даче должна составлять 25-35% от скорости на последней передаче.

Катки, кроме предназначенных только для уплотнения асфальтобе­тона, должны быть рассчитаны на укатку того материала, который требу­ет затраты наибольшего тягового усилия. Таким материалом является
рыхлый щебень. При этом общее сопротивление движению может быть найдено как

W=-W,+W2+W3, (14.3)

где W’ — сопротивление передвижению катка как тележки с учетом преодоления уклонов,

W=Gjf+i), (14.4)

где Gm — вес машины;

/ — коэффициент сопротивления; і — уклон дороги;

W2 — сопротивление от преодоления сил инерции при трогании с места,

^ 0,5,

где dV — изменение скорости за время dt

W3 — дополнительное сопротивление, развивающееся при движе­нии катка на криволинейных участках.

Величина находится по формуле:

W3 = k, G„ (14.6)

где G — вес катка, приходящийся на направляющие вальцы, в кН; kt — опытный коэффициент сопротивления, в случае рыхлого щебня k = 0,3; для плотной поверхности k = 0,2.

В некоторых случаях на катке устанавливается кирковщик, который служит для рыхления старого щебеночного либо гравийного основания или покрытия. Здесь возникает добавочное сопротивление

= nFk0, (14.7)

где п — число кирок; F — лобовая площадь одной кирки; ko — удельное сопротивление киркованию; k = 15-25 Н/см’.

Необходимая сила тяги катка должна быть

T>W. (14.8)

Необходимо проверить возможность ее реализации по условиям сцепления:

Т > G (р, (14.9)

СЦ ‘сц

где Gc4 — сцепной вес катка, равный весу, приходящемуся на ведущие вальцы; <р — коэффициент сцепления, (рс = 0,5-0,6.

При уплотнении слоя любого материала коэффициент сопротивле­ния движению катка от прохода к проходу непрерывно снижается, а за­тем стабилизируется. Стабилизация коэффициента указывает на то, что деформация слоя материала стала постоянной. Следовательно, стабили­зация указывает на бесполезность дальнейшего процесса укатки. На этом принципе основаны приборы для определения момента окончания укат­ки. Такой прибор показывает, когда дальнейшая укатка становится неэф­фективной, но он никак не определяет достаточности уплотнения. Она может быть установлена лишь непосредственным определением плот­ности материала и сравнением ее с требуемой величиной. Если плот­ность окажется недостаточной, то окончательное уплотнение материала следует произвести уже более тяжелым катком. —

Производительность самоходных катков может быть найдена по формуле:

1000(5 ~a)vcn

п =————————— — , (14.10)

п

где В — ширина укатываемой полосы в м; а — величина перекрытия следа предыдущего прохода, а = 0,20-0,25 м; Vcp — средняя скорость движения катка в км/ч; п — необходимое число проходов катка; при уплотнении асфальтобетона п = 25-30, а при уплотнении щебеночных оснований и покрытий п = 40-60.

Средняя скорость должна определяться с учетом реверсирования, на которое затрачивается 1-2 с.

Рабочими органами катков на пневматических шинах являются колеса, оборудованные шинами с гладким протектором. Для уплотнения оснований и покрытий применяются только самоходные катки, которые обычно устраиваются двухосными. Каждая ось катка несет на себе от 4 до 7 колес. Зазоры между колесами должны быть минимальными и не превышать 0,5В, где В — ширина профиля колеса. Общая масса таких катков обычно находится в пределах от 15 до 35 т. Вес может меняться в зависимости от балласта катка.

Скорости движения катков обычно изменяются в пределах от 3 до 25 км/ч. Расположение колес на осях принимается таким, чтобы при одном проходе катка без пропусков перекрыть всю укатываемую полосу. Для этого продольные оси колес передней и задней оси в плане несколько сдвинуты относительно друг друга, так что колеса второй оси
движутся по полосам, которые оказываются в промежутках между коле­сами первой.

Современные катки позволяют на ходу изменять давление в ши­нах. Для этого они оборудованы системой централизованной подкачки шин, управление которой производится из кабины оператора. Давление в шинах меняется в пределах от 0,25-0,3 до 0,55-0,6 МПа. Возмож­ность изменения давления в шинах делает каток универсальным в смысле использования его на уплотнении различных материалов и, главное, по­зволяет в процессе уплотнения постепенно повышать удельное давле­ние на поверхности, тем самым создавая условия для получения плотно­го, прочного и ровного дорожного покрытия.

Передняя ось катка обычно устраивается управляемой, а задняя не­сет на себе ведущие колеса. Часто ведущими являются не все колеса задней оси, а всего лишь два. Большое значение имеет подвеска колес. Если колеса закреплены на осях так, что их смещения друг относительно друга оказываются невозможными, то при наезде одного колеса даже на незначительное препятствие колесо будет перегружено. В этих случаях шины обычно не выдерживают такой перегрузки и выходят из строя. Поэтому подвеска отдельных колес должна быть независимой. Это тре­бование осуществляется различными способами. Заслуживает внимания применение гидравлической системы подвески, которая обеспечивает по­стоянный контакт всех колес катка с поверхностью.

14.1. Общие сведения об уплотнении дорожно-строительных материалов

К числу материалов, которые подлежат уплотнению при устрой­стве дорожных оснований, относятся пески, песчано-гравийные смеси и щебень. Все эти материалы являются несвязными, состоящими из от­дельных частиц, крупность которых находится в пределах от 0,05 до 2 мм у песков и от 2 до 60-80 мм у гравийных смесей и щебня. При уплотнении происходит сближение частиц и их взаимная заклинка. Уп­лотнению препятствуют развивающиеся на контактах частиц силы тре­ния, а также наличие сцепления на этих контактах. Благодаря тому что таких контактов множество и силы сопротивления взаимному смеще­нию частиц различны, при действии нагрузки такие смещения не проис­ходят во всех местах одновременно, а устанавливается какая-то их оче­редность. При этом в первую очередь смещения происходят там, где сопротивления минимальны. После возрастания нагрузки смещения по­являются в новых местах. Такой характер деформации создает впечат­ление наличия между частицами вязких связей, хотя на самом деле они отсутствуют. Поэтому уплотнения слоев этих материалов не происхо­дит за однократное приложение циклической нагрузки. Для завершения процесса нагрузка должна прикладываться многократно.

Для дорожных покрытий применяются асфальтобетонные смеси, битумоминеральные смеси и цементобетон. Наличие такого вяжущего материала, как битум, коренным образом изменяет свойства щебня и гравия, являющихся в составе асфальтобетона и битумоминеральных сме­сей тем скелетом, который воспринимает нагрузки.

Наличие битума приводит к образованию между частицами минерального материала достаточно прочных и вместе с тем вязких связей. Поэтому эти материалы относятся к упруго-вязко-пластичным и для своего уплотнения требуют многократного приложения цикличес­ких нагрузок. Свойства асфальтобетонных и битумоминеральных сме­сей в сильной степени зависят от температуры. Обычно укладка и уп­лотнение горячих смесей происходит при температуре бО^-ЦО0. Укладка теплых смесей, приготовленных на менее вязких и жидких битумах, производится при более низких температурах. По мере уплотнения ввиду падения температуры смесей вязкость повышается на
несколько порядков, и поэтому особенно важно еще до более значитель­ного охлаждения смеси успеть уплотнить ее до требуемой плотности. В противном случае уплотнение вообще становится невозможным. При выборе параметров машин, служащих для уплотнения этих материалов, особенно важно иметь в виду быстрое возрастание сопротивлений сме­сей внешним нагрузкам, которое происходит не только ввиду сближения отдельных частиц и образования более плотной структуры, но и из-за непрерывного охлаждения смеси.

Применяемые при устройстве дорожных покрытий цементобетоны могут иметь разную жесткость. Следовательно, связи между частицами будут разной прочности. Однако все цементобетоны при встряхивании или вибрации обладают ярко выраженными тиксотропными свойствами. В результате таких воздействий связи между частицами этих бетонов полностью разрушаются и сами бетоны по своим свойствам приближа­ются к тяжелой жидкости. Поэтому для уплотнения цементобетонов вибрационный метод становится не только пригодным, но и единствен­ным технически целесообразным и экономически выгодным.

В настоящее время ввиду высоких скоростей движения автотранс­порта предъявляются повышенные требования к ровности поверхности дорожных покрытий. Эта ровность в значительной мере зависит от каче­ства уплотнения покрытия. Следовательно, машины для уплотнения дол­жны отвечать определенным требованиям. Они в первую очередь каса­ются интенсивности воздействия рабочих органов машин на слой уплот­няемого материала. При излишне высоких удельных давлениях на по­верхностях контактов рабочих органов с материалом будет иметь мес­то его пластическое течение (выдавливание) из-под рабочих органов, что при укатке влечет за собой еще и волнообразование, значительно ухуд­шающее ровность поверхности. Следует отметить, что все дорожностро­ительные материалы укладываются и уплотняются слоями, толщины которых иногда весьма незначительны. Поэтому развивающиеся под рабо­чими органами напряжения не локализируются внутри слоя, а передают­ся на его основание, которое может быть слабым. В этих случаях излиш­не интенсивные воздействия повлекут за собой неровности уже не толь­ко поверхности уплотняемого слоя, но и его основания, что значительно ухудшит качество работы. Вместе с тем при незначительных удельных давлениях не будет достигнута требуемая плотность уплотняемого слоя. Отсюда можно сделать вывод, что при уплотнении дорожных оснований и покрытий давления под рабочими органами машин должны быть опти­мальными. Ввиду того что сопротивляемость материалов в процессе их
уплотнения возрастает, должны также возрастать и удельные давления. Поэтому еще даже в большей степени, чем в случае грунтов, становится актуальным предварительное уплотнение материалов более легкими средствами.

Уплотнение дорожных оснований и покрытий может осуществляться укаткой и вибрационными методами. Применяемые для этого средства механизации могут быть разделены на катки и вибрационные машины. Катки устраивают только самоходными. Они могут быть с гладкими валь­цами и на пневматических шинах. На некоторых гладких катках один из вальцов при помощи специального механизма вводится в состояние колебательных движений. Такие катки называются вибрационными в отличие от обычных, называемых катками статического действия. Последнее название условно, так как при работе этих катков на поверх­ности уплотняемых материалов развиваются циклические нагрузки с высокой скоростью изменения напряженного состояния. Поэтому, стро­го говоря, эти катки никак нельзя назвать статическими.

Вибрационные машины применяются главным образом для уплотне­ния покрытий, устраиваемых из цементобетонных смесей. Часто вибра­ционными агрегатами снабжают машины, которые служат не только для уплотнения, но и для выглаживания бетонной поверхности, а иногда и для распределения бетона.

Катки на пневматических шинах для уплотнения асфальтобетон­ных и черных смесей стали применять недавно. В отличие от катков с гладкими вальцами эти катки не дробят щебень и поэтому могут уплот­нять смеси, составленные из слабых каменных материалов. Кроме того, при движении пневмокатков уплотняемый материал получает более равномерное обжатие, поэтому склонность его к волнообразованию мень­ше, чем при катках с гладкими вальцами, что допускает более высокие скорости движения. Особенно эффективны эти катки при уплотнении асфальтобетонных смесей с высоким содержанием щебня.

Катки на пневматических шинах с успехом применяют также при уплотнении щебеночных и гравийных дорожных оснований. Песчаные основания могут быть уплотнены этими катками при пониженных давле­ниях в шинах.

При движении катков поверхность уплотняемого материала подвер­гается воздействиям циклических нагрузок. Асфальтобетонные смеси Укладываются тонким слоем (4-8 см), поэтому при перекатывании ва­лец катка деформирует не только сам слой, но и его основание. Значит при расчете развивающихся на поверхности контакта напряжений еле-
дует принимать какой-то эквивалентный модуль деформации, который меньше модуля основания и несколько больше модуля горячего асфаль­тобетона. Эквивалентный модуль деформации в начале уплотнения ра­вен 20-25 МПа, а в конце — 50-80 МПа.

Выше отмечалось, что для получения ровного и плотного дорожного покрытия удельные давления на поверхности не должны превышать допу­скаемых пределов. Эти пределы для катков с гладкими жесткими валь­цами даны в табл. 14.1.

Таблица 14.1. Допустимые значения удельных давлений в МПа при укатке слоев различных материалов Вид уплотняемого материала В начале уплотнения В конце уплотнения Щебеночное основание 0,6-0,7 3,0-4,5 Гравийное основание 0,4-0,6 2,5-3,0 Асфальтобетон горячий 0,4-0,5 3,0-3,5 Грунт, укрепленный цементом 0,3-0,5 4,0-5,0 Грунт, укрепленный битумом 0,3-0,4 1,0-1,5

При уплотнении дорожных оснований и покрытий катками на пневма­тических шинах давление в них в начале укатки устанавливается рав­ным 0,2-0,3 МПа, а в конце — 0,55-0,6 МПа.

По мере уплотнения слоя материала его сопротивляемость внеш­ней нагрузке постепенно повышается, а следовательно, снижается с каж­дым проходом глубина погружения вальца катка. Это, с одной стороны, ведет к непрерывному повышению развивающегося на поверхности кон­такта максимального напряжения, а с другой — снижает глубину актив­ной зоны. Последняя определяется минимальным поперечным разме­ром поверхности контакта вальца с уплотняемым материалом. Таким минимальным размером является полухорда, стягивающая ту часть окруж­ности вальца, которая погружена в материал. Величина этой полухорды уменьшается по мере уплотнения. Оптимальную толщину уплотняемого слоя следует выбирать по глубине активной зоны. Здесь в связи с большой жес­ткостью уплотняемых материалов оптимальные толщины слоев меньше, чем при уплотнении грунтов. В зависимости от удельного линейного дав­ления они могут ориентировочно определяться по табл. 14.2.

Таблица 14.2. Оптимальные толщины укатываемых слоев в см Удельное линейное давление Н/см Щебень и гравий Битумощебеноч­ные и битумогра­вийные смеси Асфальто­ бетон 200-400 8-12 6-7 4-5 410-600 12-15 8-10 5-6 610-800 15-20 10-21 6-8

Исходными параметрами для расчета являются: ширина и толщина укладываемого слоя покрытия, необходимый темп производства работ, параметры, характеризующие свойства укладываемого материала. Рас­чет предусматривает: определение технической производительности и
параметров отдельных рабочих органов, выполнение тягового расчета в рабочем и транспортных режимах, определение кинематических пара­метров гидросистемы и мощности. Затем выполняют расчет на проч­ность и надежность.

Производительность (т/ч) пластинчатого питателя

П = Fvp0k, ka, (13.32)

где F — площадь сечения материала, ограниченная высотой подъема зас­лонки, м2; v — скорость движения скребковой цепи питателя, v = 0,5^-0,6 м/с; р0 — насыпная плотность укладываемой смеси, с0 = 1,8 т/м3; к, — скоростной коэффициент производительности, kr = 0,8; ky — коэф­фициент уплотнения смеси, ку = 1,05.

Площадь (м2) сечения материала определяют исходя из заданной производительности:

F = П/ (vp0ktky) . (13.33)

При заданной ширине питателя определяют высоту поднятия за­слонки (м):

h = F/B, (13.34)

3 ‘ п ’

где Вп — ширина питателя.

Производительность (т/ч) распределяющего шнека

Пш =36QQD? itmnp0kiki (13.35)

где Ош — диаметр шнека, Dm = 0,2-^0,4 м; tm — шаг шнека, tm ~ Dj п — частота вращения шнека, п = 70-^80 с’1; kn — коэффициент снижения производительности вследствие проскальзывания и прессования матери­ала, kn = 0,9; ks~ коэффициент заполнения сечения, k3 = 0,7.

Производительность (т/ч) укладчика непрерывного действия

/7 = В h v р k, (13.36)

у с г, у~к в ’

где Вс — ширина слоя, м; hc — толщина укладываемого слоя, м; v —

рабочая скорость укладчика, м/ч; рк — насыпная плотность уплотненно­го материала, т/м3; k — коэффициент использования рабочего времени, k = 0,8. ‘

в

Возможную ширину укладки (м) определяют, задаваясь рабочей скоростью и толщиной укладки:

В = П /(hv р k ) . (13.37)

С у С у К в

Тяговый расчет выполняют для установления развиваемого приво­дом асфальтоукладчика тягового усилия, необходимого и достаточного для преодоления сил сопротивлений, возникающих при работе машины:

(13.38)

Т > SW, где SW = W + W„+W+W

с ’ с I 2 3 4

Суммарная сила сопротивления передвижению складывается из сил сопротивлений: передвижению самого асфальтоукладчика трению рабочих органов по укладываемой смеси W2; перемещению перед рабо­чими органами асфальтоукладчика призмы смеси W3 и перемещению от толкания самосвала W4.

Сила сопротивления передвижению асфальтоукладчика в рабочем режиме определена выше.

Сила сопротивления трению рабочих органов по укладываемой смеси

(13.39)

где Оро~ сила тяжести рабочих органов и механизмов, воспринимаемая покрытием через выглаживающую плиту, Н; / — коэффициент трения скольжения рабочих органов по укладываемой смеси.

(13.40)

Сила сопротивления перемещению призмы смеси перед рабочими органами укладчика

W=G/u,

3 пр~ пр

где Gnf — вес призмы смеси, Н; jU — коэффициент внутреннего трения укладываемой смеси, ц = 0,8.

Вес призмы (кН)

(13.41)

где Нп — высота призмы, м.

С? ила сопротивления передвижению при толкании самосвала

(13.42)

W4=(Ga + Gj(fK±i) ,

где Ga — вес заправленного самосвала, Н; Ga6 — вес смеси в кузове в момент начала выгрузки, Н; / — коэффициент сопротивления перекаты­ванию колес самосвала, / = 0,02+0,03.

* К

Так как коэффициент сопротивления перекатыванию колес с жест­кими шинами по щебеночному основанию может быть выше и действи­тельный вес самосвала может превысить конструктивный, принимают fK = 0,06. Принимают также, что максимальный угол продольного уклона

дороги при работе на рабочих режимах равен 6°, при транспортных пере­ездах — 10°. Коэффициент сопротивления перекатыванию колес маши­ны в этом случае / = 0,03.

Суммарное тяговое усилие по сцеплению

Ш <Р (р, (13.43)

СЦ СЦ’СЦ ’

где Р — нагрузка, приходящаяся на ведущий мост в рабочем режиме на различных уклонах, Н; <рсц — коэффициент сцепления ведущих колес с основанием, для щебеночного или асфальтобетонного основания ер = 0,3-5-0,5.

сц „

Общая мощность складывается из мощности, необходимой на при­вод питателей Nг шнека Nr трамбующих брусьев N3, вибрационных плит

EN. = n/Nl + n2N2 + n3N3 + n4N4 , (13.44)

где пґ п, п3, п4~ число соответственно питателей, шнеков, трамбующих брусьев, вибрационных плит.

Мощность привода питателей (кВт)

N,= WvkJ 1000 , (13.45)

где W — сила сопротивления перемещению смеси и цепей со скребками, Н; v — скорость движения цепи, м/с, v = 0,5+0,6 м/с; kd — коэффициент динамичности, принимают kd — 1,2+1,3.

Сила сопротивления перемещению

W=bhL(opgg, (13.46)

где b — ширина питателей, м; h3 — высота щели под заслонкой, м; L — длина питателя, м; — коэффициент сопротивления транспортирова­нию, принимают со = 0,2+0,3.

Мощность привода распределяющих шнеков (кВт)

N2= allLcO’gKj 1000, (13.47)

где а — коэффициент, учитывающий расход смеси, а = 0,6; Я — производи­тельность шнеков, кг/с; L — максимальный путь перемещения смеси, м; со/ — коэффициент, характеризующий свойства смеси, а>х — 5; в формулу введен коэффициент запаса Кз = 1,5, учитывающий возможный подпор смеси под действием питателя.

Мощность привода трамбующего бруса расходуется на преодоление сил трения об асфальтобетонную смесь и выглаживающую плиту, а так­
же на преодоление сил сопротивления среды при ее уплотнении подо­швой трамбующего бруса.

Сила трения (Н) трамбующего бруса об асфальтобетонную смесь при его возвратно-поступательном движении

Fmp^=Wnpf,, (13.48)

где W — сила сопротивления перемещению призмы смеси перед бру­сом без учета влияния части смеси, увлекаемой отражательным щитом, Н; /, " коэффициент трения бруса по смеси, f= 0,5-Ю,6.

Сила сопротивления перемещению призмы смеси (Н)

W = G и, (13.49)

пр пр ~ пр ‘

где G — вес призмы смеси, Н; рпр — коэффициент внутреннего трения

укладываемой смеси, р, = 0,7-0,8.

Вес смеси, находящейся перед брусом (кН):

G =bh L о„п (13.50)

пр пр nf^O 4

где hnp — высота призмы, м; Lnp — длина призмы, м.

Сила трения о выглаживающую плиту (Н)

F = (S + W )[, , (13.51)

ПР 4 ПР ПГ 1 бр ’ 4 ‘

где Snp — усилие поджатия пружины, Н; / — коэффициент трения трамбу­ющего бруса о плиту, / = 0,2-J-0,3.

Суммарное сопротивление трению (Н)

F — F,+F. (13.52)

тр трамб пл

Работа суммарной силы трения за один оборот вала привода

А = 4eF, (13.53)

тр ’ ‘

где е — эксцентриситет вала привода трамбующего бруса, е = 0,005-Ю,007 м.

Удельное сопротивление смеси при движении бруса вниз при ма­лой его ширине принимают постоянным, что равно давлению под кром­кой выглаживающей плиты р = 0,01 МПа. Суммарная сила воздействия бруса на смесь при его движении вниз (Н)

P = p, F6p, (13.54)

гДе Fбр — площадь контакта трамбующего бруса со смесью, м2, Fgp ~ bd {d — ширина кромки борта бруса, d ~ 0,015 м).

Смесь частично уплотняется скосом плиты, поэтому ширину рабо­чей кромки принимают равной толщине ножа d = t.

Работа уплотнения смеси (Нм) за один оборот вала привода

А = 4еР. (13.55)

ЦП ‘ ‘

Суммарная работа (Нм)

А — А + А. (13.56)

тр цп ‘ ‘

Мощность, расходуемая на работу трамбующего бруса (кВт):

N3= /Зпбр/1000, (13.57)

где — коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки за счет инерции бруса, /3 = 1,3+1,4; пб — частота вращения вала привода бруса, п, =25+35 об/с.

Р t п

Мощность привода виброплиты и вибробруса (кВт) определяют по эмпирической формуле

N=k, F. (13.58)

4 уд в. пл

где kyd — эмпирический коэффициент, й^=1,2 + 1,6 кВт/м2; F — площадь контакта виброплиты с асфальтобетоном, Fem = 1пяЬпл (I — длина плиты, м; bnj — ширина плиты, м).

13.2.1. Конструкции машин для постройки асфальтобетонных покрытий

Рис. 13.5. Классификация машин для укладки асфальтобетонных смесей. Ширинах толщина укладки (по типоразмерам): 1 — 3000 х 100 мм; 11 — 6000 х 200 мм; 111 — 8000 х 300 мм; IV —12000 х 300 мм и более.

Распределение, укладка и частичное или полное уплотнение асфаль­тобетонных смесей осуществляются асфальтоукладчиками. Укладчики раз­деляют по производительности, конструкции ходового устройства и рабо­чих органов (рис. 13.5). По производительности асфальтоукладчики бы­вают тяжелого и легкого типов. Тяжелые асфальтоукладчики производи­тельностью 100-400 т/ч и более имеют массу 10-30 т. Они предназна­чены для выполнения больших объемов работ при ширине полосы до 15 м. Вместимость приемного бункера тяжелых асфальтоукладчиков может
достигать 10 м3. Они работают с автосамосвалами грузоподъемностью 25 т. Легкие асфальтоукладчики, производительностью 50-100 т/ч и массой 2,5-8 т предназначены для выполнения небольших объемов работ.

Для строительства дорог местного значения, городских улиц и пло­щадей созданы автоматизированные гусеничные асфальтоукладчики с переменной шириной укладки.

Асфальтоукладчики выполняют следующие операции: прием асфаль­тобетонной смеси в бункер из автосамосвалов на ходу, без остановки машины, транспортирование смеси к уплотняющим органам, дозирова­ние, распределение смеси по ширине укладываемого покрытия и предва­рительное или окончательное уплотнение смеси.

Современные асфальтоукладчики имеют в качестве силовых уста­новок дизельные двигатели. Ходовое устройство (рис. 13.6) включает в себя задний мост с одной парой ведущих пневматических колес и пере­дний мост на управляемых колесах.

Колеса имеют постоянный контакт с грунтом благодаря качающей­ся оси впереди и равномерному распределению нагрузки на ось. Хоро­шему сцеплению с основанием способствует заполнение ведущих колес водой. При плохом состоянии основания и малом сцеплении включает­ся блокировка дифференциала. Траки укладчиков с гусеничным ходо­вым устройством покрыты резиновыми плитами, обеспечивающими хо­рошее сцепление с грунтом. Машина может передвигаться по свежеуло — женному дорожному покрытию.

Гидравлическая система служит для привода вибраторов уплотня­ющих рабочих органов, управления гидромуфтами и включения гидроци­линдров подъема боковых стенок бункера и рабочих органов, а также для управления гидроцилиндрами автоматики. Рабочие органы состоят из обогреваемой виброплиты и трамбующего бруса с отражательным щитом. Они имеют плавающую подвеску и с помощью тяговых брусьев шарнирно прикреплены к раме асфальтоукладчика. Контроль за количе­ством смеси в шнековой камере производится двумя датчиками, установленными у концов распределительных шнеков. По сигналам датчиков с помощью гидроцилиндров, работающих в автоматическом режиме, осуществляется подъем-опускание шиберных заслонок, соответ­ственно увеличивающих или уменьшающих подачу питателей. Такое регулирование позволяет исключить переполнение шнековой камеры смесью и уменьшить налипание материала на элементы конструкции.

Автоматическая следящая система “Стабилослой” для обеспечения ровности покрытия работает по сигналам датчиков продольного и попе­речного профиля. Асфальтоукладчиками управляет оператор с одного из двух постов, расположенных с левой и правой стороны машины. Они имеют дублированное ручное управление с гидромеханическими переда-

чами и поворотный пульт с кнопками включения исполнительных орга­нов асфальтоукладчиков. Укладчики имеют высокую эксплуатационную готовность благодаря быстрому и простому уходу. Они имеют встроен­ное оборудование для централизованного автоматического смазывания всех подшипников, входящих в контакт с горячим материалом. Гусенич­ное ходовое устройство имеет элементы соединения с бессменным сма­зочным материалом. Уровень масла в коробке передач контролируется с рабочего места оператора. Все быстро изнашивающиеся детали: выгла­живающие листы, листы конвейера и лопасти — закреплены винтами, что обеспечивает их быструю замену. В конструкциях укладчиков при­менено большое количество унифицированных, стандартизированных узлов и деталей.

Асфальтобетонная масса, доставляемая автосамосвалами, выгружается в приемный бункер укладчика, затем питателями подается к шнеку, рас­пределяющему массу равномерно по всей ширине. После этого смесь частично или полностью уплотняется трамбующим брусом и выравни­вается выглаживающей плитой. При необходимости окончательное уп­лотнение осуществляется моторными катками.

Рис. 13.6. Основные схемы асфальтоукладчиков с различными ходовыми устройствами: (а — гусеничным; б — колесным): 1 — два скребковых транспортера с гидроприводом и независимым управ­лением; 2 — шиберные заслонки с гидравлическим независимым управлением; 3 — двигатель с шумопоглощающим капотом; 4 — пульт управления; 5 — коробка передач с дифференциалом и тор­мозом; 6 — устройство для централизованного смазывания под­шипников; 7 — гидроцилиндры подъема и опускания бруса; 8 — тяговый брус; 9 — основной вибротрамбующий брус с резонансны­ми вибраторами и электронагревом выглаживающей плиты; 10 — телескопический гидроцилиндр выдвижения бруса; 11 — выдвижной брус; 12 — два шнековых распределителя с независимым гидропри­водом; 13 — гусеничное ходовое устройство с резиновыми грун — тозацепами и долговечной смазкой; 14 — передние управляемые колеса с плавающей осью; 15 — управляемые стенки бункера;

16 — ведущие колеса с пневматическими шинами, заполняемыми водой.

В качестве рабочего органа на самоходных асфальтоукладчиках применяют системы “брус — плита” двух типов — для предварительного и высокого уплотнения (рис. 13.7). В первом случае система состоит из трамбующего бруса и выглаживающей плиты, во втором — включает в себя несколько уплотняющих элементов различного типа. По характеру колебаний различают системы с качающимся брусом, который колеблет­ся в горизонтальной плоскости в направлении, перпендикулярном на­правлению движения асфальтоукладчика, и с трамбующим брусом, кото­рый колеблется в вертикальной плоскости. Последний получил наи­большее распространение. Эксцентриковый вал трамбующего бруса имеет гидропривод, обеспечивающий бесступенчатое регулирование частоты колебаний. Это позволяет подобрать наилучший режим при изменении условий работы (вида укладываемого материала, толщины слоя или ско­рости движения асфальтоукладчика). Асфальтоукладчики могут иметь распределительную и уплотняющую системы переменной ширины. Механизм изменения ширины гидравлический.

Рис. 13.7. Уплотняюще-выглаживающий рабочий орган высокого уплотнения асфальтоукладчика: 1 — распределительный шнек; 2 — трамбующий брус предварительного уплотнения; 3 — основной трамбующий брус; 4 — виброплита с синфазными вибраторами; 5 — привод трамбующих брусьев; 6 — гидроцилиндр подъема и опускания бруса.

Машина для устройства асфальтобетонного покрытия, входящая в состав автоматизированного комплекта для скоростного строительства
дорог, предназначена для приема из автосамосвалов асфальтобетонных смесей, распределения по ширине и уплотнения с одновременной отдел­кой поверхности покрытия. Рабочее оборудование навесное к про­филировщику на типовом четырехопорном гусеничном шасси.

Многоцелевые укладчики с оборудованием высокого уплотнения строительных смесей обеспечивают качественную укладку и высокое уп­лотнение уложенных как цементо-, так и асфальтобетоныых смесей без существенной перестройки рабочих органов. Машины имеют объемный гидропривод. Это позволяет применять в различных вариантах: с обыч­ным стандартным брусом, обеспечивающим только предварительное уп­лотнение, с гидравлически регулируемым выдвижным брусом и с брусом, обеспечивающим высокое уплотнение (рис. 13.8, а, б, в, г). Последний обеспечивает хорошую укладку и уплотнение как толстых, так и тонких слоев с цементным и с битумным вяжущим материалом, эффективно уплотняет жесткий, трудноперерабатываемый материал. Благодаря сокра­щению времени на уплотнение такой брус позволяет уплотнять тон­кие асфальтобетонные слои в холодное время года.

Рис. 13.8. Схема изменения ширины укладки при помощи гидравли­ческой системы выдвижения брусьев: 1 — основные распределитель­ные шнеки; 2 — основной вибротрамбующий брус; 3 — телескопичес­кие гидравлические цилиндры выдвижения секций; 4 — выдвижные вибротрамбующие секции; 5 — съемные участки шнеков;

6 — вибротрамбующие съемные части.

Для укладки цементобетонных смесей на асфальтоукладчике ус­танавливается скользящая опалубка. Кроме того, обязательна уста­новка систем автоматического выдерживания заданных профилей по­крытия. Дозирующие шиберные заслонки пластинчатого питателя
имеют независимое и бесступенчатое регулирование по высоте по­средством гидроцилиндров.

Система выдвижения бруса состоит из двухступенчатой выдвижной телескопической трубы с устройством для фиксации от поворота. На­грев уплотняющих элементов трамбующего и вибрационного брусов в ряде случаев осуществляется электрическими нагревателями. Преиму­щество электронагрева заключается в равномерном распределении теп­лоты и исключении перегрева отдельных участков.

Брус высокого уплотнения является перспективным оборудованием. Он состоит из двух агрегатов для предварительного и дополнительного уплотнения. Агрегат предварительного уплотнения состоит из трамбов­ки и виброплиты. Планка трамбовки движется вниз и вверх посредством эксцентрикового привода. Длина хода трамбовки не зависит от степени плотности укладываемого материала, она постоянна и составляет 4 или 8 мм. В нижнем положении трамбовки нижние кромки ее планки и плоскость основания последующей вибрационного бруса находятся на одинаковом уровне. Частота ударов трамбовки регулируется бесступенчато до 1800 ударов в минуту. Вибрацию возбуждает импульсный гидравлический привод, Бездействующий на упруго подвешенную массу внутри бруса. Под действием синфазных вибровозбудителей вертикального действия брус колеблется с частотой 68 Гц. Амплитуда колебаний массы возбуж­дения регулируется бесступенчато от 0 до 5 мм. Ширина выглаживаю­щей плиты 300 мм.

Агрегаты дополнительного уплотнения следуют за агрегатом пред­варительного уплотнения и представляют собой расположенные друг за другом прессующие планки, обеспечивающие максимальное уплотнение, и второй вибрационный брус. Прессующие планки прижимаются порш­нями цилиндров к покрытию. Они постоянно остаются в контакте с покрытием. Давление прессования планок не зависит от длины хода, как в трамбовках с эксцентриковым приводом, а определяется их опорными поверхностями и действующей силой. Нажимающие вниз поршни ци­линдров передают силу в виде импульсов давления на прессующую планку. Импульсы давления генерируются посредством поворотного золотника. Частоту импульсов можно изменять от 35 до 70 Гц посред­ством изменения частоты вращения вала гидромотора, который связан с поворотным золотником. Сила их прижатия, воздействующая на две прес­сующие планки, больше собственного веса бруса.

Первая прессующая планка имеет малую опорную поверхность и тем самым высокое давление на покрытие. Следующая за ней вторая

прессующая планка имеет большую опорную поверхность, она стабили­зирует достигнутый результат уплотнения. Давление регулируется не­зависимо для обеих планок, от 5 до 15 МПа. При одинаковом давлении первая планка обеспечивает более высокое усилие прессования ввиду меньшей опорной поверхности. Две прессующие планки нагреваются электрическими стержнями так же, как и планки трамбовки.

Для выглаживания поверхности покрытия вслед за прессующими планками установлен второй вибрационный брус. Он отличается от пер­вого более узкой выглаживающей поверхностью и имеет меньший вес. Уплотняющая сила бруса повышается синфазными вибровозбудителями вертикального действия. Второй брус свободно движется по высоте, он плавает на уплотненном покрытии. Согласованная работа каждого из элементов обеспечивает оптимальное уплотнение всех укладываемых слоев. Изменение толщины укладываемого слоя осуществляется измене­нием угла наклона к горизонту трамбовки и первого бруса с помощью гидроцилиндров. Ширина выглаживающей плиты бруса — 200 мм, нагрев плиты — электрический, через внутренние нагревательные стержни.

Асфальтоукладчики с многоцелевыми брусьями высокого уплотнения обеспечивают существенную экономию трудовых, энергетических и ма­териальных ресурсов. Из технологического процесса в ряде случаев могут быть исключены уплотняющие катки. При уплотнении с помо­щью бруса высокого уплотнения исключено боковое вытеснение матери­ала, происходящее обычно при укатке катками. Это экономит 4-6 % материала.

Многоцелевой брус обладает высокой чувствительностью к на­рушению рецептуры уплотняемого материала. Это приводит к необхо­димости предъявлять высокие требования к точности дозирования и ка­честву смеси. Необходимо также обеспечить брус надежным механиз­мом для регулирования и настройки режимов работы каждого из уплот­няющих элементов в зависимости от изменения свойств уплотняемого материала. Целесообразно обеспечить такую перестройку автоматичес­ки в процессе работы без остановки машины.

Профилировщик с фрезерным рабочим органом преодолевает силы сопротивления: Wt — перемещению машины; W’ — резанию грунта фре­зой; W3 — перемещению призмы материала перед отвалом; W4 ~ от преодоления сил инерции машины.

Силу сопротивления перемещению машины определяют так, как указано выше. Сила сопротивления резанию грунта фрезой (Н)

W2 = kpsbzji, (13.1)

где kp — удельное сопротивление фрезерованию фунта, k = 0,7^2,5 Н/мг; s —

толщина срезаемой стружки, м; b — ширина лопасти, м; гл — число лопастей, одно­временно участвующих в процессе фрезерования, гл = га/360 (г — число лопас­тей на роторе; а — угол контакта лопасти с материалом, град; а = arctg(h/г); г — радиус ротора, м; h[ — толщина срезаемого слоя, м).

Сила сопротивления перемещению призмы (Н)

w3 = тг, р§^р > 03.2)

где тпр — масса призмы материала перед отвалом, кг; g — ускорение

свободного падения; /игр — коэффициент трения материала основания.

Силу сопротивления при преодолении сил инерции во время трога — ния с места определяют так же, как было рассмотрено выше.

Возможность передвижения профилировщика массой без пробук­совки следует проверить по выражению:

тпФИ<Рсц>]^1, (13.3)

где (рш~ коэффициент сцепления гусенице основанием; W£= Wf ± W2 +

+ W3 + W^; Ws — горизонтальная составляющая резания грунтов,

W2ip = W2 vn/vo (здесь vn — поступательная скорость машины, м/с; ио — окружная скорость ротора, м/с); W2 имеет знак “плюс” при реза­нии материала снизу вверх и знак “минус” при резании сверху вниз.

Мощность двигателя (Вт), установленного на профилировщике, расхо­дуется на резание (N,) и отбрасывание (N2) материала фрезой и на преодо­ление сопротивления при перемещении машины в процессе работы (N3):

N£=N, + N2 + N3. (13.4)

Мощность (Вт), расходуемая на резание материала основания лопа­стями фрезы:

Nt = kbshzn, (13.5)

где z — число лопастей на роторе; п — частота вращения фрезы, с’1. Мощность, расходуемая на отбрасывание грунта:

N2=mvXm6/2 • (13.6)

где m — масса грунта, отбрасываемого фрезой за 1 с, кг, т — bhvnp (р — плотность материала основания, кг/м3); ио — окружная скорость на концах резцов фрезы, м/с; kom6~ коэффициент отбрасывания, принима­ем для узких лопастей kom6 = 0,75, для широких — kon6= 1.

Мощность, расходуемая на перемещение профилировщика:

N=W, v / г], (13.7)

3 2. max’ v ‘

где vmai — максимальная рабочая скорость профилировщика, м/с; Г] — кпд трансмиссии ходового механизма.

Производительность профилировщика (м3/ч)

П — 3600Bk v, (13.8)

в П 4 ‘

где кв — коэффициент использования рабочего времени; В — ширина обрабатываемой полосы за один проход профилировщика, м.

Усилие (Н), необходимое для перемещения распределительного бункера:

где Pj — сила сопротивления перерезыванию столба бетонной смеси, Н; р — сила сопротивления перемещению бункера по рельсам, Н; Р3 — сила сопротивления сил инерции при трогании с места, Н.

Сила сопротивления перерезыванию столба бетонной смеси (Н)

Р, = к Ь, (13.10)

/ р. см ’ 4

где k см — удельная сила сопротивления перерезыванию столба смеси, зависящая от консистенции, k = 6-^9 кН/м.

Сила сопротивления перемещению бункера по рельсам (Н)

р2 = g(m6 + тсм)[ , (13.11)

где g — ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2; ш6 — масса бунке­ра, кг; m — масса смеси, находящейся в бункере, кг; f — приведенный коэффициент сопротивления перемещению бункера по рельсам, f = 0,05. Сила сопротивления сил инерции при трогании бункера с места (Н)

^К+иОт-, (13.12)

р,

где ve ~ скорость передвижения бункера при распределении смеси, м/с;

t — время разгона машины, tp = 0,5-s-l,5 с.

Мощность, необходимая на перемещение бункера (Вт);

W. v.

N*=-ir, (13.13)

Чб

где 7]6 — кпд механизма привода перемещения бункера.

Силы сопротивления при перемещении самого распределителя скла­дываются из сил сопротивления передвижению всей машины с преодо­лением уклона и сил сопротивления сил инерции при трогании машины с места. Определяют их так, как указано выше.

По суммарной силе сопротивления определяют мощность, необхо­димую для перемещения распределителя.

Мощность двигателя распределителя выбирают из условия одно­временного выполнения рабочих операций по перемешиванию распреде­лительного бункера и подъема загрузочного ковша.

Производительность бункерных распределителей с непосредственной загрузкой бункера (м3/ч)

где V — полезная вместимость бункера, м3; t — время загрузки бункера, с; t2 — время распределения бетонной смеси и возврат бункера под загруз­ку, с; t3 — время, затрачиваемое на переход распределителя на следую­щую рабочую позицию, с.

Производительность распределителя с загрузочным ковшом (м3/ч)

П = 3600V/U, + t2+ t3+ tj, (13.15)

где t — время на перегрузку смеси из загрузочного ковша в распредели­тельный бункер, с.

Сила сопротивления (Н) при передвижении шнекового рас­пределителя складывается из силы сопротивления передвижению маши­ны Wt и силы сопротивления перемещению призмы бетонной смеси перед профилирующими заслонками F.

Wm=Wl + FI, (13.16)

где F, = тг g Цсм, jJLcu — коэффициент внутреннего трения бетонной сме­си, /л = 0,5 — н 0,6.

~ см

Мощность двигателя, необходимую для перемещения машины, опре­деляют так, как описано выше.

Мощность (Вт), необходимая для обеспечения работы распре­делительных шнеков:

Ыш = аПВсо/У]ш, (13.17)

где а — коэффициент, учитывающий долю смеси, перемещаемую непосред­ственно шнеком, а < 1; П — производительность шнека, кг/с; В — ширина полосы распределителя, м; ft) — коэффициент, характеризующий сопротив­ление движению материалов, для бетонной смеси или липких абразивных материалов со = 4, для гравия, песка, цемента (0= 3,2, для асфальтобетона

О) = 5; Г)ш — кпд трансмиссии привода лопастного распределителя.

Сила сопротивления поперечному перемещению бетонной смеси перед распределительной лопастью (Н)

F2 = BPVncM, (13.18)

где V — объем смеси перед лопастью или ковшом, м3; р — плотность смеси, кг/м3.

Сила сопротивления передвижению каретки с рабочим органом (Н)

где G ~ сила тяжести каретки с рабочим органом, Н; k — коэффициент трения качения катков каретки по направляющим, k = (6+8) 104 м;

D — диаметр ходовых колес каретки, м; / — приведенный коэффициент трения подшипников катков, / = 0,05; d — диаметр цапф ходовых кат­ков каретки, м; /J — коэффициент, учитывающий внецентренное по отно­шению к опорным каткам приложение внешних сил G и F2, а также перекосы, загрязнения и защемление в направляющих [5 = 1,8+2,5.

Силу сопротивления передвижению распределителя определяют по формулам, рассмотренным выше.

Производительность распределителей непрерывного действия (м3/ч)

П = hBv k, (13.20)

р»’ ‘ ‘

где h — толщина укладываемого слоя, м; В — ширина слоя, м; vp — рабочая скорость, м/ч; ke — коэффициент использования рабочего времени машины.

Бетоноотделочная машина преодолевает следующие силы сопротив­ления: передвижению машины, перемещению призмы бетонной смеси и трению рабочих органов по бетонной смеси, инерционное сопротивление.

Сила сопротивления (Н) перемещению призмы бетонной смеси, образующейся перед рабочим органом (лопастным валом, уплотняющим и выглаживающим брусьями):

f4=(K+v»+)sp^’ (13-21)

где V V Vg — объемы призм волочения перед разравнивающим, уплотняющим и выглаживающим рабочими органами, м3; р — плотность бетонной смеси, р = (1,8+2) 103кг/м°; ц — коэффициент внутреннего трения бетонной смеси.

Сила сопротивления (Н) трения рабочих органов при их перемеще­нии по бетонной смеси

F = (m + т + т )g, (13.22)

5 у р у ву ‘

где тр, rriy, тд — массы рабочих органов машины, кг; ^ро — коэффициент трения рабочего органа по бетонной смеси; ц = 0,5.

Сила инерционного сопротивления (Н), возникающего при трогании машины с места:

F,= mv /1 , (13.23)

6 р’ р’ ‘ ‘

где v — рабочая скорость перемещения машины, м/с; t — время разгона машины, t = 1,5+2,0 с. Р

Общее сопротивление

Тяговое усилие необходимо проверить на возможность его реализа­ции по условиям сцепления.

Мощность двигателя бетоноотделочной машины складывается из мощности, расходуемой на передвижение машины, привод рабочих орга­нов и вспомогательных механизмов.

Мощность Nr расходуемая на передвижение машины, определяют, как указано выше.

Мощность (Вт) на привод вибробруса определяют по эмпирической формуле

N =kF, (13.25)

пр. в ‘ ‘

где k — удельный расход энергии, Вт/м2, k = (1,0-^-1,3) Ю3; F — площадь вибробруса, м2.

Мощность (Вт) привода трамбующего бруса расходуется на подъем бруса и преодоление сил сопротивлений трения в цапфах привода:

N„„.6 =(m6pga+nPd)-^-i (13.26)

где m6i> — масса бруса, кг; а — амплитуда колебаний бруса, м; / — коэффи­циент трения опор вибровала, / = 0,005+0,01; Р — возмущающая сила возбудителя бруса, Н; d — диаметр цапф возбудителя, м; п — частота колебаний бруса, об/с; Т]б — кпд привода бруса.

Суммарная сила сопротивления поперечным колебаниям

F7=(F4 + meg)tipo. (13.27)

Мощность (Вт), необходимая для работы бруса с поперечными колебаниями:

N, = 4aFTn k4/г), , (13.28)

б. п 7 кол ‘ ‘б ’

где а — амплитуда поперечных колебаний, м, а — 0,4-^-0,7; п — число поперечных колебаний, 1 /с; зб — КПД привода бруса.

Общая мощность (Вт) двигателя бетоноотделочной машины с учетом мощности привода вспомогательных механизмов системы управления

+ (13-29)

где = Nl+Nnpjl + N6jl ; Ne — мощность привода вспомогательных ме­

ханизмов, Ne = (3-^-5) 103 Вт; Nn ~ мощность привода гидросистемы управления, Nn = (5+7) 103 Вт.

Производительность (м/ч) бетоноотделочной машины зависит от числа проходов, необходимых для отделки покрытия:

_ 3600 1кн

“ /,>.+я/,/V, +«/>,„„ ’ (13-30)

где / — длина обрабатываемого участка, м; 1о — длина пути одного хода, м, / = I + ln + I (1п ~ длина перекрытия участка, 1п = / м; 1р — расстояние между первым и последним рабочими органами); и/ — скорость машины при первом проходе, м/с; п — число повторных проходов; v2 — скорость машины при последующих проходах, м/с; v — транспортная скорость заднего хода, м/с.

Минимальная ширина бруса из условия равномерного уплотнения слоя по всей глубине должна быть больше или равна толщине слоя h, т. е. — b. > h.

mm

Длина основания вибробруса определяется шириной укладываемой полосы. Поступательную скорость машины выбирают исходя из усло­вия обеспечения минимально необходимого времени вибрирования:

v = b/tmia, (13.31)

где Ь — выбранная ширина вибробруса, м; t — минимально необходимое время вибрирования смеси, с.

Для уплотнения пластичных бетонов время вибрирования должно быть не менее 15 с, жестких бетонных смесей — 15-30. При вибрации от нескольких виброэлементов синхронность их работы обеспечивают при­менением жесткой кинематической связи между отдельными виброэле­ментами.