ВЫБОР И КОМПЛЕКТОВАНИЕ МАШИН ДЛЯ  

                      а) – укатка;  б) – трамбование;  в) - виброуплотнение

           Рисунок 3.1 – Методы уплотнения дорожно-строительных материалов

 Укаткавыполняется путём перекатывания вальца дорожного катка , под действием силы тяжести G которого, слой материала приобретает остаточную деформацию h (рисунок 3.1 а). Данный метод осуществляется самоходными, прицепными и полуприцепными гладко- вальцовыми катками и пневмоколёсными  катками, а также кулачковыми катками.

Уплотняющее действие катков зависит от массы катка, площади контакта рабочего органа с уплотняемым слоем, скорости укатки и числа проходов.

 Трамбование(рисунок 3.1 б) осуществляется периодическими ударами массы m, поднятой  на высоту H с последующим её свободным падением на поверхность уплотняемого материала. Для трамбования характерна большая глубина уплотнения. Поэтому такой метод применяется в основном для уплотнения связных грунтов слоями большой толщины. Трамбование производится либо трамбующими плитами, навешиваемыми на самоходные краны, либо самоходными трамбующими машинами на базе гусеничных тракторов.

Виброуплотнение (рисунок 3.1 в) осуществляется многочастотными колебаниями массы m, которая сообщает кинетическую энергию частицам материала и приводит их в колебательное состояние. В результате, частицы материала интенсивно перемещаются, поры между крупными частицами заполняются более мелкими, и материал уплотняется.

Вибрационный метод особенно эффективен для уплотнения малосвязных материалов. Качество уплотнения вибрированием зависит от амплитуды и частоты колебаний, ускорения и массы вибровозбудителя.

3.2  Типовые структуры комплектов машин и технологические схемы

   выполнения механизированных работ по уплотнению грунтов  и

дорожных материалов

Для уплотнения грунтов, дорожных оснований и покрытий применяется большое количество различных уплотняющих машин. Основными из них являются : катки и трамбовочные машины.

По способу воздействия на уплотняемую поверхность катки де­лятся на статические и вибрационные (ГОСТ 27598—94).

Статические катки воздействуют на уплотняемый материал статическим давлением в зависимости от массы машины. Их применяют для уплотнения грунтов, щебня, гравия и других материалов на площадках объектов.

Вибрационные катки, перемещаясь, производят уплотнение основания сочетанием действия статичности и вынуждающей силы при колебании вибратора. В результате такого воздействия части­цы уплотняемого материала приходят в движение и стремятся за­нять минимальный объем. Вибрационные катки предназначены для уплотнения грунтов, грунтоцементных, битумоминеральных дорожных оснований и покрытий дорожных одежд.

По конструктивному ис­полнению и признакам эксплуатационных качеств катки бывают:

а) пневмоколёсные катки; б) кулачковые катки; в) катки с гладкими жесткими вальцами; г) вибрационные катки.      

 Пневмоколёсные катки(прицепные, полуприцепные и самоходные), (рисунки 3.2 -3.4) применяют для послойного уплотнения связных и несвязных грунтов, гравийных и щебёночных оснований, а также для чёрных смесей и асфальтобетонных покрытий.

1-сцепное устройство; 2-балластные ящики; 3-жёсткая рама; 4-пневматические колёса

                  Рисунок 3.2 - Схема прицепного пневмоколёсного катка

                     Рисунок 3.3 - Полуприцепной пневмоколесный каток

1-пневматическая система; 2,6-силовой и пневмоколёсный агрегаты; 3-силовая установка;

4-кабина; 5-сопла; 7,10-пневмоколёса; 8-шарнир; 9-гидроцилиндр; 11-тормоз 

                         Рисунок 3.4 – Самоходный пневмоколёсный каток

Уплотняющее воздействие таких катков осуществляется при воздействии контактного давления, передаваемого катящимися колёсами на поверхность уплотняемого материала при многократных проходах по одному следу.

Оптимальная толщина уплотняемых слоёв   Н = 25…40 см.

Кулачковые катки (прицепные и самоходные) (рисунок 3.5)  предназначены для уплотнения связных грунтов (особенно эффективны при уплотнении связных комковых грунтов).

1-базовая машина; 2-защитные броневые листы; 3-очистные скребки; 4 – задний кулачковый валец;

 5- передний кулачковый валец; 6-отвал.

                                        Рисунок 3.5- Кулачковый самоходный каток:

В отличие от пневмоколёсных катков, кулачковые катки создают большое нормальное контактное напряжение, благодаря чему кулачки интенсивно погружаются в грунт. Уплотнение грунта происходит под действием контактных напряжений, возникающих на опорных поверхностях кулачков, а также поверхности вальца, где закреплены кулачки. При каждом новом проходе погружение кулачков снижается, и контакт между поверхностями вальца и грунта уменьшается, в результате чего верхняя часть грунта остаётся разрыхлённой. Таким образом, кулачковые катки в отличие от гладких катков уплотняют грунт снизу вверх.

Чрезмерно высокое давление на грунт понижает эффективность работы катков, т.к. при этом возрастает толщина разрыхлённого слоя грунта и увеличивается степень налипания грунта на кулачки. Толщина уплотняемого слоя таких катков не превышает  от 22 до30 см.

Катки с гладкими жесткими  вальцами  (рисунки 3.6, 3.7)   используются :

§ для уплотнения облегчённых чёрных и асфальтобетонных покрытий (лёгкие катки, массой от 3до 5 т);

§ для уплотнения гравийно-щебёночных, чёрных и асфальтобетонных покрытий (средние катки, массой от 6до 9 т);

§ для окончательного уплотнения гравийно-щебёночных, чёрных и асфальтобетонных покрытий (тяжёлые катки, массой  от 10до15 т);

§ уплотнения тяжёлых каменных оснований и покрытий и уничтожения волн на поверхности асфальтобетонных покрытий (сверхтяжёлые катки, массой свыше 15 т).

1,10-вальцы; 2,8-скребки; 3,7-баки для воды; 4-топливный бак; 5-кабина; 6-гидробак;

9-гидрооборудование; 11-силовая установка; 12-несущая рама

                          Рисунок 3.6 – Статический двухосный каток ДУ-63-1                                        

                            Рисунок 3.7-Самоходный каток с гладкими жесткими  вальцами

  Катки с гладкими жесткими  вальцами могут уплотнять грунты при толщине слоёв не более от 15 до 20 см. Необходимое число проходов катка при уплотнении несвязных грунтов от 4 до 6;   связных от 10 до 12.

 Вибрационные катки   (прицепные и самоходные) (рисунки 3.8, 3.9)  используются для уплотнения дорожных покрытий из асфальтобетонных, щебёночных материалов. Получили широкое распространение благодаря эффективному воздействию вибрационного катка на уплотняемую среду. Толщина уплотняемого слоя от 30 до 50 см.

                                Рисунок

                                 Рисунок 3.8- Зарубежные вибрационные самоходные  катки

1-двигатель; 2-ведомый валец; 3-рама; 4-электрооборудование; 5-гидравлическая система поворота и тормоза; 6-смачивающее устройство; 7-тент; 8-рычаг управления; 9-сиденье машиниста; 10- ведущий вибровалец; 11-бортовой редуктор; 12-коробка передач

                                     Рисунок 3.9- Вибрационный каток ДУ-47Б                                

Лёгкие виброкатки (от 0,5 до 1,5 т) используются при ремонте дорожных покрытий, на строительстве дорог с небольшим объёмом работ.

Средние и тяжёлые виброкатки (от 2 до 12 т) применяются на строительных работах большего объёма, т.к. они обеспечивают высокую производительность.

Трамбовочные машины (рисунок 3.10) предназначены для послойного уплотнения тяжёлых связных и несвязных грунтов слоями толщиной от 1,0 до 1,5 м и более, а также грунтов в естественном залегании.

Эффект уплотнения грунта такими машинами зависит от величины ударного импульса. При увеличении толщины уплотняемого слоя грунта необходимо увеличивать массу трамбовки. Наиболее целесообразная толщина уплотняемого слоя составляет от 0,6 до 0,8 м.

                   1-редуктор; 2-направляющие штанги; 3-трамбующие плиты

                                                  Рисунок 3.10- Схема трамбующей машины 

Для выполнения механизированных работ по уплотнению грунтов и дорожных одежд используется спирально-кольцевая или челночная схемы (рисунки 3.11- 3.13).

Участок дороги, на котором осуществляется уплотнение, называется захваткой. Ширина захватки определяется габаритами уплотняющих машин, схемой их движения и условиями безопасного ведения работ - допустимого приближения машины к бровке насыпи, предотвращающего сползание машины под откос.

Минимальная длина захватки (ℓ_з) определяется следующим образом:

для прицепных катков:      

                                      ,                                                                 (3.1)

где R – радиус поворота уплотняющей машины, м (R = от 2,5 до12,5 м).

для самоходных катков:              

                                      ,                                                                 (3.2)

где t_p – время реверсирования машины, мин., (t_p= 0,1…0,2 мин);

       V- скорость движения уплотняющей машины, м/мин

для трамбовочных машин:          

                                      ,                                                                 (3.3)

где t_п – время поворота машины, мин., (t_п = 0,25 мин.).

В зависимости от свойств уплотняемого материала и используемой машины назначается определённое количество проходок, необходимых для обеспечения требуемой плотности

материалов.

.                                              

1-оси, номера и направление проходов катка; 2-общее направление работ на укатке;

3-перекрытие полос при укатке; 4-ось насыпи; 5-ширина насыпи; 6-развороты катка;

1:m-крутизна откосов насыпи.

             Рисунок 3.11- Уплотнение грунта при работе катка на участке              

    1-оси, номера и направление проходов катка; 2-общее направление работ на укатке;

    3-перекрытие полос при укатке; 4-ось насыпи; 5-ширина насыпи; 6-развороты катка;

     1:m-крутизна откосов насыпи

                Рисунок 3.12- Уплотнение грунта при работе катка со съездом с участка

а) уплотнение грунта при ширине участка до 6 метров; б) уплотнение грунта при ширине участка более 6 метров; 1-уплотняемый участок; 2-направление движения трамбовочной машины; 3-ширина уплотняемой полосы; 4-перекрытие полос уплотнения; 5,6-толщина уплотняемого слоя; 7-ось симметрии участка; 8-разворот трамбовочной машины на 180⁰;

9-разворот трамбовочной машины на 90⁰ ; цифры в кружках – последовательность проходов трамбующей машины

                   Рисунок 3.13- Уплотнение грунта трамбовочной машиной:              

Первые 2…3 проходки во избежание сдвигов и образования волн грунта выполняются на пониженной скорости (от 1,5 до 3 км/ч). Затем уплотнение идёт на повышенных скоростях (от 5 до 12 км/ч). Последний проход выполняется со скоростью (от 2 до 3 км/ч).

3.3 Методика расчёта основных параметров и количества машин для 

уплотнения грунтов и дорожных материалов

Методика заключается в определении эксплуатационной производительности и потребном количестве машин для обеспечения заданного темпа работ, который определяется следующим образом:

                                   ,                                                               (3.4)

где q_р - темп работ, м³/смену;

     V_л – скорость линейных работ м/смену;

      В_п – ширина полосы уплотняемого материала, м (см. исходные данные);

      h_сл – толщина уплотняемого слоя, м.

Скорость линейных работ определяется как:

                                   ,                                                                      (3.5)

где ℓ - протяжённость дороги, м;       

      m - количество смен.

Потребное количество машин (n) определяется:

                                 ,                                                                    (3.6)

где П_э.см. – эксплуатационная сменная производительность, м³/смену.

 П_э.см. определяется как:

                             ,                                                          (3.7)

где П_э.ч. –эксплуатационная часовая производительность, м³/ч;

       К_т.в. – коэффициент технологического взаимодействия с другими машинами (К_т.в. =1,1…1,2);  

      Т_см – время смены, ч.