Машины для уплотнения грунтов, дорожных оснований и 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 формировавнию 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 органу в виде кулачков 2 специальной формы, прикрепленных к съемные бандажам, надетым на полый барабан 7, заполняемый балластом (обычно песком). Налипающий на кулачки грунт счищается скребками. 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 4, пригру-женными балластом 3, и могут быть прицепными (рис. 4.57, б), 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 5 и задние ведущие 6 пневмоколеса, взаимная расстановка которых позволяет получать сплошную полосу уплотняемого материала. При работе каток движется челночным способом со скоростью 3...4 км/ч.

Рис. 4.57. Схемы машин для.уплотнения грунтов и дорожных покрытий

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 9 прицепного катка (рис. 4.57, д) имеется мощный вибратор направленных колебаний, приводимый в действие от установленного на раме катка двигателя внутреннего сгорания 7 через клиноременную передачу 8. Общая масса прицепных виброкатков 3,6...12 т.

Самоходные виброкатки выпускают одно-, двух- и трехвальцовыми. Встроенные вибраторы имеют ведущие вальцы. Привод вибраторов — механический и гидравлический. Масса самоходных виброкатков до 18т, 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 обеспечи вается плитами 11 массой 1...1,5 т, подвешенными на стропах к подъемному канату 10 (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 с^-1, 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 непрерывной действия на базе гусеничных тракторов класса 10 с ходоуменьшителями. Рабочим органом таких машин (рис. 4.57, ж) являются две чугунные плиты 12 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 сооружений 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.

Эксплуатационная производительность уплотняющих машин (м³/ч) непрерывного действия

(4.34)

где В — ширина полосы уплотнения, м; b — ширина перекрытия смежных полос уплотнения, м (b = 0,1 м); v — средняя рабочая скорость движения машины, км/ч; h — толщина слоя уплотнения, м; т — необходимое число проходов по одному месту; k _в — коэффициент использования машины по времени (k _в = 0,8...0,85).

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.