Машины динамического действия

 

Основным недостатком катков статического действия является их большая масса, потребная для нормальной работы. Эту массу можно значительно снизить при том же уплотняющем эффекте, если рабочие органы машин выполнить вибрирующими.

Вибрационные катки выполняют прицепными и самоходными. Чаще всего в виброкатках применяют центробежные вибровозбуднтели с круговой вынуждающей силой. Их приводят в действие от двигателя внутреннего сгорания самоходного катка или специально установленного на раме прицепного катка двигателя привода возбудителя. Односекционный (т.е. с одним вальцом на оси) прицепной виброкаток и его кинематическая схема показаны на рис. 7.10.

1 - двигатель; 2 - муфта сцепления; 3 - клиноременная передача;

4 - венец; 5 - дебаланс

Рисунок 7.10 – Прицепной вибрационный каток

 

У самоходных виброкатков вибрирующими выполняют обычно ведущие вальцы. Металлоемкость виброкатков в 3 - 4 раза меньше, чем катков статического действия. При этом нужное уплотнение слоя грунта достигается меньшим числом проходов, так как виброкатки наряду со статическим оказывают на грунт и вибрационное воздействие.

Сущность его заключается в том, что периодические возмущения, передаваемые от вибратора в грунт рабочим органом, интенсифицируют перестройку сложившейся структуры грунта, в результате чего получается более плотная упаковка грунтовых частиц.

Для уплотнения несвязных грунтов и гравийно-песчаных материалов в стесненных или недоступных для других машин местах применяют вибрационные плиты. Кроме плит в комплект оборудования входят вибратор, двигатель, система подвески и механизм управления. Для привода вибраторов на вибрационных плитах чаще всего используют двигатели внутреннего сгорания - дизельные или карбюраторные. По принципиальной схеме эти устройства могут быть одно- и двухмассовыми. В первом случае вибратор и двигатель установлены непосредственно на плите. Во втором случае на плите монтируют лишь вибратор, а двигатель устанавливают на специальную раму, соединенную с плитой упругими элементами (см. рис. 7.11).

1 - клнноременная передача; 2 – двигатель; 3 - уплотняющая плита; 4 - дебалансы

Рисунок 7.11 - Виброплита

 

В этом случае в колебательное движение приводится лишь нижняя часть, тогда как верхняя, подрессоренная, не колеблется, но воздействует на грунт общей массой статического давления.

К основным параметрам виброплит относят геометрические размеры опорной плиты, массу машины, вынуждающую силу, развиваемую вибратором, частоту колебаний и мощность двигателя.

Колебания виброплит могут быть круговыми или направленными, причем вынуждающая сила в случае направленных колебаний бывает направлена вертикально или под некоторым углом к горизонту. В последнем случае появляется горизонтальная составляющая вынуждающей силы, под действием которой виброплита может передвигаться сама. Конструкция вибровозбудителя обеспечивает возможность на ходу изменять направление вынуждающей силы с целью реверсирования движения, а иногда позволяет изменять скорость самопередвижения или интенсивность вертикальных колебаний.

Многосекционные виброуплотнители представляют собой виброплиты, устанавливаемые в один или два ряда на самоходное шасси. Иногда многосекционные виброуплотнители применяют в качестве сменного оборудования к автогрейдерам, каткам статического действия и другим машинам. Для подъема и опускания плит используют гидравлическую систему.

Характер колебаний рабочего органа вибрационной машины зависит от частоты приложения вынуждающей силы, свойств грунта и соотношения между вынуждающей силой и массой рабочего органа. Если амплитудное значение вертикальной составляющей вынуждающей силы вибратора намного меньше силы тяжести рабочего органа, колебания последнего носят гармонический характер. Воздействия на грунт в этом случае будут чисто вибрационными, т.е. периодические нагружения и разгрузки грунта будут чередоваться с частотой приложения вынуждающей силы. При этом контакт между грунтом и рабочим органом нарушаться не будет. Такой режим возможен лишь при малых значениях амплитуд колебаний, так как только тогда грунт может рассматриваться как упругое тело. Однако малым амплитудам колебаний рабочего органа соответствуют малые значения вынуждающей силы, а следовательно, и малые значения контактных давлений. Для увеличения же контактных давлений до технологически необходимых требуется увеличивать вынуждающую силу, а следовательно, и амплитуду колебаний рабочего органа. В результате увеличивается амплитуда деформаций грунта. По мере роста этих деформаций и вызванных ими структурных изменений, связанных с уплотнением, режим колебаний грунта отклоняется от упругого, причем тем сильнее, чем значительнее деформации. Это приводит к отставанию деформации грунта от соответствующих движений рабочего органа, вследствие чего колебания последнего совершаются с отрывом от уплотняемой поверхности. Такие колебания характеризуются периодическими ударами рабочего органа о поверхность грунта и называются ударными. Именно в этом режиме работают вибрационные машины, применяемые в настоящее время в строительстве.

Иногда применяют машины, рабочие органы которых работают в безотрывном режиме. В этих случаях грунт уплотняют, например, ударами бойка по наковальне, расположенной на плите. Такие машины, построенные на основе динамических систем, движение которых сопровождается ударным взаимодействием составляющих элементов, называют виброударными. Одна из принципиальных схем подобной машины показана на рис. 7.12.

1 - вибровозбудитель; 2 - плита; 3 - боек; 4 - наковальня

Рисунок 7.12 - Виброударная плита

 

Вибрационные и виброударные машины характеризуются сравнительно большой частотой приложения нагрузок, вызывающих тиксотропные изменения в грунте, которые уменьшают сопротивление сдвигу и способствуют перестройке его структуры для оптимального уплотнения грунта.

Эти машины следует отличать от машин ударного действия, при работе которых пассивный рабочий орган в виде плиты или молота периодически соударяется с поверхностью грунта. Во время удара кинетическая энергия рабочего органа полностью или частично передается уплотняемому массиву и в значительной части расходуется на развитие необратимой деформации, т.е. на уплотнение грунта. Частота ударов сравнительно невелика - она обычно не превышает десяти в 1 с. При такой частоте тиксотропные изменения в грунте практически не происходят, однако в паузах между отдельными ударами грунт успевает разгрузиться, что усиливает эффект последующего удара.

Машины ударного действия называют также трамбующими. Их применяют для уплотнения связных и несвязных грунтов, грунтов в естественном залегании и мерзлых, в условиях зимнего строительства. Трамбующими машинами можно уплотнять грунты в слоях до 80 см, что очень важно при возведении насыпей, плотин, дамб и других сооружений.

К основным параметрам машин ударного действия относят массу рабочего органа, скорость в момент начала его удара, а также размеры контактной поверхности в плане. В момент удара скорость рабочего органа может быть равна скорости его свободного падения или превышать ее вследствие работы соответствующего механизма. Например, в пневматических молотах ударная часть за счет сжатого воздуха получает дополнительное ускорение.

Из многообразия возможных конструкций наиболее распространены машины, рабочими органами которых являются периодически поднимаемые и сбрасываемые грузы. Эти машины разделяются по характеру привода ударной части на машины с механическим приводом и такие, в которых рабочий орган поднимают сжатым воздухом или продуктами взрыва горючей смеси (пневмо- и взрывотрамбовки).

Чаще всего используют машины с канатным механическим приводом. К ним относят трамбующие плиты, поднимаемые и сбрасываемые кранами или экскаваторами. Поднимать и сбрасывать плиты, масса которых обычно находится в пределах 2 - 5 т, можно по направляющим и без них. При этом используют подъемную лебедку, растормаживание которой приводит к свободному падению трамбующей плиты. Работа этих устройств связана с большими динамическими нагрузками, которые преждевременно выводят из строя такие дорогостоящие и сложные машины, как краны и экскаваторы. Поэтому трамбующие плиты на кранах и экскаваторах применяют главным образом в стесненных условиях, когда использовать другие уплотняющие машины невозможно.

Динамические нагрузки на элементы конструкций базовой машины можно значительно уменьшить, если вместо подъема лебедкой поднимать трамбующие плиты с помощью механизма кривошипно-полиспастного типа.

 

 

 

Практика № 8