Строительные и дорожные машины_ Шепелина_учебное пособие
.pdf7. КАТКИ
7.1 Классификация катков
Катки предназначены для уплотнения грунтов и других сыпучих материалов (гравия, щебня) при возведении отсыпаемых послойно дорожных насыпей, плотин и дамб, оросительных сооружений и водохранилищ, при засыпке канав и т. п. По способу силового воздействия на уплотняемый грунт различают катки статического действия и виброкатки. По типу рабочего органа катки изготовляют с гладкими, кулачковыми, ребристыми и решетчатыми вальцами и с пневмоколесами.
Самоходные катки. Самоходный каток – дорожный каток с двигателем, силовой передачей и движетелем (рабочим органом).
Самоходные катки предназначены для уплотнения оснований и покрытий из грунтовых, асфальтобетонных, щебеночных, песчаногравийных материалов при строительстве и ремонте дорог, других земляных сооружений.
Самоходные катки классифицируются по массе, способу воздействия на уплотняемую поверхность, типу рабочего (уплотняющего) органа, числу осей и количеству пальцев; ширине уплотняемой полосы.
Полуприцепные катки. Полуприцепной каток – дорожный каток, масса которого передаются на уплотняемый материал через рабочий орган и частично через базовую машину – одноосный тягач.
Полуприцепные катки агрегатируют с базовой машиной, классифицируют по принципу действия и типу уплотняющего органа, изготавливают легкие (массой с балластом 15 т), средние (массой с балластом 30 т), и тяжелые (массой с балластом 45 т).
Базовой машиной полуприцепных катков служат одноосные тягачи и специальные пневмошасси.
По принципу индексации и назначению основных параметров полуприцепные катки сходны с самоходными катками.
Для достижения высокого качества готового асфальтобетонного покрытия необходимо вести непрерывную укладку асфальтобетонной смеси, не допуская остановок производственного процесса. Неоднократные перерывы в движении асфальтоукладчика могут при определенных обстоятельствах привести к возникновению неровностей, наличие которых запрещено при укладке поверхностного слоя.
- 130 -
Рис.7.1. Разновидности катков: а) гладкий с вальцами; б) кулачковый;
г) пневмоколесный; д) много пневмоколесный;
1− сцепное устройство; 2 − дышло; 3 − рама; 4−подшипники; 5− каток; 6− скребок;
7− люк; 8− полубандаж; 9− кулачки; 10, 12− балластные ящики; 11− пневмоколеса
По мере охлаждения асфальтобетонной смеси становится все сложнее, а иногда и невозможно добиться необходимого уплотнения и ровной бесшовной поверхности. Чтобы избежать этого, необходимо тщательно согласовывать производительность смесителя, транспортных средств и катков.
7.2 Производительность катка
Методика расчета производительности катка заключается в определении эксплуатационной производительности и потребном количестве машин для обеспечения заданного темпа работ, который определяется следующим образом:
qp Vл Вп hсл , |
(7.7) |
где qр - темп работ, м3/смену;
Vл – скорость линейных работ м/смену;
Вп – ширина полосы уплотняемого материала, м (см. исходные данные);
hсл – толщина уплотняемого слоя, м.
- 131 -
Скорость линейных работ определяется как: |
|
|||||
Vл |
|
, |
|
|
(7.8) |
|
|
|
|||||
|
|
m |
|
|
||
где ℓ - протяжённость дороги, м; |
|
|
||||
m - количество смен. |
|
|
||||
Потребное количество машин (n) определяется: |
|
|||||
n |
|
qр |
, |
(7.9) |
||
|
|
|||||
Пэ.см. |
где Пэ.см. – эксплуатационная сменная производительность, м3/смену. Пэ.см. определяется как:
Пэ.см. Пэ.ч. Кт.в. Тсм , |
(7.10) |
где Пэ.ч. –эксплуатационная часовая производительность, м3/ч; Кт.в. – коэффициент технологического взаимодействия с другими
машинами (Кт.в. =1,1…1,2);
Тсм – время смены, ч.
7.3 Тяговый расчет катка. |
|
Для нормальной работы катка должно выполняться условие: |
|
W mк g сц |
(7.1) |
где ∑W – общее сопротивление возникающее при движении катка; mк – масса катка;
φсц – коэффициент сцепления, φсц = 0,5…0,85;
|
∑W = W1 +W2 + W3, |
(7.2) |
||
где W1 – сопротивление движению катка, возникающее при трогании с |
||||
|
места; |
|
||
W2 |
– сопротивление от поворота на закруглениях; |
|
||
W3 |
– сопротивление от перемещения катка. |
|
||
Сопротивление движению катка, возникающее при трогании с |
|
|||
места, Н: |
|
|||
|
W 1 |
mк v |
|
(7.3) |
|
t |
|||
|
|
|
где mк – масса катка с балластом, кг; v – скорость движения катка, м/с;
t – время разгона катка, t = 3…4 с.
- 132 -
Сопротивление от поворота на закруглениях: |
|
W 2 mвк g |
(7.4) |
где mвк – масса, приходящаяся на ведомый валец, кг; (mвк = 0,5mк – у двухосных двухвальцовых катков, кг; mвк = 0,25mк – у двухосных трехвальцовых катков, кг);
ω – коэффициент сопротивления поворота (для рыхлого грунта ω = 0,2; уплотненного ω = 0,3).
Сопротивление от перемещения катка: |
|
W3 mк g ( o i) |
(7.5) |
где ωо – коэффициент сопротивления перемещению катка, ωо = 0,9…0,02 (меньшее значение при последних проходах, большее при первых);
mк – масса катка;
i – уклон участка; i = 0,07;
Потребная мощность самоходного катка или двигателя тягача прицепного катка:
= |
∑ ∙ |
(кВт) |
(7.6) |
|
1000∙ |
||||
|
|
|
где v – скорость движения катка, м/с;
η – КПД трансмиссии от двигателя с ведущим вальцом, η = 0,85.
7.4 Расчёт основных параметров катков
7.4.1 Расчёт основных параметров пневмоколёсных катков
Для эффективной работы катка, необходимо выполнение условия:
q Eo |
|
p , |
(7.11) |
|
R |
||||
|
|
|
где q – линейное давление на грунт, Н/м; Ео – модуль деформации грунта, Па; R- радиус колеса, м;
σр – предел прочности уплотняемых материалов, Па . Характеристики Е0 и σр (см. таблицы 7.1-7.3).
- 133 -
|
|
|
Таблица 7.1 |
Пределы прочности грунтов при укатке (σр) , МПа |
|||
Грунты |
|
Катки |
|
|
с гладкими вальцами |
|
пневмоколёсные |
Малосвязные песчаные, |
0,3-0,6 |
|
0,3-0,4 |
супесчаные, пылеватые |
|
|
|
Средней вязкости |
0,6-1,0 |
|
0,4-0,6 |
(суглинистые) |
|
|
|
Высокой связности |
1,0-1,5 |
|
0,6-0,8 |
(тяжело суглинистые) |
|
|
|
Весьма связные |
1,5-1,8 |
|
0,8-1,0 |
(глинистые) |
|
|
|
|
|
Таблица 7.2 |
Допускаемые значения контактных давлений при укатке различных |
||
материалов, МПа |
|
|
Вид уплотняемого |
В начале уплотнения |
В конце уплотнения |
материала |
|
|
Щебёночное основание |
0,6-0,7 |
3,0-4,5 |
Гравийное основание |
0,4-0,6 |
2,5-3,0 |
Асфальтобетон горячий |
0,4-0,5 |
3,0-3,5 |
Грунт, укреплённый |
0,3-0,4 |
4,0-5,0 |
цементом |
|
|
Грунт, укреплённый |
0,3-0,4 |
1,0-1,5 |
битумом |
|
|
|
Таблица 7.3 |
Модуль деформации уплотняемых материалов (Е0) , МПа |
|
Вид уплотняемого материала |
Модуль деформации |
Связные грунты |
15-20 |
Несвязные грунты |
10-15 |
Щебёночные и гравийные основания |
30-100 |
Асфальтобетонные смеси |
30-80 |
При невыполнении условия (7.11) происходит волнообразие грунта перед катком.
Исходя из этого условия, предварительно выбирается марка катка. Эксплуатационная часовая производительность пневмоколёсных
катков определяется следующим образом: |
|
|
|
|||||||||||
П |
|
|
3600 з В во |
hсл кв |
, |
(7.12) |
||||||||
|
э.ч. |
|
|
|
n 1 |
|
n |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
н |
|
|
o |
|
N t |
|
|
|
|
|
|
|
з |
|
|
|
пов |
|
||||||
|
|
|
|
|
V |
|
V |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
н |
|
o |
|
|
|
|
- 134 -
где ℓз – длина захватки, м; В - ширина укатываемой полосы катком, м, (см. таблицу 7.4);
во - величина перекрытия смежных проходов, м ( во = 0,2м);
hсл – толщина уплотняемого слоя, м.
nн, nо –число начальных и основных проходов;
Vн –скорость начальных и последнего проходов катка, м/с, (см. таблицу 7.4);
Vo – скорость основных проходов катка, м/с ,(см. таблицу 7.4);
кв – коэффициент использования машины по времени (коэффициент сменности), показывающий долю времени непосредственной работы машины на объекте в смене, (среднее значение кв = 0,75…0,8);
N – общее количество проходов;
tпов – время поворота катка, с (tпов = 5…10 с.).
Участок дороги, на котором осуществляется уплотнение, называется захваткой. Ширина захватки определяется габаритами уплотняющих машин, схемой их движения и условиями безопасного ведения работ - допустимого приближения машины к бровке насыпи, предотвращающего сползание машины под откос.
Минимальная длина захватки (ℓз) определяется следующим образом:
для прицепных катков: |
|
|
|
|
з |
R , |
(7.13) |
||
|
0,2 |
|
|
|
где R – радиус поворота уплотняющей машины, м (R = от 2,5 до12,5 м). |
||||
для самоходных катков: |
|
|
|
|
з |
t p V , |
(7.14) |
||
где tp – время реверсирования машины, мин., (tp= 0,1…0,2 мин); |
|
|||
V - скорость движения уплотняющей машины, м/мин |
|
|||
для трамбовочных машин: |
|
|||
з |
|
tп V |
, |
(7.15) |
|
||||
|
0,2 |
|
|
где tп – время поворота машины, мин., (tп = 0,25 мин.).
В зависимости от свойств уплотняемого материала и используемой машины назначается определённое количество проходок, необходимых для обеспечения требуемой плотности материалов.
Количество проходов определяется в зависимости от свойств уплотняемых материалов: для несвязных грунтов – 2…4 прохода, для связных - 5…8, для щебёночных покрытий; для покрытий из каменных материалов - 8…12 (без расклинцовки), для асфальтобетонных покрытий -
14…16.
- 135 -
Таблица 7.4 Техническая характеристика пневмоколёсных катков
Марка катка |
Ширина |
Скорость |
Линейное |
Радиус |
|
|
уплотняемой |
движения |
давление. |
колеса, |
|
|
полосы, (м) |
(м/с) |
(Н/м) |
(м) |
|
ДУ-30 |
2,2 |
0,82-1,71 |
30000 |
0,5 |
|
(прицепной) |
|||||
|
|
|
|
||
ДУ-39А |
2,6 |
0,79-2,16 |
55000 |
0,5 |
|
(прицепной) |
|||||
|
|
|
|
||
ДУ-37А |
2,6 |
1,02-2,44 |
80000 |
0,5 |
|
(полуприцепной) |
|||||
|
|
|
|
||
ДУ-16В |
2,6 |
0,8-8,30 |
100000 |
0,5 |
|
(полуприцепной) |
|||||
|
|
|
|
||
ДУ-21 |
2,7 |
0,8-14,00 |
150000 |
0,5 |
|
(полуприцепной) |
|||||
|
|
|
|
||
ДУ-31А |
1,9 |
0,8-2,5 |
65000 |
0,5 |
|
(самоходный) |
|||||
|
|
|
|
||
ДУ-29 |
2,2 |
0,8-2,5 |
100000 |
0,5 |
|
(самоходный) |
|||||
|
|
|
|
7.4.2 Расчёт основных параметров кулачковых катков
Необходимая длина кулачка ℓк определяется, м :
|
к |
(1,54 h |
h |
p |
) 2,5 в , |
(7.16) |
|
сл |
|
|
|
где hp – толщина разрыхленного слоя грунта, м (hp =0,05 м );
в– минимальный размер опорной поверхности кулачка, м,
в≈ 0,25 ∙hсл.
Исходя из рассчитанных размеров вальца, подбирается тип и марка катка по таблице 7.5
|
|
|
|
|
|
Таблица 7.5 |
|
Техническая характеристика кулачковых катков |
|
||||
Марка катка |
|
Диаметр |
Ширина |
Площадь |
Количество |
Скорость |
|
|
вальца, |
вальца |
опорной |
кулачков на |
движения |
|
|
м |
|
поверхности |
вальце |
|
|
|
|
|
кулачка, м2 |
|
|
ДУ-26 |
|
1,8 |
1,8 |
0,004 |
60-160 |
1,38-1,91 |
(прицепной) |
|
|
|
|
|
|
ДУ-27 |
|
1,8 |
4 |
0,007 |
200-240 |
0,79-2,16 |
(прицепной) |
|
|
|
|
|
|
ДУ-32А |
|
2,6 |
2,6 |
0,004 |
120-140 |
0,79-2,16 |
(прицепной) |
|
|
|
|
|
|
- 136 -
Диаметр барабана вальца катка D связан с длиной кулачка зависимостью: |
||||
D 5...8 к , м |
(7.17) |
|||
Ширина вальца катков В выбирается в зависимости от диаметра: |
||||
В 1,1...1,2 |
D , м |
(7.18) |
||
Потребное количество проходов определяется: |
|
|||
N |
S |
, |
(7.19) |
|
F m |
||||
|
|
|
где S – поверхность вальца катка, м2 ;
F – площадь опорной поверхности кулачка, м2 ,(см табл. 7.5); m – общее число кулачков;
ζ – коэффициент, учитывающий неравномерность перекрытия поверхности кулачками (ζ =1,3).
Расчёт эксплуатационной часовой производительности кулачковых катков осуществляется так же, как и для пневмоколёсных катков по формуле (7.12 ).
7.4.3 Расчёт основных параметров катков с гладкими вальцами
Предварительный подбор катка с гладкими вальцами производится
также как и подбор пневмоколёсного катка (см. п.7.3.1). |
|
||
Производительность такого катка определяется, м3/ч: |
|
||
Пэ.ч |
3600 В во V hсл кв |
, |
(7.20) |
|
|||
|
N |
|
где В - ширина укатываемой полосы катком, м, (см.таблицу 7.4); во - величина перекрытия смежных проходов, м ( во = 0,2м);
V – средняя скорость движения катка при укатке, м/с; hсл – толщина уплотняемого слоя, м;
кв – коэффициент использования машины по времени (коэффициент сменности), показывающий долю времени непосредственной работы машины на объекте в смене, (среднее значение кв =
0,75…0,8);
N – общее количество проходов;
|
Lз |
, |
(7.21) |
|
V tдв tм |
||||
|
|
где Lз – длина захватки;
tдв – среднее время движения катка за 1 проход, с ; tм – время маневрирования машины (tм =10…12с)
- 137 -
tдв=Lз/V’, |
(7.22) |
где V’ – скорость движения катка при уплотнении, м/с (см. техническую характеристику машины).
qp Vл Вп hсл , |
(7.23) |
где qр - темп работ, м3/смену;
Vл – скорость линейных работ м/смену;
Вп – ширина полосы уплотняемого материала, м (см. исходные данные);
hсл – толщина уплотняемого слоя, м.
Скорость линейных работ определяется по формуле:
Vл |
|
, |
|
(7.24) |
||
|
|
|||||
|
|
m |
|
|
||
где ℓ - протяжённость дороги, м; |
|
|||||
m - количество смен. |
|
|
||||
Потребное количество машин: |
|
|
||||
n |
|
qр |
, |
(7.25) |
||
Пэ.см. |
|
|
|
где Пэ.см. – эксплуатационная сменная производительность, м3/смену.
Пэ.см. Пэ.ч. Кт.в. Тсм , |
(7.26) |
где Пэ.ч. –эксплуатационная часовая производительность, м3/ч; Кт.в. – коэффициент технологического взаимодействия с другими
машинами (Кт.в. =1,1…1,2);
Тсм – время смены, ч.
Таблица 7.6 Техническая характеристика катков с гладкими вальцами
Марка |
Ширина |
Скорость |
Линейное |
Диаметр |
катка |
уплотняемой |
движения, |
давление, |
вальца, |
|
полосы, (м) |
(м/с) |
(Н/м) |
(м) |
ДУ-50 |
1,8 |
0,55-2,22 |
50000 |
1 |
ДУ-48В |
1,8 |
0,55-2,22 |
70000 |
1 |
ДУ-49А |
1,3 |
0,55-2,22 |
70000 |
1,3 |
ДУ-8В |
1,3 |
0,55-2,22 |
60000 |
1,3 |
ДУ-9В |
1,3 |
0,55-2,22 |
70000 |
1,3 |
- 138 -
7.4.4 Расчёт основных параметров вибрационных катков
Подбор вибрационного катка осуществляется, исходя из линейного давления q в зависимости от вида грунта (для супесчаных грунтов q =150…300 Н/см), (для суглинистых грунтов q = 500…600 Н/см).
Оптимальная скорость движения катка определяется как: |
|
V 0,2 , м/с, |
(7.27) |
где ω –частота колебаний, Гц.
Расчёт эксплуатационной производительности производится по формуле (7.20).
Таблица 7.7
Техническая характеристика вибрационных катков
Марка катка |
Ширина |
Линейное |
Частота |
Скорость |
|
|
уплотняемой |
давление, |
колебаний,(Гц) |
движения , |
|
|
полосы, (м) |
(Н/см) |
|
(км/ч) |
|
ДУ-54 |
0,85 |
150 |
67 |
1,35; |
2,46 |
ДУ-47А |
1,2 |
500 |
50 |
2,17; |
7,01 |
ДУ-40 |
2,0 |
330 |
40 |
1,5; 3,00 |
|
(прицепной) |
|
|
|
|
|
7.4.5 Расчёт основных параметров трамбовочных машин
При подборе трамбовочных машин следует учитывать площадь контактной поверхности F рабочего органа, массу трамбующей плиты М.
Площадь контактной поверхности рабочего органа определяется как:
F В L , |
м2 |
(7.28) |
где В, L – ширина и длина контактирующей части рабочего органа, м. |
||
Ширина рабочего органа (В ) определяется, |
м: |
|
В 0,8...1 hсл , |
(7.29) |
где hсл – толщина уплотняемого слоя, м
При этом меньший размер соответствует грунтам, близким к пескам, а больший размер – супесям.
Длину L в расчётах следует принимать равной ширине В.
Масса трамбующей плиты (рабочего органа) определяется по формуле:
М m F , кг |
(7.30) |
где m – удельная масса, кг/м2 , (см. табл. 7.8)
- 139 -