Изучение конструкций и определение технико-эксплуатационных показателей машин для уплотнения грунта и резания мерзлых грунтов
1. Цель работы. В процессе работы ознакомиться с назначением, устройством и работой машин для уплотнения грунтов и сыпучих материалов и для резания мерзлых грунтов с определением основных параметров и технико-эксплуатацион-ных показателей.
Катки статического и динамического действия, классификация, характеристики, область применения
Катки статического действия являются наиболее распространенными и простыми машинами для уплотнения грунтов и строительных материалов. Их классифицируют по, способу передвижения, виду рабочего органа, числу осей и количеству вальцов.
По способу передвижения катки подразделяют на прицепные, полуприцепные и самоходные. В прицепном катке его масса полностью передается на уплотняемый материал, а в полуприцепном - часть его массы передается на тягач через сцепное устройство. В комплекте с такими катками используют чаще всего пневмоколесные тягачи и тракторы.
Укатка производится прицепными, полуприцепными и самоходными катками с металлическими (гладкими, решетчатыми и кулачковыми) вальцами и колесами с пневматическими шинами (рис. 1).
Катки с гладкими вальцами характеризуется тем, что обечайки вальцов имеют гладкую рабочую поверхность. Такие катки предназначены главным образом для уплотнения асфальтобетонных покрытий, гравийно-щебеночных и других материалов. При уплотнении грунтов их заменяют более эффективными кулачковыми, вибрационными и пневмошинными катками.
Кулачковый каток представляет собой гладкий полый стальной валец диаметром 1...2.6 м, к внешней поверхности которого приварены уплотняющие кулачки. Валец имеет загрузочный люк для заполнения балластом - песком или водой.
По давлению кулачковые катки разделяют на легкие (0,4...2 МПа), средние (2...4 МПа), тяжелые (4...10 МПа).
Кулачки могут иметь различную форму (рис. 3), однако они должны обеспечивать уплотнение на максимальную толщину отсыпаемого слоя и минимальное разрыхление поверхностного слоя при выходе кулачка из грунта.
Прицепные кулачковые катки (рис. 1, а)предназначены для послойного уплотнения связных и комковатых грунтов и имеют рабочие органы в виде кулачков 2 специальной формы, прикрепленных к съемным бандажам, надетым на барабан 1,заполняемый балластом (обычно песком). Налипающий на кулачки грунт очищается скребками. Катки выпускаются массой 6..30 т и различаются между собой размерами барабанов, числом, формой и величиной кулачков.
Симметричные (реверсивные) кулачки (рис. 1, а), ранее широко применявшиеся на отечественных катках, хорошо погружаются в грунт и выходят из него без излишнего разрыхления поверхности, однако имеет место налипание грунта на шейку кулачка и они теряют свое преимущество.
Число кулачков на вальце должно быть как можно большим, чтобы снизить необходимое число проходов. Однако наличие большого количества кулачков повлечет за собой увеличение общей массы катка и усилит склонность грунта к налипанию. Практика показывает, что удовлетворительная работа имеет место в том случае, когда число кулачков, приходящихся на 1 м" поверхности вальца, равно 20...25 для легких и средних и 15...20 для тяжелых катков. Наиболее целесообразное расположение кулачков на поверхности вальца шахматное.
Напряжение на поверхности контакта кулачков с грунтом в несколько раз больше, чем напряжение под катком с гладкими вальцами. Поэтому при первом проходе, когда грунт еще рыхлый, кулачки полностью погружаются в него и в результате в контакт с грунтом входит также валец катка. При последующих проходах катка погружение кулачков в грунт уменьшается за счет его: уплотнения. Кулачковые катки эффективны при уплотнении связных, преимущественно комковатых грунтов.
В настоящее время отечественная промышленность выпускает кулачковые катки массой (с балластом) 9 и 18 т. Толщина уплотняемых слоев для этих катков достигает соответственно 0,2 и 0,3 м при 8... 12 проходах. При работе кулачкового катка верхняя часть слоя грунта разрыхляется во время выхода кулачков на поверхность. Эта часть слоя снова может быть уплотнена после насыпки поверх нее нового слоя или в конце уплотнения с помощью машин других типов (например, катками на пневматических шинах).
У решетчатого катка обечайка вальца выполнена в виде решетки, сваренной из стальных прутьев низколегированной стали диаметром 30...40 мм или собранной из литых металлических элементов. Общая масса катка с балластом составляет 15...30 т. Диаметр вальцов до 2,5 м. Ширина укатываемой полосы 2,9 м. Внутри решетчатого вальца установлены два конуса для очистки и отбрасывания в стороны провалившихся через ячейки решетки комьев грунта. Балласт размещают внутри вальца или на раме катка. Такие катки применяют для уплотнения как связных, так и несвязных комковатых грунтов слоями толщиной до 0,4 м. Их можно применять и зимой, так как решетка дробит комья и включения и одновременно погружает их в массив грунта.
Пневмоколесные катки осуществляют уплотнение смонтированными в один ряд на одной или двух осях пневмоколесами 4, пригруженными балластом 3, и могут быть прицепными (рис. 1, б), полуприцепными (рис. 1, в)и самоходными (рис. 1, г).
Широкое применение получили катки на пневмошинах (пневмокатки), которые могут уплотнять все виды грунтов. Пневмокатки с гладкой рабочей поверхностью эффективно используют также для уплотнения асфальтобетонных покрытий. Типы и размеры катков на пневмошинах весьма разнообразны.
Прицепные и полуприцепные катки применяют для послойного уплотнения связных и несвязных грунтов, самоходные - в основном для уплотнения дорожных оснований и покрытий.
Прицепные катки имеют общую массу (с балластом) 12,5...42,5 т, уплотняют полосу шириной 2,2...3,3 м при толщине уплотняемого слоя 0,25...0,5 м.
Прицепные пневмокатки изготовляют четырех типоразмеров: легкие массой (с балластом) ( 15 ± 3) т, средние - ( 25 ± 4) т, тяжелые - ( 50 ± 6) т, особо тяжелые -(100 ±10) т.
Прицепные одноосные катки обычно имеют от 4 до 6 колес. Наибольшее применение получили катки массой 25 и 50 т.
Полуприцепные (к одноосным тягачам и пневмоколесным тракторам) катки производительнее и маневреннее прицепных и выпускаются массой 15...45 т.
Каждое пневмоколесо прицепных и полуприцепных катков нагружается индивидуальным балластом, имеющим свободное перемещение вместе с колесом в вертикальной плоскости. Это обеспечивает постоянную передачу давления на грунт каждым колесом независимо от неровностей уплотняемой поверхности.
Полуприцепные пневмоколесные катки выполняют трех типоразмеров: легкие массой (с балластом) ( 15 ± 3)т; средние - (30 ± 6) т; тяжелые - (45 ± 9) т. Их агрегатируют с одно- или двуосным тягачами.
Полуприцепные катки движутся со скоростью до 11 км/ч и уплотняют полосу шириной до 2,6 м.
Самоходные пневмоколесные катки имеют массу 16...30 т и уплотняют полосу шириной 1,6...2,2 м. Рабочим органом самоходного катка являются передние управляемые 5 и задние ведущие 6 пневмоколеса, взаимная расстановка которых позволяет получать сплошную полосу уплотняемого материала. При работе каток движется челночным способом со скоростью 3...4 км/ч.
Самоходные пневмоколесные катки, снабженные собственным двигателем и ходовой трансмиссией, по массе подразделяют на легкие (10... 15 т), средние (20...30 т) и тяжелые (40...50 т).
Самоходные катки на пневмошинах имеют две оси: ведущую и ведомую; общее число колес 7...9. Колеса на обеих осях расположены так, чтобы шины задних колес шли по следу между шинным промежутком передних, при этом обеспечивается укатка всей поверхности уплотняемого слоя.
Самоходные, так же как и полуприцепные, катки характеризуются сравнительно высокими транспортными скоростями (до 40 км/ч) и манёвренностью.
Подвеску пневмоколес разделяют на жесткую и независимую (свободную).
Каток с независимой подвеской состоит из 4…6 секций, шарнирно прикрепленных к раме. Каждая секция имеет свой пневмоколесный ход и свой балластный контейнер для загрузки грунтом, камнем или чугунными плитами. Независимая подвеска колес обеспечивает свободное копирование неровностей поверхности грунта и постоянный контакт пневмошины с грунтом (рис. 2).
Под пневмошиной грунт находится в напряженном состояний более продолжительное время, чем под жестким ободом. Больше и площадь контакта с поверхностью грунта, что зависят от давления воздуха в шине. Все это повышает качество глубину уплотненных слоев грунта.
Оптимальное значение давления в шинах при уплотнении песка составляет 0,2...0,3 МПа; для супесей - 0,3...0,4 МПа; для суглинков и глин - 0,5...0,6 МПа.
В конструкции большинства пневмоколесных катков предусмотрено регулирование давления воздуха в шинах на ходу в процессе работы.
Легкие и средние пневмошинные катки наиболее пригодны для уплотнения тонких слоев грунта на глубину до 0,1...0,15 м; тяжелые пневмокатки могут обеспечить уплотнение на глубину до 0,7 м.
Необходимое число проходов по одному следу зависит от физико-механичес-ких свойств грунта, климатических условий, толщины отсыпки и других факторов и определяется на месте замеров достигнутой плотности грунта.
Ориентировочно необходимое число проходов пневмокатка по одному следу при уплотнении связных грунтов составляет 6...8. При несвязных грунтах оно в два раза меньше.
Комбинированные катки оборудуют рабочими органами, характерными для катков различного вида. Наиболее распространены катки с пневмоколесами и вибрационным вальцом, которые обеспечивают наибольшую универсальность машины с точки зрения уплотнения различных материалов - от суглинка и асфальтобетонной смеси до гравийно-щебеночных материалов и песков.
Комбинированные катки, так же как и пневмоколесные, имеют специальные шины высокого давления, Шины обеспечивают уплотнение материала у поверхности, а вибровалец - на глубине, превышающей зону; действия шин. Валец с гладкой поверхностью создает ровную поверхность уплотняемого материала, что необходимо при возведении покрытий.
Рабочие органы катков разделяют на ведущие и ведомые. К ведущим рабочим органам передается крутящий момент от двигателя внутреннего сгорания. Ведомые рабочие органы самоходных катков являются направляющими и, как правило, служат для поворота машины.
По числу осей катки делят на одно -, двух - и трехосные.
По количеству вальцов различают одно -, двух - и трехвальцовые.
Машины динамического действияуплотняют грунт ударами (трамбование) или вибрированием, а также сочетанием трамбования с вибрированием или укаткой. К этой группе машин относятся трамбующие машины, вибрационные уплотнители- поверхностные (виброплиты) и глубинные, вибротрамбующие машины. виброкатки.
Трамбующие машины по принципу действия подразделяют на:
- машины, у которых уплотняющие плиты падают с определенной высоты свободно;
- машины, у которых уплотняющие плиты опускаются принудительно (пневматические трамбовки и трамбовки взрывного действия).
В первом случаерабочие плиты массой 0,8..1,5 т (чугунные или железобетонные) навешиваются на трактор или на стрелу экскаватора и сбрасываются с высоты 0,8...2,0 м (рис. 1, е).После удара уплотняющая плита (или плиты) поднимается в исходное положение в зависимости от конструкции базовой машины с помощью канатного, кривошипно-полиспастного или зубчато-реечного механизма.
Трамбующие машины послойно уплотняют насыпные тяжелые связные и несвязные грунты слоями 1...1,5 м, а также грунты в естественном залегании свободно падающими массивными трамбующими органами в виде железобетонных и чугунных плит круглой или квадратной в плане формы с площадью опорной поверхности около 1 м. Необходимая плотность насыпного грунта достигается за 3...16 ударов плиты по одному месту.
