Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

08.06.2016

Ремонт автомобильных дорог и аэродромов, дорожная одежда которых имеет ЦБ покрытия, как правило, обусловлен поверхностным или полным разрушением покрытий. Основные методы ремонта ЦБ покрытий целесообразно разделить на следующие группы:
1) восстановление шероховатости;
2) текущий ремонт;
3) капитальный ремонт.
Для восстановления шероховатости ЦБ покрытий используют следующие технологии:
- механическую обработку покрытий с помощью специального оборудования, например, фрезами, алмазными дисковыми пилами, стальными щетками, формируя водно- или пилообразные мелкие неровности небольшой глубины (до 10 мм);
- дробеструйную обработку стальными шариками для создания заданной степени шероховатости;
- пневматическое воздействие потоком горячего (1000°С) сжатого воздуха со скоростью до 300 м/с;
- гидравлическую обработку струей воды под давлением 80-90 МПа.
Текущий ремонт ЦБ покрытий включает заделку поврежденных швов,
устранение небольших дефектов (шелушения, трещин, выбоин, раковин и др.), устранение просадок плит и др.
Капитальный ремонт предусматривает разрушение и вырубку поврежденных участков. Для этих целей используют следующие машины и оборудование:
- ручной механизированный инструмент ударного действия;
- автобетоноломы и бетоноломы на специализированном шасси;
- машины для дробления цементобетона непосредственно на дороге;
- машины для вскрытия (резания) покрытий.
При малых объемах ремонтных работ используют ручной инструмент -пневматические и гидравлические отбойные молотки или ломы. В этом инструменте энергия сжатого воздуха или рабочей жидкости преобразуется в энергию удара.
Пневматический инструмент ударного действия включает отбойные молотки. Их КПД составляет всего 0,08-0,12. Принцип их работы основан на использовании энергии удара бойка (поршня-ударника), который совершает возвратно-поступательные движения вдоль канала ствола под действием сжатого воздуха, поступающего поочередно по одну и другую сторону ударника. В конце рабочего хода ударник наносит удар по хвостовику наконечника, который разрушает цементобетон. Сжатый воздух для работы пневмоинструмента вырабатывают компрессорные станции, которые могут быть переносными, прицепными или самоходными.
Наиболее важным агрегатом пневмоинструмента является механизм воздухораспределения, который обеспечивает изменение направления поступления сжатого воздуха. На рисунке 8.36 приведены схемы работы основных систем воздухораспределения. Как правило, используют три системы:
- беззолотниковую, которая является саморегулирующейся:
- клапанную, содержащую плоский или шариковый клапан;
- золотниковую.
В беззолотниковой системе (рисунок 8.36, а) сжатый воздух по каналу 3 поступает в кольцевое пространство между стенками цилиндра и проточкой в ударнике, затем по каналу 1 попадает в полость под ударником и перемещает его вниз. При этом воздух из-под ударника вытесняется в атмосферу по каналу 4. В нижнем положении ударник производит удар по наконечнику рабочего инструмента, открывая при этом канал 5, в результате чего воздух поступает под нижний торец бойка и начинает перемещать его вверх. При этом воздух, который находится над ударником, выходит в атмосферу по каналу 2. Цикл повторяется, когда ударник открывает канал 1 и сжатый воздух опять поступает в полость над ударником.
Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

Клапанная система воздухораспределения (рисунок 8.36, б) с плоским перекидным клапаном работает следующим образом. Сжатый воздух через канал А попадает в пространство с клапаном 2, затем в зависимости от его положения поступает по каналу Б в полость над ударником 1 и перемещает его вниз. При этом воздух из-под ударника выходит в атмосферу по каналу Г. Перекрывая при движении вниз этот канал, ударник обеспечивает в нижней части полости сжатие воздуха, который будет оказывать давление на клапан 2 снизу через канал В. Перед ударом бойка по наконечнику 3 открывается канал Г и воздух из верхней полости (над бойком) будет по этому каналу уходить в атмосферу. В результате давление сверху на клапан 2 падает и за счет давления снизу клапан занимает положение, указанное пунктиром. При этом сжатый воздух поступает по каналу В под ударник и направляет его вверх. Когда ударник проходит канал Г, открывается доступ сжатого воздуха из-под ударника в атмосферу и в результате давления воздуха в полости над ударником клапан 2 опять занимает исходное положение, т.е. цикл повторяется снова.
В золотниковой системе (рисунок 8.36, е) с трубчатым золотником на начальной стадии боек 6 и золотник 7 находятся в нижнем положении (под действием силы тяжести). Сжатый воздух создает давление на золотник снизу (поступая по каналу 1 в кольцевые выточки А и Б золотниковой коробки) и сверху (проходя по каналу 2). Поскольку полость над бойком через канал 3 соединена с атмосферой, давление на золотник сверху будет меньше и он займет крайнее верхнее положение. После этого сжатый воздух поступит по выточкам А и Б и по каналу 4 под боек, который начнет перемещаться в исходное (верхнее) положение. При движении вверх боек перекрывает каналы 3 и 5, в результате чего в верхней полости возникнет давление сверху на золотник, обеспечивая ему равновесное состояние. При дальнейшем движении вверх боек перекрывает канал 3, в результате чего сжатый воздух уходит в атмосферу по каналам 3 и 4, давление на золотник снизу падает и он занимает нижнее положение. После этого сжатый воздух поступает по каналу 2 и посылает боек вниз. При движении бойка вниз воздух из-под него отводится по каналу 3. При дальнейшем движении боек открывает канал 5, в который поступает сжатый воздух и создает давление на золотник снизу. Равновесное состояние золотника за счет давления сверху и снизу сохраняется, пока боек в крайнем нижнем положении (т.е. при ударе) не открывает канал 3. После этого воздух из верхней полости выйдет в атмосферу, давление на золотник сверху станет меньше, чем снизу, и он займет верхнее положение, т.е. цикл завершен. Эта система считается наиболее экономичной.
В качестве примера конструкции инструмента ударного действия рассмотрен пневматический лом, конструктивная схема которого представлена на рисунке 8.37. Он состоит го ствола 1 и размещенного в нем ударника 2. На верхнем торце ствола при помощи стакана 3 закреплено воздухораспределительное устройство 4 (золотниковая коробка с золотником). На стакан надета рукоятка 6 с амортизационной пружиной 7 между ними. Пусковое устройство, которое включает подпружиненный шарик 5, толкатель 9 и клин 8, размещено в стакане и рукоятке. На стволе установлен глушитель шума 10. Пневмолом укомплектован сменным рабочим оборудованием (включая лом и другие инструменты), которое закрепляют с помощью колпака 11. При нажатии на рукоятку 6 шарик 5 (при помощи клина и толкателя) открывает доступ сжатому воздуху, поступающему из компрессора, в воздухораспределительное устройство 4. Оно направляет сжатый воздух попеременно в верхнюю и нижнюю полости, в результате чего ударник 2 с заданной частотой наносит удары по рабочему инструменту. Отработанный воздух удаляется через радиальные отверстия в стволе и глушитель.
Гидравлический переносной инструмент ударного действия включает ручные гидравлические молотки. Принцип их работы основан на использовании энергии удара бойка-ударника, которую ему сообщает рабочая жидкость, поступающая под давлением в канал ствола ударника. При поступательном движении вперед ударник производит удар по хвостовику рабочего инструмента, а затем возвращается в исходное положение. Для обеспечения в гидромолотках заданного давления (7-16 МПа) используют, как правило, мобильные гидростанции. Ведущими производителями гидравлических переносных молотков и мобильных гидростанций являются фирмы «Lifton» (Англия) и «Krupp» (Германия). Типоразмерный ряд таких молотков по энергии удара охватывает широкий диапазон величин: от 18 до 110 Дж. В таблице 8.17 представлены технические характеристики гидравлических молотков фирмы «Lifton».
Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

При больших объемах работ для ударного разрушения покрытий применяют специализированные машины или одноковшовые экскаваторы, которые имеют в качестве рабочего оборудования пневматические и гидравлические молоты,
В качестве примера пневматических молотов можно привести автобетоноломы на шасси автомобиля МАЗ. Рабочим оборудованием является пневмомолот, который связан соответствующими пневмолиниями с компрессорной станцией (ЗИФ-ВКС-6). На базовом шасси устанавливают поворотную платформу, на которой располагают компрессорную станцию, механизм поворота платформы и систему управления рабочим оборудованием с сиденьем оператора, а в задней части - пневмомолот. Пневмомолот двойного действия с ударным наконечником обеспечивает обработку полосы шириной 3,8 м (с частотой 40 ударов в минуту) с производительностью 70-100 м2/ч.
В современных гидравлических молотах-бетоноломах энергию удара рабочего инструмента можно точно регулировать, что в сочетании с выбранной подачей машины обеспечивает необходимые размеры отломанных кусков цементобетона, которые затем перегружаются экскаватором или погрузчиком. Они развивают энергию удара до 9 кДж, что обеспечивает наименьшую энергоемкость при разрушении твердых покрытий по сравнению с другими видами силового воздействия. Гидромолоты, используемые для этих целей, различают по следующим признакам:
- по принципу действия - простого и двойного действия:
- по типу аккумулирующего энергию органа - с гидравлическим и пневматическим аккумулятором.
Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

Гидромолоты приводят от насосов гидросистемы базовой машины или одноковшового экскаватора. В гидромолотах двойного действия подъем его ударной части в режиме холостого хода происходит под давлением рабочей жидкости, а ее разгон вниз - под действием собственной силы тяжести и энергии рабочей жидкости или сжатого воздуха, которая накапливается при холостом ходе в аккумуляторе. На рисунке 8.38 представлена конструктивная схема гидромолота на базе неполноповоротного экскаватора. Гидромолот 6 крепится к рукояти 8 экскаватора с помощью вставки-манипулятора 7. Его управление гидромолотом осуществляют при помощи гидроцилиндров 3, 4 и 5 рабочего оборудования экскаватора, а также гидроцилиндров манипулятора (на рисунке не показаны).
Как правило, молоты устанавливают на рукоять экскаватора с любым ковшовым механизмом при помощи специальных переходников-адаптеров (при снятом ковше), снабженных гидроразъемами для присоединения к гидросистеме экскаватора.
Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

На рисунке 8.39 представлена принципиальная схема гидромолота с гидроаккумулятором. К его основным элементам относятся корпус 2 с направляющей трубой, ударник 3 и сменный рабочий инструмент 1, а также рабочий цилиндр 6 с распределительным золотником, гидроаккумулятором 13 и насосом 12. Цикл работы гидромолота включает следующие стадии:
- подъем ударника вверх;
- его торможение перед верхней мертвой точкой;
- разгон вниз;
- удар по хвостовику рабочего инструмента.
Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

При разгоне ударника 3 вверх рабочая жидкость поступает от насоса 12 через золотник 10 в штоковую полость 4 рабочего цилиндра 6 и в гидроаккумулятор 13, накапливаясь в нем. В конце подъема золотник соединяет поршневую полость 8 цилиндра с напорной линией 9, при этом происходит торможение ударника и вытеснение жидкости в гидроаккумулятор. После остановки ударника в верхней мертвой точке он разгоняется вниз с ускорением под действием силы тяжести и давления рабочей жидкости, которая действует на поршень 5. Далее аккумулятор разряжается, отдавая накопленную жидкость в рабочий цилиндр 6. В конце хода ударника 3 жидкость через обратный клапан 7 поступает из поршневой полости 8 в сливную магистраль 11, затем следует удар по хвостовику рабочего инструмента 1. Цикл завершается.
На рисунке 8.40 приведена одна из типичных гидравлических систем молота с гидроаккумулятором. Двигатель внутреннего сгорания через редуктор приводит гидронасосы, которые обеспечивают эксплуатацию гидромолота.
Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

Гидромолоты с гидроаккумулятором имеют КПД в пределах 0,55-0,65 и развивают энергию удара до 40 кДж при частоте удара 2,5-5,0 Гц. Масса ударника составляет 100-600 кг.
Гидропневмомолот работает следующим образом. В исходном положении (рисунок 8.41, а) рабочую жидкость под напором подают в полость А распределителя 1, а также в камеру взвода 3, управляющую камеру 7 ударного блока 8 и через каналы Б и В в полость 12 золотника 14. Напорное давление жидкости действует на ступень 13 золотника, перемещая его в крайнее нижнее положение, а также на нижнюю ступень 4 бойка, заставляя его двигаться вверх (холостой ход) и при этом сжимая воздух в пневмоаккумуляторе 9. При этом жидкость из камеры рабочего хода 8 вытесняется через камеру 10 золотника в слив.
Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

В верхнем положении ударника (рисунок 8.41, б) управляющая камера 7 соединяет каналы В и Г между собой, а полость 12 - со сливом. Под давлением жидкости на нижнюю ступень 2 золотника он перемещается вверх, входит своей верхней частью в проточку 11 корпуса распределителя, перекрывает сливную линию и через центральное отверстие 17 распределителя соединяет напорную линию с камерой взвода 3 и камерой рабочего хода 8. Ударник начинает движение вниз при совместном воздействии давления воздуха (из аккумулятора) и жидкости (поскольку площадь ступени 16 больше площади ступени 13). При этом жидкость переливается из полости взвода в камеру рабочего хода. Ударник 5 ударяет по хвостовику рабочего инструмента 15, управляющая камера 7 соединяет каналы Б и В с напорной гидролинией, а золотник перебрасывается вниз. Цикл завершается.
Гидромолоты с пневмоаккумулятором развивают энергию удара в пределах от 0,1 до 40 кДж при частоте 3-12 Гц. Пневмоаккумулятор обеспечивает давление сжатого воздуха до 0,6-1,2 МПа, давление в гидросистеме составляет, как и в молотах с гидроаккумулятором, 8-19 МПа.
Гидромолоты оснащают набором сменных рабочих инструментов: тупой и конусной пиками, продольной и поперечной лопатами, зубилом и трамбовкой. Зубило и конусную пику применяют для обработки цементобетона и других твердых материалов, тупую пику - для дробления, лопаты -для разрушения асфальтобетона и мерзлого грунта.
Крупные производители выпускают гидромолоты, типоразмерный ряд которых по главному параметру - энергии удара - охватывает весьма широкий диапазон значений. В таблице 8.18 представлены технические характеристики некоторых гидромолотов. В СНГ основным производителем гидромолотов является машиностроительный завод «Гидромолот» (до 2005 г. -«Тверьтехоснастка»), который оснащает гидромолотами серии НМ экскаваторы от 2-й до 5-й размерных групп (массой от 2,5 до 32 т). Эти молоты выполнены по единой конструктивной схеме, которая обеспечивает совместное использование энергии гидросистемы экскаватора и пневмосистемы гидромолота.
Как было отмечено, гидромолоты-бетоноломы используют в двух вариантах: в качестве сменного оборудования одноковшовых экскаваторов с жесткой подвеской и в качестве основного рабочего оборудования на специальном шасси.
Современные ресурсосберегающие технологии ремонта и восстановления дорожной одежды ориентированы на переработку фрагментов разрушенных ЦБ покрытий непосредственно на дороге. Для этих целей используют прицепные и самоходные установки, которые работают в комплекте с бетоноломами и обеспечивают измельчение кусков цементобетона до приемлемых в технологиях рециклирования размеров. Как правило, они имеют гусеничное шасси, на раме которого смонтировано рабочее оборудование, включая дробилку и сортировочную установку. В частности, самоходные машины для дробления цементобетона и асфальтобетона, которые изготавливает фирма «Eхtес» (Англия), имеют щековую дробилку и вибрационный питатель с колосниковым грохотом и транспортером для мелкой фракции материала. Гидравлическая система управления рабочими органами обеспечивает бесступенчатое регулирование частоты оборотов эксцентрикового вала питателя и согласованное движение потока материала от вибрационного питателя к щековой дробилке. Установки серии С-10 и С-12 представляют собой энергонасыщенные машины с мощностью 166 и 269 кВт (при массе 30,75 и 45,0 т) соответственно, что позволяет дробить цементобетон (при частоте движения подвижной щеки 5,4 и 5,0 Гц), размеры фрагментов которого соответствуют размерам приемного отверстия дробилок - 1000х650 мм и 1200х750 мм.
Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

Машины для вскрытия дорожных покрытий (дорожные фрезы) являются более экономичными и производительными по сравнению с машинами ударного действия. Фрезы могут разрушать дорожную одежду на всю ее толщину или срезать ее отдельные слои в соответствии с поставленной задачей. В зависимости от назначения дорожные фрезы используют в качестве:
- самостоятельных машин для разрушения дорожных покрытий;
- рабочих органов машин-комбайнов, обеспечивающих почти весь технологический процесс ремонта и восстановления дорожной одежды.
Информация о дорожных фрезах как самостоятельных машинах изложена достаточно подробно в разделе по капитальному ремонту АБ покрытий. Для разрушения ЦБ покрытий используют те же самоходные фрезы. Различия состоят в конфигурации резцов для вскрытия АБ и ЦБ покрытий, поскольку их удельные сопротивления резанию существенно различаются.
Расчет пневмоинструментов ударного действия включает определение мощности, развиваемой инструментом, а также выбор компрессора и расчет воздухоподводящей сети.
При определении мощности, которую может реализовать пневмомолоток при ударе, допускают, что при постоянном давлении сжатого воздуха на верхнем торце его ударника и постоянном противодавлении на нижнем торце ударник движется равноускоренно.
Мощность пневмомолотка (кВт) можно выразить через работу ударника А1 при единичном ударе с учетом его КПД и частоты ударов:
Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

Работа ударника А1 (Дж)
Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

pi - среднее индикаторное давление в цилиндре молотка при рабочем ходе ударника, Па; pi можно определить, принимая неизбежные потери давления в 30 % от номинального и противодавление снизу на ударник на 15 % выше атмосферного. В этом случае
Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

КПД пневмоинструмента располагается в довольно широком интервале (от 0,85 до 0,98), что в ряде случаев требует его точной оценки. В общем случае КПД зависит от масс соударяющихся тел и их упругих свойств и определяется по формуле
Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

Из формулы (8.107) следует, что наиболее высокий КПД удара достигается при mуд/mпр = кв, что необходимо учитывать при проектировании.
Продолжительность рабочего хода (с) ударника с учетом принятых допущений
Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

Число ударов бойка nуд в единицу времени (с-1) определяют с учетом следующих соображений:
Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

Выбор компрессора и расчет воздухоподводящей сети. Необходимую производительность (м3/с) компрессорной установки для питания пневмоинструментов рассчитывают с учетом их количества по формуле
Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

Расход воздуха (м3/с) одним инструментом
Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

Минимальный диаметр трубопровода или шланга
Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

Расчет параметров оборудования для вскрытия дорожных покрытий резанием. К числу основных параметров дорожной фрезы относятся температура (для АБ покрытий), скорость резания и толщина срезаемого слоя за один оборот фрезерного барабана, скорость передвижения машины, производительность процесса разрушения покрытий.
Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

Тяговый расчет фрезы проводят с учетом всех сопротивлений, действующих на машину в рабочем режиме. Для холодной фрезы общее сопротивление W складывается из сопротивления ходовой системы при перемещении машины Wпер и сопротивления фрезерованию дорожного покрытия зубьями барабана Wфр.
Уравнение тягового баланса машины (на пневмоколесном ходу) для вскрытия покрытий
Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

Если пренебречь силами сопротивления качению колеса, то силу тяги машины можно определить из выражения
Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

Напомним, что силу сопротивления передвижению машины рассчитывают по формуле
Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

Сила сопротивления фрезерованию
Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

Баланс мощности составляют, учитывая затраты мощности на привод ходовой системы Nпер в рабочем режиме, фрезы Nфр и ленточного транспортера Nлк.
Мощность (кВт), затрачиваемая на передвижение,
Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

Мощность (кВт) на привод фрезы
Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий

Мощность (кВт) на привод ленточного конвейера-перегружателя
Машины и оборудование для ремонта цементобетонных покрытий