Портал о строительстве и ремонтных работах

Архивы за Октябрь 2014

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.

13.1. Автоматизированные комплекты машин для строительства цементобетонных покрытий

13.1.1. Состав комплектов машин для строительства цементобетонных покрытий

Машины для строительства цементобетонных покрытий в основ­ном выпускают двух типов: с колесно-рельсовым ходовым устройством (для их работы необходимо наличие рельс-форм) и машины со скользя­щими формами с гусеничным ходовым устройством. Последние получи­ли наибольшее распространение, и их выпускают двух размеров: боль­шой производительности для строительства магистральных дорог и взлет­но-посадочных полос и малой производительности для дорог местного значения.

Наиболее эффективно скоростное строительство цементобетонных покрытий осуществляется автоматизированными комплектами машин со скользящими формами. Комплект машин составляют группа основных машин и дополнительное технологическое оборудование. Основной груп­пой машин комплекта являются: профилировщик основания (рис. 13.1, а), распределитель бетона (рис. 13.1, б), бетоноукладчик со скользящими формами (рис. 13.1, б), бетоноотделочная машина и распределитель пленкообразующих материалов. В дополнительное оборудование вхо­дят: конвейер-перегружатель, тележка для арматурной сетки, вибро — — погружатель арматурной сетки, нарезчики продольных и поперечных швов, * заливщик швов, трейлеры для транспортирования машин комплекта. Э Профилировщики дорожных оснований предназначены для разра — Ї ботки корыта в целинном грунте и профилирования его дна, а также для 3 окончательного профилирования и уплотнения песчаного основания или 2 основания из грунта, укрепленного вяжущим материалом. Они оснаще — w ны профилирующим и уплотняющим рабочими органами. §

По типу рабочего органа профилировщики бывают ножевыми и ь фрезерными. Ножевые профилировщики снабжены уплотняющим виб — 6 робрусом. Рабочий орган — отвал с профилирующим ножом. Он оконча — | тельно профилирует основание, срезая излишки грунта и частично его 2 перераспределяя. Механизмом подъема и опускания регулируют высо — ч

ту заглубления. Фрезерный рабочий орган машины представляет собой отвал с закрепленными на нем фрезой для профилирования укреплен­ных грунтов или шнеком для профилирования песчаных оснований. Сменные резцы фрезы с пластинками из твердого сплава расположены по винтовой линии. Транспортер удаляет срезанный материал за преде­лы основания.

Рис. 13.1. Машины автоматизированного комплекта для скоростно­го строительства цементобетонных покрытий: а — профилировщик основания; б — распределитель (перегружатель); в — бетоноуклад­чик; 1 — кронштейн рамы; 2 — вилка гусеничной тележки; 3 — гусе­ничная тележка; 4 — силовая установка; 5 — пульт управления; 6 рулевой гидроцилиндр; 7 — основная рама; 8 — фреза-шнек: 9 — привод фрезы-шнека; 10 — отвал фрезы-шнека; 11 — шнек; 12 — привод шнека; 13 — отвал шнека; 14 — приемный бункер; 15 — рама транспортера; 16 — блок выдвижного транспортера; 17 — генератор привода глубинных вибраторов; 18 — бак для воды; 19 — скользящие формы (боковая опалубка); 20 — рама рабочих органов.

Фрезу и отвал можно настраивать на плоский и на двухскатный поперечные профили основания. Уплотнение подстилающего песчаного основания осуществляется вибробрусом.

Бетонораспределители принимают смесь из автосамосвалов или автобетоносмесителей и распределяют ее по дорожному основанию сло­ем заданной толщины. Распределители являются машинами непрерыв­ного и периодического действия. Бетонораспределители непрерывного действия распределяют смесь, поступающую на основание строящейся дороги. Они имеют высокую производительность и требуют четкой орга­низации работ по доставке смеси к месту ее укладки. Распределители периодического действия работают циклично. Новая порция бетона рас­
пределяется по основанию после распределения предыдущей порции и передвижения машины на новую позицию.

По конструкции рабочих органов все распределители бывают бун­керными, шнековыми, лопастными, ковшовыми. Бункерные относятся к машинам периодического действия, остальные — к машинам непрерыв­ного действия.

Смесь, выгруженную распределителем на дорожное основание, рав­номерно распределяют в поперечном направлении шнеком, лопастью или ковшом и предварительно разравнивают отвалом. Окончательное профилирование покрытия осуществляется профилирующими заслонка­ми, которые можно устанавливать на односкатный или двухскатный по­перечный профиль покрытия.

Бетоноотделочные машины осуществляют разравнивание, про­филирование, уплотнение и окончательную отделку (выглаживание и затирку) поверхности покрытия. Машины данного типа следуют за бе — тонораспределителем. Бетоноотделочная машина имеет разравнивающий, уплотняющий и выглаживающий органы. Разравнивающий орган — это лопастный вал, шнек или вибробрус. Для уплотнения бетонной смеси применяют вибрационный или трамбующий брусья. Выравнивание и выглаживание поверхности бетонного слоя производится выглаживаю­щей лентой или брусом, совершающим качательные движения в гори­зонтальной плоскости, а также выглаживающими плитами с вертикаль­ными колебаниями. Бетоноотделочные машины имеют один рабочий орган — вибрационный или трамбующий брус, два рабочих органа — уплотняю­щий и выглаживающий брусья, три рабочих органа — разравнивающий, уплотняющий и выглаживающий брусья, четыре рабочих органа — вибра­ционный, трамбующий и разравнивающий брусья, а также выглаживаю­щую ленту. Технологическая операция выполняется сразу несколькими рабочими органами: уплотнение — вибрационным и трамбующим брусь­ями, а отделка поверхности — разравнивающим брусом и выглаживающей лентой. Идет переход к универсальным рабочим органам, выполняю­щим несколько операций.

Профилировщик основания, входящий в комплект, имеет унифициро­ванное самоходное четырехгусеничное базовое шасси с автоматической следящей системой управления рабочими органами по заданному курсу и профилю (рис. 13.1, а). Основная рама представляет собой сварную кон­струкцию коробчатого, сечения. Установленные соосно две фрезы пред­назначены для первоначального фрезерования, рыхления и распределения грунта основания по ширине обрабатываемой полосы. Шнеки удаляют

излишки грунта на обочину дороги или ленту конвейера-перегружателя, а также распределяют материал по ширине основания. Каждая фреза и шнек имеют свой независимый и взаимозаменяемый привод.

Распределитель комплекта (рис. 13.1, б) предназначен для приема бетонной смеси с обочины из самосвалов и распределения ее по ширине основания. Снизу к основной раме прикреплены фреза-шнек и отвал. Конструкция рабочих органов позволяет регулировать положение их кра­ев и середины с помощью трех гидроцилиндров для получения одно — и двухскатного профилей покрытия. Машина оснащена выдвижным транс­портером.

Конструктивной особенностью комплекта является применение базового самоходного унифицированного четырехопорного гусеничного шасси и максимальная унификация узлов привода рабочих органов, гид — ро — и электрооборудования, аппаратуры автоматики (рис. 13.2) и сило­вых установок.

Рис. 13.2. Схема автоматического контроля положения базового шасси: 1 — стойка-стержень; 2 — поперечная штанга; 3 — датчик уровня с копиром; 4 — нивелирная рейка (репер); 5 — рама планировщика.

Бетоноукладчик комплекта (рис. 13.1, е) служит для разравнивания, профилирования, уплотнения и отделки бетонной смеси. На основной раме машины закреплены шнек, отвал шнека, глубинные вибраторы, вибробрус — дозатор, первый и второй качающиеся отделочные брусья, плавающая вы­глаживающая плита и боковые скользящие формы (рис. 13.3). Шнек пред­назначен для распределения смеси и состоит из двух независимых частей, имеющих боковой гидравлический привод. Отвал шнека имеет плоскую форму и служит для создания подпора смеси в шнеке. Глубинные вибра­торы обеспечивают равномерную плотность смеси по всей толщине слоя (рис. 13.4). Вибраторы со встроенными асинхронными электродвигателя­
ми закрепляют на У-образных пружинных рычагах к состоящей из двух частей трубе, которая поворачивается вокруг оси горизонтальным гидро­цилиндром. Частота вибрации глубинных вибраторов 180 Гц.

Рис. 13.3. Схема действующих сил на рабочие органы бетоноук­ладчика: 1 — шнек; 2 — отвал шнека; 3 — глубинный вибратор; 4 — вибробрус-дозатор; 5 — первичный качающийся брус; 6 — вторич­ный качающийся брус; 7 — выглаживающая плита.

Вибробрус-дозатор вторично распределяет и выравнивает смесь после ее проработки глубинными вибраторами.

Два качающихся бруса предназначены для придания покрытию тре­буемого профиля и отделки по поверхности. Брусья состоят из двух час­тей коробчатого сечения. Возвратно-поступательное движение брусьев в поперечном направлении относительно укладываемого покрытия осуще­ствляется четырьмя гидромоторами. Окончательная отделка поверхности производится плавающей плитой, состоящей из двух частей. Боковые сколь­зящие формы формируют боковые поверхности бетонного покрытия.

Рис. 13.4. Схема уплотняющего рабочего органа с поверхностным (а) и глубинным (б) вибратором: 1 — дозирующая заслонка; 2 — вибро­брус; 3 — глубинный вибратор; 4 — профилирующая заслонка.

Бетоноотделочная машина предназначена для окончательной отдел­ки поверхности покрытия и придания ей требуемой текстуры бетона. Машина многопроходная и смонтирована на четырехколесном базовом шасси. Снизу к раме на вертикальной поворотной и подъемной цапфе подвешены две дюралевые трубы. Над ними установлены два трубопро­вода с запираемыми соплами для смачивания труб. Трубы перекрывают одна другую и передают на бетон только свой вес. Сзади к раме крон­штейнами прикреплена тканевая драга, которая орошается водой и пере­двигается по поверхности цементобетонного слоя.

Распределитель пленкообразующих материалов служит для их на­несения и создания на покрытии шероховатой поверхности. Машина вы­полнена однопроходной на самоходном четырехопорном колесном базо­вом шасси. К основной раме прикреплены две поперечные траверсы, по которым перемещается относительно покрытия щетка, создающая шерохо­ватость поверхности покрытия. К передней части рамы подвешен барабан для пленки. Сзади к раме подвешены распределительная труба для рас­пределения жидких пленкообразующих материалов и два выносных со­пла для обработки боковых поверхностей покрытия.

Бетонные смеси в больших количествах приготовляют на специаль­но организованных предприятиях — бетонных заводах. По продолжитель­ности действия бетонные заводы разделяют на стационарные, полустаци — онарные (инвентарные) и передвижные, называемые обычно установками.

Стационарные заводы рассчитывают на длительную, постоянную ра­боту на одном месте. Полустационарные заводы устраивают сборно-раз­борными, и они работают на одном объекте обычно от одного года до трех лет. Передвижные заводы (установки) могут в течение одного сезона перемещаться несколько раз с одного объекта на другой. Их часто исполь­зуют на строительствах с небольшим потреблением бетона (установки малой производительности) или на рассредоточенных объектах и при вы­полнении линейных работ, таких как строительство автомагистралей.

По конструктивному исполнению такие установки разделяют на передвижные и инвентарные.

В передвижных мобильных установках технологическое оборудова­ние расположено на шасси прицепов или на салазках. Такие установки перебазируют в собранном виде. После прибытия на объект приготов­ление бетонной смеси может быть начато через 0,5-2,0 ч при наличии исходных материалов. При этом, как правило, не требуется приямков, фундаментов, металлических каркасов.

Инвентарные сборно-разборные установки имеют значительную производительность (до 240 м3/ч). Их изготовляют в виде отдельных блоков, перевозимых с объекта на объект на трейлерах, прицепах и авто­
мобилях. Опорную раму инвентарных бетоносмеситсльных установок устанавливают на фундаменте. Демонтаж, перебазировка и монтаж та­ких установок производятся в течение нескольких смен. Установки обо­рудуют складами заполнителей и цемента,

По характеру работы заводы и установки могут быть цикличного и непрерывного действия.

По устройству и управлению — неавтоматизированные (с ручным управлением), частично автоматизированные и полностью автоматизи­рованные. В последнем случае приготовление бетонной смеси осуще­ствляется по заданной программе с соблюдением проектного рецепта дозирования материалов, времени смешивания и т. д.

Бетонные заводы могут иметь горизонтальную (партерную) и верти­кальную (башенную) компоновку. В первом случае оборудование размеще­но на большой площади примерно на одном уровне. При проходе по техно­логической линии материалы поднимаются и опускаются несколько раз.

При вертикальной компоновке материалы поднимаются на опреде­ленную высоту только один раз и далее перемещаются вниз по отдель­ным технологическим операциям под действием сил гравитации. Такие заводы занимают небольшую площадь, но имеют значительную высоту (до 30 м). Схема размещения оборудования на заводе башенного типа цикличного действия показана на рис. 12.18.

Фракции щебня и песок подаются в расходные бункера через пово­ротную загрузочную воронку поочередно ленточным конвейером. Цемент подается пневмотранспортной установкой. После дозирования в весовых дозаторах составляющие через загрузочное устройство направляются в один из бетоносмесителей. Готовая смесь выдается в раздаточный бункер, а затем транспортными средствами доставляется к месту ее укладки.

В схеме такого завода можно выделить четыре отделения:

1) надбункерное, где находятся агрегаты пневмотранспортной пода­чи цемента, распределительная поворотная загрузочная воронка и голов­ная часть ленточного конвейера;

2) дозировочное, в котором расположены расходные бункера и дозаторы;

3) смесительное, где установлены бетоносмесители; здесь разме­щен пульт с системой автоматического управления;

4) раздаточное, в котором расположен раздаточный бункер.

По указанной схеме обычно сооружаются стационарные заводы боль­шой производительности, обеспечивающие товарным бетоном крупные строй­ки, дорожное, аэродромное, гидротехническое, ирригационное и городское строительство, а также полигоны бетонных и железобетонных изделий.

Рис. 12.18. Башенная компоновка оборудования бетонного завода: 1 — пневмотранспортная установка для цемента; 3 — ленточный конвейер; 3 — распределительное устройство; 4 — расходные бунке­ра; 5 — баки для воды; 6 — дозатор хлористого кальция; 7 — доза­тор воды; 8 — дозаторы щебня, песка и цемента; 9 — загрузочное устройство; 10 — бетономешалка; 11— раздаточный бункер.

Складирование песка и щебня на таких заводах производится как на открытых складах, так и на складах бункерного типа. Для хранения цемента служат специальные склады силосного типа. Необходимость иметь большой запас материалов, на 10-15 дней работы, обусловливает наличие больших складов песка и щебня, под которые отводится боль­шая площадь. На открытых складах штабеля материалов имеют линей­ное или секторное расположение.

Для подачи материалов со склада в расходные бункера использу­ют ленточные конвейеры, расположенные в траншеях под штабелями материалов и в наклонных галереях.

На заводах, рассчитанных на круглогодичную работу, щебень и пе­сок для предотвращения слеживания целесообразно хранить в обогрева­емых бункерных складах. Кроме того, для нормальной работы завода при отрицательных температурах необходимо:

— производить предварительный подогрев воды до температуры 80-95°С, при необходимости — и минеральных составляющих бетона до температуры 40-60°С;

— в качестве добавок к бетону применять растворы солей (хлори­стого натрия или хлористого кальция);

— бетоносмесительные установки утеплять специальными щитами, а внутри башни завода устанавливать водяное или калориферное отопление;

— утеплять водопроводную и паропроводную системы завода и т. п.

Рекомендуется также производить отопление траншей, в которых

размещены ленточные конвейеры. Для разделения мелких смерзшихся фракций щебня и песка их пропускают через виброгрохот.

На объектах дорожного, аэродромного, гидротехнического и некото­рых других видов строительства, когда не требуется частой смены состава бетонной смеси, наиболее эффективно применение легко перебазируемых передвижных и сборно-разборных установок непрерывного действия.

Технологическая схема бетонорастворосмесительной установки СБ — 61 показана на рис. 12.19. Установка работает со складами цемента СБ-33 или СБ-74 и используется для приготовления как бетонных смесей, так и строительных растворов на объектах с потреблением бетона до 5,0 м3/ч.

Установки СБ-75 и СБ-78 работают по одной технологической схе­ме (рис. 12.20). Они приспособлены для загрузки сухой и готовой бе­тонной смеси в автобетоносмесители, по конструкции аналогичные и предназначенные для работы в летних условиях на рассредоточенных объектах, в том числе в сельском хозяйстве.

Установки состоят из дозировочного и смесительного отделений, ленточ­ного конвейера и склада цемента. Все агрегаты собраны на отдельных метал­лических рамах и могут быть легко смонтированы и демонтированы. Переба­зировка их осуществляется при помощи трейлеров и автомобилей. Установки скомпонованы по двухступенчатой партерной схеме с двукратным подъемом и опусканием материалов; управление работой автоматизировано.

Бетоносмесительные установки СБ-109 и СБ-118, технологическая схе­ма которых показана на рис. 12.21, предназначены для обеспечения бетонной смесью строительства дорог и аэродромов. Установки состоят из блоков, рамы которых выполнены в виде полуприцепов. Дозировочное и смесительное отделения соединены между собой наклонным транспортером.

Рис, 12.19. Технологическая схема установки СБ-61: 1,9- ленточ­ные дозаторы заполнителей; 2, 7, 19 — ленточные конвейеры;

3 — склад песка; 4,6- загрузочные устройства; 5 — бульдозер;

8, 17 — расходные бункера; 10 — пробковый кран; 11- расходный бак воды; 12 — вертикальный винтовой конвейер; 13 — насос для воды; 14 ~ автоцементовоз; 15 — гравитационный цементовоз;

16 — инвентарный склад цемента; 18 — винтовой дозатор цемен­та; 20 — бетоносмеситель; 21 — перегрузочный лоток; 22 — вибро­сито; 23 — растворонасос; 24 — резервуар для известкового тес­та; 25 — винтовой побудитель; 26 — заборный фильтр; 27 — насос — дозатор; 28 ~ бак для известкового молока; 29 — мотор-редуктор.

С5» ‘—— r~—=g^

Puc. /2.2(9. Технологическая схема установок СБ-75 и СБ-78:

1 — маятниковые дозаторы заполнителей; 2 — сборный ленточный конвейер; 3 — наклонный ленточный конвейер; 4 — расходные бункера заполнителей; 5, 20, 21 — двухрукавные течки: 6 — лен­точные конвейеры; 7 — питатели; 8 — расходный бункер цемента; 9 — фильтр; 10 — дозатор цемента; 11, 12 — трехходовые краны;

13 — расходный бак воды; 14 — насос-дозатор; 15 — рукав для отвода воды; 16 — бетоносмеситель; 17 — копильник; 18 — циклич­ный тарировочный весовой дозатор; 19 — автобетоносмеситель.

Заполнители со складов подаются погрузчиками в приемные бун­кера загрузочных конвейеров. Оттуда — подаются дозаторами непрерыв­ного действия на сборный конвейер, которым передаются на наклонный конвейер загрузки бетоносмесителей.

В нижней части наклонного конвейера на слой заполнителей не­прерывно укладывается отдозированный цемент. Бункера оборудуют пневматическими и электромагнитными сводообрушителями.

Цемент в расходный бункер подается либо непосредственно из автоцементовоза, либо пневмовинтовыми подъемниками со склада це­мента. Одновременно с заполнителями и цементом в бетоносмеситель подается жидкость. Система дозирования жидкости состоит из двух ли­ний — бака для воды с постоянным уровнем и насоса-дозатора с дистан­ционным регулированием подачи.

Рис. 12.21. Технологическая схема установок СБ-109 и СБ-118: 1 — склад цемента; 2 — корректирующая система подачи воды; 3 — насос-дозатор; 4 — расходный бак жидкости; 5 — емкость для жидкости; 6 — основная система подачи жидкости; 7 — раздаточ­ный конвейер; 8 — бетоносмеситель; 9 — тарировочный дозатор; 10 — наклонный ленточный конвейер; 11— расходный бункер цемен­та; 12 — дозатор цемента; 13 — ленточные дозаторы заполнителей; 14 — сборный ленточный конвейер; 15 — расходные бункера заполни­телей; 16 — ленточные конвейеры; 17 — склад заполнителей.

Бак для воды обеспечивает постоянный расход, соответствующий примерно половине требуемого количества жидкости. Насосом-дозато­ром подается недостающая жидкость, количество которой регулируется в зависимости от рецептуры смеси.

Для питания установки водой с добавками служит блок бардопри — садки, состоящей из емкости для воды, двух емкостей для 10 %-ной суль­фатно-спиртовой барды, системы трубопроводов и запорных кранов с пневмоприводом и ходовой части.

Для настройки дозаторов цемента и инертных и их весового конт­роля имеется весоконтрольное устройство на базе дозатора АВДН-2400. Оно настраивается контрольными грузами. Отдозированные компонен­ты бетонной смеси через загрузочное устройство поступают в барабан бетоносмесителя гравитационного типа. Выгрузка готовой продукции про­
исходит по двум трактам: непосредственно из бетоносмесителя в транс­порт и через раздаточный конвейер, что позволяет производить непре­рывную разгрузку барабана.

Электрическая схема управления предусматривает автоматический режим работы, дистанционное управление механизмами с главного пульта и управление механизмами с местных пультов при наладочных работах. Главный пульт управления, шкафы автоматики и силовой аппаратуры расположены в передвижном вагоне.

Отечественная промышленность серийно выпускает две бетоно­смесительные партерные установки цикличного действия: СБ-51 произ­водительностью до 7 м3/ч и СБ-70-1 производительностью 15 м3/ч. Установка СБ-70-1 (рис. 12.22) состоит из четырех объемных блоков: смесительного блока с распределительным устройством, расходного бун­кера цемента с барабанным питателем, портала и секторного склада за­полнителя со стреловым скрепером.

Секторный распределитель имеет четыре отсека. На выходных от­верстиях отсеков щебня установлены секторные затворы, а у отсека песка — ленточный питатель. Заполнители поочередно поступают в до­затор заполнителей, а затем в ковш скипового подъемника.

На портале смонтирован смесительный блок с двумя гравитационны­ми бетоносмесителями вместимостью 500 л, дозаторы цемента и воды, ле­бедка скипового подъемника, кабина с пультом управления. В верхней час­ти рамы установлен расходный бункер цемента с лопастным питателем.

Бетоносмесители установлены на подвижной раме, которая, переме­щаясь при помощи гидроцилиндра, обеспечивает поочередную стыковку и расстыковку отверстий бетоносмесителей с лотками загрузочной во­ронки. Опрокидывание барабанов в положение разгрузки производится отдельными гидроцилиндрами при разделенном стыковании. Компонен­ты смеси поступают в загрузочную воронку из ковша скипового подъемни­ка и дозатора цемента и направляются в соответствующий бетоносмеси­тель. Вода распределяется трехходовым краном. Поворот воронки и крана осуществляется перемещением подвижной рамы бетоносмесителей.

По окончании загрузки бетоносмеситель отходит вместе с рамой от загрузочного отверстия распределительной воронки, продолжая сме­шивание. После окончания смешивания барабан автоматически опроки­дывается в положение разгрузки.

Рис. 12.22. Бетоносмесительная цикличная установка СБ-70-1: 1,2,3 — стойки; 4 — стреловой скрепер; 5 — бункер цемента; 6 — загру­зочная труба; 7 — монтажная лестница; 8 — смесительный блок; 9 — опорно-поворотный механизм; 10 — направляющие; 11 — лестница; 12 — упорный брус; 13 — стойки рамы; 14 — дозатор заполнителей; 15 — секторный распределитель.

При отходе одного бетоносмесителя от распределительной воронки Другой занимает положение для загрузки. Таким образом циклы приго­товления смеси повторяются. Электрическая схема установки предус­

матривает автоматический и наладочный режимы работы. При работе в наладочном режиме продолжительность смешивания и время разгрузки устанавливает машинист. Имеется счетчик числа замесов, при выдаче заданного количества которых подается звуковой или световой сигнал. Обслуживают установку два человека.

Бетоносмесители принудительного смешивания подразделяют на чашеобразные и корытообразные. В чашеобразных корпус выполнен в виде чаши цилиндрической формы с одним или несколькими перемеши­вающими валами. В корытообразных корпус оснащен одним или двумя перемешивающими лопастными валами.

При сопоставлении бетоносмесителей принудительного и гравита­ционного смешивания установлено, что удельная энергоемкость бетонос­месителей принудительного смешивания выше, а удельная металлоем­кость примерно одинакова, но с некоторым увеличением в бетоносме­сителях принудительного смешивания. Таким образом, конструктивные технико-экономические показатели бетоносмесителей принудительного смешивания несколько хуже гравитационных. Однако бетоносмесители принудительного смешивания более производительны, они обеспечивают приготовление смесей высокой жесткости, чего нельзя достичь в грави­тационных.

К числу недостатков бетоносмесителей принудительного смешива­ния следует отнести сложность при обслуживании и эксплуатации, свя­занную со сложностью их конструкции, а также быстрый износ смеши­вающих рабочих органов.

В принудительных чашеобразных бетоносмесителях смесь совер­шает вращательное движение под воздействием лопастей или корпуса или одновременно того и другого. При этом преобладающее значение приобретают горизонтальные перемещения ее частиц, а влияние сил тя­жести ограничено.

По конструкции принудительные бетоносмесители с вертикальны­ми валами подразделяют на смесители с эксцентрично и концентрично расположенными валами относительно центральной оси чаши смесите­ля. Это смесители цикличного действия. На рис. 12.11 показаны смеши­вающие устройства, применяемые в чашеобразных бетоносмесителях.

^+’4 Рис. 12.11. Бетоносмесители принудительного действия (чашеоб­разные) с перемешивающими устройствами: а — планетарно­роторный; б — прямоточный с вращающейся чашей; в, г — проти — воточный с вращающейся чашей; д — планетарно-роторный с одним планетарным валом; е — планетарно-роторный с бегунами; ж — планетарно-роторный с двумя скребками; з — роторный.

Бетоносмесители с эксцентрично расположенными валами

подразделяют на прямоточные и противоточные с вращающейся или неподвижной чашей (рис. 12.11, б, в, г, е). Прямоточные имеют направ­ление вращения лопастного вала, совпадающее с направлением движе­ния смешиваемых материалов, обеспечиваемого вращающейся чашей или лопастями, закрепленными на траверсе.

В противоточных бетоносмесителях вращающаяся чаша или тра­верса со скребками направляет смешиваемые материалы к лопаст­
ным валам, вращение которых противоположно вращению чаши или траверсы.

Смешивающие аппараты чашеобразных бетоносмесителей выпол­няют планетарно-роторными и роторными.

Общий вид планетарно-роторного бетоносмесителя с неподвижной чашей показан на рис. 12.12. Чаша состоит из внешнего 17 и внутренне­го 14 цилиндров и днища 16. Внутренний цилиндр предупреждает обра­зование застойной зоны перемешиваемых материалов в центре чаши. Днище и боковые поверхности цилиндров защищены от износа сменны­ми броневыми листами. В днище имеется затвор 13 для выгрузки смеси. Затвор управляется пневмоцилиндром 18. Смесительная чаша сверху закрыта патрубком 1 и крышками люков 10. Над чашей бетоносмесите­ля крепится привод ротора и смесительных лопастных валов, представля­ющий собой мотор-редуктор 4 вертикального типа. Вращение от привода передается через эластичную муфту 5 траверсе 3 и далее через шестер­ни 6, 7, 8 и 9 — к лопастным валам 11, на дисках 12 которых закреплены смесительные лопасти 2. Таким образом, смесительные лопасти враща­ются одновременно вокруг центральной 15 и собственных 11 осей и совершают сложное планетарное движение в кольцевом пространстве, образованном внешним и внутренним цилиндрами чаши. На траверсе при помощи рычагов и кронштейнов прикреплены подгребающая ло­пасть 21 и скребки 19 и 20 для очистки внешнего и внутреннего цилин­дров чаши.

Роторные чашеобразные бетоносмесители (рис. 12.13) более просты по конструкции, чем планетарно-роторные, так как не имеют вращающихся лопастных валов. Их смешивающие лопасти и очистные скребки прикреплены к ротору, вместе с которым вращаются только вокруг центральной оси чаши. Смешивающие лопасти располагаются на разных расстояниях от оси чаши таким образом, чтобы при вращении ротора они перекрывали (если смотреть сверху) всю площадь кольцево­го смесительного пространства (рис. 12.14).

Чашеобразные бетоносмесители выполняют передвижными с объе­мом готового замеса 165 л (загрузка компонентов смеси загрузочным ковшом, управление затвором ручное) и стационарными (загрузка через лотки из вышерасположенных дозаторов, управление затвором от пнев­моцилиндра).

Рис. 12.12. Планетарно-роторный бетоносмеситель с неподвижной чашей.

Рис. 12.13. Роторный бетоносмеситель: 1 — крышка корпуса редуктора; 2 — мотор-редуктор; 3 — электрооборудование; 4 — рама; 5 — пневмо­привод затвора; 6 — смешивающий аппарат; 7 — корпус (чаша).

Рис. 12.14. Перемешивающий аппарат бетоносмесителя: 1 — перемешивающие лопасти; 2 — очистные лопасти; 3 — водило; 4 — амортизаторы; 5 — ротор; 6 — приводной вал.

Смесительные лопасти чашеобразных бетоносмесителей устанав­ливают под определенными углами в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Углы наклона лопастей назначают из условия создания на­правленного наиболее интенсивного движения компонентов смеси при приготовлении. Так, в бетоносмесителе СБ-35 три лопасти установлены в горизонтальной плоскости под углом 45° и две — под углом 52°. В вертикальной плоскости пять лопастей этого бетоносмесителя установ­лены с углом наклона 24°. Бетоносмесители принудительного смешивания с корытообразным корпусом и одним горизонтальным смесительным валом (рис. 12.15, а, б) имеют цилиндрический корпус, в центре которого проходит смеси­тельный вал с жестко закрепленными на нем лопастями. Такие смесите­ли используют главным образом для приготовления растворов. Вмести­мость смесителя по готовому замесу 65-1800 л. Разгрузка осуществля­ется поворотом корпуса вокруг вала или через люк в боковой стенке. Двухвальные бетоносмесители с корытообразным корпусом (рис. 12.15, в) обеспечивают более интенсивное смешивание материалов, чем одновальные и чашеобразные. Такие бетоносмесители используют на бетонных заводах и установках непрерывного действия. Различаются эти бетоносмесители между собой производительностью, размерами и формой рабочих органов.

Сварной корпус двухвального бетоносмесителя (рис. 12.16) футе­рован стальными броневыми листами для уменьшения износа. Внутри корпуса вращаются навстречу друг другу два вала, на которых по винто­вым линиям расположены лопасти.

Рис. 12.15. Схемы корытообразных бетоносмесителей с горизон­тально расположенными валами: а, б — с одним валом; в — с двумя валами.

а)

б)

О

Рис. 12.16. Двухвальный бетоносмеситель с корытообразным корпусом: 1 ~ корпус; 2 — вал; 3 — лопасть; 4 — рама; 5 — копильник (бункер).

Отдозированные исходные сыпучие и жидкие материалы непре­рывным потоком поступают сверху через загрузочное отверстие в сме­ситель. Благодаря винтовым линиям, образованным лопастями, материал передвигается вдоль смесителя и равномерно распределяется, образуя готовую смесь, которая выгружается через нижнюю часть торцовой стенки в стороне, противоположной загрузке. Для предупреждения пыления при работе смеситель сверху закрывают съемными крышками. Такие бето­носмесители имеют производительность (главный параметр) 5, 15, 30 и 60 м3/ч, соответственно мощность двигателя 4, 8, 22 и 40 кВт.

Турбулентные бетоносмесители хорошо зарекомендовали себя при приготовлении подвижных бетонных смесей и строительных раство­ров. Такой смеситель (рис. 12.17) представляет собой корпус с верти­кальной осью, внутри которого со скоростью 6-8 м/с вращается ротор. Отдозированные исходные материалы загружают сверху через загру­зочное окно в крышке корпуса, выгрузка готовой смеси производится снизу корпуса через специальное устройство. При работе смесителя исходные материалы в зоне ротора приходят в вихревое турбулентное движение, отбрасываются к стенкам корпуса, поднимаются по нему на некоторую высоту вверх по корпусу и затем, падая вниз, поступают снова к ротору. Тормозные перегородки, закрепленные на стенках корпуса, пре­пятствуют вращению смеси в горизонтальной плоскости. Достоинства-

ми турбулентных смесителей являются простота конструкции, быстрота приготовления смеси (время смешивания 10-30 с) и ее хорошее каче­ство. К недостаткам можно отнести повышенный расход энергии и не­достаточную долговечность сальникового уплотнения ротора.

В настоящее время выпускают турбулентные бетоносмесители с объемом готового замеса 65, 165, 500 и 800 л.

4

Рис. 12.17. Турбулентный смеситель: 1 — штырь; 2 — ротор; 3 — тормозные перегородки; 4 — крышка; 5 — разгрузочные устрой­ства; 6 — отражательные шайбы.

12.3. Перспективы развития и направления совершенствования бетоносмесителей

В настоящее время ведущее положение среди бетоносмесителей занимают бетоносмесители свободного смешивания. Однако увеличива­ется выпуск бетоносмесителей принудительного смешивания, которые постоянно совершенствуются.

Наиболее перспективными бетоносмесителями принудительного смешивания являются роторные, а свободного смешивания — опрокидные и автобетоносмесители.

В связи с развитием производства сборного железобетона и повыше­нием потребности в жестких бетонных смесях наблюдается тенденция увеличения вместимости роторных бетоносмесителей. Средняя вмести­мость передвижных бетоносмесителей свободного смешивания снижает­ся. Вместимость барабанов автобетоносмесителей во многом определя­ется наличием автомобилей большой грузоподъемности и может быть

увеличена до 10 м3. Наряду с совершенствованием конструкций бетонос­месителей по установившимся схемам разрабатываются новые способы смешивания и новые смесительные машины, в частности вибросмесители. В них благодаря воздействию вибраторов, помещаемых в компоненты сме­си внутри корпуса, или благодаря виброколебаниям самого корпуса осуще­ствляется интенсивное смешивание цемента с заполнителями. При вибро­смешивании гелеобразные вещества, образующиеся из цемента и воды, 12 освобождают защемленную воду, в результате чего жесткие смеси стано­вятся более подвижными, что облегчает процесс смешивания. Кроме того, под воздействием вибрации компоненты смеси, имеющие различные массы, перемещаются друг относительно друга и постоянно соударяются. Наибо­лее перспективными с точки зрения долговечности следует считать виброс­месители, в которых вибрации подвергаются внутренние их части (вал, ло­пасти, шнек и т. п.), а не корпус.

12.1. Классификация бетоносмесителей

Современные бетоносмесители классифицируют:

— по принципу смешивания материалов — на бетоносмесители сво­бодного (гравитационного), принудительного и комбинированного сме­шивания;

— по характеру протекания технологического процесса — на бето­носмесители циклического (периодического) действия и непрерывного действия;

— по степени мобильности — на стационарные, перебазируемые, пе­редвижные и автобетоносмесители;

— по способу загрузки — на бетоносмесители со скиповым ковшом, со специальным дозатором, с загрузочной воронкой и ручной загрузкой;

— по степени автоматизации — на неавтоматизированные, полуавто- матизированные, автоматизированные с программным управлением;

— по типу управления — на бетоносмесители с ручным, электроме­ханическим, гидравлическим и пневматическим управлением.

Кроме перечисленных принципиальных признаков смесители клас­сифицируются по конструктивным признакам: по типу привода, числу двигателей, форме смесительного барабана, типу перемешивающего уст­ройства, расположению оси перемешивающего устройства в простран­стве, способу разгрузки и т. п. Классификация по этим признакам при­водится ниже применительно к конкретным типам бетоносмесителей.

12.2. Гравитационные бетоносмесители

Гравитационный бетоносмеситель представляет собой вращающий­ся барабан, к внутренним стенкам которого прикреплены под опреде­ленными углами лопасти. При вращении барабана материал силами трения, а также лопастями поднимается на некоторую высоту и затем свободно падает вниз. При этом образуются определенные радиальные и осевые потоки движения смеси, в которых различные частицы мате­риала сталкиваются между собой и равномерно перераспределяются по объему замеса.

В гравитационных смесителях используются в основном три вида потокообразования: переменный, радиальный и перекрестный.

На рис. 12.1 показаны условные секционные развертки внутренней поверхности двухконусного барабана с горизонтальными проекциями лопастей и схемы потокообразования. При переменном потокообразо — вании (рис. 12.1, а) донная лопасть формирует поток смеси и направляет его в среднюю зону горловинной лопасти. На горловинной лопасти по­ток смеси изменяет свое направление и движется в задней части дон­ной лопасти и т. д. Таким образом, при смешивании поток изменяет свое направление при переходе с одной лопасти на другую.

а) в) I) г) Рис. 12.1. Виды потокообразования в гравитационных бетоносме­сителях, предложенные Б. И. Ушаковым: а — переменный; б — радиальный; в, г — перекрестный; 1 — секционная развертка перед­него конуса барабана; 2 — горловинная лопасть; 3 — развертка цилиндрической части; 4 — радиальные потоки перемешиваемых компонентов; 5 — донная лопасть; 6 — секционная развертка переходного конуса днища; 7 — осевые потоки перемешиваемых компонентов; 8 — продольная лопасть; 9 — двухскатный плужок.

При радиальном потокообразовании (рис. 12.1, б) лопасти, установлен­ные вдоль горизонтальной оси вращения барабана, не создают осевых потоков.

При перекрестном потокообразовании создаются перекрещивающи­еся или сталкивающиеся потоки смеси. Такое движение обеспечивается соответствующей расстановкой горловинных и донных лопастей (рис. 12.1,

в) или применением лопастного аппарата с двухскатным плужком (рис.

12.1, г). Лопастный аппарат цикличных гравитационных бетоносмесите­лей с конусными барабанами (барабан содержит хотя бы один коничес­кий элемент) имеет от двух до четырех лопастных потокообразующих пар. В смесителях вместимостью до 250 л донная и горловинная лопасти объединены в единый элемент, который выполняет роль потокообразую­щей пары. Как правило, в барабане устанавливают три такие пары.

По форме лопасти бывают плоские, ковшовые, плоские с перегибом и комбинированные. Ковшовые и комбинированные лопасти сложны в из­готовлении и термообработке. Кроме того, затруднено выполнение ремон­тных работ, так как их правильное изготовление возможно лишь в завод­ских условиях. Поэтому при создании новых смесителей использованы плоские лопасти как наиболее простые по конструктивному исполнению.

Гравитационные бетоносмесители имеют сравнительно простую кинематику и конструктивное исполнение, отличаются малой энергоем­костью, простотой обслуживания и эксплуатации, сравнительно малым износом рабочих элементов, обеспечивают возможность работы с круп­ными заполнителями (до 150 мм). Оптимальное время смешивания со­ставляет 60-90 с, а полный цикл приготовления замеса, включая возврат барабана в исходное положение, до 200 с.

Недостатком гравитационных бетоносмесителей является их не­экономичность и плохое смешивание материалов при приготовлении малоподвижных жестких бетонных смесей.

Все гравитационные цикличные бетоносмесители по способу раз­грузки могут быть подразделены на опрокидные, неопрокидные ревер­сивные и неопрокидные с разгрузочным лотком с горизонтальной и наклонной осью вращения.

Опрокидные гравитационные бетоносмесители выпускают в раз­личных конструктивных исполнениях: как с загрузочными устройства­ми, так и без них, передвижными и стационарными, с грушевидными и двухконусными барабанами.

Барабаны опрокидного типа характеризуются быстротой выгрузки, однако для их опрокидывания требуются специальные устройства.

Бетоносмесители с грушевидным барабаном выпускают пере­движными для приготовления бетонной смеси на строительных площад­ках при малых объемах работы и стационарными, используемыми пре­имущественно в условиях заводского приготовления бетонной смеси. В этих бетоносмесителях загрузка и выгрузка материалов производятся с одной стороны. Конструкция бетоносмесителя обеспечивает возможность вращения барабана вокруг его оси при смешивании материалов и опро­кидывания при выгрузке готовой смеси.

Современные опрокидные гравитационные бетоносмесители с гру­шевидным барабаном выпускают с объемом готового замеса 65, 165, 330, 500, 1000 и 2000 л.

Бетоносмесители с грушевидным барабаном при объеме готового замеса 65 л (рис. 12.2) выполняют на колесном ходу. Они состоят из

смесительного барабана / с тремя лопастями 2, редуктора 3, поворотного штурвала с тормозом 4, фиксирующим барабан в положениях загрузки и перемешивания, рамы 5 с ходовыми колесами 7. Вращение смеситель­ного барабана обеспечивается от двигателя внутреннего сгорания или электродвигателя 6 чеоез клинооеменную передачу.

Рис. 12.2. Бетоносмеситель с грушевидным барабаном с объемом готового замеса 65 л. і

Бетоносмесители с объемом готового замеса 165 и 330 л (рис. 12.3) монтируют на рамах, нижняя часть которых представляет собой полозья.

Рис. 12.3. Бетоносмеситель СБ-16Б: 1 — рама; 2 — загрузочный ковш; 3 — привод загрузочного ковша; 4 — смесительный барабан; 5 ~ привод смесительного барабана; 6 — электрошкаф; 7 — система дозирования.

Загрузка смесительных барабанов этих бетоносмесителей осуще­ствляется загрузочными ковшами, а опрокидывание на разгрузку — вруч­ную поворотным штурвалом или гидроцилиндрами, расположенными в одной из стоек рамы. Эти бетоносмесители могут быть использованы не
только как передвижные на строительных площадках, но и в качестве оборудования заводов сборного и товарного бетона.

Стационарные бетоносмесители с грушевидными барабанами не имеют загрузочного ковша. Их используют для приготовления бетонных смесей на заводах товарного бетона и на заводах ЖБИ большой мощно­сти. Эти бетоносмесители загружаются через лотки из дозаторов.

Вращение смесительного барабана бетоносмесителей с объемом готового замеса 500 и 1000 л осуществляется через консольный выход­ной вал редуктора, расположенного в траверсе (рис. 12.4), а бетоносме­сителя с объемом готового замеса 2000 л — через зубчатый венец, за­крепленный на смесительном барабане (рис. 12.5).

Рис. 12.4. Кинематическая схема бетоносмесителя: 1 — гидроци­линдр; 2 — траверса; 3 — смесительный барабан; 4 — редуктор; 5, 6 — двигатель; 7 — насос; 8 — бак; 9 ~ фильтр; 10 — распределитель.

Рис. 12.5. Барабан бетоно­смесителя СБ-103:

1, 2, 3,5,6 — облицовка;

4 — зубчтый венец;

7 — горловинная лопасть; 8 — корпус; 9 — фланец; 10 ~ кронштейн;

11— донная лопасть;

12 — крышка.

Для предупреждения износа корпусов внутреннюю поверхность смеси­тельных барабанов облицовывают броневыми листами. Внутри барабанов устанавливают по три донных и три горловинных смесительных лопасти.

Гравитационные опрокидные бетоносмесители с двухконус­ным барабаном выпускают с объемом готового замеса 330… 1600 л.

Эти бетоносмесители используют главным образом для оборудова ния заводов товарного бетона.

Двухконусный барабан 6 с закрепленными лопастями 13,14 (рис. 12.6) представляет собой сварную конструкцию из двух полых усеченных ко­нусов (короткого и длинного) и зубчатого венца 8, приваренного к цилин­дрической вставке 15 между конусами. Барабан 6 опирается на траверсу 12 через опорные ролики 10 и фиксируется в определенном положении тремя парами упорных роликов 11. Траверса 12 своими цапфами укрепле­на в подшипниках, встроенных в стойки 2 станины 1. На траверсе 12 закреплен привод 9, передающий вращение на зубчатый венец смеситель­ного барабана. Готовая смесь выгружается при наклоне барабана пневмо­цилиндром 3, шток которого закреплен на кронштейне 4 траверсы.

8

« Рис. 12.6. Бетоносмеситель с двухконусным барабаном: а — общий

* вид; б — схема устройства смесительного барабана; 1 — станина;

ш 2 — стойка; 3 — пневмоцилиндр; 4 — кронштейн; 5 — шип травер-

g сы; 6 — барабан; 7 — обод; 8 — зубчатый венец; 9 — электродвига-

£ тель; 10 — опорные ролики; 11- упорный ролик; 12 — траверса;

^ 13, 14 — лопасти; 15 — цилиндрическая вставка.

х

g Опрокидывание смесительных барабанов этих бетоносмесителей

§ осуществляется гидроцилиндрами либо пневмоцилиндрами, закреплен-

ными на одной из стоек рамы; штоки цилиндров прикреплены к тра­версам.

Для применения на нетиповых бетонных заводах и узлах некоторые бетоносмесители оборудованы скиповыми ковшами, вододозирующей сис­темой, компрессором, управлением, обеспечивающим как автономное руч­ное управление, так и подключение бетоносмесителя к общему пульту.

С)

Неопрокидные реверсивные бетоносмесители с горизонталь­ной осью (рис. 12.7, а) изготовляют большой вместимости. Их применя­ют при строительстве, требующем большого количества бетона. Эти бето­носмесители, как правило, входят в состав бетонных заводов и устано­вок. Разгрузка осуществляется обратным вращением барабана, лопасти которого установлены так, что при вращении в одну сторону происходит перемешивание материала, а при обратном — его выгрузка.

О)

Рас. 12.7. Схемы бетоносмесителей: а — неопрокидной реверсив­ный; б — неопрокидной с выгрузочным лотком.

В неопрокидных смесителях с выгрузочным лотком при загрузке, пе­ремешивании и выгрузке готовой смеси барабан вращается в одну сторону. Перед выгрузкой внутрь барабана вводится лоток (рис. 12.7, б). Поднятая лопастями смесь под действием силы тяжести падает вниз, попадает на лоток и выводится из смесителя. Процесс разгрузки осуществляется легко и при необходимости может производиться частями.

К неопрокидным реверсивным бетоносмесителям с наклонной осью вращения относятся автобетоносмесители. Они в последние годы нахо­дят все более широкое распространение и постепенно вытесняют авто­самосвалы при транспортировании бетонной смеси.

Автобетоносмесители применяют как для транспортирования го­товой бетонной смеси, получаемой на заводах и установках товарного бетона, так и для приготовления бетонной смеси из сухих компонентов, загружаемых в барабан. Применение автобетоносмесителей значительно увеличивает расстояния транспортирования бетонной смеси, позволяет
доставлять потребителю качественную свежеприготовленную смесь независимо от погодных условий и состояния дороги, а также снижает стоимость бетона и улучшает его качество.

Автобетоносмесители выпускают на шасси грузового автомобиля (рис. 12.8), на котором монтируют смесительный барабан с его приводом, систему подачи воды, загрузочное устройство, разгрузочное устройство и рычаги управления смесительным барабаном.

Рис. 12.8. Автобетоносмеситель: 1 — рычаг управления декомпрессо­ром; 2 — бак для воды; 3 — ведомая звездочка; 4 — главный подшип­ник барабана; 5 — смесительный барабан; 6 — бандаж; 7 — загрузоч­ное устройство; 8 ~ лестница; 9 — рычаг управления муфтой сцепле­ния; 10 — рычаг управления подачей топлива; 11- рычаг управления реверсом редуктора; 12 — рама; 13 — шасси; 14 — контрольно-измери­тельная аппаратура: 15 — редуктор привода барабана; 16 — устрой­ство для поворота лотка; 17 — лоток; 18 — опорные ролики; 19 — двигатель привода барабана; 20 — ведущая звездочка.

Смесительный барабан имеет три точки опоры: в передней части он через цапфу опирается на главный опорный подшипник, а в задней через бандаж — на два опорных ролика. Две винтовые лопасти обеспечи­вают захват компонентов из горловины и подачу их внутрь барабана, гравитационное смешивание и выдачу готовой смеси через лоток на лен­точный конвейер, или в бетононасос, или в бадью, или непосредственно к месту укладки. Разгрузка барабана автобетоносмесителя производится при обратном вращении (рис. 12.9).

Рис. 12.9. Кинематическая схема автобетоносмесителя: 1 — насос для подачи воды; 2 — ведущий шкив; 3 — натяжной ролик; 4 — двигатель; 5 — муфта сцепления; 6 — карданный вал; 7 — редуктор; 8 — цепная передача; 9 — главный опорный подшипник; 10 — барабан; 11- бандаж; 12 — опорный ролик.

Система подачи воды состоит из бака, насоса, дозатора и насадка, направляющего струю воды внутрь барабана. Вода в смесительный ба­рабан подается в момент приготовления смеси; после выгрузки барабан промывается.

Установлено, что экономически выгодными являются автобетоно­смесители объемом готового замеса 3-10 м3. Мощность двигателя при­вода барабана 6-7 кВт на 1 м3 готового замеса, частота вращения бараба­на 3-18 мин1.

Гравитационные бетоносмесители непрерывного действия

обычно имеют цилиндрический барабан с горизонтально расположен­ной осью. Бетоносмесители непрерывно загружают сверху через загру­зочную воронку, готовая смесь также непрерывно выгружается с проти­воположного конца (рис. 12.10). Производительность регулируют, изме­няя производительность дозаторов. Такие бетоносмесители хорошо за­рекомендовали себя при приготовлении смеси одной марки. При приго­товлении бетонных смесей разных марок эти бетоносмесители по каче­ству перемешивания и трудоемкости переналадки на новую марку бе­тонной смеси уступают смесителям циклического действия.

Рис. 12.10. Схема гравитационного бетоносмесителя непрерывного действия: 1 — обечайка барабана; 2 — бандаж; 3 — лопасти;

4,5 — устройство для подачи воды; 6 — загрузочная воронка; 7 — привод барабана; 8 — рама; 9 — опорный ролик; 10 — зубчатый венец;

11 — упорный ролик

Наряду с применением битумов и дегтей в чистом виде в каче­стве вяжущего материала при строительстве и ремонте дорожных по­крытий имеет место их использование также в эмульгированном виде, т. е. раздробленными в воде. Кроме вяжущего материала и воды в состав эмульсии входит в небольшом количестве (2-5%) вещество, называемое эмульгатором, которое предохраняет капельки от слияния. В качестве эмульгаторов используются сосновая смола, сульфатное мыло, соапсток, асидол и другие продукты нефтяной и химической промыш­ленности. При смешении минеральных материалов с эмульсиями по­следние распадаются, и выделенный при этом битум прилипает к поверх­ности минеральных частиц, а вода удаляется из смеси или испаряется. В зависимости от скорости распада эмульсии разделяются на быстрорас — падающиеся — при продолжительности распада менее 5 мин; среднерас — падающиеся, если продолжительность распада равна 5 мин, и медленно — распадающиеся — при продолжительности распада более 5 мин.

В отличие от битумов и дегтей, применяемых в горячем состоянии, эмульсии применяются в холодном виде. Это позволяет производить работы с эмульсиями в холодную погоду и с влажным каменным мате­риалом и тем самым удлинить дорожно-строительный сезон и увели­чить коэффициент годового использования парка машин. Применение эмульсии в ряде случаев позволяет уменьшить расход вяжущего мате­риала до 30-35%.

При строительстве дорожных покрытий и оснований с эмульсиями применяются обычные дорожные машины. Уплотнение этих объектов катками должно закончиться до начала распада эмульсий.

Существует несколько способов эмульгирования: механический, акустический, химический, барботирование и др. При любом способе существенную роль играют физико-механические факторы, зависящие от активности и концентрации битума и эмульгатора, теплового режима, технологии работ и т. п.

При механическом способе битум в основном дробится под воз­действием механических усилий: удара, скалывания, растяжения, сжатия, трения и т. п.

При акустическом способе звуковые или ультразвуковые волны пронизывают эмульгируемые жидкости и вызывают в различных точках частиц битума разные ускорения, под воздействием которых частицы разрываются на части.

При химическом способе под воздействием химических реакций (при введении в жидкости высокомолекулярных кислот) снижается меж- фазное поверхностное натяжение на границе раздела “битумводный ра­створ эмульгатора”, благодаря чему дробление происходит при незначи­тельном усилии, которое достигается простым встряхиванием или меха­ническим и пневматическим перемешиванием (барботированием).

Для получения эмульсии применяются эмульсионные машины, на­зываемые в технической литературе гомогенизаторами, диспергаторами, коллоидными мельницами, эмульсаторами и т. п. В дальнейшем эмуль­сионные машины будем называть гомогенизаторами.

Основным типом машин для механического эмульгирования явля­ется одноконусный гомогенизатор (рис. 11.43). Он состоит из чугунного корпуса с двумя боковыми крышками, внутри которого расположен на подшипниках ротор, состоящий из двух дисков. На одном из дисков имеются четыре радиальных выступа, выполняющие роль перемешиваю­щих и нагнетающих лопастей.

Рис. И.43. Одноконусный гомогенизатор: 1 — крышка подшипника;

2 — стопорная гайка; 3 — штурвал; 4 — регулировочная гайка;

5 — втулки; 6 ~ замок; 7 — стакан; 8 — приемный канал;

9 и 13 — крышки корпуса; 10 — корпус; 11 и 12 — диски ротора;

14 и 20 — кронштейны; 15 — патрубки; 16 — кожух; 17 — теплоизоля­ция; 18 — электронагреватели; 19 — лопасти; 21 — вал; 22 ~ стопор;

23 — винт

Внутренняя поверхность корпуса выполнена конической и имеет одинаковую конусность с рабочими поверхностями дисков ротора. Ко­нусность равна 1:15. Длина образующей одного диска 0,038 м. Регулиро­вание зазора между коническими поверхностями дисков и корпуса осу­ществляется специальным механизмом. При вращении штурвала меха­низма происходит осевое перемещение вала с ротором, и благодаря ко­нусности изменяется зазор между ротором и корпусом. Частота враще­ния ротора 2500 в минуту.

Эмульгируемые жидкости поступают по приемному каналу в левой крышке внутрь машины и под действием центробежных сил вращающе­гося ротора продавливаются с большой скоростью через зазор, где битум дробится на мелкие капельки и перемешивается водным раствором эмуль­гатора. Готовая эмульсия вытекает из каналов в нижней части крышек корпуса.

Производительность гомогенизатора 1,7 л/с. Она может быть при необ­ходимости увеличена в несколько раз. Для этого эмульгируемые жидкости необходимо подавать в гомогенизатор под давлением в 5 * 10D Н/м2 и более.

Разновидностью одноконусного гомогенизатора является пятиконус — пый (многощелевой) конструкции В. В. Назарова, у которого ротор и статор имеют пять концентрических конических поверхностей (рис.11.44).

Рис. 11.44. Пятиконусный гомогенизатор: 1 — ротор; 2 — статор; 3 — приемная воронка; 4 — спускной отрубок.

В рабочем положении выступы ротора входят во впадины статора, образуя пять зазоров, в которых происходит эмульгирование,

В настоящее время промышленностью осваиваются гомогенизато­ры дискового типа (рис. 11.45). На вертикальном валу укреплены гори­

зонтальные диски, между которыми на незначительном расстоянии рас­положены неподвижные диски, прикрепленные к корпусу. В дисках про­сверлены отверстия диаметром 2-4 мм. Частота вращения дисков 1460 оборотов в минуту. Эмульгируемые жидкости подаются насосами в приемную воронку и далее продавливаются через отверстия дисков.

Рис. 11.45. Гомогенизатор дискового типа: 1 — сливной патрубок; 2 — подвижной диск; 3 — неподвижный диск; 4 — приемная воронка.

Кроме эмульсионной машины для производства эмульсий требует­ся вспомогательное оборудование. Весь комплект оборудования для про­изводства эмульсий входит в состав эмульсионной установки (рис. 11.46).

Обезвоживание и подогрев битума осуществляются в обычных биту­моплавильных котлах. Для приготовления эмульгатора предусмотрены котлы с перемешивающим устройством и паровым обогревом. Для по­дачи в котлы вязкого эмульгатора используется шнеколопастной насос. У котлов установлены дозаторы для эмульгатора и водного раствора едкого натра. Извлечение кристаллического едкого натра из металли­ческих бочек осуществляется при помощи пара. При этом бочка уста­навливается разгрузочным отверстием над горловиной одного из резер­вуаров, и в отверстие через сопло подается струя пара. Резервуары слу­жат для хранения водного раствора едкого натра.

В состав установки входят также гомогенизатор, резервуары с пе­ремешивающим устройством для водного раствора эмульгатора, резер­вуары для эмульсий и оборудование для смягчения воды.

Приготовление эмульсий осуществляется следующим образом. Эмульгатор, приготовленный в котлах, разбавляется водой и перекачива­ется в резервуар 7, где он подогревается до температуры 70~80°С. Из этих резервуаров водный раствор эмульгатора самотеком или под дав­
лением специальным насосом подается в гомогенизатор. Сюда же, в гомогенизатор, аналогичным способом подается из битумоплавильни битум при температуре 140-150° С. Готовая эмульсия вытекает непре­рывным потоком из гомогенизатора в резервуары для хранения и отту­да отпускается потребителю. Концентрация битума в эмульсии регули­руется визуально изменением величины струи битума и водного раство­ра эмульгатора.

Рис. 11.46. Принципальная схема эмульсионной установки: 1 — насос; 2 — котлы для эмульгатора; 3 — резервуары для ра­створа эмульгатора; 4 — битумные котлы; 5 — гомогенизатор; 6 — резервуары для эмульсий; 7 ~ резервуары для хранения ра­створа эмульгатора; 8 ~ водоумягчительное оборудование для смягчения воды.

При выборе угловой скорости ротора необходимо учесть ее крити­ческое значение, при котором может произойти разрушение вала. Для определения критического значения вначале рассчитывают максималь­ный прогиб вала /п по формуле:

" , 4Р/ , ч

f„=-T=7, (11.1)

З EI

где Я — сила, изгибающая вал, включая вес ротора с валом, Н; I — длина вала, м; Е = 2-10й — модуль упругости, Па: 1 = mti4/64 — экваториальный

момент инерции, м4; d — диаметр вала, м.

Далее находят критическое значение частоты вращения (мин’1) по формуле:

(11.2)

Фактическая частота вращения (мин-1) вала должна быть

(11.3)

На процесс эмульгирования большое влияние оказывает характер потока эмульгируемых жидкостей, оцениваемый критерием Рейнольдса

v

(11.4)

где г — средний радиус ротора, м; ft? — угловая скорость ротора, рад/с; v — кинематическая вязкость смеси битума с водным раствором эмульгатора, м2/с.

Наиболее рационально дробить битум в турбулентном потоке. Критическая величина критерия Рейнольдса, при которой поток приобре­тает турбулентный характер при концентрации эмульсии 50% и темпе­ратуре эмульгирования 50°С, равна примерно 105.

Эта критическая величина применяется также для сравнительной оценки гомогенизаторов. Предпочтительнее гомогенизаторы, обладающие более развитой турбулентностью.

(11.5)

При проектировании однотипных гомогенизаторов разной произ­водительности должно быть соблюдено условие:

Re = const.

Это условие устанавливает границы изменения радиуса и угловой скорости ротора.

Производительность (м3/с) гомогенизатора находится по формуле:

(11.6)

Qf = 2,2/уг2’5п1Ипа,

где г — радиус ротора, м; п — частота вращения ротора, мин1; а — полови­на угла при вершине конуса ротора, град, 0 < а> 84°; /з = 2лгу — сечение рабочего зазора, м2; у — ширина зазора, м.

Мощность (кВт), необходимая для гомогенизатора, определяется по формуле:

где Г)д — динамическая вязкость смеси битума с водным раствором эмуль­гатора при 50-процентной концентрации и температуре 50°С, Пах; Я — длина образующей ротора, м.

Приведенная формула не учитывает величины пусковой мощности, зависящей от массы ротора.

Расчетная производительность большого однороторного гомогени­затора при г = 0, 26 м, п = 2500 мин’1 и X — 103 м равна 12 м3/ч, а мощность — 14 кВт, малого гомогенизатора при г = 0, 18 м, п, = 2900 мин-1 — 2, 8 м3/ч, а мощность — 6, 1 кВт.

Для приготовления эмульсии в небольших объемах, используемой при ремонте дорожных черных покрытий, применяются эмульсионные установки с акустическим вибратором. Схема такой установки показана на рис. 11.47, а, б.

Рис. 11.47. Схема акустической эмуль­сионной установки:

1 — бак для приготовления раствора эмульгатора; 2 — расходный бак для водного раствора эмульгатора;

3 — вихревой насос; 4 — дозатор битума; 5 — эмульсионный бак;

6 — акустический вибратор;

7 — сопло; 8 — вибрирующая пластина.

Она имеет бак с мешалкой, в котором растворяется эмульгатор, расходный бак для водного раствора эмульгатора, эмульсионный бак с
дозатором битума и акустический вибратор с насосом. В качестве акус­тического вибратора используется гидродинамический излучатель с пла­стинчатым колебательным устройством. Вибрирующая пластина с заос­тренным краем зажата своим тупым концом между двумя стойками. Струя жидкости, выходя из сопла под давлением, ударяется в заострен­ный край и вызывает вибрацию пластины.

Вибрирующее устройство помещено внутри эмульсионного бака. Работает установка следующим образом. Битум и водный раствор эмуль­гатора в требуемой пропорции и нагретые до рабочей температуры за­ливают в эмульсионный бак. Уровень жидкостей в баке должен быть над соплом. Затем включается насос и жидкости из эмульсионного бака под давлением направляются через сопло на вибрирующую пластину и далее возвращаются обратно в бак.

Непрерывная циркуляция жидкостей в замкнутой системе “эмуль­сионный бак — вибрирующее устройство — эмульсионный бак” продол­жается 5-7 мин до образования качественной эмульсии.

Малые габаритные размеры установки и небольшая ее масса по­зволяют транспортировать установку в кузове пятитонного автомоби­ля. Производительность установки 0, 3 л/с.

В битумонагреватсльных котлах производится обезвоживание би­тума (выпаривание воды) и нагрев его до рабочей температуры. Про­цесс нагрева битума не представляет больших сложностей, в то время как его обезвоживание сопряжено с рядом трудностей.

При нагреве обводненного битума он сильно вспенивается и может переливаться через горловину котла. Выпаривание влаги — процесс очень энергоемкий и длительный. Каждый процент влаги, содержащейся в би­туме, увеличивает расход энергии и время подготовки битума на 20 %. Для предотвращения вспенивания битума при его нагреве в открытых котлах применяют механический и химический способы пеногашения. При механическом пеногашении используют принципы разрушения па­ровых пузырьков на поверхности битума волнами от вращающихся ло­пастей, распыливанием битума центробежной форсункой и ускоренным удалением паров воды из мелких капель битума. Химическое пенога- шение производится введением 5-6 капель полисилоксанового каучука СКТН-1 на 10 т битума.

Нагрев битума в битумонагревательных котлах производится жа­ровыми трубами и котлами с экранными трубами.

Битумонагревательные агрегаты с жаровыми трубами выпускают двух типов: периодического и непрерывного действия. Битумонагревательные агрегаты периодического действия оснащенную одним насосом для пода­чи готового битума, а непрерывного действия — дополнительным насосом для непрерывной циркуляции нагреваемого и выпариваемого битума.

Битумонагревательный агрегат непрерывного действия (рис. 11.40) представляет собой цистерну с теплоизоляцией, оснащаемую выносной топкой и жаровыми трубами. Разогретый в цистерне битум подается циркуляционным насосом в смеситель, куда поступает также битум из хранилища с температурой 90°С. Из смесителя битум поступает в цис­терну через центробежный пароотделитель и далее по наклонному лот­ку — в противоположный конец цистерны. Стекая по лотку тонким сло­ем, битум дополнительно обезвоживается, кроме того, при работе цирку­ляционного насоса битум в нижней части цистерны движется вдоль жаровых труб, что исключает образование застойных зон непрогретого или обводненного битума.

Недостаток битумонагревательных агрегатов непрерывного действия заключается в малой производительности при подготовке обводненного битума, достоинство — в отсутствии элементов, работающих под давлением.

В трубчатом битумонагревательном агрегате (рис. 11.41) процесс нагрева битума идет непрерывно. Сырой битум насосом непрерывно перекачивается по змеевику (экранным трубам), расположенному по периферии зоны горения топлива. Конвективным и радиационным по­током тепла битум в трубах нагревается до рабочей температуры, вода в битуме переходит в парообразное состояние, а давление паробитум­
ной смеси возрастает до 0,5-0,6 МПа. Далее битум поступает в подо­греваемую расходную емкость через форсунку и центробежный пароот — делитель (рис. 11.42). Поскольку битум и пар нагреты до 150-160°С, пар отделяется очень быстро, а температура битума при этом не снижа­ется, в отличие от битумонагревателей с жаровыми трубами, где процесс выпаривания воды идет за счет тепла битума.

Рис. 11.40. Схема битумонагревателя непрерывного действия: 1 — пароотделитель; 2 — испарительная камера; 3 — разделитель — ная перегородка; 4 — лоток; 5 — топка; 6 — корпус битумонагрева­теля; 7 — указатель уровня; 8 — жаровая труба; 3 — насос выдачи готового битума; 10 — насос внутренней циркуляции; 11, 12 — патрубок и кран подачи сырого битума; 13 — смеситель.

Преимущества битумонагревателей с экранными трубами заключа­ются в высокой производительности и быстром получении обезвожен­ного битума с рабочей температурой.

Недостатки битумонагревателей с экранными трубами состоят в следующем: во-первых, система экранных труб работает под давлением; во-вторых, существует сложность выведения битумонагревателя на рабо­чий режим, так как перед розжигом форсунки трубы должны быть за­полнены битумом при его непрерывной циркуляции и до выхода на ра­бочий режим циркуляция должна осуществляться с возвратом битума в битумохраиилище, и в-третьих, ввиду высокой интенсивности нагрева битум в трубах нагревается в жестком режиме с образованием карбе — нов и карбоидов, причем даже возможно коксование битума.

Рис. 11.42. Технологическая схема работы нагревателя битума: I — расходная емкость; II — нагреватель; III — резервуар обслужи­вания; IV — топливный бак; 1, 24 — битумные насосы; 2, 4, 21, 23, 25, 28, 38 — краны; 3, 11, 18, 31 — термопары; 5, 7, 10, 22, 26, 27, 30, 32 — трубопроводы; 6, 13 — конечные выключатели верхнего уровня битума; 8 — форсунка; 9 — топка; 12 — смеситель; 14 — пароотделитель; 15 — ис-парительный лоток; 16 — топливный насос; 17, 33, 34, 35 — терморегуляторы; 19, 37 — конечные выклю­чатели нижнего уровня битума; 20, 36 — электронагреватели; 29 — топливопровод.

Для очистки от кокса и возможных твердых осадков поворотные колена экранных труб выполняют съемными и располагают вне зоны горения топлива.

Рис. 11.41. Трубчатый битумонагреватель: 1 — форсунка; 2 — топка; 3, 10 — передняя и задняя торцовые стенки; 4 — дымовая труба; 5, 6, 12 — кожухи; 7 — вставка; 8 — трубы: 9~ кольцо; И — окно; 13 — рама; 14 — соединительный кран; 15 — дутьевой вентилятор.