Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

07.06.2016

Основными машинами для устройства ЦБ покрытий являются бетоноукладчики, которые предназначены для распределения смеси по дорожному основанию, ее укладки и уплотнения, а также профилирования и отделки поверхности слоя. Их можно классифицировать по следующим основным признакам:
1) по принципу перемещения - самоходные и прицепные;
2) по типу опалубки - со стационарной (рельс-формы) и скользящей опалубкой;
3) по ходовому оборудованию - двух-, трех- и четырехгусеничные;
4) по производительности - легкие, средние и тяжелые;
5) по виду работ - для устройства покрытий, изготовления профилей и формирования оснований;
6) по степени универсальности - специализированные (для ЦБ смесей) и универсальные (для ЦБ и АБ смесей);
7) по степени автоматизации - полуавтоматические и автоматизированные;
8) по назначению (комплектации) различают комплексы и комплекты машин на основе бетоноукладчика для устройства капитальных и облегченных дорожных одежд.
В середине прошлого века преобладало использование колесно-рельсовых машин для устройства ЦБ покрытий. Они передвигались по специальным рельс-формам, которые одновременно служили стационарной (неподвижной) опалубкой для бетонной смеси. Но они имели значительные недостатки: большую трудоёмкость монтажа-демонтажа и перевозки рельс-форм и небольшую (250-500 м в смену) производительность процесса укладки бетона.
Необходимость увеличения темпов строительства автодорог и аэродромов привела к созданию безрельсовых бетоноукладочных машин, оснащенных боковой опалубкой, которую называют скользящими формами, с высокой производительностью (250-4500 м в смену). Эти машины передвигаются по дорожному основанию, а формирование покрытия происходит между скользящими формами, укреплёнными на машине (т. е. формы перемещаются вместе с машиной).
В зависимости от ширины полосы и категории дороги бетоноукладчики оснащают различным гусеничным оборудованием. Для строительства дорог III—IV категорий используют, как правило, двухгусеничные, для дорог I—II категорий — трех- или четырехгусеничные машины. Например, предприятием «Брянский Арсенал» освоен выпуск самоходных двухгусеничных бетоноукладчиков (ДС-169), которые при мощности двигателя 125 кВт производят укладку полосы покрытия шириной 4,5-7,5 м при толщине слоя 160-240 мм. Почти половина укладчиков, выпускаемых ведущими производителями, имеет резиногусеничный ход. Резиновые гусеницы обладают преимуществами в транспортной скорости и затратах на обслуживание по сравнению с традиционными гусеничными системами.
Бетоноукладчики со скользящими формами обеспечивают формирование как покрытий, так и различных монолитных профилей (водосточных каналов и желобов, боковых полос, направляющих стенок и ограждений дорог и др.). Для качественной укладки и армирования ЦБ смеси эти машины оснащают набором рабочих органов, в том числе шнековыми распределителями и щитами для равномерного распределения бетона, поперечными вибробрусами и продольными выглаживателями, а также устройствами для введения армирующих элементов (дюбелей, анкеров и др.). Боковые скользящие формы обеспечивают формование соответствующего профиля. Для повышения эффективности дорожных работ производители дорожных машин предлагают бетоноукладчики, типоразмерный ряд которых охватывает диапазон ширины укладываемой полосы от 1 до 16 м. В таблице 6.1 представлены характеристики машин, которые выпускает фирма «Wirtgen».
Легкие бетоноукладчики (малой производительности) используют для укладки покрытий шириной до 2,5 м и устройства монолитных профилей (желобов, стенок каналов, бортов и др.). Для решения этих задач боковые элементы скользящей опалубки могут быть подвешены как между гусениц, так и сбоку со смещением по методу «offset» (англ - смещение, отклонение) относительно продольной оси машины. Такие бетоноукладчики малых размеров применяют в основном для формования различных монолитных профилей, что существенно повышает производительность и снимает трудозатраты по сравнению с производством этих работ вручную.
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

Машины средней производительности применяют для укладки покрытий шириной от 2,5 до 9 м и строительства крупных монолитных профилей, в частности, с их помощью можно бетонировать каналы шириной до 3 м и глубиной до 2 м. Скользящая опалубка этих машин также имеет два варианта своего расположения относительно ходовой системы: 1) между гусениц; 2) со смещением относительно продольной оси машины. Кроме того, их рабочие органы позволяют укладывать покрытия с плавно регулируемой в процессе укладки стандартной шириной в диапазоне от 3 до 6 м. Помимо этого, их оснащение уширителями увеличивает ширину обрабатываемой полосы укладки до 9 м.
Тяжелые укладчики большой производительности (типа SР 1500L и SР 1600) обеспечивают создание покрытий шириной до 16 м, в том числе двухслойных покрытий за один проход. В частности, модель SР 1500 L, состоящая из двух независимых друг от друга машин, позволяет оперативно формировать одно- или двухслойные покрытия.
Современные бетоноукладчики имеют, как правило, модульную конструкцию, что обеспечивает их быструю переналадку в зависимости от поставленной задачи: укладки покрытия заданной ширины или формирования профиля требуемой формы, с введением армирующих элементов или без них. Машины всех типоразмеров снабжены уширителями (раздвижными или приставными), существенно увеличивающими их технологические возможности. На рисунке 6.1 представлены принципиальные схемы бетоноукладчиков различной производительности. Как правило, машины малой и средней производительности являются комбинированными, что позволяет их использовать для изготовления как покрытий, так и различных монолитных профилей. Широкий набор различных рабочих органов и специальных приспособлений дает возможность решать многочисленные задачи дорожного строительства.
Вместе с тем, в последние годы наметилась тенденция по созданию укладчиков с универсальными возможностями, которые можно эффективно использовать на двух основных видах дорожных работ:
1) при сооружении автомагистралей, качество которых должно отвечать жестким требованиям стандартов по ровности и другим технико-эксплуатационным характеристикам;
2) при устройстве дорог с низкопрофильными характеристиками.
Для этих работ в наибольшей степени подходят укладчики средней мощности (производительности), снабженные телескопическими уширителями.
Ведущие производители машин для дорожных работ разрабатывают агрегаты, позволяющие с минимальной перенастройкой использовать укладчики как для цементобетонных, так и для асфальтобетонных смесей. В частности, фирма «Vogele» предлагает укладчики Super 2500, которые способны укладывать щебень, цементобетон и асфальтобетон.
Как правило, бетоноукладчик является основной машиной комплексов или комплектов, включающих сопутствующие машины. Состав комплекса выбирают в зависимости от категории дороги, рецептуры смеси и технологии устройства покрытий, конструкции основания и самого покрытия (армированного или неармированного).
Строительство автомобильных дорог с ЦБ покрытием предусматривает профилирование земляного полотна, устройство основания, укладку смеси, формирование и отделку покрытия. Для реализации этих операций необходим набор сопутствующих укладчику машин.
При строительстве оснований дорог и аэродромов для планировки и профилирования поверхности грунта используют бульдозеры, автогрейдеры или специальные профилировщики. Для обеспечения ровности поверхности (в поперечном и продольном направлениях, а также по курсу движения машины) бульдозеры и автогрейдеры снабжают автоматическими системами управления рабочими органами. В ряде случаев для этих целей используют профилировщики, которые могут иметь как пассивные (отвалы, щиты и др.), так и активные (фрезы, шнеки) рабочие органы. Фрезы фрезеруют, рыхлят и распределяют грунт по ширине на начальной стадии процесса. Отвалы, располагающиеся за фрезами, профилируют основание и перемещают излишки грунта по ширине полосы. Шнеки удаляют эти излишки на обочину и перераспределяют грунт по ширине, II, наконец, отвалы, установленные за шнеками, производят окончательную планировку грунта.
При строительстве укрепленных оснований планирование и профилирование совмещают со смешением грунта с вяжущими веществами. Поэтому профилировщик, помимо своих основных функций, выполняет роль грунтосмесительной машины.
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

В этом случае к нему в комплект добавляют цементовоз-распределитель (для дозированного распределения порошкообразного цемента на полотне дороги). Например, для распределения цемента применяют цементовоз-распределитель ДС-72 на базе колесного трактора Т-158 и профилировщик-грунтосмеситель ДС-178. Рабочее оборудование профилировщика включает фрезерный ротор с режущими зубьями и лопатками для профилирования и смешения грунта с порошкообразным цементом непосредственно на полотне дороги, распределительный шнек, систему подачи воды в зону смешения и виброплиту с вибраторами направленных колебаний для уплотнения смеси.
При строительстве ЦБ покрытий ведущие производители укладочных машин для качественной укладки смеси на подготовленное дорожное основание используют комплекс основных машин, который состоит из бетонораспределителя, бетоноукладчика со скользящими формами и бетоноотделочной машины. Например, фирма «Wirtgen» для бетоноукладчиков, представленных в таблице 6.1, выпускает бетонораспределитель с боковой загрузкой смеси, имеющий производительность до 200 м/ч при рабочей ширине от 2,5 до 9,0 м, и бетоноотделочные машины (финишеры ТСМ 850 и МТС 1600), которые обеспечивают с помощью специальных устройств поверхностную обработку уложенного бетоноукладчиком полотна при его ширине до 9,5 и до 16,0 м соответственно.
Бетонораспределители, принимающие и распределяющие смесь, могут быть бункерными и безбункерными. Бункерные распределители являются машинами циклического действия. Смесь поступает из бункера порциями и распределяется по основанию дороги, для чего используют шнеки, фрезы и отвалы. Безбункерные (шнековые, лопастные и ковшовые) распределители — это машины непрерывного действия, которые используют для более масштабных работ. Они равномерно распределяют в поперечном направлении смесь, поступающую непосредственно на подготовленное основание дороги, с помощью шнека, лопасти или ковша и предварительно разравнивают отвалом. Профилирование уложенного слоя смеси производят специальными профилирующими заслонками, с помощью которых можно установить одно- или двухскатный профиль покрытия.
Бетоноотделочные машины (финишеры) производят окончательное разравнивание, профилирование, уплотнение и отделку поверхности покрытия для придания необходимой шероховатости, а также формирование деформационных швов и нанесение на покрытие плёнкообразующих материалов. Различают гусеничные и пневмоколесные финишеры.
Весь спектр дорожных работ по устройству ЦБ покрытий осуществляется комплектами специализированных машин, базовой машиной которых является бетоноукладчик со скользящей опалубкой. Такие комплекты в свое время были использованы в СССР для строительства магистральных дорог и аэродромов. ОАО «Брянский Арсенал» изготовил около 30 комплектов машин ДС-110 и оснастил ими крупные дорожно-строительные организации. Одной из наиболее значимых работ комплекта было строительство магистральной автомобильной дороги Брест - Москва. В состав комплекта входят три гусеничные машины (профилировщик, распределитель бетона и бетоноукладчик), а также две машины на пневмоколёсном ходу (трубчатый финишер и машина для нанесения плёнкообразующих веществ).
Конструктивным достоинством гусеничных машин комплекта является высокий уровень их унификации, в том числе базовых рам, силовых установок, ходовых систем (за счет применения одинакового четырехопорного гусеничного шасси), приводов хода и рабочих органов, гидросистем и электрооборудования, а также автоматических следящих систем управления рабочими органами по заданному курсу и профилю. Рабочее оборудование этих машин монтируется на четырехопорном гусеничном шасси (рисунок 6.2) с гидрообъемным приводом хода.
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

В состав дополнительного оборудования входят: навесной конвейер-перегружатель; прицепная арматурная тележка; полунавесной вибропогружатель арматурной сетки; асфальтоукладочное оборудование (полунавесной бункер и навесная виброплита); нарезчик швов; заливщик швов; трейлеры с тягачами для перевозки машин комплекта.
Профилировщик оснований комплекта в зависимости от типа грунта оснащают различными профилирующими рабочими органами. По типу рабочего органа различают шнековые, (фрезерные и ножевые профилировщики, которые снабжают отвалами. Шнеком с разравнивающим отвалом профилируют песчаные основания, фрезой с разравнивающим отвалом - укрепленные грунты, а отвалом с профилирующим ножом — суглинки. Мощность его силовой установки составляет 368 кВт при ширине полосы профилирования 8,5-10,0 М.
Бетонораспределитель комплекта обеспечивает прием смеси из автосамосвалов (или автобетоносмесителей) и ее распределение по дорожному основанию слоем необходимой толщины. Приём смеси осуществляют из самосвалов на выдвигающийся в сторону обочины конвейер, нижняя часть которого образует дно приемного бункера. После разгрузки порции смеси из самосвала в бункер лента конвейера транспортирует ее на дорожное полотно и укладывает перед рабочими органами. Затем рабочие органы (шнек-фреза и отвал), состоящие из двух половин, осуществляют первоначальное распределение и планирование бетонной смеси. Машина имеет мощность двигателя 221 кВт при ширине полосы распределения 7,5 м.
Бетоноукладчик комплекта со скользящими формами имеет набор рабочих органов, в том числе шнек и отвал шнека, глубинные вибраторы, качающиеся отделочные брусья и плавающую выглаживающую плиту. На рисунке 6.3 представлена принципиальная схема этих рабочих органов. Распределительный шнек состоит из двух частей с независимым приводом. Отвал плоской формы обеспечивает подпор смеси в шнеке. Глубинные вибраторы равномерно уплотняют смесь по всему объему за счет ненаправленных колебаний (с частотой 180 Гц). Брус-дозатор, состоящий из двух частей, выравнивает и дозирует смесь за счет вертикальных колебаний (с частотой 50 Гц). Два бруса, качающиеся в поперечном направлении с частотой 4 Гц (они также состоят из двух частей), придают покрытию необходимый профиль и осуществляют первичную отделку покрытия. Плавающая плита производит окончательную отделку покрытия, заполняя и выглаживая швы, остающиеся на поверхности после прохода брусьев. Она также состоит из двух частей и управляется с помощью гидроцилиндров. Боковые скользящие формы удерживают смесь в пределах рабочей зоны и образуют первоначальную кромку слоя покрытия. Мощность двигателя составляет 221 кВт при ширине рабочих органов 7,5 м.
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

За гусеничными машинами следуют колесные самоходные машины, которые выпоняют отделочные, пленкообразующие работы и отделку швов.
Бетоноотделочная машина (трубчатый финишер) комплекта выполняет окончательную отделку поверхности покрытий, включая выравнивание профиля покрытия и придания ей требуемой текстуры. Многопроходная машина смонтирована на четырёхколёсном базовом шасси. Где основным рабочим органом является выглаживающая труба, состоящая из двух шарнирно соединенных половин (для отделки двухскатных покрытий) и снабженная системой водяного орошения (для увлажнения обрабатываемой поверхности). При последнем проходе машины на полотно дороги опускается брезентовая драга, орошаемая водой, которая придаёт покрытию требуемую текстуру (степень шероховатости). Мощность двигателя - 36,8 кВт.
Распределитель плёнкообразующих материалов предназначен для окончательного текстурирования и нанесения плёнкообразующей жидкости (битумной или водно-битумной эмульсии) на покрытие. Это однопроходная машина на четырёхколёсиом шасси, имеющая распылительное устройство в виде поперечной трубы с разбрызгивающими соплами-форсунками, щёткой для нанесения шероховатости и барабаном с полиэтиленовой плёнкой для защиты от дождя. Мощность силовой установки - 36,8 кВт.
Самоходный колесный нарезчик швов нарезает продольные и поперечные швы в свежеуложенном покрытии. Его оснащают виброножом для нарезки поперечных швов и вибродиском для нарезки продольных швов с гидравлическим управлением их положения. В задней части машины устанавливают заливщик швов, который обеспечивает при помощи гидронасоса заливку образованных прорезей в бетоне мастикой или герметиком заданного состава.
В связи с сокращением объемов строительства цементобетонных покрытий автомобильных дорог и аэродромов в СНГ рассмотренный комплект машин (ДС-110) в нынешнем веке оказался мало востребованным, несмотря на многие достоинства. Такая же участь постигла бетоноукладчик со скользящими формами ДС-169; который при мощности двигателя 125 кВт обеспечивал ширину укладки смеси от 4,5 до 7,5 м.
Для строительства автомобильных дорог местного значения применяют комплект, состоящий из двух машин - профилировщика и грунтосмесительной машины, которые являются полуприцепными к колёсным тракторам. Они имеют гидравлическую систему управления рабочими органами и оснащены автоматической следящей системой. Их производительность составляет 240 м/ч при ширине полосы 3,3 м.
Совершенствование технологии устройства дорог с ЦБ покрытием развивается в направлении сокращения числа специализированных машин за счет их универсализации, включая оснащение разнообразными рабочими органами. Ведущие производители дорожной техники выпускают комплекты машин для устройства ЦБ покрытий, которые включают профилировщик, распределитель смеси и бетоноукладчик. Их укомплектовывают различными наборами рабочих органов в зависимости от типоразмера и технологии дорожных работ.
В ряде случаев для устройства ЦБ покрытий используют асфальтоукладчики, оснащенные специальным дополнительным оборудованием.
Расчеты основных параметров машин для устройства ЦБ покрытий. Расчеты рабочих органов машин базируются на решении уравнения тягового баланса. Как правило, при оценке сил сопротивления их передвижению учитывают две группы факторов.
К первой группе относятся сопротивления, не связанные с особенностями их рабочих органов, а именно - силы сопротивления передвижению машины как тележки и инерционные сопротивления, ко второй - силы, обусловленные спецификой рабочих органов. В их числе сопротивления резанию шнеком и фрезой, сопротивления перемещению призмы волочения материала перед отвалами, щитами и брусьями, а также силы трения, возникающие при перемещении брусьев и плит. В расчетах учитывают наиболее значимые силы сопротивления.
Для гусеничного профилировщика, оснащенного фрезой и ответом фрезы, общая сила сопротивления передвижению в процессе работы включает следующие составляющие, которые следует учитывать в инженерных расчетах:
Wпер - сопротивление перемещению машины; Wрез - сопротивление резанию грунта фрезой; Wпр - сопротивление перемещению призмы волочения материала перед отвалом; Wi - сопротивление от преодоления сил инерции машины.
Сила сопротивления перемещению машины (Н)
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где f - коэффициент сопротивления перемещению машины;
i - продольный уклон пути;
Gпроф - сила тяжести машины, Н.
Сила сопротивления резанию грунта фрезой (Н)
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где кр - удельное сопротивление фрезерованию грунта, kp = 0,7...2,5 Н/м2;
s - толщина срезаемой стружки, м;
b - ширина лопасти, м;
zл - число лопастей, одновременно участвующих в процессе фрезерования,
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

z - число лопастей на роторе;
α - угол контакта лопасти с материалом, град, α = arctg(h/r),
r - радиус ротора, М;
h — толщина срезаемого слоя, м.
Сила сопротивления перемещению призмы материала (Н) перед отвалом
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где μ1 - коэффициент внутреннего трения грунта о грунт;
Gпр - сила тяжести материала в призме, Н.
Сила сопротивления при преодолении сил инерции (Н) при трогании машины с места
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где χ - коэффициент, учитывающий вращающиеся массы;
v - скорость рабочего процесса, м/с;
tр - время разгона до рабочей скорости, с.
Таким образом, общая сила сопротивления передвижению профилировщика в процессе работы выглядит следующим образом:
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где Wр гр - горизонтальная составляющая сопротивления грунта резанию,
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

vп - поступательная скорость машины, м/с;
v0 - окружная скорость ротора, м/с;
(плюс означает резание снизу вверх, минус - сверху вниз.
Условие работоспособности профилировщика без пробуксовки следует проверить по уравнению тягового баланса:
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где φсц — коэффициент сцепления гусениц с основанием.
Мощность силовой установки профилировщика Nпроф расходуется на резание грунта Nр, его отбрасывание фрезой Nог и преодоление сопротивления при перемещении машины в процессе работы Nпер.
Мощность, расходуемая на резание грунта лопастями фрезы (кВт),
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где z - число лопастей на роторе;
n - частота вращения фрезы, об/с.
Мощность (кВт), расходуемая на отбрасывание грунта,
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где кот - коэффициент отбрасывания.
m - масса грунта, отбрасываемого фрезой за единицу времени (одну секунду), кг,
m = рbhvп,

р - плотность материала основания, кг/м3;
vп - поступательная скорость машины, м/с;
vo - окружная скорость на концах резцов фрезы, м/с.
Мощность (кВт), расходуемая на перемещение профилировщика,
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где vmax - максимальная рабочая скорость профилировщика, м/с;
ηтр - КПД трансмиссии ходовой системы.
Таким образом, мощность силовой установки (кВт)
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

В зависимости от решаемой задачи баланс мощности можно использовать в двух вариантах: во-первых, для выбора силовой установки по рассчитанной мощности и, во-вторых, в качестве проверочного расчета.
Эксплуатационная производительность профилировщика (м/ч)
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где кв - коэффициент использования рабочего времени, кв = 0,85;
В - ширина обрабатываемой полосы за один проход профилировщика, м.
Распределитель бетона периодического действия (боковой загрузчик) работает циклически. Цикл состоит из двух стадий: первая - разгрузка смеси из бункера, ее укладка и распределение по основанию; вторая - перемещение машины на новую позицию. Соответственно, баланс мощности следует рассматривать отдельно для первой и второй стадий процесса.
На первой стадии происходит перемещение бункера со смесью по направляющим в поперечном направлении, а также ее укладка и распределение по дорожному основанию. В общем случае сопротивлениями, возникающими при укладке и распределении смеси с помощью фрезы и отвала, можно пренебречь. На этой стадии учитывают только силу, необходимую для перемещения распределительного бункера, которая включает следующие составляющие,
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где Рпр - сила сопротивления перерезыванию столба бетонной смеси, Н;
Рпб - сила сопротивления перемещению бункера по направляющим (рельсам или др.), Н;
Pi - сопротивление сил инерции при трогании с места бункера, Н.
В свою очередь, сила сопротивления перерезыванию столба бетонной смеси (Н)
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где kпр - коэффициент удельного сопротивления перерезыванию столба смеси, зависящий от ее вязкости, kпр = (6...9)*10в3 Н/м.
Сила сопротивления перемещению груженого бункера по направляющим (Н)
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где Gб и Gсм - силы тяжести бункера и смеси, находящейся в бункере, Н;
ff3 - коэффициент удельного сопротивления перемещению бункера по рельсам, f3 = 0,05.
Сопротивление сил инерции при трогании с места груженого бункера (Н)
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где vб - скорость передвижения бункера со смесью по направляющим, м/с;
tр - время разгона до рабочей скорости vб, с.
Мощность (кВт), необходимая для перемещения бункера,
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где ηб - КПД привода перемещения распределительного бункера.
На второй стадии происходит передвижение машины на новую рабочую позицию. Общая сила сопротивлению перемещения машины Wрас складывается из двух составляющих: Wпер - сопротивления передвижению распределителя, Wi - сопротивления сил инерции при трогании с места машины, т.е.
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

Силу сопротивления передвижению распределителя (Н) оценивают по формуле
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где Gрас - сила тяжести распределителя, Н.
Сопротивление сил инерции (Н) при трогании распределителя с места
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где vрас - скорость передвижения распределителя, м/с;
tр - время разгона машины до скорости vрас, tp = 0,5...1,5 с .
Возможность передвижения распределителя без пробуксовки следует проверить по уравнению тягового баланса
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

По известной общей силе сопротивления перемещению распределителя Wрас находят мощность (кВт), необходимую для его перемещения,
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где ηтр - КПД трансмиссии от двигателя до ходового оборудования.
Техническая производительность распределителя (м3/с)
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где qрас - вместимость бункера, м3;
Т - продолжительность цикла, с,
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

t1 - время загрузки бункера, с;
t2 - время распределения бетонной смеси и возврат бункера под загрузку, с;
t3 - время, затрачиваемое на переход распределителя на следующую рабочую позицию, с.
Бетоноукладчик в качестве рабочих органов имеет шнек и отвал шнека, трамбующий брус, качающиеся брусья и выглаживающую плиту: В расчетах учитывают наиболее значимые сопротивления, а именно: силу сопротивления передвижению машины Wпер, силу сопротивления распределению смеси шнеком Wрас, силу сопротивления перемещению призмы смеси Wпр, инерционное сопротивление Wi и силу трения рабочих органов по поверхности слоя смеси Wтр.
Таким образом, общая сила сопротивления
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

Силу сопротивления передвижению бетоноукладчика (Н) определяют по приведенной ранее формуле
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где Gбет - сила тяжести бетоноукладчика, Н.
Сила сопротивления распределению смеси (H) с помощью шнека
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где kсм - коэффициент удельного сопротивления распределению смеси, Н/м2;
s - толщина распределяемого слоя, м;
b - ширина лопасти шнека, м;
zл - число лопастей, одновременно участвующих в процессе распределения.
Силу сопротивления перемещению призмы смеси (Н), образующейся перед рабочим органом (отвалом шнека, уплотняющим и выглаживающим брусьями), определяют по формуле
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где gр, gу, gв - силы тяжести смеси в призме волочения перед разравнивающим, уплотняющим и выглаживающим рабочими органами, Н;
μ2 - коэффициент внутреннего трения бетонной смеси.
Сила трения рабочих органов (Н) при их перемещении по бетонной смеси
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где Gр , Gу, Gв - силы тяжести разравнивающего, уплотняющего и выглаживающего рабочего органа, Н;
μ3 - коэффициент трения стали по слою бетонной смеси, μ3 = 0,5.
Силу инерционного сопротивления (Н), возникающего при трогании бетоноукладчика с места, определяют по формуле
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где vр - скорость рабочего перемещения, м/с;
tр - время разгона до скорости vр , с.
Тяговое усилие необходимо проверить на возможность его реализации по условиям сцепления, т.е.
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

Мощность силовой установки бетоноукладчика расходуется на передвижение машины Nпер, приводы рабочих органов Nраб и вспомогательных механизмов Nвсп.
Мощность (кВт), расходуемую на передвижение машины, определяют из выражения
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где ηрт - КПД трансмиссии от двигателя до ходового оборудования.
Мощность привода рабочих органов зависит от их состава. В общем случае она расходуется на привод распределительного, уплотняющего, разравнивающего и выглаживающего рабочих органов с вибрационным воздействием на смесь.
Мощность (кВт), необходимая для работы распределительных шнеков,
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где а - коэффициент, учитывающий долю смеси, перемещаемую шнеком;
ксопр - коэффициент сопротивления перемещению материала, ксопр = 3,2;
П - производительность шнека, кг/с;
В - ширина полосы укладки, м;
ηшн - КПД привода шнека.
Мощность (кВт) привода уплотняющего вибробруса определяют по эмпирической зависимости
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где kр - удельный расход энергии, kр = (1,0... 1,3) кВт/м2;
F - площадь вибробруса, м2.
Мощность (кВт) привода трамбующего бруса расходуется в основном на подъем бруса при вертикальных колебаниях и преодоление сил сопротивлений трения в цапфах приводного (дебалансного) вала
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где а - амплитуда вертикальных колебаний бруса, м;
Gтбр - сила тяжести трамбующего бруса, Н;
f - коэффициент трения качения в опорах дебалансного вала, f = 0,005...0,010;
Р - возмущающая сила возбудителя колебаний бруса, Н;
d - диаметр цапф дебалансного вала, м;
nвер - частота вертикальных колебании бруса, Гц;
ηтбр - КПД привода трамбующего бруса.
Мощность привода выглаживающего качающегося бруса затрачивается на совершение им поперечных колебаний, преодоление сил трения при взаимодействии бруса со смесью и сопротивление призмы смеси, образующейся перед брусом.
Суммарная сила (Н), включающая трение и сопротивление призмы волочения,
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где Gвбр - сила тяжести выглаживающего бруса, Н.
При оценке общей Мощности с помощью коэффициента Кнр учитывают потери мощности из-за неравномерности движения бруса. В результате суммарную мощность (кВт) одного выглаживающего бруса с поперечными колебаниями определяют по формуле
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где А - амплитуда поперечных колебаний бруса, А = 0,4...0,7 м;
nпк - частота поперечных колебаний бруса, Гц;
ηкбр - КПД привода качающегося бруса.
Общая мощность (кВт) двигателя бетоноукладчика с учетом мощности привода вспомогательных механизмов
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где Nвсп - мощность привода вспомогательных механизмов, Nвсп = (3...5)кВт;
Nгс - мощность привода гидросистемы управления рабочими органами, Nгс = (5...7) кВт .
Эксплуатационную производительность (м3/ч) бетоноукладчика, который является однопроходной машиной, определяют по формуле
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где В - ширина обрабатываемой полосы, м;
h - толщина уложенного слоя смеси, м;
vпер - скорость передвижения бетоноукладчика, м/с.
К основным параметрам вибробруса относятся его габариты, частота колебаний, возмущающая сила а также масса колеблющихся элементов. Их значения зависят от состава и свойств смеси, плотности и толщины формируемого слоя цементобетона. Минимальную ширину бруса bmin выбирают го условия равномерного уплотнения слоя по всей глубине:
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

Длина основания вибробруса зависит от ширины укладываемой полосы.
Поступательную скорость машины определяют, исходя из условия обеспечения необходимой плотности смеси, которая зависит от времени вибрирования:
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где b - выбранная ширина вибробруса, м;
t - минимально необходимое время вибрирования смеси, с.
Эффективность работы вибробруса, имеющего несколько источников вибрации, зависит от синхронности их Колебаний Ее обеспечивают с помощью жесткой кинематической связи отдельных виброэлементов. Расстояние между ними также оказывает существенное влияние на качество уплотнения смеси. Считают, что оптимальное расстояние (м) между виброэлементами можно определить по формуле
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где Е - модуль упругости материала бруса, Па;
J - осевой момент инерции сечения бруса, м4;
m - масса единицы длины бруса, кг/м;
v - частота вынужденных колебаний, v = 35...75Гц, с увеличением массы бруса следует выбирать меньшие значения частоты.
Возмущающая сила виброэлемента (Н) связана с характеристиками дебалансного вала формулой
Укладчики цементобетонных покрытий и сопутствующие машины

где mд - масса дебалансного вала, кг;
l - эксцентриситет, м;
ω - угловая скорость вращения дебаланса, с-1.
К основным направлениям развития машин для строительства цементобетонных покрытий относятся следующие:
1) автоматизация всех операций технологического процесса, обеспечивающая высокое качество покрытий при функционировании комплекса машин по заданной программе с учетом свойств ЦБ смеси, характеристик основания и формируемой бетонной плиты;
2) расширение технологических возможностей машин средней мощности путем оснащения машин многоцелевым рабочим оборудованием, обеспечивающим заданные качество и скорость укладки покрытий при решении различных технологических задач;
3) совершенствование мероприятий по энергосбережению и экологической безопасности эксплуатации машин.