Общие сведения об устройстве, технологическом процессе и производительности моторных катков

 

При уплотнении путем укатки по поверхности уплотняемого слоя перекатывается валец. Под действием его силы тяжести слой материала приобретает остаточную деформацию, которая по мере увеличения плотности уменьшается, и к концу укатки приближается к нулю. Дальнейшее увеличение плотности материала может быть достигнуто лишь увеличением нагрузки на валец.

Трамбование осуществляется периодическим поднятием какой–либо массы на высоту и ее последующим свободным падением на поверхность уплотняемого слоя.

Сущность виброуплотнения сводится к тому, что колеблющаяся с большой частотой масса сообщает кинетическую энергию частицам материала, расположенным в зоне действия вибратора, и приводит их в колебательное состояние. Разные по крупности и массе частицы получают различные ускорения, взаимно перемещаются, и поры между крупными частицами заполняются более мелкими; при этом достигается увеличение плотности материала.

Уплотнение материалов укаткой при устройстве дорожных оснований и покрытий осуществляется самоходными моторными катками, которые могут быть с гладкими металлическими вальцами, вальцами в виде пневматических шин или с комбинированными рабочими органами (пневмоколесами, гладким вибровальцом).

По числу осей и вальцов различают катки:

– одноосные одновальцовые с поддерживающими вальцами (колесами) или без них;

– двухосные двухвальцовые с одним или двумя ведущими вальцами;

– двухосные трехвальцовые;

– двухосные трехвальцовые с дополнительным вальцом малого диаметра;

– трехосные трехвальцовые с одним или тремя ведущими вальцами.

По удельному линейному давлению катки разделяются на:

– легкие с линейным давлением менее 400 Н/см (масса – до 5 т, мощность – до 25 кВт),

– средние с линейным давлением 350...600 Н/см (масса – 6...10 т, мощность – 25...30 кВт);

– тяжелые с линейным давлением 600 Н/см и более (масса – 10 т, мощность – более 35 кВт).

По принципу действия различают катки статические, уплотняющие материал только действием собственного веса, и вибрационные, уплотняющие материал действием собственного веса и периодических колебаний одного или нескольких рабочих органов (вальцов). Самоходные катки с гладкими вальцами классифицируют также по типу трансмиссии (механическая, гидромеханическая, гидрообъемная) и по системе управления (ручное, гидравлическое).

Самоходные катки на пневматических шинах обычно выполняются двухосными на шинах с гладким протектором. Общая масса таких катков находится в пределах 15...35 т и зависит от массы их балласта.

По установке колес на осях различают схему с шахматным расположением колес (рисунок 7.1, а); схему с рядной (рисунок 7.1, б) и схему с комбинированной расстановкой колес на осях (рисунок 7.1, в). В современных катках наиболее распространено расположение колес по схеме, показанной на рисунке 7.1, а.

Самоходные катки на пневматических шинах так же, как и катки с гладкими вальцами, классифицируются по виду силовой установки, типу трансмиссии, системе управления и другим признакам.

Основные дорожные моторные катки с гладкими вальцами, получившие наибольшее распространение при уплотнении дорожных оснований и покрытий, – двухвальцовые и трехвальцовые двухосные и трехосные катки статического действия (таблица 7.2).

 

а) б) в)

 

а – шахматная; б – рядная; в – комбинированная

 

Рисунок 7.1 – Схемы установки колес пневмокатков

 

Одновальцовые катки применяются для работ небольшого объема. Передний направляющий валец этих катков, как правило, выполняется разрезным, состоящим из двух одинаковых частей, что позволяет каждой части при поворотах вращаться со своей скоростью, т.е. уменьшает сдвиги уплотняемого материала, сопротивление повороту, улучшает ровность поверхности. Подвеска переднего вальца выполнена так, что при наездах одной стороной на препятствия и неровности покрытия валец может наклоняться в вертикальной плоскости на угол до 30...35°.

Двухвальцовые двухосные катки имеют вальцы одинаковой ширины; в некоторых конструкциях оба вальца выполняют ведущими, что улучшает качество укатки, но усложняет конструкцию. Привод ведущего вальца (вальцов) осуществляется зубчатыми, цепными или ременными передачами.

Трехвальцовые трехосные катки выполняются как с одним, так и со всеми ведущими вальцами. Вальцы имеют одинаковую ширину и располагаются один за другим. Передний (дополнительный) и средний вальцы – управляемые.

 

Таблица 7.2 – Техническая характеристика самоходных катков с гладкими вальцами

 

Марка катка	ДУ–47Б	ДУ–63А	ДУ–8В	ДУ–42А	ДУ–9В	ДУ–49А
Тип катка	Двухвальцовый двухосный	Двухвальцовый двухосный	Трехвальцовый трехосный
Трансмиссия	Гидростатическая	Гидростатическая	гидромеханическая
Масса, т
без балласта с балластом					10,3
Ширина уплотняемой полосы, м	1,3	1,6	1,3	1,25...2	1 29	1 29
Число ведущих вальцов
Размеры вальцов (диаметр, ширина), м
ведущего среднего направляющего	1,3 – 1; 1	1,6 – 1; 1	1,6; 1,3 – 1,3; 1,29	1,4; 1,25 – –	1,6; 1,25 1,3; 1,29 1,3; 1 29	1,6–1,3 1,3 1,3;
Линейное давление ведущих вальцов, Н/м
Мощность двигателя, кВт	36,8		36,8
Скорость передвижения, км/ч
передача 1 передача 2 передача 3	2,73 7,85 -	0...1,94 0...4,32 0...6,55	0...3,25 0,5...0,26 0...8	0...7 - -	0…3,25 0…5,26 0...8	0...2,35 0…5,2 0...8

 

Для очистки вальцов и предохранения их от налипания уплотняемого материала катки оборудуют скребками и смачивающими устройствами. Скребки представляют собой стальные пластины, закрепленные на рычагах, которые прижимаются к поверхности вальцов пружинами с большим или меньшим усилием в зависимости от их регулирования. Смачивающая система состоит из одного или двух баков, из которых смачивающая жидкость (вода или эмульсия) через краны, трубопроводы и шланги поступает к трубкам с отверстиями, равномерно распределяющими жидкость по рабочим поверхностям вальцов. Управление подачей смачивающей жидкости производится с рабочего места моториста.

При гидромеханической трансмиссии в систему привода ведущих вальцов катка встраивают гидротрансформатор, наличие которого обеспечивает плавность реверсирования движения, постоянство режима работы двигателя, сокращает число ступеней коробки передач и облегчает управление катком.

При гидромеханическом приводе комплексный нерегулируемый гидротрансформатор располагается между двигателем и механизмом реверса, встроенным в коробку передач. Реверсирование производится при помощи многодисковых фрикционных муфт переднего (П) и заднего (З) хода, установленных на первичном валу коробки передач. Для устранения пробуксовки ведущих вальцов в момент реверсирования катка в гидросистему включения муфт вмонтирован редукционный клапан, совмещенный с рычагом реверса.

Гидравлический привод (объемная гидротрансмиссия) позволяет значительно упростить привод ведущих вальцов катка, отказаться от коробки передач, дифференциала, реверса.

Самоходные вибрационные катки для уплотнения дорожных покрытий изготовляют преимущественно двухвальцовыми. Кинематическая схема вибрационного самоходного катка показана на рисунке 7.2.

 

1 – двигатель; 2 – муфта сцепления; 3 – коробка передач с реверсом; 4, 6 – привод вибровальцов; 5 – муфта; 7 – резинометаллический амортизатор; 8, 9 – зубчатые муфты; 10 – вибровалец; 11 – зубчатая бортовая передача; 12 – редуктор; 13 – тормоз; 14 – гидроцилиндр; 15 – ведомый валец

 

Рисунок 7.2 – Кинематическая схема вибрационного катка

 

Этот каток отличается от самоходного моторного статического катка наличием вибратора ненаправленного действия (установлен в заднем ведущем вальце), механизма привода вибратора (выполнен в виде клиноременной передачи) и упругой подвески вибровальца на резинометаллических амортизаторах.

Существующие катки имеют частоту колебаний 30...70 Гц и возмущающую силу до 80 кН (последнюю выбирают в пределах Р = (4...6)∙ G_K, где G_K – сила тяжести колеблющихся частей катка, Н). Рабочие скорости виброкатков назначаются обычно в пределах 1,2...2,2 км/ч. При уплотнении асфальтобетонных смесей первые один – два прохода рекомендуется выполнять с выключенным вибратором.

Самоходные катки на пневматических шинах при уплотнении асфальтобетонных смесей более эффективны и производительны, чем катки с гладкими металлическими вальцами, прежде всего потому, что при одинаковой скорости движения жесткого вальца и пневматической шины уплотняемый материал находится в напряженном состоянии более продолжительное время при работе шины. Следовательно, при прочих равных условиях требуемое число проходов катка на пневматических шинах меньше числа проходов катка с гладкими металлическими вальцами.

Отрицательным фактором при работе катков на пневматических шинах является недостаточная ровность поверхности в продольном и поперечном направлении. Поэтому окончательные проходы при уплотнении асфальтобетонных смесей должны выполняться катками с гладкими металлическими вальцами.

Для уплотнения асфальтобетонных дорожных покрытий обычно применяются катки, оборудованные шинами с гладким протектором, массой 18...20 т. Давление в шинах изменяется от 0,25...0,36 до 0,55...0,60 МПа.

Для охлаждения и предохранения шин от налипания горячей асфальтобетонной смеси рекомендуется смачивать их подогретой до 80 °С водой с распылением ее воздухом.

Для получения максимальной производительности и ровного слоя уплотняемой асфальтобетонной смеси каток с пневмошинами на первых проходах должен иметь скорость 2...3 км/ч, на остальных – 8...9 км/ч.

Кинематическая схема катка на пневматических шинах показана на рисунке 7.3.

 

1 – двигатель; 2 – повышающий редуктор; 3 – гидротрансформатор; 4 – коробка передач с реверсом; 5 – дифференциал; 6 – раздаточный редуктор; 7 – редуктор ведущего моста; 8 – цепная передача; 9 – ведущее колесо; 10 – карданные валы

 

Рисунок 7.3 – Кинематическая схема катка на пневмошинах

 

Наиболее эффективно сочетание пневмоколес с гладким вибрационным вальцом, причем вибровалец располагают спереди, а ведущие пневмоколеса –сзади. Рама выполняется шарнирно-сочлененной; на задней полураме устанавливаются двигатель и кабина машиниста.

Эксплуатационная производительность самоходных катков определяется по формуле

, (7.1)

 

где – ширина укатываемой полосы, м;

– размер перекрытия предыдущего прохода, = 0,2…0,25 м;

– средняя скорость движения катка, км/ч;

– необходимое число проходов катка, при уплотнении

асфальтобетона = 25...30, щебеночных = 40...60.

 

Средняя скорость катка:

, (7.2)

 

где – длина укатываемой полосы, L = 20…25 м;

– среднее время движения катка за один проход, с;

– время реверсирования катка, = 1...2 с.