Машины для уплотнения грунтов и дорожных покрытий
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.
Машины для уплотнения грунтов и дорожных покрытий
Уплотнение укаткой происходит в результате давления, создаваемого вальцами или колесами, перекатывающимися по поверхности грунта. По этому принципу работают прицепные катки различных типов: гладкие (рис. 156, а), решетчатные и кулачковые (см. рис. 156,6), на пневматических шинах (см. рис. 156, в). Катки, составляющие эту группу, относятся к машинам статического действия.
Уплотнение трамбованием осуществляют ударом по грунту свободно падающих тел с определенной высоты. В качестве рабочих органов в этих машинах могут быть плиты или грузы. По этому принципу работают трамбовочные плиты, подвешиваемые на экскаваторах или тракторах (см. рис. 156, г), прицепные катки с падающими грузами (см. рис. 156, 5), специальные прицепные и самоходные трамбующие машины и дизель-трамбовки (см. рис. 156, е).
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Уплотнение вибрированием и вибротрамбованием осуществляют передачей малосвязным грунтам колебаний, в результате которых при встряхивании они приобретают-свойства жидкости, частицы их интенсивно перемещаются относительно друг друга и уплотняются. По этому принципу устроена работа прицепных вибрационных катков (см. рис. 156, ж) и самопередвигающихся вибрационных плит (см. рис. 156, з).
Гладкий прицепной каток (см. рис. 156, а) применяется для уплотнения связных грунтов и состоит из гладкого барабана-вальца, вращающегося вместе с осью на подшипниках скольжения, установленных на раме 1. Для увеличения массы катка объемное пространство барабана заполняют песком через люк. К раме спереди прикрепляют сцепное устройство, которым он присоединен к трактору. Для очистки вальцов от прилипших кусков грунта на раме устанавливают специальные скребки. Вследствие малого удельного давления на грунт 2—3,4 МПа (20—34 кгс/см2) для полного уплотнения грунта требуется 6—10 проходов катка по одному месту. Глубина уплотнения не превышает 0,25— 0,35 м.
Кулачковый прицепной каток (см. рис. 156, б) применяют для уплотнения малосвязных грунтов нормальной влажности — супесей суглинков. Каток состоит из гладкого вальца, на который надевают бандажи с кулачками 3, расставленными в шахматном порядке. Бандажи состоят из двух половин, соединяемых стяжными болтами. К раме прикреплены скребки гребенчатого типа, которые входят в промежуток между смежными рядами кулачков и очищают валец от налипающего грунта. Валец для увеличения массы заполняют балластом (песком). Кулачковые катки развивают высокое удельное давление на грунт (до 10 МПа), благодаря чему толщина уплотняемого слоя достигает 0,8 м.
Пневмоколесный прицепной каток (см. рис. 156, в) снабжен рабочим органом в виде четырех — восьми колес с пневматическими шинами, смонтированными в один ряд. Нагрузка на колеса создается балластом, размещенным в ящиках 2. Масса катка с балластом достигает 10—25 т. Пневмоколесные катки весьма эффективны для уплотнения как связных, так и несвязных грунтов, при 4—6 проходах уплотняют грунт на глубину до 0,4 м и являются наиболее экономичными и производительными уплотняющими машинами. Для заглаживания неровностей сзади к раме катка цепями прикрепляется специальный выглаживающий брус. Благодаря эластичности колес пневмокатки широко применяют для уплотнения щебеночных оснований и асфальтобетонных покрытий, так как они не подвергают дроблению щебень и гравий.
Рис. 156. Основные типы грунтоуплотняющих машин
Трамбующие машины (см. рис. 156, г) являются навесным оборудованием на тракторах и применяются для уплотнения трамбованием как гравийно-песчаных грунтов, так и щебеночных оснований, отсыпаемых слоями толщиной 1 —1,5 м. Несвязные песчаные грунты, как правило, не трамбуют, так как грунт, находящийся вблизи удара, разуплотняется. Рабочим органом машины являются трамбующие плиты, которые движутся по направляющим, установленным в державках. Канаты подъема плит огибают направляющие блоки надстройки, запасовываются в полиспаст, нижняя обойма которого соединяется с кривошипом. Свободный конец каната крепится на барабане, управляемом ленточным тормозом. При вращении кривошипа обоймы полиспаста расходятся, и плиты поднимаются. При поднятом положении плиты барабан растормаживается, и плита свободно падает вниз, причем одна плита поднимается одновременно с падением другой. Кривошип приводится во вращение карданным валом, соединенным с коленчатым валом двигателя. Скорость трактора (за счет ходо-уменьшителя) подобрана так, что при передвижении на длину, равную размеру плиты в плане, последняя производит от 4 до 6 ударов по одному месту. Высота падения плит 1,3 м, число ударов обеих плит в минуту. Масса машины равна 14 т.
Катки с падающими грузами (см. рис. 156, д) работают по принципу трамбования и эффективно применяются для уплотнения связных и малосвязных грунтов. Рабочий орган катка состоит из двух дисков, соединенных между собой траверсой. На внутренней стороне каждого диска имеются направляющие, по которым движутся грузы. При движении катка диски, вращаясь, поднимают грузы, которые удерживаются на роликах, перекатывающихся по копирам. В верхней части копиров имеется паз, в который ролики проваливаются, и под действием сил тяжести грузы движутся вниз, уплотняя грунт. Масса трамбующего груза 1,2—1,8 т, масса катка 15—16 т.
Вибрационный прицепной каток (см. рис. 156, ж) предназначен для уплотнения несвязных и малосвязных грунтов. Связные грунты виброуплотнению подвергаются плохо. Эффективность вибрационных катков по глубине и степени уплотнения грунтов превышает эффективность катков статического действия в 8—10 раз. Наиболее распространенным является каток с гладким вальцем, смонтированный на раме, шарнирно-соединя-ющейся с трактором сцепным устройством. Возбудителем колебаний катка является вибратор 9 с дебалансами 5, привод которых осуществляется от двигателя трактора карданным валом через коробку отбора мощности. Для увеличения эффективности уплотнения вальцы заполняют балластом, а вибратор снабжают пригрузочной плитой, установленной на пружинных опорах. При вращении дебалансов вибратора возникает направленная вибрация, которая через раму катка и вальцы передается на грунт. Виброкаток уплотняет грунт на глубину до 1,5 м при зоне действия вибрации до 30 м. При толщине уплотняемого слоя грунта от 0,5 до 1,5 м требуется от 4 до 8 проходов По одному месту.
Существуют вибрационные катки, индивидуальный привод которых смонтирован на прицепной раме, а вибратор в виде вала с дебалансами — внутри барабана-вальца. В ГДР серийно выпускаются прицепные виброкатки со взаимозаменяемыми гладкими, кулачковыми и решетчатыми вальцами.
Рис. 157. Основные типы моторных катков
Вибрационные плиты изготовляют самоходными (см. рис. 156, з), прицепными, ручными и подвесными к крану (глубинными). Наиболее производительными являются самоходные площадочные вибро-уплотняющие машины. Основными частями такой машины являются плита, на которой смонтирован специальный вибратор направленного действия. Плита является основной вибрирующей частью машины, сообщающей грунту колебания. Двигатель и система управления смонтированы на подрессоренной раме, одновременно выполняющей роль пригрузочной плиты. Привод вибратора от двигателя осуществляется клиноременной передачей. Самопередвижение и поворот виброплиты обеспечиваются за счет изменения направления действия возмущающих сил. При отклонении дебалансов от вертикального направления появляется горизонтальная составляющая возмущающей силы, которая используется для передвижения плиты. Поворот осуществляется при смещении дебалансов в разные стороны. Грунт уплотняется слоями толщиной 50—60 см.
Самоходные катки. Уплотнение дорожных оснований и асфальтобетонных покрытий производится исключительно самоходными катками (рис. 157). Благодаря приложению внешней нагрузки частицы, составляющие асфальтобетонную смесь, сближаются и взаимно заклиниваются. Наличие битума приводит к образованию между частицами достаточно прочных и вместе с тем вязких связей.
Самоходные катки классифицируют: – по принципу воздействия на уплотняемый материал — статические и вибрационные; – по числу осей и вальцов (в том числе вибровальцов)— двухвальцовые двухосные (см. рис. 157, а), трехвальцовые двухосные (см. рис. 157, б), трехваль-цовые трехосные (см. рис. 157, в); – двухвальцовые двухосные (см. рис. 157, г) и трехвальцовые двухосные (см. рис. 157, д) с дополнительными вибровальцами малых диаметров; – по массе машины — легкие массой 3—5 т, средние 6—9 и тяжелые 10—15 т. Скорость передвижения самоходных катков составляет 1,5—3 км/ч для легких, 2—8 км/ч для средних и 0,8—8 км/ч для тяжелых.
Двухвальцовые двухосные катки (см. рис. 157, а) имеют ведущий и ведомый вальцы, расположенные по ходу один за другим, чем достигается равномерное уплотнение на всю ширину полосы, образующейся при проходе катка. Относительно небольшая ширина катков 1—1,2 м позволяет использовать их при выполнении работ в стесненных условиях (укатка тротуаров и др.). Все основные узлы катка смонтированы на основной несущей раме.
Трехвальцовые двухосные катки (см. рис. 157, б) являются наиболее распространенным типом самоходных катков, которые широко используют при укатке всех видов дорожных покрытий. Эти катки имеют один направляющий 2 и два ведущих вальца. Вальцы расположены в плане так, что ведущие вальцы уплотняют две крайние полосы, а направляющий — широкую среднюю, причем ведущие вальцы перекрывают на некоторую величину К след переднего направляющего вальца. Ведущие вальцы имеют дифференциальный механизм, поэтому на крутых поворотах они не портят укатываемой поверхности. Вальцы этих катков полностью открыты, что облегчает уход за ними.
Трехвальцовые трехосные катки (см. рис. 157, в) имеют три вальца одинаковой ширины, расположенные один за другим. Последовательное расположение вальцов на жесткой раме позволяет массе катка автоматически перераспределиться на оси в зависимости от рельефа укатываемой поверхности. Поэтому все выступающие неровности на укатываемой поверхности сглаживаются за счет перераспределения массы катка на отдельные вальцы. Трехвальцовые катки обеспечивают большую ровность дорожных покрытий, что позволяет автотранспорту передвигаться с большими скоростями.
Основной частью самоходных катков статического действия является несущая рама, на которой смонтированы все узлы катка: двигатель, система управления и коробка перемены передач, от которой посредством зубчатых или цепных передач вращение передается на ведущие вальцы. Вальцы представляют собой барабаны, сваренные из листов, внутренние полости которых для увеличения массы заполняют водой или песком.
Для поворота ведомого вальца применяется механическое или гидравлическое рулевое управление. Поверхности вальцов от налипшего материала очищаются скребками^ закрепленными на раме катка. Скребки прижимаются к поверхности вальцов пружинами, сила натяжения которых регулируется гайками. Для уменьшения налипания материала на катки последние смачивают различными жидкими маслами.
Пневмоколесные катки сравнительно недавно стали применяться для уплотнения дорожных щебеночных оснований и асфальтобетонных покрытий. По способу передвижения пневмоколесные катки делятся на прицепные, полуприцепные и самоходные. Катки по массе разделяют на легкие (10—18 т), средние (20—25 т) и тяжелые (40—50 т). Подвеска пневмоколес катка может быть выполнена жесткой на одной оси с общим балластным ящиком (рис. 158, а) или независимой балансирной (см. рис. 158, б), балластный ящик в которой выполнен сек-ционно отдельно на каждое колесо. Катки первого типа выполняются прицепными, а второго — полуприцепными. Полуприцепные пневмоколесные катки изготовляют четырех- и пятисекционными.
Балластный кузов прицепного катка (см. рис. 158, а) размещен на раме и с помощью дышла соединен с тягачом. Рабочим органом катка являются четыре — семь пневмоколес, установленных на одной оси. В нерабочем положении балластный ящик устанавливается на домкраты 4. При выходе из строя одного из колес оно заменяется на запасное колесо. Недостатком катков этого типа является перегрузка одного из двух пневмоколес при наезде на неровность. Этот недостаток отсутствует в пневмокатках с независимой подвеской колес (см. рис. 158,6). При наезде на неровности пневмоколеса перемещаются относительно друг друга вместе с балластными секциями и нагрузки на них остаются всегда постоянными, равными массе колеса и секции с балластом. Крайние секции катка жестко соединены между собой в передней части дышлом, а в задней — балкой, относительно которой независимо друг от друга перемещаются внутренние секции. Пневмоколеса катков расположены так, что за один проход перекрывается вся укатываемая полоса без пропусков.
Пневмоколесный самоходный каток выполнен с ведущим задним мостом, на котором установлены четыре колеса. Передний мост управляемый выполнен трехосным с рычажно-гидравлической подвеской каждого колеса. Колеса обоих мостов установлены в шахматном порядке и снабжены устройством для централизованной подкачки шин. Это устройство позволяет изменять давление в шинах на ходу от 0,25—0,3 МПа (2,5—3 кгс/см2) в начале укатки, до 0,55—0,6 МПа (5,5—6 кгс/см2) в конце укатки. Рабочая скорость передвижения пневмо-катков находится в пределах 2,5—6 км/ч для прицепных, 15—23,2 км/ч — для полуприцепных и самоходных катков. Ширина уплотняемой полосы 2,2—2,6 м, а толщина 0,25—0,45 м. Для сглаживания неровностей, образующихся в результате воздействия пневмоколес на асфальтобетон, на заключительном этапе укатки пропускают моторные катки с гладкими вальцами.
Вибрационные катки (виброкатки), как и катки статического действия, обычно выполняются двухвальцовыми, в одном из которых встроен вибратор (рис. 159). Конструкция виброкатков аналогична каткам статического действия, за исключением вибратора кругового действия и клиноременной передачи к нему. В качестве источников колебаний катка используют вибратор, вмонтированный в заднем ведущем вальце, основной частью которого является дебалансный вал, установленный в ступицах вибровальца. Привод дебалансного вала может быть отключен от клиноременной передачи посредством фрикционной муфты. Благодаря наличию дебаланса и большой частоте вращения вала (3000—3500 об/мин) возникает центробежная сила, которая вызывает вибрацию всего вибровальца. Возмущающая сила вибратора в 4—6 раз больше массы вальца. При амплитуде колебания 0,3— 0,4 мм вибровалец работает без отрыва от уплотняемой среды с сохранением нормальной тяговой способности. Управление поворотом переднего ведомого вальца осуществляется как механической ручной передачей, так и гидравлической. Для предотвращения передачи вибрации на другие узлы вибровалец устанавливают на амортизаторах. Сиденье водителя также изолировано от вибрации. Масса виброкатков изменяется а пределах 1,8— 8 т, ширина уплотняемой полосы — от 0,85 до 1,2 м, что позволяет использовать эти катки при устройстве тротуаров и проведении ремонтных работ в стесненных условиях.
Рис. 158. Пневмоколесные катки
а — прицепной с подвеской пневмокатков на одной жесткой оси; б — самоходный с независимой подвеской катков
Рис. 159. Вибрационный Д-455А (ДУ-10А)
Вибрационные катки по сравнению с катками статического действия позволяют ускорить уплотнение покрытий в 4—5 раз. Асфальтобетонную смесь виброкатки уплотняют после предварительной прокатки без включения вибратора.
Выбираем оборудование для уплотнения материалов и грунта
Рассмотрим некоторые типы полноразмерных дорожных катков и сферы их применения.
Пневмоколесные самоходные и прицепные катки
Эти катки оснащены пневматическими колесами (обычно нечетное количество), расположенными в шахматном порядке на двух или трех осях. Такое расположение позволяет при уплотнении перемешивать материал в слое по вертикали. В результате получается гладкая, ровная, плотная воздухонепроницаемая поверхность. При работе с материалами различного типа и состава для получения заданной толщины и плотности слоя обеспечивается централизованное автоматическое регулирование давления воздуха в шинах.
Пневмоколесные катки обычно используются на несвязных сыпучих или смешанных грунтах и редко применяются на связных грунтах. Их можно использовать и для уплотнения асфальта, обычно на участках малого или среднего размера, чаще всего при отделочном, финишном уплотнении, чтобы выровнять и обеспечить воздухонепроницаемость уплотненной поверхности участка после работы виброкатка.
У прицепных пневмокатков колеса обычно имеют независимую подвеску, которая помогает сохранить катку устойчивость, если колеса проваливаются в выбоины и при наезде на неровности. Прицепные катки могут буксироваться тракторами и автогрейдерами и использовать гидропривод и рычаги рыхлителя грейдера для увеличения давления на грунт. Благодаря этому им не нужен балластный груз и одна машина с одним оператором может выполнять одновременно две работы.
Прицепные пневмокатки применяются главным образом для уплотнения гравийных дорог. При содержании и ремонте дорог 99% используемых катков, в том числе и прицепных, относятся к типу пневмоколесных. Прицепные катки – бюджетное оборудование, обеспечивающее высокое качество уплотнения.
Грунтовые кулачковые катки статического действия
Как известно, гладковальцовые статические катки практически не используются для уплотнения грунтов земляного полотна дороги из-за образования высокой сдвиговой волны на поверхности укатки. Грунты уплотняются катками с кулачковыми вальцами статического действия. Они оснащаются двумя двухсекционными стальными вальцами (как бы четырьмя «колесами») или тремя вальцами на трех осях, на вальцах имеются кулачки конической формы. Вальцы не оснащаются вибромеханизмом, они оказывают на уплотняемый материал статическое воздействие своим весом, имеют большие размеры и работают на высоких скоростях, чтобы развить энергию, достаточную для уплотнения.
Грунтовые кулачковые катки статического действия лучше работают на связных грунтах с мелкозернистой структурой, илистых отложениях, глине и др. Их обычно используют на участках, имеющих достаточную площадь для того, чтобы эти большие машины могли свободно маневрировать, развивать высокие скорости и работать с высокой производительностью. Машины этого типа обычно используются для подготовки участков под строительство крупных объектов и насыпей.
Самоходные одновальцовые виброкатки (гладковальцовые и кулачковые)
Грунтовые виброкатки могут иметь различные размеры и оснащаются одним вибровальцом (гладким для сыпучих несвязных грунтов или кулачковым для связных, а также средне- и слабосвязных), установленным на качающейся утяжеленной раме. Вибрация и собственный вес этого узла являются источником энергии, которая помогает уплотнить частицы грунта.
В современных катках конструкция и система управления обеспечивают возможность выбора оптимального сочетания частоты и амплитуды вибраций для уплотнения и толстых, и тонких слоев различных материалов и грунтов. Подавляющее большинство выпускаемых в мире виброкатков (кроме некоторых малогабаритных) имеют три режима нагружения уплотняемого асфальтобетона: статический, со слабой вибрацией и сильной вибрацией.
Самоходные виброкатки с кулачковыми и гладкими вальцами и иногда пневмоколесные катки используются при прокладке новых магистралей. Они же могут применяться в качестве катков для первоначального уплотнения асфальтовой смеси. Такие катки имеют преимущество при работе на больших открытых площадях, где достаточно места для маневрирования. Поскольку они имеют более высокие скорости движения, то могут обработать большие площади быстрее, чем виброплиты, и это делает их высокоэффективными в дорожном строительстве.
Грунтовые виброкатки несколько более предпочтительны для подготовки стройплощадок и возведения насыпей по сравнению с кулачковыми катками статического действия, так как более универсальны, проще транспортируются (обычно имеют меньшие размеры и массу) и способны быстрее создать нужную степень уплотнения грунтов большинства типов за счет вибрации.
Для связных материалов, таких как глина, применяют катки с кулачковыми вальцами. Кулачковый валец способен уплотнять грунты такого типа за счет боковых сдвиговых деформаций. Для уплотнения асфальта производители обычно предлагают к таким каткам гладкие вальцы опционно.
При вибрационном уплотнении достигаются более высокая плотность и больший глубинный эффект, чем при статическом уплотнении, и полное уплотнение достигается при меньшем числе проходов. Все это объясняет, почему вибрационное оборудование является более эффективным и экономичным почти во всех случаях. Вибрация может быть использована при трамбовании всех типов материалов, и вибрационное оборудование занимает сейчас около 70% рынка.
Осцилляторные катки
При выборе катков приходится учитывать окружающие условия. Например, при работе в исторической части города, вблизи коммуникационных линий, в зонах плотной жилой застройки или на мосту, в зоне многоуровневой автостоянки и т. п. местах часто запрещается применять оборудование, которое как-либо может повредить сооружениям и доставить беспокойство жителям. Для таких ситуаций некоторые производители предлагают осцилляторные катки.
Конструктивно возбудитель осцилляции представляет собой такие же два дебалансных вала, как и у вибровозбудителя, но вращаются они в одном направлении и вместе с вальцом, удерживая его в постоянном контакте с поверхностью. При этом не происходит значительного усложнения конструкции катка. Напомним, что при вибрации воздействие направлено на уплотняемый материал по вертикали. При осцилляции силы воздействуют в тангенциальном направлении, то есть по касательной к окружности вальца, либо в некоторых катках угол воздействия сил при осцилляции можно регулировать. Система управления катка автоматически в течение 10 миллисекунд подстраивает параметры осцилляции под тип грунта, выбирая необходимую амплитуду. Например, амплитуда уменьшается при повышении степени уплотнения.
Что достигается за счет этой технологии? Осцилляция способствует быстрому и непрерывному увеличению уплотнения при укатке асфальтобетона, снижая при этом колебания материала вокруг бандажа, увеличивая диапазон рабочих температур смеси и уменьшая дробление зерен в материале. Нежелательные воздействия (не создающие полезного действия) при осцилляции, по словам разработчиков, составляют всего 10% от величины, подобной «нежелательно воздействующей энергии» при вибрации, то есть намного большая часть энергии при осцилляции используется для уплотнения материалов. Существенно уменьшается и уровень шума при работе. Эта технология позволяет каткам работать там, где недопустимо использование традиционной вибрации, так как режим осцилляции дает возможность достичь высоких показателей уплотнения, не оказывая разрушающего воздействия на сами конструкции и не мешая шумом жителям окрестных домов.
Еще одно преимущество: вибрацию нельзя использовать, когда температура асфальта упадет ниже определенного значения. То же самое и с осцилляцией, однако за счет более мягкого воздействия на уплотняемую поверхность температурный порог снижается в среднем на 20% (зависит от марки асфальта).
Производители обычно совмещают в одном вальце системы вибрации и осцилляции. Оператор может включать по своему усмотрению режим вибрации или осцилляции даже во время движения. Наиболее часто применяют подобные катки в городских условиях, вблизи зданий, в сложных условиях на песочных грунтах.
Осцилляторный способ целесообразен при укатке в основном асфальтобетонных покрытий и щебеночных оснований при небольшой толщине слоев. Для каждого материала должно подбираться свое оптимальное отношение горизонтальной осциллирующей силы к вертикальной постоянно действующей силе веса вальца и оптимальная частота крутильных колебаний осцилляторного вальца. Для наилучшей передачи уплотняемому материалу горизонтальных усилий поверхность вальца катка должна иметь высокий коэффициент сцепления с поверхностью качения, иначе будет происходить проскальзывание вальца с его абразивным износом и значительным снижением эффективности уплотнения, что, кстати, относится не только к осцилляторным моделям, но и к обычным виброкаткам с изменяемым направлением вектора центробежной силы для регулировки вертикального силового воздействия.
Однако, как и в любом деле, у осцилляции имеются определенные недостатки. Специалисты отмечают: цена катка с дополнительной системой осцилляции выше цены обычного катка, дороже и чаще приходится его ремонтировать, так как быстрее изнашивается обечайка и надежность механизма пониже.
Применением одного только режима осцилляции не всегда удается достичь должной степени уплотнения покрытия. На мостах и путепроводах вслед за осцилляторным обязательно должен использоваться тяжелый статический каток с надлежащим контактным давлением вальца, чтобы в конечном итоге получить требуемое качество уплотнения асфальтобетона.
Тандемные виброкатки
Двухвальцовые (тандемные) виброкатки оснащены двумя стальными вальцами, каждый из которых оказывает на грунт вибрационное действие (могут быть оснащены каждый отдельным вибратором либо одним общим). Такие катки комплектуются различными вибросистемами, которые могут генерировать колебания с различными значениями частоты и амплитуды в разнообразных сочетаниях для того, чтобы обеспечить наиболее эффективное уплотнение.
Процесс укладки асфальта по требованию к точности расчета можно сравнить с жонглированием. Очень важно правильно соблюсти временной график с момента изготовления смеси до ее доставки, укладки и уплотнения.
После того, как асфальтоукладчик уложит слой асфальта, каток, выполняя первичное уплотнение, вытесняет большую часть воздуха из полостей в асфальтовом слое. Именно поэтому необходимо использовать уплотняющую машину соответствующего типа и размера, которая могла бы равномерно уплотнить весь поверхностный слой асфальтового покрытия. Выбор катка для первичного уплотнения часто делают на основе ширины вальца и оптимизации равномерной обработки всего участка. Например, если ширина участка равна 3660 мм, то каток с вальцом шириной 2000 мм обработает его за два прохода и с достаточным перекрытием кромок полос.
Специалисты рекомендуют применять для первоначального уплотнения тандемные катки или два катка, движущиеся «поездом». Они должны быть одного размера, веса и иметь схожие характеристики вибрации, чтобы уплотнение было максимально одинаковым и равномерным и по длине, и по ширине покрытия. Второй каток обычно дает возможность всей паре двигаться быстрее и развить более высокую производительность, которая может с избытком окупить стоимость второго катка для первоначального уплотнения. Обеспечиваются высокая однородность значений плотности и ровности покрытия. И поскольку катки не должны двигаться с чрезмерно высокими скоростями, чтобы следовать за асфальтоукладчиком, новое покрытие получается превосходным.
Катки больших типоразмеров используются на строительстве магистралей и автострад, городских улиц и больших объектов коммерческого строительства. Катки малых типоразмеров предназначены для строительства подъездных путей, разъездов, велосипедных дорожек, для коммунальных работ и другого коммерческого строительства.
Комбинированные катки
Самоходный комбинированный каток оснащается гладким вибровальцом на одной оси и пневматическими колесами на другой и поэтому сочетает преимущества вибрационных и пневмоколесных агрегатов. Использование шарнирно-сочлененной рамы и тракторных колес, совмещенных с вальцами разной ширины и уплотняющей силы, превышает возможности более специализированной техники, например вибрационных катков.
Такой вид дорожных катков отличается большой массой и низкой скоростью передвижения. Они подразделяются на вибрационные и статические, которые в свою очередь различаются типом и количеством вальцов и осей.
Это позволяет использовать данную машину для послойного уплотнения конструктивных слоев нежесткой дорожной одежды из асфальтобетонных смесей, а также гравийных, шлаковых, щебеночных и других материалов не только на горизонтально расположенных строящихся трассах, но и на подъемах полотна дороги до 15°. Чем тяжелее каток, тем большую степень уплотнения он способен создавать.
Следует заметить, что компании – производители дорожных катков иногда дают не совсем верные сведения о возможностях своих машин в части толщины уплотняемого слоя, поэтому рекомендуется при выборе незнакомой модели или бренда проконсультироваться у специалистов, имеющих опыт работы с данной моделью, или провести эксплуатационные испытания данной машины.
Виброплиты AMMANN работают в любых условиях
Компания AMMANN предлагает широчайшую линейку моделей виброплит эксплуатационной массой от 54 до 825 кг, которые оснащаются бензиновыми и дизельными двигателями. Виброплиты AMMANN универсальны и легко приспосабливаются к различным, даже самым тяжелым условиям работы. К тому же, обладая отличными ходовыми качествами, они способны работать на самых крутых склонах. Некоторые из этих высокопроизводительных машин движутся со скоростями, сравнимыми со скоростью грунтового катка. Все виброплиты AMMANN отличаются простотой и невысокой стоимостью эксплуатации, а также компактными размерами, все это очень удобно для строительных, коммунальных и арендных компаний.
Виброплиты AMMANN имеют различные системы управления, но общим для всех является простота управления, в том числе изменение направления движения и работа на склонах. Рукоятки изолированы от вибрации, могут складываться и сниматься – это немаловажное преимущество, когда работать приходится в условиях тесноты или при транспортировке. По заказу на некоторых моделях может устанавливаться рукоятка запатентованной конструкции «с повышенной защитой от вибрации».
Виброплиты AMMANN подразделяются на несколько серий.
APF – виброплиты прямого хода. Модели эксплуатационной массой от 54 до 117 кг, по выбору потребителей могут комплектоваться двигателями, работающими на бензине или дизтопливе разных экологических классов. Долговечный надежный вибровозбудитель приводится от двигателя через центробежную муфту и защищенную от внешних воздействий клиноременную передачу.
APR – виброплиты реверсивные. Модели эксплуатационной массой от 100 до 475 кг, также могут комплектоваться бензиновыми или дизельными двигателями. В конструкции применяется двухвальный вибровозбудитель, благодаря которому смена направления движения происходит плавно, а удерживать и направлять машину не представляет труда. Виброплиты серии APR отличаются высокой эффективностью уплотнения в нужной точке, а также способностью работать на уклонах до 30–35%. Это самые быстрые машины в своем классе, в том числе и при работе на сложном грунте.
APH – виброплиты гидростатические реверсивные, двух- и трехваловые. Виброплиты с гидростатическим приводом (масса от 383 до 825 кг) не нуждаются в клиноременной передаче. Валы вибратора приводятся гидромотором, за счет чего скорость вращения регулируется плавно и плавно изменяется направление движения.
Компания AMMANN разработала трехвальный вибровозбудитель для виброплит серии APH. Новый агрегат упрощает работу с виброплитой и в то же время увеличивает ее мощность и эффективность уплотнения. Благодаря новой конструкции плита движется равномерно и плавно даже по вязкому грунту, легко преодолевает крутые подъемы. Машины серии APH способны преодолевать подъемы даже по рыхлому, увлажненному грунту, недоступные для аналогичных моделей других марок. Масса этих моделей составляет от 520 до 825 кг.
Виброплиты AMMANN комплектуются уникальной гидравлической системой управления, обеспечивающей простоту управления, точность, быстродействие и безопасность работы при минимальных усилиях оператора.
Система безопасности мгновенно останавливает машину, как только оператор отпускает рукоятку. Когда оператор вновь опустит руку на рукоятку, машина возобновит работу.
Виброплиты серии APH могут оснащаться хорошо известной системой контроля степени уплотнения ACE, которая разработана для более крупных уплотняющих машин AMMANN. Система постоянно отслеживает степень уплотнения и автоматически регулирует уплотняющее усилие, там самым уплотняемая поверхность защищается от повреждения слишком высокой силой и повышается экономичность работы, так как исключается переуплотнение материала.
На выставке Bauma 2016 компания AMMANN представила опытный образец виброплиты с «автопилотом», работающей без оператора.
