2.1.4.1. Устройство, принцип действия и рабочий процесс катка
Каток вибрационный комбинированный двухосный ДУ-85 (Рисунок 1) предназначен для послойного уплотнения предварительно спланированных насыпных грунтов и верхних слоев оснований из различных строительных материалов. Катки эффективны при больших объемах работ на автомобильных дорогах общего пользования I... III категорий, внутрихозяйственных дорогах общего пользования Ic и IIc категорий, при строительстве и ремонте городских улиц, обустройстве территорий объектов промышленного назначения и гражданского строительства. Катки пригодны для работы на открытом воздухе в условиях умеренного (исполнение У1) или тропического климата (исполнение Т1), при этом нижнее значение температуры окружающего воздуха не должно превышать минус 100С.
Рисунок 1.
Каток ДУ-85 (Рисунок 1) представляет собой самоходную машину, в состав которой входят:
Вибровалец;
Рама вибровальца;
Шарнир сочленения;
Силовая рама;
Задний мост;
Силовой агрегат;
Рабочее место оператора (с кабиной);
Капот.
Рама вибровальца и силовая рама соединены шарниром сочленения. Шарнир сочленения имеет вертикальную и горизонтальные оси вращения. Вертикальная ось равнорасположена от оси пневмоколес и вибровальца, что позволяет осуществлять движение вальца и колес при поворотах след в след. Силовой агрегат включает в себя дизель, насосную станцию, радиаторы охлаждения и глушитель. Рабочее место оператора (с кабиной) через амортизаторы закреплено на силовой раме. Рабочее место одноместное. Все рычаги управления катком и приборы выведены на рабочее место оператора. Конструкция катка позволяет установить отопитель кабины и кондиционер. Конструкция катков ДУ-85 предусматривает установку кулачкового бандажа, который эффективен при уплотнении глинистых и других связных грунтов, и отвала, с помощью которого Вы можете спланировать грунт перед его уплотнением. Для облегчения запуска двигателя при температуре окружающей среды ниже нуля каток может быть оборудован подогревателем двигателя, управляемой муфтой сцепления. Для очистки вальца каток ДУ-85 оснащен скребками, а для исключения налипания асфальтобетонной массы каток ДУ-85 оборудован смачивающим устройством.
Каток имеет гидравлическую трансмиссию, позволяющую производить плавное изменение скорости и направления движения. Поворот катка осуществляется гидростатическим рулевым механизмом, позволяющим обеспечивать поворот полурам катка с помощью гидроцилиндров. Привод вибратора также гидростатический, позволяющий изменять направление вращения вибровала и вынуждающую силу. Уплотнение покрытия достигается в результате последовательных проходов катка по одному следу. В зависимости от рода покрытия (уплотняемого материала, толщины слоя покрытия, уплотняется основание или покрытие) могут изменяться и режимы работы катка. Режимы работы выбираются из принятых технологических процессов дорожно-строительных работ эксплуатирующей организацией.
При уплотнении дорожного покрытия включаются в работу гидросистема и блок управления гидросистемой. При этом включается в работу гидромотор, и на блок управления гидросистемой начинают поступать сигналы о состоянии уплотняемого слоя (температуре и плотности слоя) с датчиков и температуры и деформации соответственно и сигнал о величине разрежения в полости вакуумной камеры. Камера, находясь первоначально в транспортном положении, не может обеспечить требуемого разрежения над поверхностью уплотняемого слоя. На блок управления посредством датчиков и давления и деформации соответственно поступают сигналы о низком разрежении и низкой величине плотности слоя.
В связи с этим блоком вырабатывается сигнал на управление гидросистемой, при котором гидроцилиндр двустороннего действия, работая в плавающем режиме, совместно с шарнирно-рычажной подвеской опускает камеру до определенного положения, когда величина зазора между эластичным уплотнением и поверхностью уплотняемого слоя будет соответствовать предельной величине разрежения в вакуумной камере, отвечающей текущему состоянию уплотняемого слоя. Текущее состояние уплотняемого слоя покрытия оценивается температурой смеси, контролируемой датчиком температуры, текущей плотностью, контролируемой датчиком деформации, величина которой обратно пропорциональна деформации мембраны. Далее сигнал от датчика деформации поступает на блок сравнения, который оценивает текущую плотность слоя, и от него - на индикаторный блок, по которому оператор катка может определить момент окончания укатки, также сигнал с блока сравнения вместе с сигналом датчика темпеpатуры поступает в блок, где блоком вырабатывается сигнал на управление гидросистемой и гидроцилиндром.
Положение вакуумной камеры над уплотняемым слоем, установленное гидроцилиндром, обеспечивает величину предельного разрежения, соответствующую текущему состоянию уплотняемого слоя. Параллельно сигналам с датчика температуры и блока сравнения на блок поступает информация о величине фактического разрежения в вакуумной камере с датчика давления. Так, в случае неровности поперечного и продольного профилей дорожного покрытия при движении катка величина зазора будет меняться. Это приводит к изменению разрежения в вакуумной камере. Путем сравнения величин фактического и требуемого предельного разрежения блок вырабатывает дополнительный сигнал на управление гидросистемой и гидроцилиндром, который, меняя положение вакуумной камеры и работая в плавающем режиме, обеспечивает текущему состоянию требуемое предельное разрежение в вакуумной камере, соответствующее текущему состоянию уплотняемого слоя. Таким образом, обеспечивается стабильность работы вакуумной камеры, что повышает ее надежность. Расположенная под средством создания вакуума мембрана позволяет более равномерно распределить разрежение по всей площади вакуумной камеры, тем самым повышает надежность вакуумной камеры с точки зрения равномерности вакуумирования слоя по всей его поверхности.
Дорожный каток, содержащий самоходное шасси с уплотняющими рабочими органами, смонтированную на раме катка вакуумную камеру, открытую со стороны слоя материала, гидросистему, приспособление для подъема и опускания камеры с гидроцилиндром двустороннего действия, средство создания вакуума, отличающийся тем, что он снабжен мембраной в виде диска, смонтированного в упругих опорах на внутренней поверхности стенки вакуумной камеры, системой управления, датчиками давления, температуры и деформации, причем средство создания вакуума выполнено в виде коаксиально установленного в вакуумной камере перфорированного приводного диска с лопастями, датчики температуры и деформации размещены на мембране, вакуумная камера связана с рамой посредством шарнирно-рычажной подвески, а система управления выполнена в виде блока управления, первый и второй входы которого соединены соответственно с датчиками давления и температуры, а третий его вход - с датчиком деформации через элемент сравнения, выход которого соединен с индикаторным блоком, причем выход блока управления подсоединен к системе управления гидроцилиндром.
Критический анализ конструкции машин:
Рисунок 2. Зависимость потребного количества циклов нагружения от соотношения контактных давлений катка и прочности асфальтобетонной смеси.
Длительное время дорожная отрасль и отраслевое машиностроение России и других стран были ориентированы на создание катками контактных давлений, близких к σp (не менее 90%) и достигающих к концу уплотнения 30–35 кгс/см2.
Поэтому многие образцы статического и вибрационного типа оказывались излишне тяжелыми или динамичными, а качество уплотнения асфальтобетонных покрытий – нередко низким.
Правда, такое неблагоприятное отношение σo/σp может несколько выправлять то обстоятельство, что горячая смесь остывает и упрочняется, смещая σкр ближе к создаваемым катком σo, но само σo при этом тоже несколько возрастает, особенно у виброкатков, и желаемое улучшение σo/σp происходит не так эффективно и быстро.
К тому же полезная часть укатки при подобных изменениях будет идти уже при более низких температурах смеси, что, как известно, чревато потерями конечного качества по плотности. Да и потребное количество циклов статического или динамического нагружения катка по одной и той же уплотняемой точке или месту nц может оказаться увеличенным и составлять не мене 50–70 (рисунок 2). При давлениях катка, близких или равных σкр, количество nц может понизиться на 30–35%.
Существует другая опасность, связанная с недостаточными контактными давлениями вальцов катка и обуславливающая вполне понятные снижения плотности асфальтобетонной смеси и толщины прорабатываемого слоя Z (рисунок 3), а также рост необходимого количества nц (см. рисунок 2).
Рисунок 3. Влияние отношения контактных давлений вальца катка и прочности материала на толщину прорабатываемого слоя уплотняемого материала.
При очень малых давлениях вполне закономерна незначительная толщина проработки с низкой плотностью, т. е. реализуется эффект «вытоптанной пешеходами дорожки на поляне парка», что, кстати, подтверждают реальные результаты работы некоторых чрезмерно легких виброплит и виброкатков, несмотря на то, что, например, у виброплит суммарное (за 8–10 проходов по месту) количество прикладываемых к поверхности материала nц достигает иногда 1500–2000 и даже больше.
На основе длительного изучения и исследования проблем и вопросов уплотнения дорожно-строительных материалов, в том числе асфальтобетонных смесей, сопоставления функциональных параметров различных типов катков и сравнительного анализа многих положительных и отрицательных результатов по плотности сделана попытка раскрыть «секреты» практических успехов и неудач в уплотнении асфальтобетона, найти пути и способы возможного улучшения функциональных и технологических параметров катков.
Итогом таких размышлений, анализов и обобщений и стали настоящие заметки, предложения и рекомендации не только дорожникам, но и специалистам фирм, создающим дорожные катки.