Машины для уплотнения дорожно строительных материалов
Машины для уплотнения дорожно строительных материалов
Для искусственного уплотнения грунтов, гравийно-щебеночных оснований и асфальтобетонных смесей при сооружении земляного полотна оснований и покрытий городских дорог, площадей и улиц применяют широкую номенклатуру машин, осуществляющих уплотнение укаткой, трамбовкой и вибрацией. При уплотнении частицы грунта или материала смещаются и укладываются более компактно за счет вытеснения жидкой и газообразной фаз, что приводит к уменьшению объема грунта (материала) и формированию более плотной и прочной его структуры. При укатке уплотнение происходит под статическим действием массы катка, перекатывающегося по уплотняемой поверхности. При трамбовании уплотнение грунта достигается динамическим воздействием падающего на уплотняемый материал груза. При вибрационном уплотнении вибрирующая масса сообщает колебательные движения частицам материала, в результате чего он получает большую подвижность и уплотняется.
Укатка производится прицепными, полуприцепными и самоходными катками с металлическими (гладкими, решетчатыми и кулачковыми) вальцами и колесами с пневматическими шинами. Прицепные кулачковые катки (рис. 4.57, а) предназначены для послойного уплотнения связных и комковатых грунтов и имеют рабочие органы в виде кулачков специальной формы, прикрепленных к съемным бандажам, надетым на полый барабан, заполняемый балластом (обычно песком). Налипающий на кулачки грунт счищается скребками.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Рис. 4.57. Схемы машин для уплотнения грунтов и дорожных покрытий
Катки выпускаются массой 6…30 т и различаются между собой размерами барабанов, числом, формой и величиной кулачков.
Пневмоколесные катки осуществляют уплотнение смонтированными в один ряд на одной или двух осях пневмоколесами, прнгруженными балластом, и могут быть прицепными (рис. 4.57, о), полуприцепными (рис. 4.57. в) и самоходными (рис. 4.57, г). Прицепные и полуприцепные катки применяют для послойного уплотнения связных и несвязных грунтов, самоходные — в основном для уплотнения дорожных оснований и покрытий. Прицепные катки имеют общую массу (с балластом) 12,5…42,5 т, уплотняют полосу шириной 2,2…3,3 м при толщине уплотняемого слоя 0,25…0,5 м. Полуприцепные (к одноосным тягачам и пневмоколесным тракторам) катки производительнее и маневреннее прицепных и выпускаются массой 15…45 т. Каждое пневмоколесо прицепных и полуприцепных катков нагружается индивидуальным балластом, имеющим свободное перемещение вместе с колесом в вертикальной плоскости. Это обеспечивает постоянную передачу давления на грунт каждым колесом независимо от неровностей уплотняемой поверхности. Полуприцепные катки движутся со скоростью до 11 км/ч и уплотняют полосу шириной до 2,6 м. Самоходные пневмоколесные катки имеют массу 16…30 т и уплотняют полосу шириной 1,6…2,2 м. Рабочим органом самоходного катка являются передние управляемые и задние ведущие пневмоколеса, взаимная расстановка которых позволяет получать сплошную полосу уплотняемого материала. При работе каток движется челночным способом со скоростью 3…4 км/ч.
Прицепные и самоходные вибрационные катки в 8… 10 раз эффективнее катков статического действия и применяются для уплотнения несвязных и малосвязных грунтов и материалов. Под действием вибрации значительно снижаются силы трения и сцепления между частицами уплотняемого материала, который становится более подвижным. Прицепные катки выпускают со взаимозаменяемыми гладкими, кулачковыми решетчатыми вальцами. Внутри пустотелого вальца прицепного катка (рис. 4.57, д) имеется мощный вибратор направленных колебаний, приводимый в действие от установленного на раме катка двигателя внутреннего сгорания через клиноременную передачу 8. Общая масса прицепных виброкатков 3,6…12 т.
Самоходные виброкатки выпускают одно-, двух- и трехвальцо-выми. Встроенные вибраторы имеют ведущие вальцы. Привод вибраторов — механический и гидравлический. Масса самоходных виброкатков до 18 т, вынуждающая сила 20…50 кН. Они уплотняют полосу шириной до 1,5 м при скорости рабочего хода 6… 10 км/ч. Малогабаритные двухвальцовые виброкатки массой 0,8… 1,4 т применяют для уплотнения грунтов и покрытий в стесненных условиях при малых объемах работ. Они выпускаются с ручным и рулевым управлением, оборудуются механическими возбудителями колебаний и уплотняют полосу шириной до 0,8 м.
Самоходные комбинированные катки оборудуются ведущим вальцом из пневмомашин и гладким металлическим вибровальцом. Оба вальца имеют шарнирно сочлененную раму. Высокая эффективность уплотнения грунтов и дорожно-строительных материалов достигается за счет последовательного воздействия вибрации и статической нагрузки. Привод ведущих пневмоколес и вибровозбудителя — гидравлический. Вынуждающая сила вибровозбудителя регулируется в широком диапазоне в зависимости от условий укатки и достигает 150…200 кН. Производительность комбинированных катков при уплотнении несвязных грунтов до 1000 м3/ч.
Трамбующие машины послойно уплотняют насыпные тяжелые связные и несвязные грунты слоями 1…1.5 м, а также грунты в естественном залегании свободно падающими массивными трамбующими органами в виде железобетонных и чугунных плит круглой или квадратной в плане формы с площадью опорной поверхности около 1 м2. Необходимая плотность насыпного грунта достигается за 3…6 ударов плиты по одному месту. Трамбование осуществляется циклично или непрерывно. Цикличное уплотнение грунта обеспечивается плитами массой 1… 1,5 т, подвешенными на стропах к подъемному канату (рис. 4.57, е) экскаватора-драглайна или стрелового самоходного крана. Плиты поднимают” грузовой лебедкой на высоту 1…2 м и сбрасывают на уплотняемый грунт. Частота ударов не превышает 0,05…0,1 с1, энергия единичного удара — 10… 15 кДж. Трамбующие машины цикличного действия применяют в основном для работы в стесненных условиях на объектах с небольшими объемами работ.
Для уплотнения грунтов на объектах с широким фронтом работ используют самоходные трамбующие машины непрерывного действия на базе гусеничных тракторов класса с ходоуменьши-телями. Рабочим органом таких машин (рис. 4.57, ж) являются две чугунные плиты массой 1,3… 1,4 т, перемещающиеся по направляющим штангам 13. При движении трактора на пониженных скоростях (80…200 м/ч) плиты автоматически поочередно падают после подъема на высоту 1,1…1,3 м на поверхность грунта и уплотняют полосу шириной, равной захвату обеих плит. Частота ударов плит составляет 0,4…0,5 с-1, энергия единичного удара 14… 16 кДж.
Производительность самоходных машин достигает 500 м2/ч. Динамические нагрузки, возникающие при работе трамбующих машин со свободно падающим грузом, вредно влияют на базовую машину, а также расположенные поблизости сооружения и подземные коммуникации.
При выполнении небольших объемов работ по уплотнению несвязных грунтов, щебня и гравия в стесненных условиях применяют самопередвигающиеся вибрационные трамбующие плиты (рис. 4.57, з) с рабочим органом в виде поддона (плиты) 14, на котором установлены один или два двухдебалансных вибратора 15 направленного действия. Привод вибраторов осуществляется от электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания. При работе вибраторов происходит уплотнение грунта и одновременное самостоятельное перемещение виброплиты в заданном направлении под воздействием горизонтальной составляющей вынуждающей силы. Масса виброплит составляет 250… 1400 кг, вынуждающая сила — 12,5…63 кН.
Развитие уплотняющих машин идет в направлении расширения производства пневмоколесных и комбинированных катков, трамбовочных машин ударного и вибрационного действия, повышения эффективности уплотняющих органов, применения многорежимных вибрационных уплотняющих органов с регулируемыми параметрами, применения гидравлических приводных систем и трансмиссий уплотняющего оборудования, максимальной унификации машин, автоматизации управления машинами, снижения уровня вибрации и шума.
Вопрос. Машины для уплотнения дорожно-строительных материалов.
Уплотнение грунтов, дорожных оснований и покрытий осуществляется машинами, действие которых основано на принципах (рис. 3.1): – использования статического давления от веса перекатывающихся вальцов, имеющих различную форму рабочей поверхности (гладкие, кулачковые, ребристые, решетчатые, пластинчатые, пневмоколесные); – сообщения уплотняющему материалу колебаний, близких к собственной частоте колебаний материала: вибрационные катки (с вальцами, имеющими различную – форму рабочей поверхности); виброплиты — навесные (крановые), прицепные, самопередвигающиеся; навесные и самоходные многосекционные виброуплотнители; – уплотнения материала динамическими ударами: навесные трамбовочные плиты к экскаваторам и кранам; самоходные трамбовочные машины со свободно падающими рабочими органами или принудительного (активного) действия; ручные трамбовки (пневматические, электрические и взрывного действия).
Прицепные и самоходные вибрационные катки в 8. 10 раз эффективнее катков статического действия и применяются для уплотнения несвязных и малосвязных грунтов и материалов.
Самоходные виброкатки выпускают одно-, двух- и трехвальцовыми. Встроенные вибраторы имеют ведущие вальцы. Привод вибраторов — механический и гидравлический. Масса самоходных виброкатков до 18 т, вынуждающая сила 20. 50 кН. Они уплотняют полосу шириной до 1,5 м при скорости рабочего хода 6. 10 км/ч.
Для уплотнения грунтов на объектах с широким фронтом работ используют самоходные трамбующие машины непрерывного действия на базе гусеничных тракторов класса 10 с ходоуменьши-телями.
8. Вибраторы. Назначение. Классификация. Конструкция.При работе вибраторов происходит уплотнение грунта, частицы грунта или материала смещаются и укладываются более компактно за счет вытеснения жидкой и газообразной фаз, что приводит к уменьшению объема грунта (материала) и формированию более плотной и прочной его структуры. На катках и плитах применяются механические, электро-, пневмо-, и гидромеханические преобразователи механических колебаний. Наибольшее распространение получили центробежные механические преобразователи вращательного движения в колебательное. Центробежные вибровозбудители колебаний (вибраторы) подразделяются на дебалансные и планетарные(поводковые и бесповодковые) Дебалансные вибрационные механизмы по сравнению с планетарными имеют несколько больший механический КПД. Однако планетарные вибраторы могут создавать одновременные колебания двух наложенных одна на другую частот, что повышает эффективность вибрирования. Дебалансные вибраторы подразделяются на направленного и ненаправленного (кругового) действия, одно-,двух-,трех-, и четырехмассные, регулируемые и нерегулируемые, с постоянным и с меняющимся в процессе запуска и остановки статическим моментом массы дебалансов. Центробежные вибровозбудители состоят из дебаланса, вал которого вращается в подшипниках, установленных в корпусе. Центробежная сила воспринемается корпусом через пошипники. Крутящий момент сообщается двигателем, находящимся на корпусе вибратора или встроенным в него. В данном вибраторе создаваемая вынуждающая сила в течении одного оборота вала сохраняет свою величину и непрерывно меняет направление, создавая круговое колебание уплотняющего органа. У двухвального вибратора оба вала соединены шестернями и вращаются в противоположные стороны с одинаковой угловой скоростью. Вертикальные состовляющие всегда направлены в одну сторону, в результате чего вибратор создает вертикально-направленную вынуждающую силу. Направление суммарной вынуждающей силы может быть под углом к горизонту, что используется в самопередвигающихся плитах. Планетарные вибраторы. Поводковый планетарный вибратор состоит из бегунка и поводка, вал которого приводится во вращение двигателем. Бегун обкатывается по беговой дорожке корпуса с угловой скоростью вращения поводка. Конструкция планетарного вибратора позволяет разгрузить подшипники подшипники от действия центробежных сил дебалансов. Центробежные силы передаются непосредственно на корпус, установленный на уплотняющем рабочем органе. Бегун может быть выполнен в виде шара или цилиндра. Однобегунковый вибрато создает круговые колебания уплотняющего рабочего органа. Для получения направленных колебаний в одном корпусе устанавливают, аналогично дебалансному вибратору, два бегуна, вращающихся в противоположные стороны с одинаковой скоростью. Бесповодковый вибратор с наружной обкаткой состоит из бегуна, вращение которого с угловой скоростью поддерживается валом. Бегун обкатывается по беговой дорожке корпуса. Вибратор с внутренней обкаткой отличается тем, что бегун имеет цилиндрическую полость, по которой он обкатывается по беговой дорожке, образуемой боковой поверхностью пальца жестко связанного с корпусом. Планетарные вибраторы позволяют получать высокочастотные колебания. Получение сложных двухчастотных колебаний в планетарном вибраторе достигается путем крепления в их конструкции неуравновешенных разбалансированных относительно своей оси бегунов.
Машины для уплотнения грунтов и дорожных покрытий
Уплотнение грунтов в земляных сооружениях и дорожно-строительных материалов, уложенных в покрытия, является важнейшей операций дорожного строительства. До 80% повреждений дорожного полотна так или иначе связано с некачественным уплотнением.
Сущность процесса уплотнения состоит в том, что под воздействием механической нагрузки частицы уплотняемого материала сближаются в результате уменьшения пористости и удаления содержащегося в порах защемленного воздуха, а в некоторых случаях, и в результате вытеснения избытка влаги. При сближении частиц материала повышается его плотность и несущая способность, уменьшается влагопроницаемость.
Уплотнение осуществляется тремя основными методами: это укатка, трамбование и вибрирование.
При укатке необратимая деформация (уплотнение) грунта развивается вследствие многократно повторяющегося действия перемещающейся нагрузки на поверхности контакта с грунтом перекатываемого по нему вальца или колеса.
При трамбовании грунт уплотняется падающей массой. При этом часть кинетической энергии в момент удара о грунт преобразуется в работу его уплотнения.
Виброуплотнение заключается в сообщении грунту колебательного движения, которое приводит к относительному смещению его частиц и более плотной их упаковке. Эти движения возбуждаются колеблющимися массами, находящимися либо на поверхности уплотняемого грунта (поверхностные вибраторы), либо внутри него (глубинные вибраторы). При виброуплотнении рабочий орган вибратора колеблется вместе с грунтом (присоединенной массой грунта). Если возмущения превзойдут определенный предел, то виброуплотнение преобразуется в вибротрамбование с отрывом рабочего органа вибратора от грунта и частыми ударами по нему. При этом грунт будет встряхиваться, и находящаяся в нем связанная вода перейдет в свободную, благодаря чему уменьшится сопротивляемость грунта внешним нагрузкам. Этим достигается большая эффективность процесса по сравнению с другими способами уплотнения. Как разновидность виброуплотнения применяют также комбинацию этого способа с укаткой, для чего перекатываемому по грунту катку сообщают направленные вертикальные колебания.
Классификация грунтоуплотняющих машин.
Катки предназначены для уплотнения грунтов и других сыпучих материалов (гравия, щебня), а также асфальтобетонов, при возведении отсыпаемых послойно дорожных насыпей, плотин и дамб, оросительных сооружений и водохранилищ, строительстве дорог и аэродромов и т. п. Катки наиболее эффективны на линейных объектах большой протяженности или площадях с большими размерами.
1 — силовая установка (одноосный пневмоколесный тягач); 2 — кабина; 3 — вибровалец; 4 — рама вибровальца; 5 — вибровозбудитель; 6 — шарнирное сочленение полурам тягача и вибровальца; 7 — гидроцилиндр управления поворотом катка; 8 — пневмоколесо тягача.
Вибровозбудитель – это устройство, предназначенное для создания вибрации в рабочих органов уплотняющих машин. Наиболее распространены дебалансные вибровозбудители круговых колебаний.
1 — дебаланс, 2 — вал, 3 — ступица вальца, 4 — шпонка.
При вращении дебаланса создается т.н. «вынуждающая сила», представляющая собой центробежную силу вращающейся с эксцентриситетом массы. При этом создаются круговые (ненаправленные) колебания.
Также в катках применяются вибровозбудители направленных колебаний [схема], и осциляторные вибровозбудители [схема].
Кроме дебалансных существуют другие способы генерации вынуждающей силы, вплоть до аэродинамических или электромагнитных вибровозбудителей.
По типу рабочего органа выделяют катки с гладкими, кулачковыми, решетчатыми и с пневмошинными вальцами.
Кулачковые катки [схема] отличаются от катков с гладкими вальцами наличием на рабочей поверхности вальцов кулачков, расположенных в шахматном порядке. Кулачки приваривают либо непосредственно к обечайке вальца, либо к полубандажам, которые затем монтируют на обечайке гладкого вальца. Междурядья кулачков очищают штырями, собранными на общей балке, прикрепленной к раме вместо скребка. Грунт уплотняют внедряемыми в него кулачками, а на первых проходах также поверхностью вальца. Кулачковые катки эффективны для работы в рыхлых связных грунтах. Для уплотнения несвязных грунтов их не применяют из-за интенсивного перемещения частиц грунта вверх и в стороны, вследствие чего практически невозможно достигнуть требуемой плотности.
У решетчатого дорожного катка обечайка вальца выполнена в виде решетки, набранной из литых металлических элементов. Такие катки применяют для уплотнения как связных, так и несвязных комковатых грунтов, которые содержат твердые включения. Последние дробятся решеткой катка, что значительно повышает качество уплотнения.
Пневмоколесные катки [схема] весьма эффективны для уплотнения как связных, так и несвязных грунтов. Одним из преимуществ таких катков ялвяется бОльшая площадь контакта с уплотняемым материалом в отличие от гладких вальцов за счет эластичности и индивидуальной подвески колес. Для заглаживания неровностей сзади к раме катка цепями прикрепляется специальный выглаживающий брус, либо если оба вальца катка пневмошинные, то колеса устанавливаются в шахматном порядке [схема]. Благодаря эластичности колес пневмокатки широко применяют для уплотнения щебеночных оснований и асфальтобетонных покрытий, так как они не подвергают дроблению щебень и гравий.
По компоновке выделяют тандемные и комбинированные катки. Тандемный каток – каток с двумя однотипными вальцами (как правило два гладких вальца). Комбинированный – соответственно с вальцами разных типов (как правило – гладким и пневмошинным).
Также катки классифицируются по количеству вальцов и по количеству осей.
Виброплиты
применяют для уплотнения слабосвязных и несвязных грунтов, а также асфальтобетонов.
Вибрационная плита [СХЕМА] состоит из вибрирующей (ударной) и подрессорной частей. Вибрирующая часть — это собственно плита, являющаяся рабочим органом машины, представляет собой жесткую сварную конструкцию, на которой устанавливается вибровозбудитель. Над плитой на амортизирующих устройствах подвешивается рама с двигателем, трансмиссией и механизмами управления. Вращение дебалансам вибратора сообщается через гибкую, обычно клиноременную передачу от силовой установки.
Передвижение плиты осущетсвляется за счет действия вынуждающей силы, создаваемой вибровозбудителем. По конструкции вибровозбудителя различают плиты одновальные и двухвальные.
В одновальных плитах вибровозбудитель устанавливается в передней части плиты. За счет этого, при работе вынуждающая сила приподнимает переднюю часть плиты и передвигает ее вперед. Такие плиты являются нереверсивными, т.е. могут перемещаться только вперед при работе.
В двухвальных вибровозбудителях создаются направленные колебания, обеспечивающие как выполнение основной работы по уплотнению материала, так и передвижение плиты [схема]. Такие плиты могут выполнятся как нереверсивными, так и реверсивными.
В последних используется механизм изменения направления вынуждающей силы, например за счет поворота блока вибровозбудителя [схема] либо за счет изменения угла поворота одного из эксцентриков [схема].
По назначению виброплиты подразделяют:
— Для асфальта – данные модели имеют систему водяного орошения подошвы, которая препятствует налипанию асфальта и делает проще процесс утрамбовывания. Подошва устройств этого типа имеет гладкую поверхность с загнутыми краями, чтобы не оставалось следов на асфальтовом покрытии.
— Для уплотнения грунтов – виброплиты этого типа имеют рельефную поверхность плиты, больший вес и амплитуду вибрации.
По типу двигателя виброплиты бывают:
— С бензиновым двигателем. Такие плиты выпускаются весом от 50 до 500кг и используется для уплотнения щебня, грунта, асфальта, тротуарной плитки.
— С дизельным двигателем. Дизельные виброплиты выпускаются самой большой массы – до 1000кг и вынуждающей силой до 130кН. Используют для утрамбовывания и песка и щебенки.
— С электродвигателем – применяются в плохо проветриваемых помещениях и в ландшафтном дизайне. Область применения ограничена из-за необходимости подключения к электросети. Электрические виброплиты обеспечивают среднюю степень трамбовки (максимальный вес 300кг, что достаточно для утрамбовывания 400мм грунта).
По способу движения различают:
— Реверсивные виброплиты и нереверсивные (прямоходные).
По способу управления виброплиты бывают:
— Ручные – управляются оператором.
— Виброплиты с дистанционным управлением удобны для работы в ограниченном пространстве, но достаточно дороги и реализованы только на реверсивных моделях большой массы (больше 700кг).
Классификация виброплит по массе:
— Легкие – имеют вес от 100кг до 200кг. Применяются для тонких слоев крупнозернистых грунтов и асфальтовых покрытий. Имеют высокую частоту и малую амплитуду вибрации.
— Средние – вес от 200кг до 500кг. Используются для уплотнения грунтов значительной толщины.
— Тяжелые – свыше 500кг. Имеют большую амплитуду вибрации, используют для обеспечения высокой степени уплотнения. Благодаря высокой маневренности их можно использовать вблизи бордюров, стен, ограждений и столбов.
Трамбующие машины
Предназначены для послойного уплотнения тяжелых связных и несвязных грунтов, слоями толщиной до 1,5 м, а в некоторых случаях и больше.
По принципу действия трамбовки делятся на машины ударного действия, механические вибротрамбовки, дизель-трамбовки (трамбовки взрывного действия), трамбовки с использованием паровоздушных и гидромолотов. Трамбовки выполняются в виде навесного оборудования к гусеничным тракторам, экскаваторам и грузоподъемным кранам.
К трамбовкам ударного действия относятся, прежде всего, трамбующие машины со свободно падающим рабочим органом. Конструктивно они выполняются либо в виде сменного трамбующего оборудования к экскаваторам или краном, либо в виде навесного трамбующего оборудования к гусеничным тракторам.
1 — гусеничный трактор; 2 — редуктор; 3 — полиспастный механизм; 4 — передняя подвеска; 5 — канатный компенсатор; 6 — тяга; 7 — канат; 8 — задняя подвеска; 9 — направляющие штанги; 10 — подвижные удлинители; 11 — трамбующая плита. 
Грунт уплотняют двумя чугунными плитами поочередно поднимаемыми по установленным сзади трактора направляющим и падающими на грунт при непрерывном движении машины вперед.
Плиты поднимают канатами с помощью кривошипного механизма, приводимого в движение через редуктор от двигателя , установленного в передней части трактора.