23.08.2017
Выполнение сварочных работ требуется в самых разных промышленных сферах. Предприятия не могут обойтись без качественной сварки...


23.08.2017
Такая услуга как генеральная уборка уже давно пользуется популярность не только у владельцев частных домов, но и у обладателей...


22.08.2017
Оценка со всех сторон требуется для того, чтобы представление о предмете было максимально полным. Аксессуары для окон на рынке...


22.08.2017
Все хорошие руководители прекрасно знают, что производительность сотрудников напрямую зависит от условий их труда. Повышенное...


22.08.2017
Множество разнообразных функций выполняют окна в коттеджах и частных домах. Помимо обеспечения доступа естественного света, окна...


22.08.2017
Скважина – основной источник воды для коттеджей и частных домов, расположенных за пределами города. В дома вода может подаваться...


Асфальтовые катки

07.06.2016

Уплотнение является завершающей стадией процесса создания покрытий дорожной одежды. Степень уплотнения определяет эксплуатационные характеристики покрытий автомобильных дорог, в том числе ровность, водонепроницаемость, износостойкость и стойкость к атмосферным воздействиям. Как правило, для устройства покрытий применяют свежеприготовленные асфальтобетонные смеси, плотность которых значительно ниже, чем плотность бетонов на их основе. Задача уплотнения - снизить пористость и повысить плотность материалов до значений, которые регламентированы нормативно-технической документацией. Главным условием процесса уплотнения является постепенное - от прохода к проходу - увеличение удельного давления рабочего органа на слой смеси, что способствует его уплотнению и увеличению прочности.
Задачу уплотнения АБ смеси решают, как правило, комплексно:
- во-первых, на стадии укладки смеси используют агрегаты предварительного или высокого уплотнения асфальтоукладчиков, которые рассмотрены ранее;
- во-вторых, на стадии уплотнения применяют комплекты асфальтовых катков, начиная с легких и кончая средними и тяжелыми катками.
Для АБ смесей, различающихся вязкостью вяжущего, размерами частиц и фракционным составом заполнителей, составом и соотношением компонентов, имеется широкий выбор асфальтовых катков. В дополнение к материалу, изложенному в первой части данного учебного пособия, целесообразно рассмотреть только катки, предназначенные для уплотнения АБ-смесей. Поскольку одним из основных требований к АБ-покрытиям является их ровность, для уплотнения смесей используют только катки с гладкими металлическими и пневматическими вальцами. Вполне очевидно, что толщину слоя задает АУ, а катки подбирают в зависимости от типа дорожной одежды, технологии укладки, состава смеси и др. Для каждого статического или вибрационного катка, имеющего заданные геометрические, массовые и вибрационные параметры, существуют оптимальные толщины уплотняемых слоев асфальтобетонной смеси.
Асфальтовые катки различают по следующим основным признакам:
1) по величине статической линейной (11 см) нагрузки (давления) - легкие (с давлением до 400), средние (400-600) и тяжелые (более 600);
2) по типу несущей конструкции - с моноблочной и шарнирно-сочлененной рамой;
3) по способу воздействия на уплотняемую поверхность - статические и вибрационные;
4) по виду рабочего оборудования - с гладкими металлическими вальцами, с пневматическими колесами с гладким протектором и комбинированные, т.е. сочетающие металлические вальцы и пневмоколеса;
5) по типу колебаний вибровальца - с круговыми ненаправленными и направленными, в том числе вертикальными и горизонтальными (осцилляторными) колебаниями;
6) по комплектации металлических вальцов - с базовыми вальцами и со съемными бандажами различной конфигурации на вальцах для уплотнения АБ покрытий, дорожных оснований и грунтов.
Статическое действие на смесь реализуют с помощью гладких металлических и пневмоколесных вальцов. Уплотняющая способность катка с металлическими вальцами зависит от его силы тяжести и диаметра вальцов, т.е. от величины удельного линейного давления. Уплотняющая способность катка с пневмоколесами зависит от его силы тяжести и давления в шинах.
Уплотнение гладкими металлическими вальцами происходит в результате медленного (по существу статического) повышения напряжения в слоях смеси, прилегающих к зоне контакта с вальцом. На эффективность уплотнения и толщину уплотненного слоя влияют величина линейного давления, вязкость вяжущего и концентрация заполнителей. При этом на границе полосы уплотнения жестким вальцом может наблюдаться резкий перепад напряжений в уплотненной и неуплотненной смесях, что в дальнейшем приводит к образованию трещин. Кроме того, перед таким вальцом при движении образуется волна деформируемой смеси с нарушенной структурой.
Уплотнение смеси упругими пневмоколесными катками обусловлено сочетанием статического действия силы тяжести катка и упругой деформации пневматических шин, которая вызывает сдвиговой эффект уплотнения за счет выдавливания воздуха из смеси в направлении перемещения катка. Кроме того, деформация шины обеспечивает еще один положительный эффект - устраняет упомянутое трещинообразование на границе полосы уплотнения за счет плавного перепада напряжений на этой границе и расширения зоны уплотнения смеси. Ряд современных моделей пневмоколесных катков оборудованы централизованной системой регулировки давления в шинах, что позволяет управлять площадью зоны уплотнения. Однако упругие деформации пневмоколесных катков затрудняют получение ровной поверхности покрытий, поэтому для их окончательной отделки используют только гладковальцовые катки.
Уплотняющее воздействие вибрационных катков обусловлено сочетанием статической и динамической нагрузок на АБ смесь. Вибрация вальца существенно снижает внутреннее трение в смеси, что способствует ее лучшему уплотнению. В наибольшей степени это проявляется для жестких смесей с ограниченным содержанием вяжущего. Катки с вибрационными вальцами значительно эффективнее статических: по эффекту уплотнения вибрационные катки с массой 1,5-8,0 т эквивалентны каткам статического действия с массой 10-15 т. Важным достоинством современных виброкатков является возможность регулирования их уплотняющего воздействия за счет управления частотно-амплитудными характеристиками колебаний виброэлементов вальцов. Конструкции вальцов обеспечивают бесступенчатое (плавное) или ступенчатое (дискретное) изменение амплитуды колебаний в широком диапазоне, а также реализацию круговых (ненаправленных) и направленных, в том числе реверсивных колебаний, что позволяет подбирать оптимальные параметры вибровоздействия в зависимости от стадии уплотнения и толщины слоя, состава и температуры смеси.
Наибольшее применение в дорожном строительстве находят двухосные катки. Двухвальцовые катки (так называемые тандемы) имеют вальцы одинаковой ширины. Нередко их снабжают устройствами, обеспечивающими боковое смещение одного вальца относительно другого, что расширяет их технологические возможности. Они могут иметь один (задний) или оба ведущих вальца. Эти катки бывают легкого, среднего и тяжелого типов. Как правило, широкие вальцы средних и тяжелых катков делают разрезными, состоящими из двух одинаковых секций, во избежание повреждения поверхности покрытия за счет сдвига материала при поворотах. Секции ведущих разрезных вальцов соединяют между собой дифференциалом, а секции ведомых свободно устанавливают на оси с небольшим зазором между ними, который не влияет на качество укатки поверхности. Тандемные катки могут быть как статического, так и динамического действия.
В качестве примера тандемного катка можно привести статический двухосный каток ДУ-63-1, имеющий два ведущих вальца. На рисунке 4.8 представлена его конструктивная схема. Вальцы 1 и 10 приводит в движение дизельный двигатель 11 через реверсивный гидронасос, два гидромотора и два планетарных редуктора, которые размещены во внутренних полостях вальцов. Дизельный двигатель с гидронасосом устанавливают между вальцами под несущей рамой 12. Каток оснащают системой смачивания водой и скребками 2, 8 для очистки рабочей поверхности вальцов.
Двухосные трехвальцовые катки статического действия имеют два узких ведущих вальца на задней оси и один широкий управляемый ведомый валец на передней оси. Они бывают среднего и тяжелого типов. Уплотнение смеси производится в основном задними катками, распределенная нагрузка от которых в два раза больше нагрузки от переднего вальца. Задняя ось снабжена дифференциалом, что позволяет катку на кривых малых радиусов проходить без повреждения уплотняемого слоя покрытия.
Асфальтовые катки

В качестве тяжелых катков нередко используют трехосные трехвальцовые катки статического действия двух типов: а) с задним ведущим и двумя передними ведомыми управляемыми катками; б) со всеми ведущими вальцами. Конструкция их подвески позволяет перераспределять силу тяжести по осям в зависимости от профиля уплотняемой поверхности.
Пневмоколесные катки имеют моноблочную жесткую раму, которая опирается на ходовую систему в трех точках: одна - спереди, две - сзади. Такая компоновка обеспечивает устойчивость и равномерное распределение силы тяжести катка по уплотняемой поверхности. Ведущие пневмоколеса задней оси располагают на неразрезном мосту, а управляемые передние пневмоколеса качаются в поперечной плоскости вследствие крепления к раме в одной точке. За счет балласта, загружаемого в балластный отсек в средней части катка, его масса может быть увеличена в два раза. Количество передних и задних пневмоколес должно быть различным, чтобы они перекрывали зоны уплотнения друг друга.
Примером может служить пневмоколесный каток ДУ-100 (рисунок 4.9), который оснащен двумя приводными поворотными пневмошинными вальцами 1 и 12. Каток имеет несущую раму 10, силовую установку 14, трансмиссию и систему управления. Рама как несущая конструкция имеет две шкворневые опоры 3 и 8, которые служат для установки и поворота вальцов. Силовая установка образует модуль, состоящий из дизельного двигателя, раздаточного редуктора с корпусом муфты сцепления и двух гидравлических насосов. Гидравлическая система катка состоит из гидроконтуров привода хода и рулевого управления. Каждое колесо снабжают скребком (11,13,15 и 16) очищающим его поверхность.
Асфальтовые катки

Комбинированные катки совмещают достоинства жестких вальцов и упругих пневмоколес: на одной оси устанавливают сплошной или разрезной металлический валец, на другой - пневматические колеса с гладким протектором. Ходовая гидрообъемная трансмиссия комбинированных катков состоит из одного (при одном ведущем вальце) или двух контуров. Привод хода ведущего вальца включает насос регулируемой подачи, гидромотор и редуктор. При выходе из строя одного из гидроконтуров другой обеспечивает нормальную работу катка.
Например, комбинированный каток ДУ-64 в качестве рабочих органов имеет ведущий гладкий металлический вибровалец и две пары пневмоколес, смонтированных сдвоено на ободе. На рисунке 4.10 представлена его конструктивная схема. На основной моноблочно 11 раме 13 установлены силовая установка 12, насосная станция, гидрооборудование, кабина 5 с системой управления и др. В состав насосной станции входят муфта сцепления, раздаточный редуктор, два насоса для передачи вращения гидромоторам привода хода катка и вибровозбудителя, а также насос для привода рулевого управления, содержащего гидроруль, т.е. гидрораспределитель и два силовых гидроцилиндра двухстороннего действия. Вибровозбудитель создает круговые (ненаправленные) колебания и представляет собой вибровал с дебалансом, который установлен на подшипниках в ступицах вальца 10. На вибровалу укреплен шкив двухступенчатой клиноременной передачи, с помощью которой его приводят во вращение от ведущего шкива муфты реверса. С другой стороны вальца к его диску крепится бортовая шестерня для передачи крутящего момента от редуктора на валец.
Асфальтовые катки

Жестковальцовые и комбинированные катки имеют моноблочную или шарнирно-сочлененную рамы. Моноблочная рама дает повышенную жесткость катку, что позволяет при необходимости перераспределять его силу тяжести между вальцами. Рама с двумя управляемыми вальцами обеспечивает возможность изменения направления движения поворотом переднего или заднего вальца, а также одновременным поворотом обоих вальцов. Шарнирно-сочлененная рама состоит из передней и задней полурам, которые могут поворачиваться относительно друг друга в горизонтальной плоскости на угол до 30-35° и в вертикальной - на угол ±(8...12) °. Каждая из полурам опирается на жесткий валец или комплект пневматических колес. Ось жесткого вальца закреплена неподвижно относительно полурамы, а ось пневмоколес может быть как неподвижной, так и подвижной, что значительно повышает маневренность катка. Шарнирное сочленение увеличивает набор способов поворота по сравнению с моноблочной рамой. Каждую из полурам снабжают балластным водяным баком, который выполняет также функции резервуара системы орошения вальцов.
Как уже было отмечено, вибрационные катки обеспечивают более высокую степень уплотнения, поскольку сочетают действие статической силы (т.е. собственной силы тяжести) и вынуждающей силы, связанной с колебаниями вибратора. Для этих целей применяют только жесткие металлические вальцы, поскольку пневмоколеса являются виброизоляторами, демпфирующими колебания. В качестве вибраторов используют, как правило, дебалансные элементы (валы и др.) с регулируемыми частотноамплитудными характеристиками. Вибрационные катки оснащены системой амортизаторов, защищающих оператора, силовую установку и гидропривод от вибраций.
Примером использования вибрационного воздействия может служить дорожный каток ДУ-98 (рисунок 4.11).
Асфальтовые катки

Он оснащен двумя гладкими металлическими вибрационными вальцами 1 и 9, которые являются поворотными и приводными (с встроенными в их внутренние полости вибровозбудителями). Каток имеет жесткую моноблочную раму, на которой установлены силовая установка 10, трансмиссия, кабина 4 с системой управления. Силовая установка образует блок-модуль из дизельного двигателя, раздаточного редуктора с корпусом муфты сцепления и регулируемых реверсивных гидронасосов, передающих вращение гидромоторам ходового устройства и вибровозбудителей. Гидравлический привод трансмиссии позволяет производить бесступенчатое изменение скорости перемещения катка. Гидроприводвибраторов обеспечивает изменение направления вращения вибровала и величины вынуждающей силы. Кроме того, каток снабжен устройством, позволяющим смещать задний валец на необходимый угол (за счет действия специального электрогидравлического распределителя), что расширяет технологические возможности катка путем достижения его большей маневренности, обеспечения эффективной работы у бордюра.
Асфальтовые катки

В конструкциях вибрационных вальцов используют ненаправленные и направленные колебания. На рисунке 4.12 представлены схемы различных устройств, обеспечивающих эти колебания. Самым простым способом уплотнения является использование ненаправленных круговых колебаний. Их можно реализовать с помощью одиночного вала с дебалансами, который устанавливают соосно оси вибровальца (рисунок 4.12, а). Круговые колебания передаются от дебалансного вала через валец на уплотняемый материал. Валец с одним дебалансным валом имеет, как правило, одну или две фиксированные частоты вращения вала вибровозбудителя, а также одно или два значения вынуждающей силы. В последнем случае можно, например, использовать конструкцию раздвижного дебаланса. На рисунке 4.13 показан принцип действия раздвижного дебаланса.
Асфальтовые катки

Дебаланс состоит из двух частей, одна из которых (2) жестко закреплена на вибровале, а вторая (1) может свободно поворачиваться относительно оси вала. При вращении вала против часовой стрелки оба дебаланса вращаются как единое целое, а по часовой стрелке - раздвигаются. В результате вынуждающая сила, развиваемая вибровозбудителем, имеет два значения, которые можно определить с помощью следующих формул:
- для вращения против часовой стрелки
Асфальтовые катки

где m - суммарная масса дебалансов, кг;
е - радиус вращения центра тяжести массы дебалансов, м;
ω - угловая скорость вращения вала, об/с;
- для вращения по часовой стрелке
Асфальтовые катки

где Q1 и Q2 - вынуждающая сила каждого дебаланса, Н;
α - угол между осями дебалансов, град.
Двухрежимную вибрацию используют в большинстве имеющихся сейчас моделей виброкатков. Вместе с тем, она стада явно недостаточной для уплотнения материалов различного типа и состояния с учетом необходимости регулирования толщины уплотняемых слоев. Поэтому разработчики (фирмы «Bomag», «Ingersoll-Rand», «Ammann», «Hamm», «Dynapac», «Caterpillar» и др.) устанавливают на виброкатках многорежимные уплотняющие системы. Эти системы выпускают двух типов: во-первых, устройства с дискретным регулированием уплотняющего воздействия вибровозбудителя круговых ненаправленных колебаний; во-вторых, устройства с плавным регулированием уплотняющего воздействия вибровозбудителя направленных колебаний.
Первый тип устройств имеет одну, две или три частоты колебаний вальца с несколькими амплитудами силового воздействия. Например, фирма «Ingersоll-Rаnd» выпускает виброкатки, обеспечивающие восемь амплитуд и две частоты колебаний вальца; фирма «Саtеrрillаr» выпускает виброкатки с тремя-пятью амплитудами при одной-трех частотах вальца.
Второй тип устройств снабжают механизмами, обеспечивающими направленные колебания. Направленные колебания реализуют в двух вариантах:
1) с помощью двух вибровальцов (рисунок 4.12, б), каждый из которых имеет вибровозбудитель с круговыми колебаниями (как правило, вал с дебалансом);
2) с помощью пары вибровалов с дебалансными элементами, которыми оснащен валец (рисунок 4.12, в, г).
Вариант двух вибровальцов реализован в конструкции виброкатков (например, ДУ-95-1, ДУ-95-2 и др.), имеющих сдвоенные вальцы. В оба вальца вмонтированы вибровозбудители с круговыми колебаниями, каждый из которых представляет собой вал с дебалансом. При этом их дебалансные элементы смещены относительно друг друга на угол 180° (в горизонтальном положении). Вибровалы с дебалансами вращаются в разные стороны с одинаковой частотой, поэтому горизонтальные усилия вибровозбудителей уравновешиваются, а на уплотняемый материал передаются в основном вертикальные нагрузки.
Вариант двух вибровалов в одном вальце имеет более широкие технические возможности и позволяет реализовать различные виды колебаний в зависимости от расположения дебалансов и направления вращения. Во-первых, направленные вертикальные колебания - за счет одинаковой частоты вращения валов в разные стороны (см. рисунок 4.12, в) при смещении дебалансов относительно друг друга на угол 180° (в горизонтальном положении). Во-вторых, направленные горизонтальные, колебания - за счет одинаковой частоты вращения валов в одну сторону (см. рисунок 4.12, г) при смещении дебалансов относительно друг друга на угол 180°.
На рисунке 4.14 представлена схема реализации вертикальных (а) и горизонтальных (б) колебаний вибровальца при помощи двух дебалансных валов, которые вращаются с одинаковой частотой. Условно период их вращения разбит на четыре стадии.
Вертикальные направленные колебания (рисунок 4.14, а) возникают только на I и III стадиях, когда динамические импульсы от центробежных сил Р, развиваемых дебалансами, направлены вертикально (вверх-вниз), воздействуя через валец на уплотняемый материал в вертикальной плоскости. Они оказывают на материал виброударное воздействие. На II и IV стадиях центробежные силы уравновешиваются и их действие на валец нейтрализуется.
Горизонтальные колебания (рисунок 4.14, б) также возникают только на I и III стадиях. При расположении центробежных сил Р в вертикальной плоскости они вызывают динамические моменты, которые сообщают вальцу возвратно-поступательное движение в горизонтальной плоскости (осцилляции) в зоне контакта с уплотняемым материалом. На II и IV стадиях центробежные силы компенсируют друг друга, не оказывая существенного силового воздействия на валец.
Асфальтовые катки

Направленные горизонтальные колебания называют осцилляпюрными, поскольку валец совершает крутильные колебания вокруг собственной оси, т.е. небольшие реверсивные осцилляции (угловые отклонения).
Напомним, что любой вибрационный каток оказывает два вида воздействия на уплотняемый материал: статическое и динамическое. При традиционном уплотнении виброколебания (как и статическая нагрузка) действуют в вертикальном направлении, а при осцилляторном - статическая вертикальная нагрузка сочетается с реверсивными виброколебаниями в горизонтальной плоскости.
Осицилляторное воздействие на уплотняемый материал происходит по принципу "реверсивный сдвиг - статическое сжатие". В результате уплотнение имеет следующие особенности:
а) уменьшается разрушение частиц минерального заполнителя;
б) снижаются силы внутреннего трения частиц уплотняемого материала;
в) снижается динамические нагрузки на каток и увеличивается срок его службы.
Профессор Вл. И. Баловневым показал взаимосвязь основных параметров осцилляторного воздействия с характеристиками уплотняемого материала и виброкатка. Было установлено, что оптимальное время (с) осцилляторного воздействия можно определить по формуле
Асфальтовые катки

где кm - коэффициент распределения массы на осцилляторный валец;
fв - коэффициент сопротивления движению вальца при вибрации;
m - масса машины, кг;
а - горизонтальная амплитуда колебаний осцилляторного вальца, м;
Nк - мощность силовой установки катка, Вт.
С учетом установленных взаимосвязей было показано, что оптимальная масса (кг) виброкатка с осцилляторным вальцом пропорциональна следующим основным характеристикам катка:
Асфальтовые катки

где Вв - ширина вальца, м;
Rв - радиус вальца, м
hсл - толщина уплотняемого слоя, м.
Осцилляторные колебания реализованы в конструкциях вибрационных катков ведущих производителей уплотнительной техники, например, фирм «Наmm», «Bomag» и др.
Как правило, такие виброкатки содержат задний осциллирующий валец и передний - статический или вибрационный. Об эффективности этого сочетания свидетельствуют данные таблицы 4.3, в которой представлены результаты уплотнения АБ смеси катками фирмы «Натт». Из таблицы следует, что наиболее высокие результаты (более 90 % уплотнения смеси) достигаются при совместном действии вибрации (т.е. вертикальных колебаний) и осцилляции (т.е. горизонтальных колебаний).
Этот же принцип лежит в основе конструкции дорожного катка тандемного типа ДС-31М, который производят на предприятии ОАО «Белдормаш». Он оснащен двумя ведущими и управляемыми гладкими металлическими вальцами (передним вибрационным и задним осцилляторным). Номинальная частота вибрации и осцилляции составляет 36 Гц при амплитуде вибраций до 0,7 мм. Эксплуатационная масса катка составляет 10,5 т при линейном давлении 30 Н/мм, диаметре вальцов 1200 мм и ширине 2445 мм.
Для лучшей передачи уплотняемому материалу горизонтальных усилий поверхность вальца должна иметь высокий коэффициент сцепления с опорной поверхностью, чтобы не было проскальзывания вальца. Этому требованию удовлетворяют вальцы с обрезиненной поверхностью, поскольку ее коэффициент сцепления в 1,7-1,8 раза выше, чем стали.
Асфальтовые катки

Современные уплотняющие системы обладают возможностью управления силовым воздействием в диапазоне от вертикальных до горизонтальных колебаний вибровозбудителя, что позволяет подбирать оптимальный режим уплотнения для материалов различного типа и структуры. Регулирование амплитуды колебаний осуществляют за счет изменения относительного положения дебалансов между собой.
Производители дорожных машин выпускают, как правило, типоразмерные ряды асфальтовых катков, которые различаются как по главному параметру (ширине укатываемой полосы), так и по другим классификационным признакам. При этом широко используют блочно-модульный принцип проектирования с применением унифицированных сборочных единиц и агрегатов. Он позволяет с минимальными затратами создать обширную гамму уплотняющей техники для различных материалов и условий эксплуатации. В частности, представленные на рисунках 4.8-4.11 катки (производства рыбинского ЗАО «Раскат») созданы с широким набором модулей, к которым относятся кабина с рабочим Местом оператора, планетарный редуктор и гидростатическая передача, силовые установки и силовые рамы, рабочее оборудование (вальцы, рамы, вилки, шарниры и др.). Ходовая система кинематически выполнена как передача с гидромотор-колесами. Гидросхема обеспечивает высокую степень унификации применяемого гидрооборудования и позволяет формировать нужную модификацию катка с наименьшими материальными затратами.
В таблице 4.4 приведены некоторые технические характеристики наиболее распространенных и изготовленных в СНГ дорожных катков. В их числе двухосные статические катки с гладкими металлическими вальцами (ДУ-72, ДУ-73, ДУ-63-1, ДУ-93 и др.), вибрационные двухосные катки с гладкими металлическими вальцами, оснащенными одним (ДУ-47Б) или двумя вибровальцами (ДУ-63, ДУ-98), пневмоколесные статические двухосные катки (ДУ-65, ДУ-100), комбинированные катки, оснащенные приводными металлическими виброваяьцами и статическими пневмоколесами (ДУ-54М, ДУ-64, ДУ-97, ДУ-99). Как видно из таблицы, для уплотнения АБ смеси в основном используют катки, имеющие цельнорамные конструкции.
В качестве примера типоразмерного ряда можно привести асфальтовые катки фирмы «Бупарас», Ее тандемные и комбинированные вибрационные катки охватывают широкий диапазон эксплуатационно-технических характеристик - от малогабаритных катков (с шириной 0,8 м), которые используют для выполнения небольших объемов работ (пешеходных тротуаров и подъездных путей), до тяжелых катков (с шириной укатки более 2 м), которые предназначены для уплотнения с высокой производительностью АБ смесей на магистральных дорогах, улицах и в промышленных зонах. Свое вибрационное воздействие на смесь они осуществляют при фиксированных частотах (одной или двух) с амплитудой колебаний в пределах 0,2-0,8 мм.
Асфальтовые катки

Эта же фирма выпускает ряд моделей виброкатков с покрытыми вулканизированной резиной металлическими вальцами. Их используют в основном при поверхностной обработке уложенных покрытий нанесением шероховатых слоев, которые увеличивают сопротивление заносу автомобиля и обеспечивают поверхностный дренаж. Применение прорезиненных катков уменьшает риск дробления каменного материала в поверхностном слое и значительно снижает уровень шума при работе катка. Однако резина имеет относительно низкие прочностные характеристики, что заставляет при движении избегать сосредоточенных нагрузок от крупных камней и бордюрного камня. В качестве примера можно привести самоходный виброкаток СА 15R, снабженный покрытым резиной вальцом (диаметром 1,585 м и шириной 2,13 м), который обеспечивает статическую линейную нагрузку более 25 Н/мм и амплитуду колебаний в пределах 0,7-1,4 мм при частоте 28 Гц. Ряд моделей асфальтовых катков снабжают теплоизолирующими фартуками, замедляющими остывание АБ смеси в зоне уплотнения.
К основным направлениям энергосберегающего развития уплотнительной техники следует отнести следующие:
1) расширение типоразмерного ряда асфальтовых катков с оптимальными параметрами для обеспечения высокой производительности;
2) снижение энергозатрат за счет использования эффективных физических методов воздействия катков на асфальтобетонную смесь;
3) оснащение катков вспомогательным оборудованием (съемными бандажами вальцов с гладкой поверхностью и с фигурными уплотнительными элементами, устройствами для уплотнения и отрезки кромки покрытий и др.) для расширения их технологических возможностей.
4) оснащение катков системами глобального позиционирования (GPS и др.) для повышения качества уплотнения и увеличения производительности дорожных работ;
5) установка на вибрационных катках систем электронного управления, обеспечивающих автоматическое регулирование частотно-амплитудных характеристик в зависимости от состава и структуры асфальтобетонных смесей.
Для катков с гладкими металлическими вальцами экономия материалов и энергии достигается за счет использования сменного рабочего оборудования в виде бандажей, которые монтируют на стандартном вальце. Вместо нескольких катков можно использовать только один, оснащенный несколькими бандажами в виде съемных кожухов для работ с различными дорожностроительными материалами, например, гладких кожухов или кожухов с кулачками и другими уплотняющими элементами. В частности фирма «Ingersoll-Rand» выпускает вибрационные катки (типа SD120 и DD70), оснащенные двумя бандажами для различных дорожных работ. Один из них имеет гладкую поверхность и предназначен для уплотнения АБ смесей, другой - бандаж кулачкового типа - используют для укатки грунтов и оснований. Гладкий бандаж снижает сопротивление укатыванию из-за увеличения диаметра и ширины, что обеспечивает более гладкую поверхность слоя АБ смеси.
Применение GPS в виброкатках позволяет повысить производительность уплотнения дорожных покрытий за счет увеличения толщины уплотняемого слоя без ухудшения его качества. Их оснащают системами контроля качества уплотнения, которые дают оператору информацию о технологическом процессе и позволяют эффективно управлять его параметрами. Например, фирма «Sakai America» устанавливает на вибрационных катках систему контроля CIS (Compaction Information System), которая отражает на дисплее карту перемещения машины с учетом данных GPS, распределение температуры смеси и степень уплотнения при заданных частотно-амплитудных характеристиках. Эта информация позволяет оператору легко контролировать процесс и достичь требуемого качества уплотнения в зависимости от технологических характеристик смеси.
Наиболее перспективным в плане обеспечения баланса качества и производительности представляется направление, связанное с так называемым «интеллектуальным уплотнением» IC (от англ. intellectual compaction). Системы 1C, которыми оснащают катки многие ведущие фирмы, представляют собой электронные органы управления и контроля, непрерывно регистрирующие плотность уплотняемого материала. На основании этих данных происходит автоматическая коррекция частоты и амплитуты вибровоздействия, а также скорости перемещения катка для обеспечения заданной плотности покрытий. Возможность корректировать процесс уплотнения в режиме реального времени с учетом толщины, состава и структуры уплотняемых материалов сулит весьма большие потенциальные преимущества. В их числе снижение энергоемкости процесса уплотнения, увеличение производительности за счет снижения числа проходов катка, повышение качества уплотнения за счет достижения оптимальной плотности покрытий.
Помимо упомянутых (можно сказать, классических) путей развития катков, исследователи и разработчики новой техники пытаются повысить эффективность уплотнения дорожно-строительных материалов с помощью нетрадиционных приемов. Для их иллюстрации приведем примеры некоторых интересных технических идей. Вполне возможно, что в недалеком будущем они будут востребованы в уплотнительной технике.
Как правило, в серийно выпускаемых катках используют самый простой способ вибровоздействия - с помощью ненаправленных круговых колебаний, которые возникают при вращении дебалансных валов вибровальцов. Кроме того, используют более эффективные, но и конструктивно более сложные способы направленных (вертикальных и горизонтальных) колебаний вибровальцов.
Другие способы вибровоздействия на дорожно-строительный материал пока не выходят за рамки исследований и опытных испытаний. В их числе методы так называемого виброволнового воздействия вальца на смесь. На рисунке 4.15 представлена принципиальная схема виброволнового вальца. Он содержит упругую цилиндрическую обечайку 1 с генератором виброволн внутри вальца. Генератор волн содержит три пары опорных роликов (2 и 3), установленных на специальной раме, одна пара которых (2) является эксцентриковыми. Через ролики на обечайку передается статическая сила тяжести катка. Кроме того, вращающиеся эксцентриковые ролики вызывают вибродеформацию обечайки, которая, в свою очередь, своей нижней частью уплотняет смесь. Достоинством этого метода является низкая энергоемкость процесса уплотнения, поскольку во вращение приводят только ролики, расположенные в нижней части вальца, что существенно снижает энергопотребление возбудителя колебаний по сравнению с традиционным вибровальцем. Опытные испытания показали преимущества виброволнового вальца по сравнению с классическим виброкатком, что связано с большими амплитудами его колебаний.
Асфальтовые катки

Пневмокатки используют только в статическом режиме, поскольку они гасят колебания вибровозбудителя из-за наличия в шинах сжатого воздуха. Между тем, они обладают весьма существенным достоинством - возможностью изменения контактного давления на уплотняемый материал за счет изменения давления в шинах. Предложена конструкция вибрационного гидрошинного (так его назвали авторы) катка, у которого шины заполнены жидкостью. Наличие в шине жидкости (т.е. несжимаемой среды) дает возможность эффективно использовать вибрации пневмоколеса, т.е. реализовать сочетание статического и динамического воздействия на смесь. Изменяя количество жидкости в пневмоколесе (т.е. давление в шине) и подбирая режим вибрации, можно управлять не только контактным давлением на смесь, но и частотной характеристикой колебаний пневмоколеса для ее подстройки под изменяющуюся собственную частоту уплотняемого материала для достижения резонанса. Регулируя режимы статического и динамического воздействия, с помощью одного катка можно реализовать весь цикл уплотнения материала от начала и до конца.
Эта же цель - использование только одного катка для уплотнения смеси -является основой применения вакуумных технологии. Исследования показывают, что их применение позволяет повысить производительность за счет сокращения числа проходов катка по одному следу в 1,5-2,0 раза. При этом существенно улучшаются водостойкость, сдвигоустойчивость, морозостойкость и прочностные характеристики слоя АБ смеси, что увеличивает срок службы покрытий в 1,5-2,0 раза. Данные экспериментов, представленные на рисунке 4.16, показывают, что вакуумирование (при степени разрежения в вакуумной камере в пределах 5-10 кПа) АБ смеси дает значительный положительный эффект при уплотнении как в статическом, так и в динамическом режимах. Из рисунка видно, что совместное действие вибрации и вакуумирования (за 8 проходов катка) на 65 % более эффективно, чем просто вибрация (по водонасыщению).
Асфальтовые катки

В качестве примера конструкции вакуумного приспособления можно привести техническое решение, которое содержит набор необходимых элементов для контактного вакуумирования уплотняемого слоя. В начале цикла уплотнения каток работает в обычном режиме, затем после заданного числа проходов включают устройство создания вакуума.
Регулируя величину разрежения воздушной среды в вакуумной камере, увеличивают контактное давление вальцов на покрытие. Пригрузка вальцов прямо пропорциональна разрежению в вакуумной камере и площади ее поверхности.
На рисунке 4.17 приведена принципиальная схема вакуумного приспособления для катка с гладкими металлическими вальцами с целью повышения эффективности уплотнения АБ смеси. Однако пока контактные вакуумные методы не получили распространения из-за низких эксплуатационных характеристик вакуумных устройств.
Асфальтовые катки

Совершенствование вакуумных технологий осуществляют в направлении создания устройств для бесконтактного вакуумирования АБ смеси. На рисунке 4.18 приведена схема бесконтактного вакуумного устройства, которое представляет собой двухсекционную камеру. Нижняя камера 1 открыта со стороны уплотняемого слоя. В ней создается разрежение за счет вращения перфорированного диска 2, который перемещает воздух из центральной части камеры к ее периферии и удаляет его через отверстия 10 в боковых стенках. Эксперименты показывают, что в результате разрежения в пределах 10-15 кПа повышается эффективность уплотнения АБ смеси в зоне воздействия устройства. Вместе с тем, следует еще раз отметить, что вакуумные технологии пока не вышли за рамки исследовательских работ.
Перспективными и обнадеживающими представляются результаты исследования влияния электрических полей на активацию уплотнения дорожно-строительных материалов, содержащих остаточную влагу. Установлено, что под воздействием постоянного электрического поля в уплотняемом материале происходит электроосмотическое движение жидкости в его капиллярах. При этом она переходит из связанного в свободное состояние, что сопровождается облегчением деформирования материала и ускорением его уплотнения из-за снижения сил внутреннего трения его частиц.
Как известно, АУ производит укладку и частичное уплотнение смеси, а каток довершает уплотнение. Имеются концептуальные предложения по совмещению процессов укладки и уплотнения, их объединению в единый технологический процесс. Одно из них состоит в изменении направления укатки и создании так называемой нагнетающей укладки. На рисунке 4.19 представлена принципиальная схема катка, с помощью которого реализуют эту укладку. Как видно из рисунка, каток оснащен узлом приема и подачи материала (в виде приемного бункера 2 и ленточного питателя 4) и механизмом укатки материала (в виде бункера-течки 7 и нескольких вальцов 6). Вальцы 6, установленные вдоль полосы в ряд, вместе с бункером совершают возвратно-поступательное движение поперек уплотняемой полосы. Материал через бункер-течку поступает на дорожное полотно перед вальцами, которые выдавливают его излишки по ходу движения катка.
Асфальтовые катки

После этого перемещают каток вслед за образовавшейся волной материала. За катком образуется полоса материала с высокой, как полагают авторы, степенью уплотнения. Ширина укладываемой полосы определяется шириной бункера-течки и ходом перемещения вальцов. Совмещение процессов укладки, разравнивания и уплотнения может значительно сократить производственные затраты за счет уменьшения количества используемой техники.
Традиционная уплотнительная техника базируется на применении виброкатков с колесными вальцами. Весьма интересным направлением ее развития является создание гусеничных виброкатков, которые производит компания «Komatsn» для уплотнения дорожных оснований и покрытий. Каток имеет шарнирно-сочлененную раму, в передней части которой установлен гусеничный вибровалец, а на задней оси - пневмоколесное (модель JT150WA-1) или гусеничное (модель JT150WAC-1) шасси. При массе более 16 т вынуждающая сила на вибровальце составляет 180 кН при амплитуде колебаний 2,8 мм, что позволяет эффективно уплотнять глубинные слои дорожного полотна. К достоинствам таких катков относят, во-первых, высокую устойчивость на уклонах (угол уклона 15 и 22 % соответственно без использования вспомогательных агрегатов); во-вторых, возможность сглаживания неровностей предыдущих этапов уплотнения; в-третьих, большую площадь контакта рабочего органа с уплотняемой поверхностью. Можно предположить, что в недалеком будущем гусеничные виброкатки могут стать основой новых методов уплотнения.