Автор: Хархута Н.Я.
Теги: автомобильные дороги в целом внегородские дороги городские дороги машиностроение дорожные машины
Год: 1968
Текст
276
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Суммарное сопротивление
F = + Wa — W2 — Wt =
= G (1 + f ctg a) ~~ + f sin ф — cos кГ. (VII.5)
Элементарная работа dA, затрачиваемая на преодоление суммар-
ного сопротивления при повороте лопасти на бесконечно малый угол <йр,
будет:
dA = (Fj + F3) Rdq — (F2 + FJ x dtp кГм.
(VI 1.6)
Полная работа при повороте лопасти на угол от ср = 0 до <р = л — ф
после подстановки значений сопротивлений и интегрирования будет;
А = G (1 + f ctg a) [fR (0,24ш2х + 1,71) —
— 0,71x] кГм,
(VI 1.7)
где R — радиус лопасти в м;
ф — угол выхода лопасти
Для расчета мощности с
Рис. 165. Схема к выводу формулы
для мощности
из зоны действия днища в рад.
учетом геометрических размеров лопасти
рекомендуется следующая формула:
N = 0,105nz6y sin a (1 + / ctg a) X
X l(/?3 — г3) (0,0009ffln2 — 0,24) +
+ 0,86/J? (R2 — r2) ] кГм/сек, (VII.8)
где N — мощность в кГм/сек-,
г — начальный радиус лопасти в лг,
b — ширина лопасти в м;
п — число оборотов лопастей в 1мин-,
z — число лопастей;
у — объемный вес материала в кПм3.
Расчет мощности по формуле (VII.8) для смесителя производитель-
ностью 25—30 m/ч при исходных данных г = 0,165 м\ Ь = 0,185 м;
R == 0,325 м; z = 16; п = 73 об/мин; а = 45°; / = 0,6 и у = 2200 кГ/м3
приводит к величине N = 18,8 кет, а для смесителя производительностью
8—10 т/ч при исходных данных г = 0,142 м; b = 0,17 м; R = 0,292 м;
z --= 16; п = 75 об!мин-, а. = 45°; f = 0,6 и у = 2200 кГ/м‘‘ — к величине
N = 12,0 кет.
Формула (VI 1.8) не в полной степени учитывает влияние свойств
вяжущего материала. По опытам И. П. Керова введение битума в смесь
снижает потребляемую мощность при перемешивании на 10—12%.
Если отождествить процесс движения лопасти при перемешивании
смеси с процессом движения пластины в вязкой жидкой среде, то формула
для мощности выводится следующим образом.
Выделим на лопасти, вращающейся с угловой скоростью <о, элемен-у
тарную площадку dF (рис. 165), причем
dF = b dx м2,
(VI 1.9)
где Ь — длина элементарной площадки, а dx — ее ширина.
Сопротивление, действующее на элементарную площадку, согласно
закону Ньютона будет равно
dP = с dFv2 кГ, (VII. 10)
где у — удельный вес жидкости в кГ!м3;
и — скорость вращения площадки в м/сек-,
с — коэффициент сопротивления среды.
МАЩИЙЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 277
Так как
v = хю м/сек, (VI 1.11)
то сопротивление будет равно
dP = с btaWdx кГ. (VII. 12)
Интегрируя выражение (VII. 12) в пределах от х = г до х = R, най-
дем сопротивление, действующее на всю лопасть:
R
Р = с -у bar J x2dx = с bar (R3 — г3) кГ. (VII. 13)
Г
Мощность, требуемая для вращения элементарной площадки будет
dN - dPv кГм/сек,
а для вращения всей лопасти
л л
N = | dPv = j с ~ ba>3x3dx == Г ~ кГм/сек. (VII. 14)
Если при этом учесть.число лопастей, равное 2z и к. п. д. передачи от
двигателя к мешалке, равный т], формула для мощности примет следующий
окончательный вид:
N = д. с. (VII. 15)
300§т| 4 1
По опытам С. А. Королько коэффициент с при приготовлении асфаль-
тобетонных смесей зависит от числа оборотов лопастей п. Для дорожных
мешалок при п = 60—70 об/мин с == 6 и при п = 70—80 об/мин с = 5.
Кроме рассмотренных выше двух способов расчета мощности можно
воспользоваться теорией анализа размерностей. Приняв, что на величину
мощности влияют параметры
d—диаметр окружности, описываемой лопастью, в м;
п — число оборотов лопасти в 1 сек;
р — плотность смеси в кГ-секРм2;
ц — «кажущаяся вязкость» (внутреннее трение) смеси в кГ-сек/м2,
можно написать:
(VI 1.16)
А в этой формуле выражена в кГм/сек.
Приравнивая показатели степени для одних и тех же основных единиц
(кГ, м, сек) в обеих частях уравнения (VII. 16), получим систему из трех
уравнений:
s + t = 1;
а — 4s — 2/ = 1;
2s + t — - —1. ,
(VII.17)
Выразим в этой системе уравнений все показатели степени через какой-
либо один из них, допустим а, тогда будем иметь:
а — 3 , 5 — а „ а -4- 1
5 2 ; ! > < Р 2 •
278 машины И ОБОРУДОВАНИЕ для ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Подставляя эти значения в выражение (VII.16), получим
а-М а—3 5—а
N~—dan 2 р 2 |л 2 . (VII.18)
Введя в выражение (VII. 18) коэффициент пропорциональности А, получим
окончательное уравнение для мощности:
а4-1 а—3 5—а
N = Adan 2 р 2 ц 2 . (VII. 19)
В уравнении (VI 1.19) имеются две неизвестные величины: а и А, кото-
рые находятся опытным путем.
Для дорожных мешалок ширина лопасти принимается кратной ее
диаметру, а 4,56 и А = 150. Тогда уравнение (VII. 19) для одной пары
лопастей принимает вид:
N = 150 <Д'56п2’78р°’78рЛ22 кГм!сек. (VII.20)
Примерные значения показателей р и и приведены в табл. 28.
Таблица 28
Значения показателей плотности и внутреннего
трения для асфальтобетонных смесей
Виды смесей р, кГ•сек2/м* ц. кГ-сек/м2
Сухие 160—120 1100—1200
С битумом .... 130—180 950—1000
Примечание, нистым смесям. Нижние пределы относятся к мелкозер-
Формула (VII.20) является полуэмпирической. Для ориентировочных
расчетов мощности можно воспользоваться следующими эмпирическими
формулами, составленными И. П. Кировым на основе обобщения данных
по большому количеству действующих асфальтосмесителей:
N = 0,048Q„ л. с. — для QM <Z 1400 кГ; (VII.21)
N = 40 + 0,024Q., л. с. — для QM >1400 кГ,
где Q,, — вес замеса в кГ. ,
Техническая производительность мешалки порционного действия,
находится по формуле ,
Лп = 4>т/Ч, (VII.22X
где QM — вес замеса в т; i
Т — время на приготовление одного замеса в ч.
Время Т зависит от продолжительности отдельных операций:
т = А+А±А (VII.23)
где (3 — время загрузки исходных материалов в мин;
tn — время перемешивания в мин;
te — время выгрузки готовой смеси в мин.
МДШЙНЫ: ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 279
Для мешалки производительностью 12—15 m/ч при весе замеса
2,5—3,0 т продолжительность отдельных операций составляет t3 =
= 2—4 мин; tn = 5—6 мин; tg = 3—5 мин и общее время цикла Т —
= 10—15 мин =0,17—0,25 ч. Наименьшее время требуется при приготов-
лении крупно- и среднезернистых смесей, а наибольшее — при мелкозер-
нистой смеси.
Для мешалки непрерывного действия техническая производитель-
ность рассчитывается по аналогичной формуле:
Пн -- т/ч, (VII.24)
I п
где Q„ — вес материала в мешалке в т, определяемый по геометрической
емкости мешалки v и объемному весу у; QM = vy;
tn — время перемешивания в ч.
Так как емкость мешалки равна произведению площади поперечного
сечения F на длину I, формула для производительности может быть пред-
ставлена в следующем
виде:
Пн = Fsny т/ч, (VI 1.25)
где F — площадь попереч-
ного сечения ма-
териала в ме-
шалке в м2 (при
расчете прини-
мается равной гео-
метрическому се-
чению мешалки);
sn —скорость подачи
(перемещения) ма-
териалов в ме-
шалку в м/ч;
у — объемный вес сме-
си в т/м2.
Рис. 166. Графики для определения геометрических
размеров мешалки
Изменение скорости подачи достигается изменением шага винтовой
линии и скорости вращения лопастей. Если требуется рассчитать эксплуа-
тационную производительность асфальтосмесителя, нужно величину тех-
нической производительности умножить на коэффициент использования
во времени к„ = 0,9.
Рассмотрим основные параметры мешалок. Исходным параметром,
определяющим все основные элементы мешалки, является производитель-
ность, которая должна быть задана. По величине производительности,
пользуясь формулами (VII.22) и (VII.24), определяют вес замеса, а по весу
замеса QM — геометрическую емкость корпуса мешалки. Для мешалок пе-
риодического действия И. П. Керов рекомендует следующие эмпирические
формулы для определения длины L, ширины В и высоты Я:
L = 750 + 0,67QM мм;
В - 830 - 0,37Q, мм;
(VII.26)
(VI 1.27)
Н = 448 + 0,385QM мм.
(VI 1.28)
Эти формулы представлены в виде графиков на рис. 166. По этим
графикам также могут быть определены размеры корпуса мешалки в зави-
симости от веса замеса.
280
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Мешалки изготавливаются двухвальными, обеспечивающими более
интенсивное перемешивание, чем одновальные. Валы во всех асфальтосме-
сителях вращаются в противоположные стороны.
К. П. Севров рекомендует пользоваться расчетными формулами,
в основу которых положен определяющий параметр 2? — наибольший
радиус лопасти.
Радиус лопасти R в зависимости от веса замеса QM находится из сле-
дующей зависимости:
r - (V1L29>
где у — объемный вес смеси в кГ/м3;
kn — коэффициент наполнения корыта смесью;
Q.v — вес замеса в кГ.
Длина корыта
L = 4,25 R м. (VI 1.30)
Размеры ширины Ьл и высоты h„ лопастей: Ьл = 0,422? м; (VII.31)
h, = 0,52? м. (VII. 32)
Расстояние между смежными парами лопастей (шаг) S = 0,752? м. (VI 1.33)
Число оборотов лопастей в 1 мин 45,3 д, 11. — —об/мин, V R (VII.34)
где R — радиус лопасти в м.
Число пар лопастей на обоих валах изменяется в интервале
z = 14-Г-20. (VII.35)
Для мешалки непрерывного действия М. В. Климец также рекомендует
выбирать все размеры в зависимости от радиуса лопасти R.
Величина R (рис. 167) в зависимости от веса замеса Q.u находится из
формулы
" у7 (1,21 - 1,41) У2КН М- (VII.36)
Расстояние между лопастными валами 2 = 1,50 2? м. Ширина корпуса мешалки В = 1 + 22? м. Высота части корпуса над лопастным валом h. = 1,352? м. (VI 1.37) (VI 1.38) (VI 1.39)
Общая высота корпуса Н = h + 2? = 2,35 2? м. (VI 1.40)
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 281
Длина корпуса находится из формулы
(VII.41)
где площадь смесительной камеры F определяется из зависимости
F = /?2 — 0,5 — sin 2<p)j м2. (VII.42)
Шаг лопастей
5 = ~ м. (VII.43)
В мешалках непрерывного действия геометрические размеры и кине-
матические элементы подбираются такими, чтобы наряду с заданной
производительностью было обеспечено требуемое время перемешивания
для получения качественной смеси. Это время зависит от свойств приготав-
ливаемой смеси.
Из деталей мешалки расчету и про-
верке на прочность подвергаются лопаст-
ные валы и рычаги лопастей.
Валы рассчитываются на сложную
деформацию при одновременном действии
изгибающего и крутящего моментов (см.
формулу (VI 1.50). Наиболее опасным яв-
ляется случай, когда между одной из ло-
пастей и стенкой корыта заклинится проч-
ный кусок щебня или посторонний пред-
мет.
Расчет рычагов лопастей производится
на максимальный изгибающий момент для
случая, когда большая часть крутящего
(~0,8 Мкр), передается на лопасть.
Рассмотрим методику расчета мощности, требуемой для привода су-
шильного барабана. Введем обозначения: Q6 — вес барабана и QM — вес
материала в барабане. Тогда, учитывая, что барабан опирается на четыре
ролика, нормальное давление на каждый ролик составит (рис. 168):
Р = <Ц + 0^ кГ
4 cos а
В
Рис. 167. Основные размеры ме-
шалки
момента, действующего на вал
причем
Q. - -f- кГ,
где L — длина барабана в м;
D — диаметр барабана в м;
Т— объемный вес материала в барабане в кПм3-,
а — угол наклона радиуса-вектора ролика к вертикали в град;
Р — коэффициент наполнения барабана материалом (Р = 0,3).
Сопротивление от трения бандажей барабана о ролики будет
w = (Q.6 + QM) ? г (VII.44)
1 4 г i cos ос lK ’ v
где гг — радиус ролика в м;
' fK — коэффициент трения качения (для стали fK = 0,02 .- 0,05) в см.
282
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Сопротивление от трения скольжения в опорных подшипниках осей
роликов будет
IV2 = 4Р/ кГ,
(VII.45)
где г 2 — радиус подшипника в м;
f—коэффициент трения скольжения (f = 0,1).
Кроме рассмотренных двух сопротивлений необходимо учесть еще
сопротивление подъема материала ребордами при вращении барабана.
При подъеме материала вес его создает момент, противодействующий вра-
щению, и ц. т. материала переместится из положения С (рис. 168, а) в по-
ложение С\ (рис. 168, б), высота подъема ц. т. будет равна отрезку СС,.
Рис. 168. Схема сил, действующих на сушильный барабан:
а — положение материала на невращающемся барабане;
б — положение материала на вращающемся барабане
Сопротивление, возникающее в этом случае, находится из уравнения мо-
ментов сил относительно оси вращения барабана:
W3R = QMb, (VI 1.46)
где 2? — радиус барабана в м;
b — плечо силы веса материала относительно точки О в м.
Угол 9, на который поворачивается ц. т., принимается равным 45°.
При этом условии
Ь ^0,56/? м. (VII.47)
Следовательно,
IVз - 0,56Q,„ кГ. (VI 1.48)
Мощность, необходимая для вращения барабана, найдстся по фор-
муле ।
N6 = ——------------ v6 л. с., (VI1.49)
где Vb — окружная скорость барабана в м/сек.
т] — к. п. д. трансмиссии от двигателя к барабану.
Для сушильного барабана основными параметрами, подлежащими
расчету, являются объем, длина и диаметр. Из существующих методов
расчета объема барабана наиболее распространенным является метой
расчета по часовому напряжению по влаге, представляющему собою коли-
чество влаги в кГ, которое может быть выпарено в течение 1 ч. Величина
напряжения А имеет размерность кГ/м3-ч и находится опытным путем.'
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 283
При расчетах дорожных сушильных барабанов принимается А = 200-н
250 кГ/м3-ч. Объем сушильного барабана Vq находится по формуле
v6 = м3- (Vii.so)
где Wo — количество удаляемой из каменного материала влаги в кГ/ч-,
W — относительная влажность высушиваемого материала;
П — производительность барабана в кГ/ч.
Длина барабана Ьб определяется из условия обеспечения минималь-
ного времени, необходимого для просушки материала. Ось сушильного
барабана обычно устанавливается (рис. 169) под небольшим углом к гори-
зонту (а = 3—5°). При вращении барабана материал, поднятый лопастями,
падает по вертикали и при этом перемещается на расстояние
АВ = hcp tg а м,
где hcp — средняя высота подъе-
ма в м. 1
Введем обозначения: t—вре-
мя, необходимое для подогрева
материала (£ = 2 — 4 мин), т —
число падений частиц материала
за один оборот барабана (т = 2),
п — число оборотов барабана в
1 мин. Тогда длина барабана будет
равна
L5 = mhiptn tg а м. (VII.51)
Обычно hcp = Q,6D6, поэтому
можно найти только в случае, если
исключить D6 из формулы (VII.51),
бана п ввести окружную скорость:
Рис. 169. Схема перемещения материала в
барабане
по формуле (VII.51) длину барабана
будет известен его диаметр D6. Чтобы
можно вместо числа оборотов бара-
м/сек.
nDon
Vs ~ ““30~
Для сушильных барабанов v6 = 0,75—0,85 м/сек.
Таким образом, заменив в формуле (VI 1.51) п через v0 и hcp через Do,
получим
L6 = 5,7 mtv6 tg а м. (VII.52)
Диаметр сушильного барабана находится из выражения
су = -у— м/сек,
откуда
D6 = 1,14 1/ м.
f ‘*б
(VII.53)
В асфальтобетонных смесителях отношение диаметра сушильного
барабана к его длине находится обычно в пределах = 1/4 -е 1/7.
^б
Из деталей сушильного барабана на прочность рассчитываются кор-
пус барабана, бандажи и ролики. Зубчатый венец рассчитывается на проч-
ность зубьев. Неблагоприятными условиями работы корпуса является
случай, когда он загружен только на участке между бандажами и зубча-
тый венец находится посредине барабана.
284 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Влиянием незагруженных концевых участков можно пренебречь.
Принимая нагрузку от веса материала QM равномерно распределенной'
по длине барабана L6, находим величину нагрузки, приходящейся на еди-
ницу длины с учетом веса барабана:
7 = кГ;СМ.
Нагрузка между опорными бандажами будет равна
Qi =
где Lo — расстояние между бандажами в см.
Максимальный изгибающий момент от этой нагрузки
М, = - q ~ кГ-см.
От веса зубчатого венца Qa изгибающий момент равен
М2 -= кГ-см.
Суммарный изгибающий момент
М„3 - 44, М2 кГ-см.
Крутящий момент, приложенный к барабану при его вращении, находится
по общеизвестной формуле
М,.„ = 71 620— кГ-см.
hP П ;
где V — мощность, требуемая для вращения барабана во время работы,
в л. с.; .
п — число оборотов барабана в 1 мин.
Расчетный момент с учетом одновременного действия изгибающего и
крутящего моментов равен
Мр = С),35М;э + 0,65 /ЛСТлС кГ-см. (VII.54) (
Момент сопротивления сечения барабана, имеющего форму кольца, нахот 1
дится по формуле
где D,-. — наружный диаметр барабана в см;
d6 — внутренний диаметр барабана в см;
— толщина стенки барабана в см.
Напряжение материала в стенке корпуса барабана определяется зави-
симостью
ст = A < R, кГ/см2, (VII.55)
где Re — допускаемое напряжение в кГ!см2.
Вычисленное по формуле (VI 1.55) напряжение ст получается незначитель-
ным (менее 150 кГ/см2) и всегда меньше допускаемого.
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 285
При расчете корпуса барабана нужно помимо прочности обеспечить
небольшой прогиб, определяющий нормальную работу опорных и ведущих
устройств барабана. Стрела прогиба, отнесенная к 1 пог. м длины барабана,
не должна быть более 1/3 мм.
Стрела прогиба для этого барабана находится по формуле
р 5 , QaA)
= "384 ЁГ 48Е/ СМ’
где Е — модуль упругости в кПсм2’,
/ — экваториальный момент инерции:
/ = 4 W-C$CM*.
Величина Е для стали при разной температуре Т° С характеризуется
следующими данными:
Т°, С........... 100 200 300 400
Е. кГ/см* 1 2 3.I 2 000 000 I 1 950 000 I 1 880 000 | 1 790 000
Общий прогиб на всю длину барабана в мм'.
10/о < 4- Ьо, (VII.56)
где Lo сказывается в м.
Если при расчете прогиб окажется большим, чем это предусмотрено
формулой (VI 1.56), нужно увеличить диаметр барабана D5.
Бандажи сушильного барабана являются одной из ответственных
деталей. От правильного выбора размеров и материала бандажей зависит
нормальная работа других деталей барабана и степень износа бандажей и
опорных роликов.
По степени связи между бандажом и барабаном различают три вида
крепления:
1) бандажи, скрепленные с барабаном в нескольких точках;
2) бандажи, скрепленные с барабаном по всей окружности;
3) бандажи, одетые на барабан свободно.
Третий вид крепления используется при медленно вращающихся
барабанах и возможном тепловом расширении их, как это имеет место в су-
шильных барабанах. Величина зазора между бандажом и корпусом бара-
бана при свободной посадке определяется по формуле
&D6 = а4 (t — t0) D6 м,
где осл — коэффициент линейного расширения материала;
t — наибольшая температура нагрева барабана;
ta — температура барабана во время монтажа.
Внутренний диаметр бандажа в этом случае должен быть
О0 > D + АО = О [ 1 4- a., (t — t0) ] м.
Бандажи, надетые свободно и воспринимающие нормальные нагрузки,
являются наиболее экономичными с точки зрения расхода металла.
В месте соприкосновения бандажа и ролика возникают контактные
напряжения (рис. 170). При цилиндрической форме этих деталей ширина
полосы смятия находится по формуле
26=4 |/р . -Д- см (VII.57)
286
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
и максимальное давление
- I-
где ру — удельная нагрузка на единицу длины цилиндра в кПсм\
Ег и Е.,— модули упругости цилиндров в кПсм2\
и — коэффициент Пуассона;
г и R — радиусы цилиндров в см.
Ролики изготавливаются обычно из более мягкого материала, чем
бандажи, чтобы обеспечить большую износостойкость наиболее дорогой
детали — бандажей, замена которых связана с большими трудностями.
Рис. 170. Схема распределе-
ния контактных напряжений
в бандаже и ролике
ления максимального изги-
бающего момента
Следует заметить, что и при одинаковом материале ролики вследствие более
быстрого вращения скорее изнашиваются.
Величина удельной нагрузки принимается в зависимости от скорости
вращения барабана. Практикой установлено, что для медленно вращаю-
щихся барабанов (2—3 об/мин) ру =~ 2000 кГ/см и для быстро вращаю-
щихся, при бандажах из качественной стали (Ст. 5 или Ст. 6), —ру =
= 1000 кГ/см. Максимальное давление р0 не должно превосходить следу-
ющей величины:
рй < l,67adon кГ/см2. (VI1-59)
При расчетах принимаются следующие нормы допускаемых напряже-
ний оЙ0П : 4000 кГ/см2 — для стали Ст. 4; 5000 кПсм2 — для стали Ст. 5
и 6000 кГ/см2 — для стали Ст. 6.
Для определения сечения бандажа необходимо знать величину макси-
мального изгибающего момента. Тогда необходимый момент сопротивления
F = -тлд см3. (VII.60)
а
По величине W в зависимости от профиля бандажа находится требуемое
сечение. Величина о принимается 1000 кГ/см2.
Максимальный изгибающий момент для различных случаев крепле-
ния бандажа рассчитывается по различным формулам. При выводе этих
формул принимается обычно, что к бандажу приложены силы симметрично
относительно вертикальной плоскости, проходящей через центр бандажа
(рис. 171). Поэтому рассматриваются силы, действующие на одну половину
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 287
бандажа, при этом к поверхностям сечения, образованным разрезом, прила-
гаются момент Ма и продольная сила эквивалентные силам, действо-
вавшим в сечении разреза в целой балке.
Порядок расчета рассмотрим на конкретном примере, когда барабан
радиусом R — 600 мм имеет два бандажа и на каждый из них приходится
вес Q = 3000 кГ. Барабан крепится к бандажу в шести точках (см. рис. 171),
расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга. Число точек
крепления для половины бандажа т = 3. Угол между осью роликов и вер-
тикалью равен 30°. Реакция опорного ролика направлена по радиусу
бандажа в точке касания ролика с бандажом и величина ее
2 cos 30”'
3000 „
—— = - 1730 кГ.
2
(VI1.61)
В каждой точке крепления бандажа действует составляющая веса Р =
= Q/6 = 500 кГ, а в ключевом сечении Р/2 =~- 250 кГ.
Прежде чем найти интересующие нас моменты в любом сечении бан-
дажа, находим величины Л10 и по формулам:
_ 22L [т + (я_ р) tg р] ctg кГ.см-
А'о= [4 + (л - ₽) tg₽] кГ-
В нашем примере:
т = 3; 6 = = 60°; ~ =" 30°’’ ct£ 4“ = l’732; = 150° =
- 2,61 рад; tg 0 = —0,57; л — 0 = 0,53 рад7 (л — 0) tg 0 = —0,3;
cos 0 = —0,866 и, следовательно:
Мо 25 500 кГ-см;
No —96 кГ.
Выражения для определения момента в любом сечении бандажа будут
иметь вид:
0 < ср < 60°; М = Мо — N0R (1 — cosф)--R sin ф кГ-см;
60°<ф<12.°; M = Мо — N0R(\ — cos ф) — ~ R sincp—
— PR (sinср—sin60°) кГ-см;
120° < ф < 150°;
Al = мо — R0R( 1 — cos ф)--4 sin ф —
— PR (sin ф — sin 60°) — PR (sin ф — sin 120°) кГ-см;
150° < ф < 180°;
М = А10 — Л'0Я(1 — созф)----7?sinф —
— PR (sin ф — sin 60°) — PR (sin ф — sin 120°) —
— TR sin (Ф—150°) кГ-см.
288 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Чтобы найти величину максимального изгибающего момента Mmax,
нужно по этим формулам найти момент для ряда сечений при ф = 10°, 20°,
30° и т. д. и принять наибольшую из полученных величин.
В нашем примере при <р = 150° (sin 150° = 0,5; cos 150° = —0,867)
величина Л1тах будет равна Л4тах = 25 500—250-120-0,5 — 96-120Х
X 1,867 — 500-120 (0,5 — 0,867) — 500-120 (0,5 — 0,867) =- 33 050 кГ-см.
Если принять о = 1000 кПсм?, необходимый момент сопротивления
IE = 33 см'3. По этому моменту сопротивления подбираются профиль и
размеры балки.
Ширина бандажа
Ь = — см, (VII.62)
Ру
где ру — удельное давление на единицу длины барабана в кПсм,.
При прямоугольном сечении балки имеем
IE = -^- см2, (VII.63)
откуда высота балки
h = I см- (V1L64>
Проверку бандажа на смятие можно не производить, учитывая малую ве-
личину реакции роликов Т.
Диаметр опорных роликов d находится по эмпирическим формулам:
для стальных роликов
d = (15х‘20) слг;
для чугунных роликов
см’ (VIL65)
где Т — реакция в кГ;
— ширина ролика в см.
Ширина ролика принимается на 2—3 см больше ширины бандажа.
§ 42. ОСНОВЫ ТЕПЛОВЫХ РАСЧЕТОВ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ
ДЛЯ ПОСТРОЙКИ ДОРОГ С ПРИМЕНЕНИЕМ ОРГАНИЧЕСКИХ
ВЯЖУЩИХ МАТЕРИАЛОВ
При строительстве усовершенствованных дорожных покрытий ши-
роко используются вяжущие материалы органического происхождения
(битумы, каменноугольные дегти, сланцевое масло, древесная смола, бар-
дяной концентрат и др.). Большинство этих материалов вследствие боль-
шой вязкости не могут применяться без предварительного разогрева до
требуемой температуры. Некоторые технологические процессы, как при-
готовление горячих и теплых смесей из минеральных материалов с органи-
ческими вяжущими, приготовление эмульсий и др., требуют соблюдений
определенного теплового режима на всех стадиях производства. При при-
готовлении асфальтобетонных смесей приходится разогревать не только
битум, но и производить сушку и подогрев каменного материала. В каче-
стве теплообменников используются сушильные барабаны, змеевики (в кот-
лах, хранилищах, резервуарах, мешалках) и обогревательные рубашки
(в насосах, гомогенизаторах, мешалках, дозаторах и т. д.).
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 289
Теплоносителем служат водяной пар, газы от сжигания жидкого и
твердого топлива, горячая вода, соляровое масло и электрический ток.
Главной задачей теплотехнических расчетов дорожных машин явля-
ется расчет требуемого количества тепла для данного процесса и на основе
этого подбор параметров оборудования. Расчет должен обеспечить получе-
ние высокого технологического к. п. д. за счет уменьшения тепловых по-
терь и рационального использования топлива и тепловой энергии.
Под технологическим коэффициентом т],„ понимается доля тепла, ис-
пользуемая для технологических целей (подогрев, сушка):
где Q, — количество тепла, затраченного на технологический процесс,
в ккал!ч-,
Qi — количество тепла, подведенного к установке, в ккал!ч.
Сушильные барабаны. Количество тепла, выделяющегося при полном
сгорании 1 кГ топлива, называется высшей теплотой сгорания Qe и нахо-
дится по формуле Д. И. Менделеева:
(?в = 81СР + 300Др — 26 (0р— 8₽) ккал!кг-, (VII.66)
здесь в правой части приведены составляющие рабочей массы твердого
или жидкого топлива: Ср — углерод, Нр — водород, 0р — кислород и
Sp — сера.
Практически часть тепла уносится с водяным паром, поэтому вводится
условная характеристика тепла — низшая теплота сгорания Q^:
Qh = Qb~ QgH2o ккал!кг, (VII.67)
где g = 9НР — Wp — вес водяного пара в кг, образующегося при сгора-
нии 100 кг топлива, здесь Wp — вес воды в кг.
Для мазута Qh = 9800 ккал!кг.
Для возможности сравнения разных видов топлива по их теплотвор-
ной способности вводят понятие «условное топливо», т. е. такое топливо,
которое при сгорании выделяет 7000 ккал!ч. Количество воздуха в кг,
необходимое для сжигания 1 кг топлива:
Lm = 0,115СР Д 0,346Яр + 0,043(Sp — Ор) кг/кг. (VII.68)
Для полного сгорания топлива требуется некоторый избыток воз'
духа. Под коэффициентом избытка воздуха понимается отношение
(VII.69)
где Ьф — фактическое количество воздуха.
В расчетах принимается аиз = 1,2. Количество пара IV^, необходи-
мое для распыления 1 кг жидкого топлива, находится по формуле
№ф = кг кг,
где i — теплосодержание 1 кг пара перед форсункой в ккал/кг (находится
по таблицам теплотехнических справочников в зависимости от
давления).
10 н. я. Хархута и др.
290
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
При тепловом расчете сушильного барабана с противоточным нагре-
вом барабан условно можно разделить на три зоны (рис. 172): зону подо-
грева материала I, зону испарения влаги из материала II и зону нагрева
материала до требуемой температуры III. Количество требуемого за 1 ч
работы тепла находится для каждой зоны следующим образом.
В зоне I материал нагревается от начальной температуры О до тем-
пературы (2, при которой происходит интенсивное испарение влаги (О =
= 100° С).
Количество тепла, необходимое для нагрева каменного материала:
Qi схПб (С — Q) ккал/ч,
где с,. — удельная теплоемкость каменного материала, см —
= 0,2 ккал!кг -град;
Пб — производительность сушильного барабана в кг/ч.
Минеральный
материал
tyx t? hJ
I II Ш
Q 1г tz i
i
Горячие
^гозы
3
Рис. 172. Схема теплового процесса в сушиль-
ном барабане
WM — влажность каменного материала в
В этой же зоне, в том
же интервале изменения тем-
ператур, происходит нагрев
влаги, находящейся в камен-
ном материале. Необходимое
для этого количество тепла
Qi = ceWMn6 (/2 — Q) ккал/ч,
где св— удельная теплоем-
кость воды; св =
= 1 ккал/кг -град-,
Суммарное количество тепла, расходуемого в зоне I:
Qi = Qi + Qi ккал/ч.
В зоне II происходит испарение влаги из каменного материала, при
этом температура материала не изменяется и остается равной /2. Коли-
чество расходуемого на испарение влаги тепла:
Qu = WMn6re ккал/ч,
где г6 — скрытая теплота парообразования; при t2 = 100° С; гв =
= 542 кал/кг.
Кроме этого, в зоне II происходит нагрев паров воды. Затрачиваемое на
это тепло равно
Qu = cnW.Jl6 (Q — /2) ккал/ч,
где с„ — удельная теплоемкость водяного пара; сп = 0,46 ккал/кг-град’,
Г—температура пара, уходящего из барабана с горячими газами,
в СС.
Общее количество тепла, расходуемое в зоне II:
Qu = Qu + Qii ккал/ч.
В зоне III высушенный каменный материал нагревается от темпе-
ратуры Т2 до рабочей температуры Q. Требуемое для этого количество
тепла:
Qin = cMIl6{t3 — t2) ккал/ч.
Общее количество тепла на подогрев влажного каменного материала во
всех зонах сушильного барабана:
Q = Qi + Qu + Qin ккал/ч.
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 291
Кроме полезно используемого тепла Q в сушильном барабане имеются
потери тепла в окружающую среду и потери с уходящими газами. Потери
тепла в окружающую среду находятся по формуле
Q„ = k6F6 (t6 — 4) ккал/ч,
где F6 — наружная поверхность барабана, соприкасающаяся с внешней
средой в м2;
t0 — температура барабана в °C; если барабан без изоляции 16 =
= 120-^-210° С; при наличии изоляции t6—- 100-е 120° С;
te — температура наружного воздуха в °C;
k6 — коэффициент теплопередачи через стенку барабана в
ккал/м2ч•град, который находится по эмпирической формуле
/гб „------------------ -----------------------.
io 4g
В расчетах можно принять t6 ~ 150е С; tg = 20° С, тогда k6 =
-= 20 ккал/м2-ч-град.
Потери тепла с уходящими газами рассчитываются по формуле
Qyx = (gKi + g2c2 -!-.•+ gncn) tyxB ккал/ч,
где g1; g2, . . gn — веса составных частей продуктов сгорания 1 кг
топлива в кг/кг;
со сг> - - сп — удельные теплоемкости составных частей продук-
тов сгорания в ккал/кг-град',
В — расход топлива в кг/ч.
Значения g( и сг берутся из теплотехнических справочников.
С учетом этих потерь количество тепла, затрачиваемое за 1 ч работы
сушильного барабана, равно
<2б = Qi + Qu + Qin + Qn + QyX ккал/ч. (VII.70)
Это количество тепла необходимо получить при сгорании топлива, пода-
ваемого в форсунку сушильного барабана. Для расчета требуемого коли-
чества топлива берется низшая теплота сгорания по формуле (VII.67).
Рассмотрим порядок расчета температуры горячих газов в разных
зонах сушильного барабана.
Количество тепла, отдаваемое продуктами сгорания в сушильном
барабане при охлаждении их на 1°, уменьшится на величину
q0 — , — ккал/ч-град,
/ г /ух
где t, — температура в топке; t. — 1300 : 1600° С;
tux — температура уходящих газов.
Перепад температур в зоне III будет
М = J11L ° с,
Чо
и температура нагрева у входа материала в зону II будет
/з — /'2 — &/•
Из уравнения теплового баланса в зоне II
<7о (4 — /':) = WMn5r* 4- (4 — /2)
292
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
находим температуру t2 у входа материала в зону I:
__ ^3 м^б
9 о 4" сп^мП6
В зоне 1 уравнение теплового баланса выражается формулой
7о ~ ^л) + cnWMn6 (t2 - tyx) == Q1(
откуда находим
, _ Ч (?0 + cnVnni) ~ *?! ор
ух~ да^с,г№мПб
Чем ниже температура уходящих газов, тем эффективнее используется
тепло в сушильном барабане. В современных сушильных барабанах tyx <
< 200° С. Размеры топки сушильного барабана находятся по результатам
теплового расчета, приведенным выше. Количество воздуха, поступающего
в топку в течение 1 ч, равно
Veo3d = v<i>B м31ч,
где Уф — объемный расход воздуха на сжигание 1 кг топлива в м3/кг;
В — расход горючего в кг/ч.
По этой величине находится площадь поперечного сечения топки
где и2 — скорость воздуха в горловине топки; = 2н-3 м/сек.
Так как топка имеет цилиндрическую форму, диаметр ее Dm будет
равен
Dm = = У -Qjgg м.
Объем топочного пространства
где рт. н — тепловое напряжение топочного пространства в ккал/м3-ч;
рт. н = 800 000ч-1 200 000 ккал/м3-ч = 0,8-4-1,2 Гкал/мЛ-ч\
Qh — низшая теплота сгорания в ккал/кг.
Чтобы найти длину топки 1т, необходимо учесть, что объем топоч-
ного пространства Vm. п состоит из собственного объема топки Утги части
объема сушильного барабана V?,, примыкающей к топке. Длина этой части
барабана равна примерно 1/3 длины всего барабана.
Таким образом,
Vm = Vm.n-V6M3-
4
Потеря тепла топкой в окружающую среду составляет
Qn. т ~ kmFт (Ч ^в) ККЛл!ч,
где Fm — поверхность топки в м2;
/г—температура топки в °C; t. = 1300-ь 1600° С;
te — температура воздуха в °C;
km—коэффициент теплопередачи в ккал/м2•чград.
(VII.71)
к стенке
стенки 04 =
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 293
Если топка имеет трехслойную изоляцию и металлический кожух, то
/г ____________________________!___________
СС1 Ах ^3 ^2
где й] — коэффициент теплоотдачи от газов
в ккал/м2-ч-град; в случае кирпичной
= 9ч-10 ккал!м2 - ч-град',
6Х; 62; 63 — толщины изоляционных слоев в м;
X,,; Х3 — коэффициенты теплопроводности изоляционных слоев
в ккал!м • ч-град; для асбеста А = 0,16ч-0,17 ккал!м-чх
хград', для стеклянной ваты л = 0,083 ккал! м-ч-град',
а 2 — коэффициент теплоотдачи от металлического кожуха
к воздуху; а2 = 4,6 ккал!м2 ч•град.
Теплообменники. Для подогрева жидкостей используются змеевики
и обогревательные рубашки.
Змеевики являются одним из простейших теплообменных
устройств и представляют собой прямые трубы, соединенные коленами,
или спирально согнутую трубу, витки которой расположены по винтовой
линии. Недостатком змеевиков является большая их длина и накаплива-
ние в нижней части конденсата, который ухудшает теплообмен. Давле-
ние пара в змеевиках — 3—5 атм. Длина одного витка
^вит == h3M Zll)SM М,
где D3M — диаметр витка змеевика в ж;
h3M — шаг змеевика в м.
Общая длина змеевика L при количестве витков пзм будет равна
L ~ Пзм^вит ~ иВзмПзм = —г М,
изм
где F3M — поверхность нагрева в м2\
(F., — наружный диаметр трубы змеевика в м.
Уравнение теплопередачи для змеевика:
Q — зм (/ср Fp) ккал!ч,
где tcp — средняя температура пара, равная среднеарифметической тем-
пературе пара и конденсата, в °C;
tcp — средняя температура обогреваемой жидкости в °C;
k3M— коэффициент теплопередачи в ккал!м2 • ч • град.
' а1 ! , (VII.72)
‘ А, 1 а.;
где — коэффициент теплоотдачи от насыщенного пара к трубам;
cXi = 10 000 ккал!м2 - ч-град',
сс2 — коэффициент теплоотдачи от труб к жидкости; для битума
при tcp = 10ч-110° С а., = 74,7 и при i'cp = 110ч- 150 е С а2 =
= 83,5 ккал!м2 -ч - град',
6 — толщина стенки в м; обычно 6 = 0,004 м\
X — коэффициент теплопроводности; 2. = 40ч-50 ккал! м-ч-град.
Из уравнения теплопередачи находим
м2.
k3M (tcp - tcp)
294 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Обогревательные рубашки. Такие теплообменники
применяются большей частью в тех случаях, когда внутри аппарата не-
возможно установить змеевики. Рубашка представляет собою двойную
стенку, во внутреннюю полость которой подается пар или горячая жид-
кость. Высота рубашки должна быть не менее высоты уровня нагреваемой
жидкости в аппарате. При расчете обогревательных рубашек должны быть
заданы количество нагреваемой жидкости, ее начальная и конечная тем-
пературы и поверхность рубашки. Расчету подлежат время хр нагрева
жидкости до заданной температуры и коэффициент теплопередачи k.
Время г,, равно
хр kF^Kt~ ‘l’ (VII.73)
где — средняя разность температур (средний температурный напор)
в град;
Fp — поверхность теплообмена в м2;
k — коэффициент теплопередачи, который находится по формуле,
аналогичной (VII.72).
При этом
А/ 9'-9’ 6'
Ыср =----2--’ если ОГ с 2;
9'-9’ 9' о
i\tCp ---д—, если > 2,
lgV
где 0' — максимальная разность температур пара и нагреваемой жидкости
(в месте поступления пара);
9" — минимальная разность температур (в месте выхода пара).
Обогревательные рубашки с давлением до 16 атм и температурой
нагрева до 200° С изготовляются из стали марок Ст.2 и Ст.З.
Гудронаторы. Тепловой расчет гудронаторов сводится к решению
двух задач: 1) расчету теплоизоляции поверхности цистерны гудронатора,
обеспечивающей минимальную потерю тепла битумом; 2) расчету отопи-
тельной системы, обеспечивающей нагрев битума в цистерне гудронатора
до заданной температуры за определенное время.
При расчете теплоизоляции поверхности цистерны принимают, что
при температуре наружного воздуха te = 10° С температура битума tx
понизится в течение 1 ч до температуры С,.
Тогда количество тепла, отдаваемое битумом, будет равно
Q = g6c6 (tx — С) ккал.ч, (VII.74)
где g6 — вес битума в кг;
сб—удельная теплоемкость битума; при температуре 150—180' С
сб 0,454-0,54 ккал1кг-град.
Это тепло проходит через поверхность цистерны, поэтому можно написать:
Q = kFu (t6 — te) ккал!ч, (VII.75)
где t6 — средняя температура битума в СС; t5 = tl +;
F,( — поверхность цистерны в м2; Fч = F6 -ф 2Fдн.
Боковая поверхность при эллиптической форме цистерны
Fo = лЛ У 2 (а2 + t>2) - м2,
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
295
где L — длина цистерны в м;
а и Ь — полуоси эллипса в м;
FdH — площадь днища в м2; F Эн = лаЬ;
k— коэффициент теплопередачи в ккал/м2•чград
Из последнего выражения (VII.75) находим
k =____« — .
F« (td - te)
С другой стороны, при многослойной стенке по аналоги!
(VII.71) можно написать:
____________! =___2____
1 61 I 62 63 1_Fц (ts td)
П1 + + и + а,
откуда находим толщину изоляционного слоя 62;
где СС] — коэффициент теплоотдачи от битума к стенке; аг —
= 83,5 ккал/м2-ч-град;
6j — толщина металлической стенки цистерны; = 0,004 лг,
— коэффициент теплопроводности стали; = 40 --//>/) ккал/м- ч-град-,
б2 — искомая толщина изоляционного слоя в м;
— коэффициент теплопроводности искомого изоляционного слоя,
зависящий от рода материала: для асбеста Х2 = 0,16-э-
н-0,17 ккал/м-ч-град; для стеклянной ваты /. 2 =
= 0,6*38 ккал/м-ч-град;
63 — толщина стенки кожуха; 63 = 0,001—0,002 м;
Z3 — коэффициент теплопроводности стали; Х3 =
= 40—50 ккал/м-ч-град;
и2 — коэффициент теплоотдачи от металлического кожуха к воздуху.
Из этого уравнения находим толщину изоляционного слоя 62.
Коэффициент теплоотдачи от металлического кожуха к воздуху зави-
сит от скорости движения цистерны vu и находится по следующей эмпи-
рической формуле:
^0,805
а, = 3,645 ккал/м2-ч-град, (VII.78)
где Оц — средний диаметр цистерны в м;
сц — скорость движения цистерны, равная 4—5 м/сек.
При расчете отопительной системы, состоящей из жаровых труб,
принимают, что битум, находящийся в цистерне гудронатора, должен
нагреться от температуры (примерно 120° С) до температуры t2 (не
более 180° С) за 0,5 ч (при емкости цистерны до 10 000 л) или за 1 ч (при
емкости цистерны более 10 000 л).
Количество тепла Q, необходимое для нагрева битума в коли-
честве g0 кг за 0,5 ч при указанной разности температур, равно
Q = ёбСб(/^ — Л) ккал,
где удельная теплоемкость битума сб = 0,5 ккал/кг-град. При нагреве
за 1 ч потребуется в два раза больше тепла (2Q). В случае использования
для подогрева нефтяных форсунок имеют место следующие потери тепла
(по опытным данным):
а) от химической неполноты сгорания q1 = 2д-3%;
б) от механической неполноты сгорания q2 = 5%;
в) от лучеиспускания бака q3 = 6н-8%;
г) с уходящими газами qt = 15%.
(VII.76)
с формулой
(VII.77)
296 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Общая сумма потерь составит в процентах
Qn — Qi + <72 4~ "Т Я*
и в калориях
^пУн !
Яп. к = ~7qq- ккал!кг,
где Qh находится по формуле (VII.64).
Следовательно, полезно используемое тепло при сгорании 1 кг топ-
лива на подогрев битума будет
„р (100 — qn)
Япол = Qh 3—100 ккал. кг.
Часовой расход нефти составит
В = кг/ч.
Я пол
Количество воздуха, требуемое для сжигания топлива, находится по фор-
муле (VI 1.68).
Температура горения топлива 1г может быть найдена из следующего
выражения
Qh Яп. к 4~ Qe ~Ь Qm —
= teiC + g& ч- • • • + gncn) ts = ts 2 giCi,
i
где Qe — теплота, внесенная в топку 1 кг воздуха, в ккал!кг-,
Qm — теплота, внесенная 1 кг топлива, в ккал!кг\
gi — веса составных частей продуктов сгорания 1 кг топлива в кг!кг\
ct — удельные теплоемкости этих продуктов.
В этой формуле значения и су берутся из теплотехнических спра-
вочников, a Q„ и Qm определяются по формулам:
Qa = И Qm =
где св и tg—удельная теплоемкость и температура воздуха;
с,п и tm — удельная теплоемкость и температура топлива;
<хиз — коэффициент избытка воздуха.
Таким образом,
t Яп. к аизс</в ' cmQi
1г п •
2 s/Ci
1
Зная температуру горения, можно найти необходимую поверхность жаро-
вых труб по формуле
В 2 gici
FmP = -v- Mi’ <VIL79)
где i6 — средняя температура битума в °C;
tyx— температура уходящих газов; tyx = 300ч-350° С;
k — коэффициент теплопередачи от жаровых труб к битуму
в ккал!м2 - ч-град-.
k = —------, (VII .80)
ах + X аа
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИИ 297
здесь «1 — коэффициент теплоотдачи от горячих газов к железу; сс1 =
= 20ч-60 ккал/м2 - ч-град;
6 — толщина стенок жаровых труб; 6 = 0,0005 м;
7 — коэффициент теплопроводности железа; X = 40ч-
ч- 50 ккал/м • ч град',
а2 — коэффициент теплоотдачи от железа к битуму; а2 =
= 83,5 ккал/мг-ч-град.
Задавшись диаметром труб, можно по формуле (VI 1.79) определить их
длину.
При расчете геометрической емкости цистерны нужно учесть коэф-
фициент расширения битума, равный 0,0017.
§ 43. УКЛАДЧИКИ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ
Асфальтоукладчики предназначены для приема асфальтобетонных
или черных смесей из транспортных средств, распределения по дорож-
ному основанию и предварительного их уплотнения. Смеси должны рас-
пределяться слоем заданной толщины. Кроме того, должен быть выдержан
соответствующий поперечный и продольный профиль дорожного
покрытия.
По принципу перемещения асфальтоукладчики делятся на прицеп-
ные и самоходные. Прицепные укладчики перемещаются за счет тягового
или толкающего усилия автомобиля-самосвала и имеют небольшую про-
изводительность, пониженное качество выполняемых работ и приме-
няются только при небольших объемах работ (преимущественно ремонт-
ных). Самоходные укладчики могут иметь гусеничный, пневмоколесный
или колесногусеничный ход. Иногда они выполняются на специальном
гусеничном ходу.
По характеру воздействия на смесь укладчики асфальтобетонной
смеси подразделяются на машины с уплотняющим органом или без уплот-
няющего органа. В качестве уплотняющего органа наибольшее распро-
странение получили трамбующий и вибрационный брусья. По типу при-
емного устройства для укладываемой смеси различают асфальтоуклад-
чики с приемным бункером и без него. В качестве разравнивающего
органа применяются шнеки и разравнивающие брусья.
Основным параметром асфальтоукладчика является его производи-
тельность, выраженная весом укладываемого за 1 ч материала. В нашей
стране выпускаются два типоразмера самоходных асфальтоукладчиков на
гусеничном ходу, снабженных приемным бункером с регулирующей
заслонкой, уплотняющим и выглаживающим брусьями. Тяжелый асфаль-
тоукладчик производительностью 100—200 т/ч (рис. 173) предназначен
для больших объемов работ при повышенных требованиях к их качеству,
легкий— производительностью 25—50 т/ч— служит для производства
небольших объемов работ при пониженных требованиях к их качеству.
Технологическая схема легкого асфальтоукладчика изображена на
рис. 174, а. Смесь из автосамосвала 1, перемещаемого во время выгрузки
толкающим усилием роликов 2, выгружается в приемный бункер. Из бун-
кера смесь через разгрузочное отверстие 4 в дне бункера поступает на
полотно дороги. Равномерность поступления смеси регулируется пово-
ротом днища бункера 3 и положением заслонки 5, устанавливаемой на
различной высоте при помощи регулировочных винтов 6. Уплотняющий 7
и выглаживающий 8 брусья производят предварительное уплотнение
смеси. Кроме того, уплотняющий брус окончательно разравнивает смесь
и удаляет ее излишек.
298
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Рис. 173. Тяжелый асфальтоукладчик производительностью 100 —200 ш,
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
299
Технологическая схема тяжелого асфальтоукладчика, представленная
на рис. 174, б, отличается от предыдущей схемы наличием скребкового
питателя 12 и распределительного шнека 10. Основные рабочие органы —
уплотняющий брус 7 и выглаживающая плита 8 — установлены на несу-
щей раме 9, которая шарниром И связана с гусеничной тележкой уклад-
чика. Второй опорой несущей рамы служит выглаживающая плита 8.
Шарнирное крепление рамы рабочих органов компенсирует некоторые
перекосы основной рамы при движении по неровностям основания.
Выглаживающая плита по длине разделена на две части (рис. 175),
соединенные внизу шарниром
мощью этих механизмов
можно получить плоский го-
ризонтальный, односкатный
или двухскатный профили.
Винтами 3 поднимаются или
опускаются края выглажи-
вающей плиты, благодаря
чему производится регули-
ровка толщины укладывае-
мого слоя смеси по всей ши-
рине укладываемой полосы.
Схемы сил, действующих
на асфальтоукладчик со сто-
роны уплотняемой среды,
даны на рис. 176. При дви-
жении машины рабочая по-
верхность выглаживающей
плиты скользит по покры-
тию, образуя угол атаки а
(рис. 176, а). Для задан-
ной толщины укладываемого
слоя h 2 величина угла атаки
определяется равновесием
несущей рамы рабочих органов. При движении укладчика на раму дей-
ствует ее сила тяжести G, равнодействующая нормального давления
смеси на выглаживающую плиту V и сила трения плиты о смесь F.
Сумма моментов всех внешних сил относительно точки О (точка шар-
нирного крепления рамы рабочих органов к основной раме) при устано-
вившемся равновесном положении (см. рис. Г76, а) равна
GlT — A73cos (а — у) ф- Flz sin (а — у) = О, (VII.81)
где у — угол наклона линии ОВ к горизонту.
Если р — угол трения плиты при ее движении по смеси, то сила
трения
F = Vtgp. (VII.82)
После преобразований выражение (VII.81) примет вид:
д? = Дк------. (VII .83)
/г cos (р — у 4- а)
При движении плиты смесь уплотняется и толщина укладываемого
слоя уменьшается с h3 до /г2 (рис. 176, б). Нормальное давление pt со сто-
роны смеси на выглаживающую плиту зависит от степени предваритель-
300
МАШИНЫ и ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Рис. 175. Схемы регулирования поперечного профиля
укладываемого слоя смеси: а — горизонтальный плоский;
б— наклонный плоский; в—двухскатный
Рис. 176. Схемы сил, действующих со стороны уплотняемой среды: а — на раму ра-
бочих органов асфальтоукладчика; б — на выглаживающую плиту
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА асфальтобетонных покрытий
301
ного уплотнения и увеличивается по мере уменьшения толщины уплот-
няемого слоя под плитой. В первом приближении принимается линейный
закон распределения нормальных давлений. В этом случае давление
в любой точке под плитой
Pi = P1 + K^-, (VII .84)
где Pt — давление под передней кромкой плиты;
A/t — деформация укладываемого слоя смеси;
к — коэффициент, определяющий зависимость между приращением
давления и относительным уплотнением.
Максимальное давление под задней кромкой плиты
р2=Р1 + к^=^-. (VII.85)
При угле а наклона плиты к горизонту
/i3 h2 + b sina, (VII.86)
где Ь — ширина плиты.
Тогда выражение (VI 1.85) приводится к виду:
. Ь SIP ОС /МП О"7\
р, = р, + к т—п—.---• (VII .87)
Суммарная реакция уплотняемой среды на выглаживающую плиту
N = £1+Дд bL=(p + \ bL, (VII.88)
2 \ 2 /г2 + b sin а ) ' '
где L — длина плиты.
Уравнением равновесия плиты будет служить равенство выраже-
ний (VII.83) и (VII.88):
/ , кЬ sin а \ Gl, cosp ,л,гт Qn\
+ “Г • Л,-/, since ) bL -= ПГ • cosI^Y+a)' ’ (VIL89)
откуда
bsina. (VII .90)
Gli cosp
l2bL cos (p — Y + “)
Этим выражением определяется зависимость толщины укладываемого
слоя h 2 от угла наклона выглаживающей плиты. При а< риу <р, что
всегда практически имеет место, выражение (VI 1.90) приводится к виду:
h2 = cb sin а, (VII.91)
где с — коэффициент, зависящий от геометрических параметров асфальто-
укладчика и свойств укладываемой смеси;
0/1 cos р
12Ы. cos (р — у + а)
Таким образом, с повышением угла а увеличивается толщина укла-
дываемого слоя и, наоборот, снижение а приводит к уменьшению толщины
слоя до тех пор, пока не наступит равновесие действующих сил. Расчеты
показывают, что чем меньше угол у, тем чувствительнее регулировка тол-
щины слоя. Для осуществления этого следует возможно ниже располагать
302
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИИ
шарнир рамы О. При средней толщине укладываемого слоя для асфальто-
укладчика производительностью в 100 т/ч а = 0°15'-н0° 40' и у = 3-^6°.
Вес несущей рамы с рабочими органами выбирается из условия
создания среднего удельного давления плиты на смесь рсп —0,1 —
4-0,2 кПсм2:
= <VIK93)
Для уменьшения давления часть веса несущей рамы может переда-
ваться на основную раму укладчика через специальную канатную под-
веску. Таким образом, толщина слоя зависит от передаваемого через плиту
веса и угла ее установки. Поэтому заранее установленные параметры
позволят во время работы укладчика при постоянной скорости его движе-
ния автоматически поддерживать постоянной толщину укладываемого
слоя смеси независимо от местных неровностей дорожного основания.
Следует заметить, что на толщину укладываемого слоя, которая опреде-
ляется свойствами укладываемой смеси и степенью уплотнения ее трамбую-
щим брусом, существенное влияние оказывает величина давления под
передней кромкой плиты рх. Степень уплотнения при прочих равных усло-
виях зависит от частоты ударов трамбующего бруса и скорости передви-
жения укладчика. При постоянной частоте колебаний бруса общее коли-
чество ударов, приходящихся на каждую точку поверхности, а следова-
тельно, и плотность асфальтобетона, зависят от скорости движения
укладчика. Поэтому при изменении этой скорости во избежание измене-
ния толщины укладываемого слоя следует проводить регулировку угла
наклона плиты.
Привод асфальтоукладчиков осуществляется от двигателей внутрен-
него сгорания. Кинематическая схема укладчика производительностью
100 т/ч приведена на рис. 177. Коробка передач обеспечивает шесть скоро-
стей вперед и три — назад. От коробки передач вращение передается на
главный трансмиссионный вал и далее на все рабочие органы. Независи-
мый привод правого и левого питателя, разравнивающих шнеков и гусе-
ничного хода, наличие регулировки шиберных заслонок бункера обеспечи-
вают качественное регулирование подачи смеси на укладываемую полосу.
Тяговое усилие, необходимое для работы гусеничного асфальтоуклад-
чика, расходуется на преодоление следующих сопротивлений.
1. Сопротивление перемещению укладчика как тележки, равное
Г, = (G, + GCJK) (/, + /) кГ, (VII.94)
где GM — вес укладчика в кГ;
GCM — вес асфальтобетонной смеси, равный грузоподъемности авто-
самосвала, в кГ;
fn — коэффициент сопротивления перемещению машины; при дви-
жении по основанию покрытия или нижнему слою асфальто-
бетона = 0,03ч-0,07;
i — наибольший продольный уклон покрытия; i = 0,07.
2. Сопротивление сил трения рабочих органов по укладываемой смеси,
равное
Г2 = Gpf1 кГ, (VII.9 5)
где Gp — вес рабочих органов в кГ;
/1 — коэффициент трения скольжения рабочих органов по уклады-
ваемой смеси; = 0,5—0,6.
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
303
3. Сопротивление от перемещения призмы смеси, увлекаемой уплот-
няющим брусом:
W3=GnpfeKF, (VII.96)
। де Gnp — вес призмы смеси в кГ;
fe — коэффициент внутреннего трения укладываемой смеси; fe =
= 0,7^0,8.
Рис. 177. Кинематическая схема тяжелого асфальтоукладчика:
/ _ трамбующий брус; 2 — эксцентриковый вал; 3 — шнеки; 4 — привод гусеничного хода;
5 — бортовые фрикционы гусеничного хода; 6 — двигатель; 7 — муфта привода трамбующего
бруса; 8 — коробка передач; 9 — топливный насос; 10 — воздуходувка; 11 — фрикционы привода
шнеков и питателя; 12 — предохранительная муфта обратного хода питателя; 13 -— привод питателя;
14 — привод шнеков
4. Для укладчиков с бездонным бункером необходимо учесть сопро-
тивление W4, возникающее при перерезывании поступающего из бункера
потока смеси:
W^- FFtib кГ, (VII.97)
где kc — удельное сопротивление перерезывания призмы асфальтобетон-
ной смеси; kc = 7500 кПм1;
F — площадь выходного сечения бункера в м2;
h — высота столба смеси в бункере в м;
6 — объемный вес неуплотненной смеси; 6 = 1800 кПм3.
5. Разгрузка смеси из автосамосвалов в укладчик производится, как
правило, на ходу. При этом самосвал подталкивается укладчиком, вслед-
ствие чего возникает дополнительное сопротивление W3 перемещению
груженого самосвала как тележки, определяемое обычным методом.
6. При возобновлении движения после вынужденных остановок пре-
одолеваются сопротивления сил инерции укладчика и автосамосвала с рас-
пределяемой смесью. Величина такого сопротивления
= Gm + GcM + Ga -3£- кГ, (VII.98)
S tn
304
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
где Ga — вес автосамосвала в кГ;
g — ускорение силы тяжести в м/сек2;
vp — рабочая скорость передвижения машины в м/сек;
tp — время разгона; tp = 1ч-2 сек.
Общее сопротивление перемещению W является суммой всех отдель-
ных сопротивлений, имеющих место в данной машине. Кроме того, необхо-
димо проверить возможность передвижения укладчика по условиям сцеп-
ления. Условие отсутствия пробуксовки для гусеничных укладчиков имеет
вид:
GMtpcti^W, (VII.99)
где tpfq — коэффициент сцепления гусениц с покрытием; <рсц = 0,3—0,5.
При определении мощности двигателя асфальтоукладчика, кроме
мощности, идущей на преодоление сопротивлений перемещению, необхо-
Рис. 178. Схема сил, действующих
на трамбующий брус асфальтоуклад-
чика
димо учесть мощность привода отдель-
ных механизмов укладчика: пластинча-
того питателя, шнека, трамбующего
бруса, вспомогательных механизмов
и механизмов управления.
Мощность привода пластинчатого
питателя Nn расходуется на перемеще-
ние и подъем материала, а также на
преодоление сил трения нижних слоев
смеси, увлекаемых полотном питателя,
по верхним слоям, находящимся в бун-
кере. При горизонтальном положении
питателя мощность может быть опре-
делена по формуле
= бЧИОО)
где П — производительность асфальтоукладчика в т/ч;
L — максимальный путь перемещения смеси в м;
а — коэффициент, учитывающий расход смеси через распредели-
тель; для скребкового питателя а = 1;
со — коэффициент, характеризующий свойства смеси; для асфальто-
бетонной смеси <> = 2 :3.
Уточненное значение мощности привода питателя можно определить
по наибольшему сопротивлению на приводной звездочке питателя.
Мощность привода распределительного шнека NUI также может быть
подсчитана по формуле (VII. 100). При этом принимают а = 0,6; L =
= 0,5В и св = 5.
Мощность привода трамбующего бруса N-6p расходуется на преодоле-
ние сил трения от действия давления поджимной пружины S.,,, и сопротив-
ления перемещению призмы смеси 1У3 перед трамбующим брусом (рис. 178),
а также на преодоление сил Р сопротивления среды при ее уплотнении
подошвой трамбующего бруса.
Сила трения трамбующего бруса о выглаживающую плиту равна
FTP = (S„p + W3)f2 *Г, (VII. 101)
где Snp — усилие поджатия пружины в кГ;
№я — сопротивление перемещению смеси перед брусом, определяемое
по формуле (VI 1.96);
— коэффициент трения трамбующего брсса о плиту; f2 = 0,2 ч-
ч-0,3.
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 305
Сила трения трамбующего бруса при его возвратно-поступательном
движении об асфальтобетонную смесь равна
F"TP=W3fiKr, (VII. 102)
где /1 — коэффициент трения бруса по бетонной смеси; = 0,5-э-0,6.
Суммарное сопротивление сил трения
Frp = FTP + FTP. (VII. 103)
Удельное сопротивление со стороны смеси при движении бруса вниз
при малой ширине бруса можно принять постоянным, равным рг. Это удель-
ное давление по своей величине равно давлению под передней кромкой
выглаживающей плиты. Тогда суммарная сила давления бруса на смесь
при его движении вниз
р = Р1?брКГ, (VII.104)
где FfiP — площадь контакта трамбующего бруса со смесью в см2.
Работа суммарной силы трения за один оборот вала привода
Атр = 4rFrp кГм, (VII. 105)
где г — эксцентриситет вала привода трамбующего бруса в м.
Работа уплотнения смеси за один оборот вала привода равна
Ауп = 2r Р кГм. (VII. 106)
Суммарная работа
А — Атр А-Ауп. (VII. 107)
Мощность привода трамбующего бруса
Л'ор ТоУ.бШдг; квт’ (VII. 108)
где п — число оборотов вала привода бруса в мин-,
Лбр — к. п- Д- трансмиссии привода;
Р — коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки за счет
сил инерции и веса самого бруса; р = 1,3-г-1,4.
Мощность привода вспомогательных механизмов (топливный насос,
воздуходувка, мешалка и т. п.) не превышает 1,5—2,0 квт.
Мощность двигателя находится как сумма мощности, расходуемой на
преодоление тяговых сопротивлений, и мощности, необходимой для при-
вода всех механизмов. Транспортная скорость укладчика определяется по
выбранной мощности двигателя.
Производительность укладчиков непрерывного действия определяется
по формуле
П = НВир8кв т/ч, (VII. 109)
или
П = Виркв м2/ч, (VI 1.110)
где h — толщина укладываемого слоя в м;
В — ширина слоя в м;
vp — рабочая скорость укладчика в м/ч;
6 — объемный вес укладываемого материала в т/м5;
k6 — коэффициент использования рабочего времени; k6 = 0,7-е0,95.
306
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
§ 44. САМОХОДНЫЕ КАТКИ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ
ДОРОЖНЫХ ОСНОВАНИЙ И ПОКРЫТИЙ
К числу материалов, которые подлежат уплотнению при устройстве
дорожных оснований, относятся пески, песчано-гравийные смеси и щебень.
Все эти материалы являются несвязными, состоящими из отдельных частиц,
крупность которых находится в пределах от 0,05 до 2 мм у песков и от 2
до 60—80 мм у гравийных смесей и щебня. При уплотнении происходит
сближение частиц и их взаимная заклинка. Уплотнению препятствуют
развивающиеся на контактах частиц силы трения, а также наличие сцеп-
ления на этих контактах. Благодаря тому, что таких контактов множе-
ство и силы сопротивления взаимному смещению частиц различны, при
действии нагрузки такие смещения не происходят во всех местах одно-
временно, а устанавливается какая-то их очередность. При этом в первую
очередь смещения происходят там, где сопротивления минимальны. После
возрастания нагрузки смещения появляются в новых местах. Такой харак-
тер деформации создает впечатление наличия между частицами вязких
связей, хотя на самом деле они отсутствуют. Поэтому уплотнение слоев
этих материалов не происходит за однократное приложение циклической
нагрузки. Для завершения процесса нагрузка должна прикладываться
многократно.
Для дорожных покрытий применяются асфальтобетонные смеси,
битумоминеральные смеси и цементобетон. Наличие такого вяжущего
материала, как битум, коренным образом изменяет свойства щебня и гра-
вия, являющихся в составе асфальтобетона и битумоминеральных сме-
сей тем скелетом, который воспринимает нагрузки.
Наличие битума приводит к образованию между частицами минераль-
ного материала достаточно прочных и вместе с тем вязких связей. Поэтому
эти материалы относятся к упруго-вязко-пластичным материалам и для
своего уплотнения требуют многократного приложения циклических нагру-
зок. Свойства асфальтобетонных и битумоминеральных смесей в сильной
степени зависят от температуры. Обычно укладка и уплотнение горячих
смесей происходит при температуре 60°—110°. Укладка теплых смесей,
приготовленных на менее вязких и жидких битумах, производится при
более низких температурах. По мере уплотнения ввиду падения темпера-
туры смесей вязкость повышается на несколько порядков, и поэтому осо-
бенно важно еще до более значительного охлаждения смеси успеть уплот-
нить ее до требуемой плотности. В противном случае уплотнение вообще
становится невозможным. При выборе параметров машин, служащих для
уплотнения этих материалов, особенно важно иметь в виду быстрое воз-
растание сопротивлений смесей внешним нагрузкам, которое происходит
не только ввиду сближения отдельных частиц и образования более плотной
структуры, но и из-за непрерывного охлаждения смеси.
Применяемые при устройстве дорожных покрытий цементобетоны
могут иметь разную жесткость. Следовательно, связи между частицами
будут разной прочности. Однако все цементобетоны при встряхивании
или вибрации обладают ярковыраженными тиксотропными свойствами.
В результате таких воздействий связи между частицами этих бетонов
полностью разрушаются и сами бетоны по своим свойствам приближаются
к свойствам тяжелой жидкости. Поэтому для уплотнения цементобетонов
вибрационный метод становится не только пригодным, но и единственным
технически целесообразным и экономически выгодным.
В настоящее время ввиду высоких скоростей движения автотранс-
порта предъявляются повышенные требования к ровности поверхности
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 3Q7
дорожных покрытий. Эта ровность в значительной мере зависит от каче-
ства уплотнения покрытия. Следовательно, машины для уплотнения
должны отвечать определенным требованиям. Эти требования в первую
очередь касаются интенсивности воздействия рабочих органов машин на
слой уплотняемого материала. При излишне высоких удельных давлениях
на поверхностях контактов рабочих органов с материалом будет иметь
место его пластическое течение (выдавливание) из-под рабочих органов,
что при укатке влечет за собой еще и волнообразование, значительно
ухудшающее ровность поверхности. Следует отметить, что все дорожно-
строительные материалы укладываются и уплотняются слоями, толщины
которых иногда весьма незначительны. Поэтому развивающиеся под рабо-
чими органами напряжения не локализируются внутри слоя, а передаются
на его основание, которое может быть слабым. В этих случаях излишне
интенсивные воздействия повлекут за собой неровности уже не только
поверхности уплотняемого слоя, но и его основания, что значительно ухуд-
шит качество работы. Вместе с тем при незначительных удельных давле-
ниях не будет достигнута требуемая плотность уплотняемого слоя. Отсюда
можно сделать вывод, что при уплотнении дорожных оснований и покры-
тий давления под рабочими органами машин должны быть оптимальными.
Ввиду того, что сопротивляемость материалов в процессе их уплотнения
возрастает, должны также возрастать и удельные давления. Поэтому еще
даже в большей степени, чем в случае грунтов, становится актуальным
предварительное уплотнение материалов более легкими средствами.
Уплотнение дорожных оснований и покрытий может осуществляться
укаткой и вибрационными методами. Применяемые для этого средства меха-
низации могут быть разделены на катки и вибрационные машины. Катки
устраивают только самоходными. Они могут быть с гладкими вальцами
и на пневматических шинах. На некоторых гладких катках один из валь-
цов при помощи специального механизма вводится в состояние колеба-
тельных движений. Такие катки называются вибрационными
в отличие от обычных, называемых катками статического
д е й с т в и я. Последнее название условно, так как при работе этих
катков на поверхности уплотняемых материалов развиваются цикличе-
ские нагрузки с высокой скоростью изменения напряженного состояния.
Поэтому, строго говоря, эти катки никак нельзя назвать статичес-
кими.
Вибрационные машины главным образом применяются для уплотне-
ния покрытий, устраиваемых из цементобетонных смесей. Часто вибра-
ционными агрегатами снабжают машины, которые служат не только для
уплотнения, но и для выглаживания бетонной поверхности, а иногда и
Для распределения бетона.
Катки на пневматических шинах для уплотнения асфальтобетонных
и черных смесей стали применять недавно. В отличие от катков с гладкими
вальцами эти катки не дробят щебень и поэтому могут уплотнять смеси,
составленные из слабых каменных материалов. Кроме того, при движении
пневмокатков уплотняемый материал получает более равномерное обжа-
тие, поэтому склонность его к волнообразованию меньше, чем при катках
с гладкими вальцами, что допускает более высокие скорости движения.
Особенно эффективны эти катки при уплотнении асфальтобетонных сме-
сей с высоким содержанием щебня.
Катки на пневматических шинах с успехом применяют также при
уплотнении щебеночных и гравийных дорожных оснований. Песчаные
основания могут быть уплотнены этими катками при пониженных давле-
ниях в шинах.
308
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
При движении катков поверхность уплотняемого материала подвер-
гается воздействиям циклических нагрузок. Развивающиеся при этом
максимальные напряжения могут быть рассчитаны по приведенным фор-
мулам (1.33) и (1.35). При таком расчете модули деформаций щебеночных
и гравийных оснований можно принимать равными 300 кГ/см2 в начале
уплотнения и 1000 кГ/см2 —в конце процесса. Асфальтобетонные смеси
укладываются тонким слоем 4—8 см, поэтому при перекатывании валец
катка деформирует не только сам слой, но и его основание. Поэтому при
расчете развивающихся на поверхности контакта напряжений следует
принимать какой-то эквивалентный модуль деформации, который меньше
модуля основания и несколько больше модуля горячего асфальтобетона.
Эквивалентный модуль деформации в начале уплотнения равен 200—
250 к.Г/см\ а в конце — 500—800 кГ/см\
Выше отмечалось, что для получения ровного и плотного дорожного
покрытия удельные давления на поверхности не должны превышать допу-
скаемых пределов. Эти пределы для катков с гладкими жесткими вальцами
даны в табл. 29.
Таблица 29
Допустимые значения удельных давлений в кГ/см1
при укатке слоев различных материалов
Вид уплотняемого материала В начале уплотне- ния В конце уплотне- ния
Щебеночное основание . . 6—7 30—45
Гравийное основание . . 4—6 25—30
Асфальтобетон горячий 4-5 30—35
Грунт, укрепленный це- ментом 3—5 40—50
Грунт, укрепленный би- тумом 3—4 10—15
Т аблица 30
Оптимальные толщины
укатываемых слоев в см
Удельное линей- ное давление 1 кГ/см 1 1 Щебень и гра- ! вий । Битумощебеноч- ные и битумо- гравийные смеси | Асфальтобетон
20—40 8—12 6—7 4-5
41-60 12—15 8—10 5-6
61—80 15—20 10 — 12 6—8
При уплотнении дорожных оснований и покрытий катками на пневма-
тических шинах давление в них в начале укатки устанавливается равным
2—3 кГ/см2, а в конце укатки — 5,5—6 кГ/см2.
По мере уплотнения слоя материала его сопротивляемость внешней
нагрузке постепенно повышается, а следовательно, снижается с каждым
проходом глубина погружения вальца катка. Это, с одной стороны, ведет
к непрерывному повышению развивающегося на поверхности контакта
максимального напряжения, а с другой — снижает глубину активной
зоны. Последняя определяется минимальным поперечным размером поверх-
ности контакта вальца с уплотняемым материалом. Таким минимальным
размером является полухорда, стягивающая ту часть окружности вальца,
которая погружена в материал. Величина этой полухорды снижается по
мере уплотнения. Оптимальную толщину уплотняемого слоя следует выби-
рать по глубине активной зоны. Здесь в связи с большой жесткостью уплот-
няемых материалов оптимальные толщины слоев меньше, чем при уплот-
нении грунтов. В зависимости от удельного линейного давления они могут
ориентировочно определяться по табл. 30.
По величине удельного линейного давления катки разделяются на:
легкие — с удельным давлением менее 40 кГ/см, весом 5 т и двига-
телем мощностью до 25 л. с.;
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 309
средние — с удельным линейным давлением 40—60 кПсм, весом 6—
Юти двигателем мощностью 30—40 л. с.-,
тяжелые — с удельным линейным давлением свыше 60 кГ/см, весом
бодее Юти двигателем мощностью свыше 40 л. с.
Легкие катки применяются для предварительной подкатки основа-
ний и покрытий, а также для уплотнения тонкослойного песчаного асфаль-
тобетона на тротуарах, велосипедных дорожках и т. п. Средние катки слу-
жат для промежуточного уплотнения оснований и покрытий, а также для
окончательного уплотнения усовершенствованных покрытий облегченного
типа. Тяжелые катки служат для окончательного уплотнения гравийных
и щебеночных оснований и асфальтобетонных покрытий.
Рис. 179. Схемы расположения вальцов катков в плане
По числу и расположению вальцов катки разделяются (рис. 179) на:
1) одновальцовые (рис. 179, а), а также одновальцовые с поддерживаю-
щими вальцами (рис. 179, б) или колесами (рис. 179, в);
2) двухвальцовые с одним (рис. 179, г) или двумя ведущими вальцами;
3) трехвальцовые двухосные (рис. 179, <?);
4) трехвальцовые двухосные с дополнительным вальцом малого диа-
метра (рис. 179, е);
5) трехвальцовые трехосные с одним (рис. 179, ж) или тремя
(рис. 179, з) ведущими вальцами.
Одновальцовые катки относятся к легкому типу. При отсутствии
поддерживающих вальцов или колес двигатель и трансмиссия располо-
жены внутри вальца, а рычаги управления вынесены на рукоятку дышла,
при помощи которого вручную производятся повороты катка. Поддер-
живающие вальцы или колеса делают управляемыми; при их помощи и
производятся повороты катка.
Двухвальцовые катки (тандем) имеют вальцы одинаковой ширины
и бывают легкого, среднего и тяжелого типов. Наиболее совершенным
типом является каток с двумя ведущими вальцами. В этом случае ведущие
вальцы иногда выполняются несколько большего диаметра, чем ведомый.
Один из вальцов при помощи специального механизма может поворачи-
ваться вокруг вертикальной оси, чем достигаются повороты катка. В связи
с поворотами ширина вальцов не может быть выбрана излишне большой,
так как в противном случае на поверхности покрытия появятся дефекты,
310
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
и обычно ограничивается 1300 мм. Катки этого типа удобны в эксплуа-
тации и поэтому получили большое распространение.
Трехвальцовые двухосные катки выполняются среднего и тяжелого
типов. Задние ведущие вальцы имеют диаметр примерно в 1,5 раза больше,
чем передний, и через них передается 2/3 веса катка. Поэтому удельное
линейное давление здесь в 2 раза больше, чем под передним вальцом.
Уплотнение материала производится в основном задними вальцами,
а воздействие переднего вальца, который является направляющим, в рас-
чет не принимается. Задняя ось снабжена дифференциалом, что позволяет
легко проходить по кривым малого радиуса без повреждения уплотняемого
покрытия. Ширина переднего вальца делается такой, чтобы при движе-
нии катка его след перекрывался задними вальцами. Каток имеет хорошую
поперечную устойчивость, и, кроме того, такое расположение вальцов
способствует удачной компоновке отдельных агрегатов, благодаря чему
доступ к ним облегчается. Крупным недостатком катков этого типа
является большая сложность в организации работы. Здесь при максималь-
ном количестве проходов весьма трудно обеспечить необходимую и одина-
ковую плотность слоя по всей ширине дорожного основания или покры-
тия; обычно количество проходов здесь, больше, чем при катках
типа тандем. Поэтому эти катки постепенно вытесняются катками типа
тандем.
Кроме того, существуют катки с дополнительным вальцом малого
диаметра для повышения ровности поверхности дорожного покрытия.
При наезде этого вальца на неровность последняя заглаживается ввиду
передачи через валец значительной части веса катка. В случае необходи-
мости этот валец может быть поднят и выключен из работы. По соображе-
ниям компоновки он не может быть выбран достаточно большого диаметра,
вследствие чего постановка вальца часто не достигает цели. Поэтому этот
тип катка не нашел распространения.
Трехвальцовые трехосные катки имеют вальцы одинаковой ширины
и выполняются тяжелого и, реже, среднего типов. Наиболее совершенным
является каток со всеми ведущими вальцами. Здесь качество работы
является наиболее высоким, и поэтому они находят все большее приме-
нение.
Катки относятся к числу наиболее старых и вместе с тем широко рас-
пространенных дорожно-строительных машин. Многолетний опыт их
эксплуатации позволил выработать технико-эксплуатационные требова-
ния к их конструкции:
1) они должны обеспечивать получение необходимой плотности и
ровности поверхности;
2) должны быть приспособлены к перевозке на трейлерах;
3) необходимо иметь возможность регулировать вес катка;
4) оператор должен иметь хороший обзор при движении как вперед,
так и назад;
5) обороты двигателя должны регулироваться на всех режимах
работы, а сам двигатель должен быть приспособлен к работе при большой
запыленности воздуха и температуре до 4-50° С;
6) необходимо предусмотреть одинаковое количество скоростей дви-
жения катка как вперед, так и назад;
7) необходимо иметь возможность торможения катка с выключенным
двигателем на уклоне i = 0,25;
8) каток должен быть поворотлив; трогание с места, остановка и ревер-
сирование движения должны быть плавными;
9) усилие на рычагах управления не должно быть более 6 кГ.
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
311
Поверхность вальцов катков, предназначенных для уплотнения
асфальтобетона, должна быть высокого качества и во избежание налипания
на них асфальтобетонной массы смазываться смесью мазута с керосином
или с нефтью. Конусность вальцов и разность в их диаметрах допускается
не более 3 мм.
Общая конструктивная схема катка и примерная компоновка его
агрегатов видны из рис. 180. Передний направляющий валец 1 обычно
делают сдвоенным, что облегчает его поворот в горизонтальной плоскости.
На задние вальцы катка 6 обычно приходится несколько большая нагрузка,
чем на передний валец, поэтому они имеют больший диаметр. Для очистки
вальцов от налипшего материала служат скребки 2 и 5. Вальцы могут
быть литыми из стали или чугуна или сварными. По своей конструкции
они могут быть цельными или разборными. Для повышения веса катка
к дискам разборных вальцов обычно прибалчивают литые чугунные сек-
торы. Передний валец обычно имеет возможность наклоняться в верти-
кальной плоскости на угол до 30—35°, что достигается введением в кон-
струкцию крепления вальца к раме катка 12 охватывающей вилки, кото-
рую шарнирно (при помощи пальца) соединяют со шкворнем 3. Это позво-
ляет наезжать одной стороной вальца на неровности покрытия.
В качестве двигателя 4 обычно служит дизель, ось которого перпен-
дикулярна или параллельна оси катка. Поперечное расположение двига-
теля характерно для двухосных двухвальцовых катков.
Трансмиссии катков выполняются механическими или гидромехани-
ческими. Последние могут быть гидростатическими и с турботрансформа-
торами. Наличие турботрансформатора обеспечивает плавное реверси-
рование движения, что способствует получению ровной поверхности и
постоянству режима работы двигателя. Кроме того, здесь облегчается
управление и сокращается число ступеней в коробке передач 8.
Двигатель обычно снабжают муфтой сцепления 11, что облегчает его
запуск, особенно при холодной погоде. Все катки имеют коробку пере-
дач 8, реверсивный механизм 9 и бортовые передачи 7. На катках, где дви-
гатель имеет муфту сцепления, реверсивный механизм может устанавли-
ваться как до коробки передач, так и после нее. При отсутствии муфты
сцепления реверсивный механизм устанавливается перед коробкой. Вообще
реверсивный механизм предпочтительнее размещать после коробки пере-
дач, так как в этом случае трансмиссия лучше защищена от перегрузок.
Реверсивный механизм обычно снабжается двумя фрикционными
Дисковыми муфтами и состоит из конических или цилиндрических шесте-
рен. Управление происходит одним рычагом, причем имеются три поло-
жения: нейтральное и включение правой или левой муфты.
Бортовая передача предназначена для передачи крутящего момента
на ведущие вальцы катка. Наибольшее распространение получили пере-
дачи с цилиндрическими шестернями. Крутящий момент от двигателя
к коробке передач передается муфтой 10.
Рулевое управление служит для поворотов катка. Для осуществления
поворота приводится во вращение шкворень. В результате связанный
с этим шкворнем валец поворачивается в горизонтальной плоскости.
Привод рулевого управления может быть ручным, механизированным
и гидравлическим. При ручном и механизированном управлениях пере-
дача вращательного движения шкворню от штурвала или привода осуще-
ствляется через червячную пару. Иногда в кинематическую цепь допол-
нительно включается еще коническая пара. При гидравлическом приводе
шкворень через насаженный на него рычаг соединяется со штоком гидрав-
лического цилиндра. Выбор привода рулевого механизма зависит от сил,
312
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Рис. 180. Трехвальцовый двухосный каток
МАШИНЫ Для СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
313
развивающихся при повороте переднего вальца. Если эти силы настолько
велики, что, несмотря на постановку механизма с большим передаточным
отношением, необходимое усилие на штурвале все же превышает допусти-
мый предел (5^-8 кГ), то рулевое управление требуется механизировать.
Силы, действующие на ведомый и ведущий вальцы катка, показаны
на рис. 181. Воздействие на уплотняемый материал ведомого и ведущего
вальцов различно.
На поверхность материала со стороны ведомого вальца действуют
вертикальная нагрузка и вес вальца Gx, а также передаваемое рамой
толкающее усилие Тг. Эти силы вызывают реакцию грунта, которая может
быть разложена на вертикальную Рх и горизонтальную F\ составля-
ющие. Очевидно, что
<4 = 7?! и 7\ = Л-
Реактивная сила гх действует на валец со стороны материала. Следова
тельно, со стороны вальца будет действовать какая-то равная ей и направ
ленная в противоположную сторону сила Fi, которая будет сдвигать ма
териал, т. е. способствовать волно-
образованию. Поэтому ведомый
валец не может обеспечить хорошую
ровность поверхности.
На ведущий валец действует вер-
тикальная нагрузка и вес вальца б2,
крутящий момент М, а также реак-
ция со стороны рамы катка Т2-
Здесь, как и в предыдущих случаях,
реакция грунта может быть разло-
жена на вертикальную R2 и горизон-
тальную F2 составляющие. Причем
G2 = R2 и Т2 = F2.
Рис. 181. Силы, действующие на ведо-
мый и ведущий вальцы катка
Уплотнение материала происходит под воздействием вертикальных
сил бх и G2. Ведущий валец отличается от ведомого тем, что здесь горизон-
тальная составляющая силы, действующей со стороны вальца на уплот-
няемый материал (F'), направлена в сторону, обратную движению катка,
т. е. воздействует на уже хорошо сопротивляющийся сдвигу уплотнен-
ный материал. Поэтому волнообразование перед ведущим вальцом прак-
тически отсутствует. Таким образом, высокая ровность поверхности будет
соответствовать ведущему вальцу катка, а не ведомому. Ввиду этого
в настоящее время стремятся к исключению из конструкции катков ведо-
мых вальцов. Практика применения катков без ведомых вальцов показы-
вает, что им соответствует высокая ровность поверхности, в несколько раз
превышающая ту, которая имеет место при укатке катками с ведомыми
вальцами.
На ровность поверхности оказывает также влияние число вальцов
катка, расстояние между ними, их диаметр, а также распределение веса
между вальцами. Самая высокая ровность поверхности соответствует
трехвальцовым каткам типа тандем, т. е. каткам с последовательным рас-
положением вальцов, особенно если все они являются ведущими. Такие
катки обычно называют катками безволновой укатки. Если в конструкции
имеются ведомые вальцы, то для повышения ровности покрытия нагрузка
на них должна быть меньше, чем на ведущие вальцы. Ровность повышается
при росте базы катка, т. е. при увеличении расстояния между осями
314
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИИ
30% 30%
Рис. 182. Схема перераспределения веса
трехвальцового катка при наезде на не-
ровности
вальцов, однако при чрезмерно большой базе ввиду повышения радиуса
поворота ухудшается маневренность катка.
На рис. 182 показано процентное перераспределение веса между
вальцами трехвальцового катка при наезде на неровности. Как видно из
приведенной схемы, при наезде на неровность нагрузка на валец повы-
шается, что особенно относится к среднему вальцу. Повышение давления
способствует устранению этой неровности.
Выше, при рассмотрении процессов укатки грунта, было показано,
что вальцы должны выбираться возможно большего диаметра. Это пра-
вило относится также и к укатке дорожных покрытий. Чем больше диа-
метр вальцов, тем большей может быть выбрана толщина уплотняемого
слоя материала и тем меньше глубина колеи, что уменьшает сопротивле-
ние движению, а следовательно, и волнообразование. Это правило должно
особенно распространяться па катки,
предназначенные для уплотнения
щебеночных и гравийных материа-
лов, где толщина уплотняемого слоя
значительна. Верхний предел диа-
метра вальца ограничен конструк-
тивными соображениями.
Во избежание волнообразования
первые проходы по еще рыхлому
материалу должны производиться
на малой скорости (2,0—2,5 км/ч), а
последующие (для повышения произ-
водительности) — на более высокой
скорости (4—12 км/ч). Такой скоро-
стной режим особенно должен выдер-
живаться при уплотнении асфальто-
бетона. При перемене направления
движения образуется неровность. По-
этому к устройству реверсов катков,
предназначенных для уплотнения
асфальтобетона, предъявляются по-
вышенные требования. Реверсивные
быстрое, но плавное изменение напра-
вления движения катка. Для улучшения ровности поверхности повышают
скорости укатки до 8—12 км/ч. Это позволяет удлинить одновременно
обрабатываемые участки и тем самым снизить число реверсирований.
Обычно коробкой передач предусматривается 3 скорости движения
катков. При этом по рекомендации В. Н. Анисимова для более полного
использования мощности двигателя скорость движения на первой пере-
даче должна составлять 25—35% от скорости на последней передаче.
Катки, кроме предназначенных только для уплотнения асфальтобе-
тона, должны быть рассчитаны на укатку того материала, который требует
затраты наибольшего тягового усилия. Таким материалом является рых-
лый щебень. При этом общее сопротивление движению может быть най-
дено как
механизмы должны обеспечивать
F = Fj + F2 + F3 кГ,
(VII.Ill)
где — сопротивление передвижению катка как тележки с учетом пре-
одоления уклонов, рассчитываемое по формуле (П.4); коэффи-
циенты сопротивления перемещению (/л) могут быть выбраны
по табл. 31, а уклон принимается в пределах i = 0,05-^0,08;
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
315
W? — сопротивление от преодоления сил инерции при трогании
с места, рассчитываемое по формуле (1.51); для учета инерцион-
ных сопротивлений вращающихся масс полученное значение
следует повысить на 10—15%;
W3 — дополнительное сопротивление, развивающееся при движении
катка на криволинейных участках.
Таблица 31
Коэффициенты сопротивления перемещению катка fn
Уплотняемый материал ( %
________________________________________________________________________________ _ I_
Рыхлый щебень________________________________________________________________________! 0,15—0,20
Плотный щебень........................... 0,06 — 0,08
Асфальтобетон (первый проход)............ 0,12—0,15
Асфальтобетон (последние проходы) .... 0,05—0,06
Величина W3 находится по формуле
Г3 = k.G,,
где G1 — вес катка, приходящийся на направляющие вальцы, в кГ;
kT — опытный коэффициент сопротивления; в случае рыхлого щебня
kt = 0,3; для плотной поверхности kt = 0,2.
В некоторых случаях на катке устанавливается кирковщик, который
служит для рыхления старого щебеночного или гравийного основания
или покрытия. Здесь возникает добавочное сопротивление
IV4 = nFk0 kF, (VII. 112)
где п — число кирок;
F — лобовая площадь одной кирки;
k0 — удельное сопротивление киркованию; k0 = 1,5-=-2,5 кПсмъ.
Необходимая сила тяги катка должна быть
(VII.ИЗ)
Необходимо проверить возможность ее реализации по условиям сцепле-
ния:
Т < G„(<pa! кГ,
где Gt4 — сцепной вес катка, равный весу, приходящемуся на ведущие
вальцы, в кГ;
Феи — коэффициент сцепления; гр —- 0,5 :-0,6.
При уплотнении слоя любого материала коэффициент сопротивления
Движению катка от прохода к проходу непрерывно снижается, а затем
стабилизируется. Стабилизация коэффициента указывает на то, что дефор-
мация слоя материала стала постоянной, т. е. практически обратимой.
Следовательно, стабилизация указывает на бесполезность дальнейшего
процесса укатки. На этом принципе основаны приборы для определения
момента окончания укатки. Такой прибор показывает, когда дальнейшая
укатка становится неэффективной, но он никак не определяет достаточ-
ности уплотнения. Последняя может быть установлена лишь непосред-
ственным определением плотности материала и сравнением ее с требуемой
316
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
величиной. Если плотность окажется недостаточной, то окончательное
уплотнение материала следует произвести уже более тяжелым катком.
Производительность самоходных катков может быть найдена по фор-
муле
Z7 = ~ °) Л{2/ч, (V11.114)
где В — ширина укатываемой полосы в м;
а — величина перекрытия следа предыдущего прохода; а = 0,20ч-
-ч0,25 м;
v:p — средняя скорость движения катка в к.и/щ
п — необходимое число проходов катка; при уплотнении асфальто-
бетона п = 25ч-30, а при уплотнении щебеночных оснований
Рис. 183. Схема для определе-
ния момента, необходимого для
поворота направляющего вальца
и покрытий п = 40ч-60.
Средняя скорость должна определяться
с учетом реверсирования, на которое затра-
чивается 1—2 сек.
При повороте направляющего вальца на
его контакте с поверхностью развиваются
силы трения, которые преодолеваются ме-
ханизмом рулевого управления.
Если Pj — часть веса катка, приходя-
щаяся на передний валец,
в кР;
G„ — вес самого вальца в kF,
то общая реакция поверхности согласно
схеме на рис. 183 определится как
Ri = Pi + Gs kF.
При разрезном вальце момент сил тре-
ния, препятствующий повороту вальца, равен
Mmp = F-^=^f кГ-м, (VII.115)
где = Rj — общая нагрузка со стороны вальца на поверхность в кГ;
F — сила трения, развивающаяся на поверхности контакта
вальца с поверхностью, в kF;
f— коэффициент трения скольжения; f = 0,5 : 0,6.
Момент на шкворне, развиваемый поворотным механизмом, будет
равен моменту сил трения, т. е.
Мпов = Мтр.
При разрезном вальце этот момент будет в два раза меньше.
Момент на штурвале ручного управления найдется как
Мшт = ^кГ-м, (VII.116)
где i — передаточное число механизма ручного управления;
ц — к. п. д. этого механизма.
Усилие на штурвале равно
Ршт=-^*Г, (VII. 117)
где г — радиус штурвала в м.
Вал рулевого управления рассчитывают на кручение, а передаточные
механизмы — общепринятыми методами.
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 317
Расчет на прочность деталей подвески направляющего вальца произ-
водится в предположении наезда краем этого вальца на препятствие. При
этом передаваемое на валец толкающее усилие определяется в предположе-
нии полной отдачи мощности двигателя при движении катка на первой
передаче. Тогда это усилие окажется равным
Т= 270р- кГ, (VII. 118)
где N — мощность двигателя в л. с.;
v — скорость движения катка на первой передаче в км!ч\
т] — к. п. д. трансмиссии катка.
Согласно схеме на рис. 184 реакция пре-
пятствия на направляющий валец найдется
как
R = kaT кГ,
где kg — коэффициент динамичности; ka =
= 1,5.
Шкворень подвергается совместному
действию кручения и изгиба. Опасным се-
чением будет место его заделки в раму.
Здесь изгибающий и крутящий моменты
будут соответственно равны:
Л1 ыэ = R (h!UP - hup) кГ • см,
Мкр = RC кГ-см.
Суммарный момент, действующий в
опасном сечении шкворня, найдется по фор-
муле
М = ]/"М2из + М.2Р кГ-см.
Рис. 184. Схема сил, действую-
щих на валец при наезде на
препятствие
Шкворень должен быть проверен также на
срез от силы Т.
Вилка направляющего шкворня подвергается изгибу. Опасным сече-
нием здесь будет сечение /—I (рис. 184). Изгибающий момент в этом сече-
нии будет равен
Миз = (Л3 — hnp) кГ см.
Муфты, детали коробки передач, реверса и бортовых передач рассчи-
тываются обычными методами. К этим узлам и деталям предъявляются
те же требования, что и к деталям автомобилей и тракторов.
Рабочими органами катков на пневматических шинах являются колеса,
оборудованные шинами с гладким протектором. Для уплотнения основа-
ний и покрытий применяются только самоходные катки, которые обычно
устраиваются двухосными. Каждая ось катка несет на себе от 4 до 7 колес.
Зазоры между колесами должны быть минимальными и не превышать
0,5В, где В — ширина профиля колеса. Общий вес таких катков обычно
находится в пределах от 15 до 35 т. Вес может меняться в зависимости от
балласта катка.
Скорости движения катков обычно изменяются в пределах от 3 до
25 км/ч. Расположение колес на осях принимается таким, чтобы при
одном проходе катка без пропусков перекрыть всю укатываемую полосу.
318
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Для этого продольные оси колес передней и задней оси в плане 1
несколько сдвинуты относительно друг друга; поэтому колеса второй оси 1
движутся по полосам, которые оказываются в промежутках между коле- 1
сами первой оси. • |
Современные катки позволяют на ходу изменять давление в шинах.
Для этого они оборудованы системой централизованной подкачки шин,
управление которой произво- )
дится из кабины оператора. |
Давление в шинах меняется |
в пределах от 2,5—3,0 до' I
5,5—6,0 кПсм-. Возможность |
изменения давления в шинах |
делает каток универсаль-. 1
ным в смысле возможности 1
использования его на уплот- 1
нении различных материа- Я
лов и, главное, позволяет в Я
процессе уплотнения посте- 1
пенно повышать удельное 1
давление на поверхности, тем 1
самым создавая условия для 1
получения плотного, проч- |
ного и ровного дорожного I
покрытия. 1
Передняя ось катка обыч- 1
но устраивается управляв- |
мой, а задняя несет на себе ведущие колеса. Часто ведущими являются 3
не все колеса задней оси, а всего лишь два. Большое значение имеет под-
веска колес. Если колеса закреплены на осях так, что их смещения друг |
относительно друга оказываются невозможными, то при наезде одного 1
колеса даже на незначительное препятствие оно будет перегружено. .1
В этих случаях шины обычно не выдерживают такой перегрузки и J
выходят из строя. Поэтому подвеска отдельных колес должна быть не- 1
зависимой. Это требование осуществляется различными способами. За- J
служивает внимания применение гидравлической системы подвески j
(рис. 185), которая обеспечивает постоянный контакт всех колес катка |
с поверхностью. I
§ 45. ВИБРАЦИОННЫЕ МАШИНЫ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ
ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Для уплотнения дорожных покрытий в последнее время широкое
применение находят вибрационные машины. К ним относятся виброкатки,
поверхностные вибромашины, бетоноотделочные машины и глубинные
вибраторы. Эти машины применяются при уплотнении цементобетонных
и асфальтобетонных покрытий, щебеночных и гравийных оснований дорог,
а также слоев грунта, укрепленного цементом.
Вибромашины могут быть самоходными, прицепными, навесными
и переставляемыми. Прицепные и самоходные вибрационные катки приме-
няются при уплотнении как асфальтобетонных покрытий, так и при уплот-
нении различного рода оснований дорог. Поверхностные вибромашины ?
служат для уплотнения грунтов, щебеночных и гравийных оснований и |
покрытий дорог. Для уплотнения цементобетонных покрытий применяются Я
специальные бетоноотделочные машины (финишеры). При толщине покры-
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 319
тий свыше 25 см для уплотнения бетонной смеси используются глубинные
вибраторы.
Привод вибрационной машины осуществляется как от двигателей
внутреннего сгорания, так и от электродвигателей. В настоящее время
находит применение также комбинированный привод: дизель-электриче-
ский, дизель-гидравлический и электропневматический.
Для придания рабочему органу машины колебательных движений
устанавливается специальный возбудитель колебаний — вибратор. Коле-
бания от вибратора через рабочую плиту, валец или корпус вибратора
передаются уплотняемой среде.
Рис. 186. Основные принципиальные схемы дебалансов вибраторов: а — секторный
дебаланс; б — дебаланс в виде эксцентричного диска; в — виброэлемент с раз-
движными дебалансами; г и д — регулируемые стержневые виброэлементы; е —
схема двухвального вибратора направленного действия; ж — схема одновального
вибратора направленного действия
По принципу действия различают центробежные, инерционные и
вибраторы ударного действия. В центробежных вибраторах возмущающая
сила создается за счет вращения неуравновешенных масс. Возмущающая
сила инерционных вибраторов развивается в результате возвратно-посту-
пательного движения масс. В вибраторах ударного типа возмущающая
сила возникает при соударении подвижных масс.
Все механические вибраторы можно разделить на регулируемые и
нерегулируемые, одночастотпые и поличастотные, направленного и нена-
правленного действия.
Основные принципиальные схемы дебалансов вибраторов показаны на
рис. 186. Сечение неуравновешенных частей —дебалансов — чаще всего
имеет форму кольцевого сектора, круга или прямоугольника. Оптималь-
ная форма и размеры дебалансов выбираются из условия минимума веса
дебаланса и его момента инерции при заданной величине возмущающей
силы.
В гл. IV было показано, что возмущающая сила виброэлемента в каж-
дый момент времени равна проекции на вертикальную ось той центробеж-
ной силы, которая развивается при вращении дебаланса, а амплитудное
значение возмущающей силы Р равно центробежной силе, т. е.
Р = mza2 = z<o2 кГ, (VII.119)
320
МАШИНЫ и ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
где Gd — вес дебаланса в кГ;
со — угловая скорость вращения в 1/сек;
z — эксцентриситет, т. е. радиус вращения центра тяжести деба-
ланса, в см.
Для удобства расчетов из уравнения (VII. 119) обычно выделяют вели-
чину
Мк = Gdz кГ-см, (VII.120)
которую условно называют кинетическим моментом дебаланса.
Кинетический момент секторного дебаланса (рис. 186, а) равен
=-|-66 (Я? — flt)sin-^- кГ-см, (VII.121)
где b — толщина дебаланса в см;
R— наружный радиус дебаланса в см;
Rt — внутренний радиус дебаланса в см;
а. — центральный угол сектора;
6 — удельный вес материала дебаланса в кПсм.\
Для дебаланса, выполненного в виде эксцентрично установленного
диска (рис. 186, б), кинетический момент равен
Мк = кГ-см, (VII.122)
где D — диаметр диска в см;
z — эксцентриситет ц. т. диска в см.
Кинетический момент вибратора, выполненного в виде уравновешен-
ного диска с дебалансными массами, установленными с постоянным шагом а
(рис. 186, г и д'), равен геометрической сумме кинетических моментов-
отдельных дебалансных масс.
В вибраторах ненаправленного действия вектор центробежной силы Q
вращается с угловой скоростью о>, тогда проекции этого вектора на оси
координат х и у найдутся как
Рх = Q sin cot;
Ру^ О cos cot, (VII. 123)
В регулируемых вибраторах величина центробежной силы при
постоянной частоте вращения вала вибратора может регулироваться изме-
нением эксцентриситета или веса дебаланса.
Для раздвижных дебалансов (рис. 186, в) суммарная возмущающая
сила равна
P-2Qcos-|-» (VII. 124)
где р — угол между осями дебалансов.
Различают регулируемые вибраторы с плавным и ступенчатым изме-
нением центробежной силы. Наиболее совершенными являются регули-
руемые вибраторы с плавным изменением, осуществляемым на ходу
машины.
В вибраторах направленного действия возмущающая сила имеет
определенное направление и изменяет только свою величину. Направлен-
ные колебания можно получить установкой двух дебалансных валов, вра-
щающихся в противоположные стороны с равным числом оборотов. При
этом горизонтальные составляющие центробежных сил взаимно уравно-
вешиваются (рис. 186, е). Вертикальные составляющие создают суммар-
ную возмущающую силу, изменяющуюся по закону
Р = 2Q sin о/. (VII.125)
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
32 I
Направленные колебания можно осуществить и при одновальном
вибраторе, установив его на специальной маятниковой подвеске (рис. 187).
На вибромашину в этом случае передается только
бежной силы, действующая по оси подвески у.
По оси х центробежная сила уравновешивает-
ся силами инерции маятниковой подвески и
на вибромашину не передается. Для полного
уравновешивания горизонтальных сил длина
подвески I выбирается из условия
/ = — см, (VII.126)
та ' ’
где 1 — момент инерции вибратора с подвес-
кой относительно оси подвеса О в
кГ-см- сек2;
т — суммарная масса вибратора с подвес-
кой в кГ -сек2!см;
а — координата ц. т. вибратора с подвес-
кой в см.
Одновальный вибратор направленного
действия показан на рис. 186, ж. Здесь два
составляющая центро-
Рис. 187. Схема вибратора
с маятниковой подвеской
дебалапса вращаются в противоположные сто-
роны с одинаковой угловой скоростью. Сум-
марная возмущающая сила равна геометричес-
кой сумме вертикальных составляющих центробежных сил. По сравне-
нию с двухвальными такие вибраторы более компактны и имеют меньшие
габариты, однако они более сложны по конструкции.
Рис. 188. Схемы бегунковых
(поводковых) вибраторов: а — одно-
частотного; б — поличастотного
В дебалансных вибраторах центробежная сила дебалансов полностью
передается на подшипники вала вибратора. С целью разгрузки подшип-
ников предложена конструкция бегункового вибратора (рис. 188, а).
Здесь дебаланс 1, выполненный в виде цилиндрического ролика, катится
по внутренней поверхности беговой дорожки 2. Движение к ролику от
водила 3 передается через специальный поводок 4. Центробежная сила,
возникающая при вращении водила, передается непосредственно на
корпус виброэлемента. Подшипники ролика нагружены только тем
11 W а У anwm и ИО.
322
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИИ
усилием, которое необходимо для преодоления сопротивления перекаты-
ванию его по беговой дорожке.
В случае применения дебалансных роликов (рис. 188, б) возникают
две центробежные силы различной частоты. Одна возмущающая сила раз-
вивается вследствие вращения ц. т. ролика относительно оси О, а вторая —
ввиду вращения ролика относительно своей оси Движение ролика
в этом случае можно представить состоящим из поступательного вместе
с центром ролика и вращательного относительно этого центра.
При поступательном движении центробежная сила Pj изменяется
с частотой вращения водила <оо. Ее амплитудное значение определяется
из выражения
Pi = Pi + P'i = (М - m)Pwo кГ, (VII. 127)
где Р' — составляющая центробежной силы от массы М, сосредоточен-
ная в точке О, в кП;
Р" — составляющая центробежной силы от массы т, приложенная
в ц. т. дебаланса (в точке А), в кГ;
М —масса уравновешенной части ролика в кГ-сек2/см;
т — масса дебаланса ролика в кГ-секЧсм;
R — радиус центра ролика в см.
Вторая сила, изменяющаяся с частотой <»р, возникает вследствие
вращения неуравновешенного ролика вокруг своей оси;
Рч = те сор кГ, (VII.128)
где е — эксцентриситет дебалансной части ролика в см;
Юр — абсолютная угловая скорость вращения ролика в Мсек, равная
wp = 4<°o- (VII.129)
При установке нескольких дебалансных роликов различного диаметра
результативная возмущающая сила равна геометрической сумме состав-
ляющих возмущающих сил. Большое значение при этом имеют начальные
углы установки дебалансных роликов.
В существующих конструкциях поличастотных бегунковых (поводко-
вых) вибраторов дебалансные ролики свободно перекатываются по беговой
дорожке только за счет сил трения. Уменьшение сил трения при вибрации,
чему способствует наличие масла в корпусе вибратора, силы инерции при
пуске, а также противодействующий момент дебалансной части создают
условия для проскальзывания ролика относительно беговой дорожки.
Это вызывает уменьшение частоты вращения ролика и в некоторых слу-
чаях — его остановку. Наличие скольжения изменяет характер результа-
тивной возмущающей силы, делает ее переменной и не позволяет иметь
стабильный режим вибрации. Параметры бегунковых поличастотных
вибраторов необходимо выбирать с учетом отсутствия отрыва и скольже-
ния ролика. При заданных параметрах необходимо создавать условия,
при которых коэффициент трения ролика по беговой дорожке корпуса
вибратора будет больше минимального.
В ряде вибромашин широко распространено применение выдвижных
дебалансов. Последние рекомендуются для вибромашин, подвергающихся
частому включению, особенно тех, где приводом служит двигатель вну-
треннего сгорания. При этом выдвижные дебалансы значительно умень-
шают пусковой момент двигателя. Принципиальная схема их устройства j
приведена на рис. 189. ••
МАШИНЫ Для СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
323
Для возбуждения колебаний вибромашин применяются также пла-
нетарные бесподшипниковые одночастотные и поличастотиые вибраторы.
Принципиальные схемы их изображены на рис. 190. Различают вибра-
торы с наружной и внутренней обкаткой. В виброэлементе с наружной
обкаткой (рис. 190, а) дебаланс, приводимый во вращение двигателем,
обкатывается своей наружной поверхностью внутри втулки, закрепленной
в корпусе вибратора. В вибраторах с внутренней обкаткой (рис. 190, б)
пустотелый ролик обкатывается своей
Рис. 189. Конструкция вибратора с вы-
движным дебалаисом:
1 — выдвижной дебаланс; 2 — обойма; 3 —
стержень; 4 — пружины; 5 — втулка; 0 —
регулировочное кольцо
Рис. 190. Принципиальные схемы
вибраторов планетарного типа:
а — с наружной обкаткой; б — с
внутренней обкаткой
Наличие дебалансного ролика позволяет получить поличастотный
режим вибрации. Низкая частота равна частоте вращения вала привода,
высокая — частоте обкатываний бегунка. При заданном числе оборотов
приводной штанги п0 число обкатываний бегунка с внешней обкаткой равно
= n°' (VII.130)
1Ув - (Ар
а при обкатке ролика вокруг центрального стержня (внутренняя обкатка)
(V11.131)
где dp — наружный диаметр ролика в см\
De — внутренний диаметр втулки в см\
D — диаметр внутренней поверхности ролика в см\
ас — наружный диаметр стержня в см.
При малой разнице диаметров обкатывающихся поверхностей высокая
частота стремится к бесконечности. Сейчас уже достигнуты частоты до
300—350 гц.
324 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
В некоторых вибрационных машинах находят применение вибро-
ударные механизмы. Во время работы вибромашины подвижная часть
сообщает плите вибрационные колебания (через опорные пружины) и
ударные импульсы (через шабот). Таким образом, виброударный механизм
оказывает одновременно как ударное, так и вибрационное воздействия.
Устойчивый режим работы имеет место в тех случаях, когда отношение
числа оборотов виброэлемента к числу ударов представляет собой целое
число. Устойчивость работы ударного механизма зависит от соотношения
масс подвижной части и плиты, жесткости опорных пружин и начального
зазора.
Ударный режим работы оказывает более интенсивное воздействие на
уплотняемую среду и значительно повышает эффективность уплотнения
до ожно-строительных материалов по сравнению с обычным вибрацион-
ным режимом. Виброударные механизмы применяются в машинах для
изготовления железобетонных изделий, в вибромолотах для погружения
свай и шпунта, а также в ручном инструменте.
Кроме механических нашли распространение гидравлические, пнев-
матические, электромагнитные и электродинамические вибраторы.
Все уплотняемые материалы представляют собой упруго-вязко-
пластичные системы, свойства которых в настоящее время недостаточно
изучены. Нет также и обоснованной теории деформирования таких сред.
Поэтому при выборе мощности двигателя, определении амплитуд колеба-
ний и т. п. лучше всего руководствоваться опытными данными. Вместе
с тем в настоящее время разработаны методы расчета, основанные на пред-
положении, что уплотняемый материал обладает только упругим или
только вязким сопротивлением, а иногда учитываются как упругие, так
и вязкие свойства. Однако во всех случаях исходные зависимости упро-
щаются, так как в противном случае задача становится неразрешимой.
Результатами решения таких задач можно пользоваться главным образом
для относительного сопоставления различных вариантов при проектиро-
вании вибрационных машин.
Предполагая колебания гармоническими, а уплотняемую среду —
абсолютно упругой и имеющей вязкое сопротивление, находят ту мощность
двигателя, которая необходима для работы вибратора. Эта мощность рас-
ходуется на сообщение колебательного движения уплотняемой среде,
а также на преодоление трения в подшипниках виброэлементов.
Мощность, необходимая для сообщения уплотняемому материалу
колебательных движений при наличии вязкого сопротивления и направ-
ленных колебаний вибратора, в общем виде может быть определена по
следующей формуле:
,т Расо , /Л7Т1 1 о оч
= 1Л02 = ТГоУ5Ш * квт> (VII.132)
где а — амплитуда колебаний вибромашины в м;
— круговая частота колебаний в 1/сек;
с — коэффициент вязкого сопротивления уплотняемой среды
в кГ -сек!м;
Р — амплитудное значение возмущающей силы вибратора в кГ;
<р — угол сдвига фаз, который может быть определен из выражения
= (VI1-133)’
где k — условная жесткость уплотняемого материала в кПм\
т — масса вибромашины в кГ-сек/Чм.
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 325
Коэффициент вязкого сопротивления зависит от площади рабочей
плиты вибромашины.
Удельное сопротивление с0, т. е. сопротивление плиты, площадь
которой равна 1 ;и2, по данным М. П. Зубанова равна: для асфальто-
бетонной смеси с0 = 80 кГ-сек/м3-, для жесткой цементобетонной смеси
с() = 40 :-60 кГ -сек/м3.
Если площадь плиты равна F, то коэффициент вязкого сопротивления
с — caF кГ-сек/м. (VII.134)
Для вибромашины с ненаправленными колебаниями, например для
глубинного вибратора, необходимо суммировать мощность, расходуемую
на колебания во взаимно перпендикулярных плоскостях.
Мощность, расходуемая на преодоление сил трения в опорах, опре-
делится как
ЛЕ = iKw квгп' (VII. 135)
где d — диаметр вала подшипника в м\
п — число оборотов вала в об/мин-,
f — условный (приведенный к валу) коэффициент трения подшипни-
ков. При расчетах можно принять для всех типов подшипников
качения / = 0,005^-0,010.
Общая мощность привода виброэлемента
дг__Fi Ч~ Л'а
>1
где т] — к. п. д. трансмиссии привода.
Общий расчет деталей и узлов вибромашины на прочность произво-
дится с учетом динамических нагрузок. При расчетах необходимо учесть,
что в случае резонанса отдельных деталей, т. е. при совпадении их соб-
ственных частот колебаний с вынужденными, в них возникают большие
дополнительные напряжения. Поэтому при проектировании следует опре-
делять собственные частоты колебаний основных деталей машины. При
этом в первом приближении все детали и узлы вибромашины можно пред-
ставить в виде балок, пластин или мембран с определенным характером
распределения масс.
Так собственная частота поперечных колебаний ненагруженной балки
на двух жестких опорах определяется по формуле
= 1/сек, (V1I.136)
г- /- 1 т0
где Е — модуль упругости материала балки в кГ/см1',
/ — момент инерции сечения относительно оси, перпендикулярной
к плоскости изгиба в слЕ;
I — длина балки в см\
тп — масса единицы длины балки в кГ-сек1/см?.
Коэффициент а зависит от характера опор балки и от распределения
сосредоточенных масс. Для балки с равномерно распределенной массой
на двух шарнирных опорах а = л; при одном жестко заделанном, а другом
свободном конце а = 1,9; при обеих жестко заделанных опорах а = 4,7
и т. д.
326 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Частота собственных колебаний прямоугольной пластины опреде-
ляется по формуле
4/4 Х'сек' (VII. 137)
где а — длина пластины в с .и;
т — масса единицы площади в кГ-сек2/см3;
К — жесткость пластины при изгибе в кГ-см.
Здесь
К = 12(7^И2) • см, (VII. 138)
где 6 — толщина пластины в см;
Е — модуль деформации материала пластины в кГ!см2;
р. — коэффициент Пуассона; р = 0,3.
Коэффициента в этом случае зависит от характера закрепления краев
пластины. Для пластины, опирающейся по всему контуру,
«=9,87(1+4); (VII. 139)
для пластины, защемленной по всему контуру,
а = 22,37 у 1 + 0,6-g- +4> (VII.140)
где b — ширина пластины в см.
Для надежной безопасной работы узла или детали должно выпол-
няться условие:
1,3со<со„<0,7а>. (VII.141)
При уплотнении гравийных, щебеночных и асфальтобетонных покры-
тий широкое применение нашли самоходные вибрационные катки. Вибро-
катки имеют меньшую металлоемкость и энергоемкость, большую мане-
вренность и транспортабельность по сравнению с невибрационными кат-
ками и в то же время обеспечивают требуемую степень уплотнения и
необходимую ровность покрытия.
Асфальтобетон, уплотненный виброкатками, при правильном подборе
параметров катка и режимов вибрации имеет большую плотность и меха-
ническую прочность, а следовательно, меньшую водонасыщаемость, чем
при уплотнении обычными катками. Важным является и то, что при вибро-
уплотнении не происходит дробления скелетного материала, что позволяет
использовать местные слабые горные породы.
Однако при уплотнении виброкатками верхнего слоя асфальтобетон-
ного покрытия происходит выдавливание битума на поверхность, что
недопустимо при устройстве шероховатых покрытий. Для самоходных
катков наблюдается явление потери тяговой способности или управляемо-
сти, что налагает определенные ограничения на выбор параметров. Значи-
тельный шум, возникающий при работе катка, и передача вибраций ок-
ружающим сооружениям и коммуникациям ограничивают применение
вибрационных катков в городских условиях и на промышленных пло-
щадках. Важную роль играет также амортизация механизмов катка
и рабочего места оператора. Все эти причины ограничивают использование
вибрационных катков.
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 327
Виброкатки для уплотнения дорожных покрытий выполняются само-
ходными одновальцовыми, двухвальцовыми и трехвальцовыми. В послед-
нем случае третий валец является дополнительным (прицепным или навес-
ным). Наибольшее распространение получили двухвальцовые самоходные
вибрационные катки. Вибрационным может быть как ведущий, так и упра-
вляемый валец. При наличии вибрации резко уменьшаются условные ко-
эффициенты трения и спепления вальца с уплотняемой смесью, что резко
снижает определяемую по сцеплению силу тяги катка в тех случаях, когда
вибровалец является ведущим.
Если вибровалец является ведо-
мым,то это явление приводит к | ,
потере управления. Для ликвида-
Рис. 191. Принципиальная схема вибрационного двухвальцового самоходного катка:
/ — двигатель внутреннего сгорания; 2 — рама катка; 3 — вибровалец; 4 — механизм При-
вода; 5 — управляемый валец; 6 — механизм управления
ции этих недостатков в некоторых случаях в качестве вибрационного при-
меняется третий (навесной или прицепной) валец.
В нашей стране предусматривается выпуск самоходных виброкатков
весом 125, 400, 1500 и 4000 кг.
Самоходный вибрационный каток показан на рис. 191. Вибрационный
каток отличается от обычного моторного катка наличием дебалансного
вибратора ненаправленного действия, установленного в заднем привод-
ном вальце, упругой подвески вибровальца и механизма привода вибра-
тора, выполняемого обычно в виде клиноременной передачи.
В настоящее время теория уплотнения дорожных покрытий вибро-
катками еще не разработана, поэтому выбор основных параметров следует
производить, исходя из опытных данных.
При проектировании катков следует обеспечивать возможность регу-
лирования частоты колебаний и величины возмущающей силы в более
или менее широких пределах. Это позволит применять каток для уплот-
нения различных материалов и каждый раз выбирать наиболее выгодный
режим работы.
За последнее время имеет место тенденция к повышению частот коле-
баний. Для самоходных виброкатков рекомендуется частота 50—70 гц.
328 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Дальнейшее увеличение частоты ограничивается техническими возмож-
ностями создания надежной и долговечной конструкции вибратора катка.
Характер колебаний не оказывает существенного влияния на степень
уплотнения. Поэтому в виброкатках, за редким исключением, исполь-
зуются вибраторы с круговыми колебаниями.
Возмущающая сила выбирается в пределах
Р = (4 ч- 6) G кГ, (VII.142)
где G — вес колеблющихся частей катка в кГ.
При таком соотношении между Р и G амплитуда колебаний вальца
самоходного катка находится в пределах 0,3—0,7 мм. Следует заметить,
что при а = 0,3н-0,4 мм вибровалец работает практически без отрыва от
уплотняемой среды, а при большей амплитуде наблюдается отрыв катка
и переход в режим вибротрамбования. При излишне больших амплитудах
колебаний наблюдается потеря тяговой способности и боковой устойчи-
вости.
Рекомендуемые рабочие скорости перемещения находятся в преде-
лах 1,2н-2,2 км/ч. В некоторых случаях рабочая скорость движения катка
достигает 6 км/ч. При этом необходимое число проходов по одной полосе
несколько повышается. Предварительная подкатка уплотняемого мате-
риала производится обычным катком или виброкатком с выключенным
вибратором.
Выбор геометрических параметров, тяговый и прочностные расчеты,
определение мощности и т. д. производится теми же методами, что и для
обычных прицепных и самоходных катков.
Глубинные вибраторы применяются для уплотнения бетонных сме-
сей при строительстве дорожных и аэродромных покрытий повышенной
толщины, а также при изготовлении железобетонных изделий и массивных
бетонных строительных конструкций.
По частоте различают вибраторы нормальной (50 гц) и повышенной
(150—300 гц) частоты.
В качестве привода используются асинхронные двигатели нормальной
и повышенной частоты, портативные двигатели внутреннего сгорания, пнев-
матические и гидравлические двигатели. По передаче мощности от дви-
гателя к вибромеханизму различают вибраторы со встроенным двигателем
и вибраторы с гибким валом. По характеру перемещения глубинные вибра-
торы можно разделить на ручные и перемещаемые в пакетах с помощью
кранов или других транспортных средств.
В СССР производятся электромеханические и пневматические вибра-
торы. Конструкция электромеханического вибратора представлена на
рис. 192, а. Внутри круглого корпуса на подшипниках качения установлен
дебалансный вал. Привод вала вибратора осуществляется от асинхронного
двигателя, вмонтированного в тот же самый корпус. Мощные подвесные
глубинные вибраторы со встроенным двигателем имеют планетарный бес-
подшипниковый вибромеханизм с внутренней обкаткой.
Вибраторы с гибким валом (рис. 192, б) применяются при уплотнении
бетонной смеси в густоармированных конструкциях. В этих вибраторах
двигатель соединяется с вибромеханизмом гибким валом длиной около
3,6 м. В качестве возбудителя колебаний используются дебалансные и пла-
нетарные вибромеханизмы с внешней и внутренней обкаткой. Конструк-
ция рабочей части (наконечника) с внутренней обкаткой приведена на
рис. 192, в.
Планетарный пневматический вибратор показан на рис. 192,г. Он
состоит из цилиндрического наконечника, внутри которого смонтирован
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
329
планетарный возбудитель с внутренней обкаткой. Сжатый воздух посту-
пает к двигателю по внутреннему шлангу. Изменением давления воздуха
производится регулирование частоты колебаний. Применение дебалансного
бегунка позволяет получать поличастотный режим вибрирования с часто-
той до 350 гц.
Рис. 192. Основные типы глубинных ручных вибраторов: а — элек-
тромеханический вибратор со встроенным двигателем; б — внешний
вид вибратора с гибким валом; в — рабочий наконечник вибратора
с гибким валом; г — пневматический планетарный вибратор с вну-
тренней обкаткой
Производительность глубинного вибратора можно определить по
формуле
П = лД2Н кпк, м^/ч (VII. 143)
11 -j- г.,
где 7? — радиус действия вибратора в
И — глубина уплотняемого слоя, равная высоте активной части кор-
пуса вибратора, в ж;
330
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
— время вибрирования на одном месте; ti = 60-ь 120 сек',
t2 — время перестановки вибратора; Z3 — 5-ы10 сек\
кп — коэффициент перекрытия уплотняемой зоны. При перестановке
вибратора в шахматном порядке kn =- 0,82;
кв — коэффициент использования вибратора во времени.
Радиус действия вибратора определяется опытным путем или на основе
закона распространения кольцевых волн в среде с вязким сопротивлением.
Мощность привода вибратора можно определить по формуле (VII. 132).
При проектировании ручных глубинных вибраторов следует обратить
внимание на размещение вибромеханизма в корпусе вибратора. Оно должно
быть таким, чтобы обеспечивать равномерную амплитуду колебаний по
длине виброэлемента. Вместе с тем рукоять вибратора не должна под-
вергаться колебательным движениям.
Литература
[.Абросимов К. Ф., Бромберг Л. А. и Катаев Ф. П. Машины
для строительства дорог. М., Машгиз, 1962.
2. А н о х и н А. И., Петерс Е. Р., Эвептов И. М., X а р х у т а Н. Я.
и др. Дорожные машины. М., Дориздат, 1950.
3. Бро м б е р г А. А., Баловней В. И., В о щ и н и н Н. П. и др. Дорож-
ные машины. Атлас конструкций. М., Машгиз, 1960.
4. Вейдман М. И., Волков А. Е. и Левицкий Е. Ф. Строитель-
ство автомобильных дорог. Ч. 3. М., Автотрансиздат, 1961.
5. Гезенцвей Л. Б. Асфальтовый бетон. М., Госстройиздат, 1964.
6. Климец М. В. Смесители асфальтобетона. М., Машгиз, 1952.
7. Колышев В. И. Автоматизация асфальтобетонных заводов. М., Автотранс-
издат, 1961.
8. П и к о в с к и й Я. М., Полосин-Никитин С. М.,Вошинин Н. П.
и Балов и ев В. И. Дорожные машины и оборудование. М., Машгиз, 1960.
9. К а н т а р о в и ч В. В. Основы расчета химических машин и аппаратов. М.,
Машгиз, 1960.
10. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.
М., Госхимиздат, 1960.
11. Теплотехнический справочник. Т. 1. М.—Л., Госэнергоиздат, 1957.
12. Справочник конструктора дорожных машин. Под ред. И. П. Бородачева. М.,
изд-во «Машиностроение», 1965.
13. Лыков А. В. Теория сушки. М., Госэнергоиздат, 1950.
14. Б а р к а н Д. Д. Виброметод в строительстве. М., Госстройиздат, 1959.
15. Гол ь дштей н Б. Г. и П е т р у н ь к и и Л. П. Глубинные вибраторы
для уплотнения бетона. М., изд-во «Машиностроение», 1966.
16. Г о н ч а р е в и ч И. Ф. и Сергеев П. А. Вибрационные машины в строи-
тельстве. М., Машгиз, 1963.
17. 3 у б а н о в М. П. Вибрационные машины для уплотнения бетонных смесей
и грунта. М.-Л., изд-во «Машиностроение», 1964.
18. И в а н о в Н. Н. Строительство автомобильных дорог. Ч. 2. М., Автотранс-
издат, 1957.
19. С е в р о в К. П., Лозовой Д. А. и др. Дорожно-строительные машины.
М.. изд-во «Машиностроение», 1965,
20. Наумец Н. И. Жир кович С. В, Основы теории строительных машин.
Куйбышев, изд-во КИСИ, I960.
Глава VIII. МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
ЦЕМЕНТНОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
§ 46. БЕТОНОСМЕСИТЕЛИ
Бетоносмесители служат для приготовления бетонной
смеси. Бетонная смесь состоит из крупного заполнителя (щебня разных
фракций или гравия, иногда керамзита), мелкого заполнителя — песка,
вяжущего материала — цемента и воды. Растворосмесители предназна-
чены для приготовления цементного раствора, который в отличие от бетона
не включает в себя крупный заполнитель.
Приготовление из этих компонентов смеси производится путем их
перемешивания, что является ответственной операцией, оказывающей
существенное влияние на качество получаемого бетона. В результате сме-
шивания необходимо получить однородную смесь, обладающую вполне
определенными свойствами. Однородной считается смесь, любая проба
из которой, взятая в достаточно большом по сравнению с размерами самого
крупного заполнителя объеме, имеет один и тот же постоянный состав.
Основной характеристикой бетонной смеси, определяющей возмож-
ность смешения, укладки, уплотнения и дальнейшей обработки, является
ее подвижность. По степени подвижности различают очень жесткие, жест-
кие, умеренно жесткие, пластичные и литые бетонные смеси. Величина
подвижности бетонной смеси регулируется количеством цемента и весо-
вым соотношением между цементом и водой, т. е. так называемым водо-
цементным отношением. Показателем подвижности для литых и пластич-
ных бетонов является величина осадки конуса. У жестких смесей их под-
вижность определяется измерением условной вязкости.
По назначению все смесительные машины делятся на бетоносмеси-
тели и растворосмесители.
По характеру загрузки компонентов и выдачи готовой смеси разли-
чают бетоносмесители непрерывного и цикличного действия. В машинах
непрерывного действия загрузка компонентов и выход готовой смеси про-
изводятся непрерывным потоком. В машинах цикличного действия опе-
рации загрузки, перемешивания и выдачи готовой смеси осуществляются
последовательно.
Бётономешалки непрерывного действия (рис. 193, а) более просты
по конструкции, менее металлоемки и энергоемки, занимают меньшую
производственную площадь и за счет исключения времени на загрузку
и выгрузку смеси имеют повышенную производительность. Основным их
недостатком является меньшая точность дозировки составляющих, по-
этому целесообразно использовать их там, где нет частой смены состава
бетона.
По способу перемешивания все смесители. можно разделить на сме-
сители со свободным (гравитационным), принудительным перемешиванием
332 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
и виброперемешиванием. В бетоносмесителях используются все три спо-
соба перемешивания, в растворосмесителях — только принудительный
способ и виброперемешивание.
Бетоносмесители со свободным перемешиванием служат для приго-
товления пластичных бетонных смесей, имеющих водоцементное отноше-
ние порядка 0,5—0,6 и выше. Основным достоинством этих машин яв-
ляется простота конструкции, небольшая удельная мощность и возмож-
ность перемешивания смеси с заполнителями, размер которых даже
Рис. 193. Принципиальные схемы бе-
тоносмесителей: а — бетоносмеситель
с цилиндрическим барабаном непре-
рывного действия с гравитационным
перемешиванием; б — бетоносмеситель
корытообразный непрерывного действия с прину-
дительным перемешиванием; в — бетоносмеситель
циклического действия со свободным перемешива-
нием и двухконусным смесительным барабаном;
г — бетоносмеситель циклического действия с ча-
шевидным барабаном и принудительным переме-
шиванием.
несколько превышает 100 мм. Основными недостатками этих машин
являются некоторая неоднородность смеси и повышение времени переме-
шивания.
При водоцементном отношении менее 0,5 при свободном перемеши-
вании наблюдается так называемое явление грануляции. Мелкий запол-
нитель гранулируется в прочно удерживающие воду комья, разрушить
которые можно только механическим воздействием. Такое воздействие
и осуществляется в бетоносмесителях принудительного перемешивания.
Жесткие бетонные смеси с водоцементным отношением до 0,3 могут пере-
мешиваться только в бетоносмесителях принудительного действия. При-
менение жестких смесей позволяет сократить расход цемента и ускоряет
сроки распалубки бетонных изделий.
Приготовление еще более жестких смесей возможно только в вибро-
бетоносмесителях. Здесь за счет вибрационного воздействия удается
несколько повысить подвижность смеси и улучшить процесс перемеши-
вания. Вибрационное воздействие способствует получению однородной
смеси, ускоряет процесс выгрузки и уменьшает износ внутренней полости
мешалки и лопастей.
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЦЕМЕНТНОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 333
Типоразмер смесителей циклического действия определяется по
объему готового замеса в литрах. Типажом предусмотрены бетоносмеси-
тели циклического действия емкостью 65, 100, 165, 330, 880 и 1600 л.
Главным параметром бетономешалок непрерывного действия служит про-
изводительность готовой продукции в час. Типажом предусматриваются
бетоносмесители непрерывного действия производительностью 5, 15, 30,
60 и 120 м3/ч.
По характеру исполнения смесители подразделяются на стационар-
ные и передвижные. Передвижные предназначены для малых объемов
работ. Стационарные смесители имеют более высокую производительность
и устанавливаются на стационарных и полустационарных заводах по
приготовлению бетонов и растворов.
По назначению бетоносмесители можно разделить на строительные,
дорожные и автобетоносмесители. Строительные смесители служат для
приготовления бетона для промышленного и жилищного строительства
и обычно устанавливаются на заводах или строительных площадках,
т. е. работают на одном месте. Дорожные бетоносмесители служат для
приготовления бетонной смеси непосредственно на линии — у места ее
укладки. По мере строительства дороги они передвигаются на рельсовом
или гусеничном ходу. Дорожные бетономешалки имеют специальные меха-
низмы для загрузки компонентов, выгрузки и распределения готовой
смеси по поверхности дороги. Автобетономешалки служат для транспор-
тирования отдозированной сухой смеси на значительные расстояния и пере-
мешивания ее с водой по пути следования. При движении машины смеси-
тельный барабан автобетономешалки вращается с небольшим числом
оборотов для предотвращения расслоения бетонной смеси.
По расположению оси барабана в пространстве различают бетоно-
смесители с горизонтальной, вертикальной и наклонной неподвижной
осью и бетоносмесители с наклоняющейся, т. е. подвижной осью враще-
ния. В последнем случае наклон барабана производится для загрузки
компонентов и выгрузки готовой смеси.
По конструкции смесительного барабана различают бетоносмесители с
цилиндрическим,чашевидным, корытообразным, грушевидным барабанами.
Имеются также барабаны сложной формы, представляющие собой ком-
бинацию цилиндра с усеченными конусами. Барабаны грушевидной формы
применяются в бетоносмесителях малой емкости с наклоняющимся бара-
баном. Цилиндрические барабаны используются в бетоносмесителях с гори-
зонтальной осью вращения. Чашевидные и корытообразные смесительные
барабаны применяются в бетоносмесителях принудительного перемеши-
вания. Барабаны сложной конфигурации характерны для стационарных
бетоносмесителей большой емкости.
Дорожные бетономешалки с неподвижной горизонтальной осью вра-
щения барабана выполняются с двух- и трехкамерными смесительными
барабанами. Такие бетономешалки обладают большой производитель-
ностью и лучшим качеством перемешивания. В этих случаях смеситель-
ный 'барабан поперек своей оси разделен диафрагмами на две или три ка-
меры. Перемешивание смеси осуществляется за счет установки на внутрен-
ней поверхности барабана специальных лопастей ковшового типа. Кроме
того, имеются направляющие лопасти, которые служат для создания про-
дольного движения смеси, т.е.для перемещения материала из одной камеры
в другую.
Бетоносмесители принудительного перемешивания по типу и распо-
ложению перемешивающего органа подразделяются на лопастные и пла-
нетарные. Лопастные смесители (рис. 193, б) представляют собой корыто-
334 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
образный корпус, внутри которого вращается один или два вала с лопа-
стями. Этот тип смесителей используется для приготовления цементных
и известковых растворов и применяется также в некоторых конструкциях
бетоносмесителей. В планетарных бетоносмесителях (рис. 194) переме-
шивание осуществляется лопатками, насаженными на вертикальные вра-
щающиеся валы. При этом происходит перемешивание смеси. В противо-
точных смесителях материал дополнительно перемешивается за счет
вращения в обратном по отношению к лопаткам направлении цилиндри-
ческой чаши. Кроме вращающихся лопаток на специальных держателях
устанавливаются неподвижные лопатки. Они предназначены для очистки
вертикальных стенок и дополнительного перемешивания смеси. Для пре-
дохранения лопаток от поломок, что может иметь место в случае их закли-
Рис. 194. Кинематическая схема бетоносмеси-
теля циклического действия с принудительным
перемешиванием:
нивания, лопатки снабжены пре-
дохранительными устройства-
ми. Планетарные бетоносмеси-
тели дают смесь высокого ка-
чества при малом времени
перемешивания. Вместе с тем
для своей работы они требуют
большую удельную мощность.
Основным рабочим узлом
бетоносмесителя является сме-
сительный барабан. Стенки сме-
сительного барабана выполня-
ются из листовой конструкци-
онной стали. Стенки барабана
/ — двигатель; 2 — клиноременная передача; 3 —
редуктор; 4 — муфта; 5 — конические передачи;
6 — верхний вал привода; 7 — механизм привода
смесительной чаши; 8 — опорные ролики; 9 — сме-
сительные лопатки; 10 — вертикальный вал
нов бетоносмесителей со свободным
для защиты от износа покры-
ваются с внутренней стороны
облицовкой из листов износо-
стойкой стали. Внутри бараба-
перемешиванием (рис. 193, в)
укрепляются лопасти двух типов: приемные (направляющие) и перемеши-
вающие. Приемные лопасти служат для перемещения материала в сред-
нюю часть барабана. Перемешивающие лопасти имеют форму ковшей и слу-
жат для перемешивания составляющих бетонной смеси. Лопасти изго-
товляются из конструкционной стали и крепятся кронштейнами, которые
на заклепках или болтах устанавливаются на внутренней стенке барабана.
Для увеличения долговечности поверхность переднего края ковшей на-
плавляется твердым сплавом.
В качестве привода как правило применяются асинхронные электро-
двигатели. При отсутствии электроэнергии привод бетоносмесителей
малой емкости может осуществляться от двигателей внутреннего сгора-
ния. Вращение от электродвигателя к зубчатому венцу смесительного бара-
бана обычно передается через клиноременную передачу и редуктор. Меха-
низм наклона барабанов бетономешалок имеет пневматический, гидравли-
ческий или механический привод.
Основным показателем бетоносмесительных машин периодического
действия является объем готового замеса V3. Производственная емкость
смесительного барабана определяется суммарным объемом сухих
составляющих смеси, загружаемых в барабан. При этом между объемом
готового замеса и производственной емкостью имеет место зависимость
Уб-
К,
Кв
(VI 11.1)
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЦЕМЕНТНОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 335
где k„ — коэффициент выхода; ke = 0,65 -ь0,70 для бетонной смеси
и k„ = 0,85-н0,95 для растворов.
Геометрический объем смесительного барабана Уг в 2,3—3,0 раза
больше производственного объема. Это соотношение оказывает существен-
ное влияние на качество перемешивания. При заданной емкости бетоно-
смесителя можно легко определить все его геометрические размеры.
Скорость вращения смесительного барабана следует поддерживать
достаточно малой, с тем чтобы свести к минимуму вредное влияние цен-
тробежной силы. Уравнение равновесия частицы, лежащей на поверхности
лопасти, имеет вид
(VIII.2)
G sin а = mRw2 Ц- fG cos а,
где G — сила тяжести частицы смеси в кГ;
кГ -сек-
т — масса частицы в -------•
м ’
R — радиус смесительного барабана в м;
а — угол наклона лопасти к горизонту; сс = 45е;
f — коэффициент трения смеси о сталь; f = 0,6;
со — угловая скорость вращения смесительного барабана.
Имеется в виду, что
(VIII.3)
со = 1 / сек,
Эи
где п — число оборотов барабана в минуту.
Из уравнения (VIII.2) можно получить
п 30 1/g (sin a —/'cos 7)
л г R
Мощность привода смесительного барабана бетоносмесителя со сво-
бодным перемешиванием затрачивается на перемешивание материала
и на преодоление сил трения в опорах.
Сила трения, приведенная к радиусу бандажа, выразится в виде
= 4Рср ( 77 + 77-) (VШ.4)
где — радиус опорного ролика в см;
/j — коэффициент трения качения ролика по бандажу; f± = 0,002-н
0,005 см;
f — коэффициент трения оси ролика; для подшипников скольжения
f = 0,1;
r-i — радиус оси ролика в см;
4Р — суммарная сила нормального давления в месте контакта в кГ.
Согласно схеме на рис. 195, можно найти, что
4Р _Gt + G, (VIII.5)
ГсР cos a v
Здесь Gt — вес смесительного барабана в кГ;
G2 — вес перемешиваемого материала в кГ;
а — угол установки опорных роликов; а = 30°.
Очевидно, что
G2 = 6 И, кГ,
где 6 — объемный вес выдаваемого материала; 6 = 2200 кГ!м3.
336
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
При вращении барабана смесь
Сила сопротивления, создаваемая
к ободу бандажа, равна
смещается в направлении вращения,
смещением материала, приведенная
Ц/2 •= кГ, (VII1.6)
где R — радиус бандажа в м;
Ь — плечо действия силы веса
степени
лопаток
смещенного материала в м.
Величина смещения b зависит от подвижности смеси, формы и
наполнения смесительного барабана, формы и расположения
и т. п. При предварительных расче-
тах можно принять
b = (0,54-0,6) R.
Общая мощность привода сме-
сительного барабана
(11^+ Ж,) У /VIII -74
N = 1021] квт’ (V111-7)
где v — окружная скорость бандажа
барабана в м!сек\
1] — к. п. д. трансмиссии.
При одномоторном приводе при
выборе мощности двигателя необхо-
димо учесть мощность, идущую на
привод вспомогательных механиз-
мов и привод системы управления.
Точный расчет мощности при-
вода бетоносмесителя принудитель-
ного перемешивания представляет
большие трудности. Для приближенных расчетов можно пользоваться
упрощенным способом. В основу его положено предположение, что со-
противление движению лопатки в бетонной смеси пропорционально
площади лобовой проекции F,-,
= k\xFt кГ,
(VIII.8)
где k — коэффициент удельного сопротивления; для бетонной смеси при
скорости движения лопатки v = 0,7ч-0,8 м'сек можно принять
k = 2,0ч-2,4 кПсм2-,
р — коэффициент, учитывающий глубину погружения лопатки в смесь;
при погружении на полную высоту р = 1, а при погружении
на полуторную высоту лопатки р — 2.
Суммарная мощность бетоносмесителя принудительного действия
зависит от ее основной схемы и в общем виде может быть выражена фор-
мулой
N - s -йг <V,1L9)
1=1
где Wt — сопротивление перемещения отдельного элемента в кГ\
vt — скорость перемещения соответствующего элемента в м!сек\
п — число перемешивающих органов—лопаток.
Производительность бетоносмесителя циклического действия зависит
от объема готового замеса, времени цикла приготовления смеси и коэф-
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЦЕМЕНТНОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
337
фициента использования машины по времени. Часовая производитель-
ность этого бетоносмесителя
П = ПобоТГ-^Г-+ТТ Mi'4’ <vm. ю>
где V3 — объем готового замеса в л;
ke — коэффициент использования машины по времени; k„ = 0,65 = 0,70;
/j — продолжительность загрузки барабана; = 10 = 20 сек;
— продолжительность перемешивания; t.2 = 60 = 90 сек;
t3 — продолжительность выгрузки готовой смеси из барабана; t3 =
= 10=15 сек для опрокидывающего барабана и t3 = 15 = 20 сек
для барабана с неподвижной осью;
ti — время возврата барабана в исходное положение.
Наибольшее время в цикле занимает время перемешивания. Величина
этого времени зависит от конструкции смесительного барабана, жесткости
смеси, емкости барабана. В каждом отдельном случае существует опти-
мальное время перемешивания. Значительное превышение времени пере-
мешивания приводит к расслоению смеси. Расслоение возникает тем быст-
рее, чем жестче смесь и чем больше в ней крупного заполнителя. Для сред-
них бетоносмесителей с емкостью 160—300 л это время равно 60—80 сек.
Производительность бетоносмесителей непрерывного действия опре-
деляется по формуле
П = QQnFSake м3/ч, (VIII.11)
где п — число оборотов барабана или лопастного вала в минуту;
F — площадь сечения потока материала в барабане в м2;
S — шаг лопастей в м;
к — коэффициент, учитывающий тормозящее действие трения мате-
риала о стенки корпуса смесителя и о винтовые поверхности;
а = 0,5.
Площадь сечения потока материала в барабане определяется по фор-
муле
F _ ф м\ (VIII. 12)
где ф — коэффициент заполнения сечения; ф -= 0,2 = 0,3;
D — диаметр барабана в м.
§ 47. ЗАВОДЫ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ
Бетонные смеси приготавливают на специально организованных
предприятиях — бетонных заводах. На этих заводах производится точное
дозирование составляющих бетонной смеси и их перемешивание. Завод
имеет также специальные складские помещения для хранения щебня
разньТх фракций, песка и цемента. Значительное место в технологическом
процессе завода занимают транспортные операции.
По назначению заводы разделяются на заводы сухой смеси и заводы
готового бетона. Продукцией завода сухой смеси является тщательно
отдозированная порция щебня, песка и цемента, рассчитанная на один
замес. Эта порция доставляется на место укладки бетона, где и перемеши-
вается в бетономешалке с добавлением воды. Заводы сухой смеси нашли
широкое применение за границей при строительстве цементобетонных
дорожных покрытий. Преимуществом этого способа работы является
338
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
возможность получения непосредственно на месте работ свежего бетона,
что значительно повышает качество дорожного покрытия. Вместе с тем
строительная стоимость покрытия здесь несколько выше, чем при доставке
на место работ готового бетона. Применение сухой смеси особенно эффек-
тивно при большой дальности перевозки бетона. Продукцией завода го-
тового бетона является уже перемешанный с водой бетон, который и
доставляется транспортными средствами на место его укладки. Способ
строительства дорожных и аэродромных покрытий из готового бетона
получил за границей более широкое распространение, чем метод сухой
смеси. Здесь еще применяется промежуточный способ, при котором пред-
варительное перемешивание бетона производится на заводе, а оконча-
тельное — в автобетономешалках, которыми бетонная смесь доставляется
на место работ. В настоящее время в СССР все бетонные работы произ-
водятся только путем доставки на место работ готового бетона.
По продолжительности действия бетонные заводы разделяются на
стационарные, полустационарные (инвентарные) и передвижные. Ста-
ционарные заводы обычно рассчитываются на длительную, практически
постоянную работу на одном месте. Полустационарные заводы устраи-
ваются сборно-разборными и работают на одном месте обычно от одного
года до трех лет. Передвижные заводы имеют небольшую производи-
тельность и могут в течение одного строительного сезона перемещаться
с одного объекта на другой.
По принципу работы они разделяются на заводы циклического и
непрерывного действия. Наиболее совершенными и производительными
являются заводы непрерывного действия. По устройству и управлению
заводы могут быть неавтоматизированными, когда все агрегаты управ-
ляются вручную, частично автоматизированными, где автоматизировано
управление некоторыми главными операциями технологического процесса,
например дозированием материалов, и полностью автоматизированными.
В последнем случае процесс приготовления бетона осуществляется по
заданной программе с соблюдением определенной дозировки материалов,
времени перемешивания и т. д. Здесь имеет место так называемая обратная
связь, при которой установленный для контроля качества продукции
специальный агрегат, при обнаружении отклонения бетона от заданных
норм автоматически изменяет параметры технологического процесса.
Первой технологической операцией бетонного завода является прием
исходных материалов: цемента, песка и щебня, а также организация их
хранения. При доставке цемента в специальных саморазгружающихся
вагонах его разгружают в специальные приемные бункера закрытого
транспорта. Здесь для перемещения цемента по горизонтали на короткие
расстояния служат шнековые устройства. Из приемных бункеров цемент
поступает на склад. Если цемент привозится в вагонах навалом, то его
выгрузка производится специальными разгрузчиками. Последние за счет
создаваемого вакуум-насосом разрежения засасывают цемент специаль-
ным заборным устройством.
Для разгрузки песка и щебеночных материалов служат специальные
разгрузочные машины, рабочими органами которых является скребок
или скребковый транспортер.
Складирование песка и щебня обычно производится как в открытых
складах, так и в складах бункерного типа, а для хранения цемента служат
специальные склады силосного типа. Общий вид инвентарного силосного
склада представлен на рис. 196. Здесь для хранения цемента служат две
силосных башни, которые при перебазировании завода перевозятся в сборе.
Склад рассчитан на загрузку цемента как из автоцементовозов, так и при
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЦЕМЕНТНОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 339
помощи сжатого воздуха. Выдача цемента производится через шиберный
затвор и в аэрожелоб. После этого цемент элеваторами подается в верхний
аэрожелоб и далее в смесительное отделение (цех) завода.
Для транспортирования цемента в пределах завода широкое приме-
нение получил различного вида пневмотранспорт. При этом для гори-
зонтального транспорта часто применяются аэрожелоба. Здесь цемент
смешивается с капиллярно-
распыленным воздухом, в
результате чего приобретает
высокую подвижность и те-
кучесть. Движение цемента
по аэрожелобу происходит
под действием силы тяжести
при незначительных углах
наклона оси аэрожелоба
(3—7°) к горизонту. Желоб
состоит из кожуха, который
вдольоси разделен керамичес-
кой перегородкой (рис. 197).
Цемент из силосного склада
поступает в верхнюю часть
желоба и смешивается с воз-
духом, который нагнетается
вентилятором и просачивает-
ся сквозь керамическую пе-
регородку. Воздух выходит
в нижней части желоба через
матерчатые фильтры. Ско-
рость движения цемента в
зависимости от угла наклона
оси желоба находится в пре-
делах 0,7—1,3 м!сек.
На несколько большие
расстояния по горизонтали
(до 200 м), а также вверх по
вертикали (до 25—30 м) це-
мент может подаваться спе-
циальным пневмотранспор-
том. Здесь цемент переме-
щается вначале шнековым
Рис. 196. Склад цемента:
/ — приемный бункер; 2 — элеватор; 3 — привод эле-
ватора; 4 — аэрожелоб верхний; 5 — фильтр; 6 — си-
лосный бак; 7 — аэрожелоб нижний
устройством, а затем в смесительной камере смешивается с воздухом,
который подается при давлении 2—4 ат. Цементо-воздушная смесь далее
следует к месту разгрузки по трубам. Воздух из этой системы выходит
через специальные фильтры, где и очищается от цемента. Щебень и песок
обычно подаются транспортерами.
Наиболее важной частью завода являются дозирующее и смесительное
отделения. Качество бетонной смеси во многом определяется точностью
дозирования ее составляющих. Особенно важна точность дозировки це-
мента и воды. В настоящее время на заводах дозирование щебня, песка
и цемента, как правило, производится весовой аппаратурой. Дозирование
воды может производиться объемными аппаратами. Весовые дозаторы
могут иметь ручное или автоматическое управление. На заводах цикли-
ческого действия они обычно представляют собой подвешиваемый
к рычажным весам мерник, который наполняется материалом из
340
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
расположенного над ним бункера. Подача материала из последнего
регулируется открытием специального затвора. При автоматическом упра-
влении такое регулирование производится специальным механизмом.
На заводах непрерывного действия поступление материалов в смеси-
тельное отделение производится непрерывным потоком. Установленные
здесь дозаторы автоматически поддерживают подачу постоянного коли-
чества материала в единицу времени. В настоящее время разработан ряд
типовых проектов бетонных заводов разной производительности, которые
в основном и используются. Поэтому проектирование главным образом
сводится к привязке по месту типового завода. Здесь разрабатываются
фундаменты и транспортные линии, выбирается расположение складов
и т. п.
Рис. 197. Схема аэрожелоба:
1 — кожух; 2 — пористая керамическая перегородка;
3 — вентилятор; 4 — цементный силос’. 5 — фильтры
выхода воздуха
При разработке типовых проектов бетонных заводов следует ориен-
тироваться на проверенное и хорошо зарекомендовавшее себя оборудо-
вание. Оборудование и его
тип (бетоносмесители, дози-
рующие устройства, транс-
портные средства и т. п.)
выбираются по заданной про-
изводительности завода на ос-
новании утвержденных норм
выработки. Когда необхо-
димая производительность
может быть достигнута
установкой одного большого
бетоносмесителя или двух
менее производительных бе-
тоносмесителей, то предпоч-
тение отдают последнему
варианту, так как в случае
непредвиденных технических неполадок, завод, хотя и при уменьшенной
производительности, все же сможет давать продукцию. Вместе с тем число
установленных агрегатов не должно быть излишне большим, так как
в противном случае будет трудно подавать к ним материалы и организо-
вать их техническое обслуживание. Поэтому при больших производи-
тельностях завода лучше выбирать меньшее количество более производи-
тельных агрегатов.
После выбора оборудования приступают к его компоновке. Заводы
могут иметь горизонтальную (партерную) и вертикальную (башенную)
компоновку. В первом случае оборудование размещается на большей
производственной площади, примерно на одном уровне в порядке, опре-
деляемом технологическим процессом. Здесь при переходе от одного агре-
гата к другому материал может подниматься и опускаться несколько раз.
При вертикальной компоновке все оборудование и аппаратура рас-
положены в одной башне. Материал, будучи однажды поднятым в расход-
ные бункера, далее перемещается вниз по отдельным операциям техноло-
гического процесса. Перемещения происходят под действием собственного
веса. Такие заводы занимают небольшую площадь, но зато имеют значи-
тельную высоту (до 30 м).
Схема размещения оборудования на заводе башенного типа видна
из рис. 198. Здесь фракции щебня и песок поочередно подаются транс-
портом / в расходные бункера 3. Загрузка этих бункеров производится
через распределительное устройство 2. Цемент подается пневмотранс-
портной установкой 11 в специальные бункера. После дозирования со-
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЦЕМЕНТНОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
341
ставляющие бетона, через загрузочное устройство 8 направляются в один
из бетоносмесителей. После перемешивания бетонная смесь поступает
в раздаточный бункер, а затем в автотранспорт, которым и доставляется
к месту его укладки. Емкость раздаточного бункера или его отсеков должна
быть кратной емкости транспортных средств.
На заводах такого типа можно выделить следующие четыре отделения,
которые расположены на отдельных этажах башни: 1) надбункерное,
где находятся агрегаты пнев-
мотранспортной установки
цемента, распределительное
устройство и транспортер;
2) дозировочное, в котором
расположены бункера и до-
заторы; 3) смесительное, где
установлены бетономешалки
и 4) раздаточное, в котором
расположен раздаточный бун-
кер. Этот завод относится
к предприятиям цикличес-
кого действия.
На рис. 199 изображена
схема бетонного завода не-
прерывного действия. Здесь,
так же как и в предыдущем
случае, материалы, необхо-
димые для изготовления бе-
тона, подаются транспорте-
ром в расходные бункера.
Однако в отличие от завода
циклического действия здесь
установлены дозаторы непре-
рывного действия, которые
автоматически дозируют со-
ставляющие бетона — обыч-
но три фракции щебня, песок
и цемент, и подают их на
сборный транспортер. В ре-
зультате последний несет на
себе несколько слоев раз-
Рис. 198. Размещение оборудования на заводе ба-
шенного типа:
/ — ленточный транспортер; 2 — распределительное
устройство; 3 — расходные бункера; 4 — баки для
воды; 5 — дозатор хлористого кальция; 6 — дозатор
воды; 7 — дозаторы щебня, песка и цемента; 8 — за-
грузочное устройство; 9 — батономешалки; 10 — раз-
даточный бункер; 11 — пневмотранспортная установка
для цемента
личных материалов, соотношение между площадями поперечных сече-
ний которых точно соответствует составу бетона. Сборный транспортер
доставляет эти материалы в бетономешалку непрерывного действия, из
которой готовая бетонная смесь непрерывно поступает в раздаточный бун-
кер, а оттуда в транспортные средства. Заводы подобного типа обычно
имеют высокую производительность (100—120 лг3/ч) и являются стацио-
нарными.
Необходимость иметь достаточно большой запас материалов, рассчи-
танный на работу заводов в течение 15—20 дней, обусловливает наличие
довольно больших складов песка и щебеночных материалов, под которые
отводится значительная площадь. Операции складирования и подачи
этих материалов в расходные бункера должны быть полностью механизи-
рованы. На открытых складах штабеля щебня имеют линейное протя-
жение или секторное расположение. Последнее предпочтительнее, так как
при этом экономится площадь и облегчается подача материала на наклон-
342
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
«S
ный главный транспортер, которым
он затем транспортируется в расход-
ные бункера. Для обеспечения по-
дачи материала со склада в рас-
ходные бункера под штабелями
располагают траншеи, в которых раз-
мещают вспомогательные транспор-
теры. Последние предназначены для
подачи отдельных фракций щебня
и песка на главный транспортер.
Траншеи перекрывают настилом, ко-
торый затем убирают по мере разра-
ботки штабеля. Из штабеля на вспо-
могательный транспортер материал
поступает под действием собствен-
ного веса и частично подается буль-
дозером.
Подача материала из открытых
штабелей на главный транспортер
может также осуществляться через
загрузочный бункер ковшовыми по-
грузчиками, экскаваторами с грей-
дерным ковшом и другими аналогич-
ными средствами.
На стационарных и полуста-
ционарных заводах большой про-
изводительности, рассчитанных на
круглогодичную работу, хранение
щебня и песка производится в бун-
керных складах, так как в открытых
штабелях эти материалы в зимнее
время смерзаются, что сильно ослож-
няет работу завода. В этих случаях
траншея с транспортером распола-
гается под бункером, что и обеспе-
чивает полную механизацию подачи
щебня и песка в дозировочное отде-
ление завода.
На автоматизированных бетон-
ных заводах применяется целый
ряд автоматических устройств. Так,
степень наполнения бункера кон-
тролируется специальными указа-
телями уровня. В настоящее время
разработан целый ряд датчиков для
контроля уровня сухих сыпучих
материалов, которые по принципу
устройства могут быть подразде-
лены на механические (мембран-.
ные, колокольные, моторные),
электрические (электродные и еМ-'
костные) и радиоактивные (по-
зиционной системы и следящей
системы).
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЦЕМЕНТНОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 343
В мембранных датчиках мембрана прогибается под давлением мате-
риала и замыкает электрические контакты. Колокольный датчик пред-
ставляет собой защищенный прочным стальным грушевидным корпусом
контактный механизм. Датчик подвешивается внутри бункера. При напол-
нении последнего он отклоняется от вертикального положения, и кон-
тактный механизм переключает контакты сигнализации. Моторный датчик
имеет синхронный электродвигатель, который при помощи гибкого вала
и муфты связан с контактным устройством. Гибкий вал опускается в бункер
на заданный уровень. При наполнении последнего материал защемляет
гибкий вал и при этом муфта обеспечивает замыкание контактов, которые
находятся на связанной с прибором качающейся траверсе.
Электрические электродные датчики подают сигнал при замыкании
двух электродов. Такое замыкание производится материалом при заполне-
нии им бункера. Ввиду того, что материал связан с заземленным бунке-
ром, то связь датчика устраивается обычно однопроводной. Емкостные
датчики основаны на изменении их емкости при заполнении бункера ма-
териалом.
Радиоактивные датчики состоят из источника и приемника излучения,
расположенных друг против друга. При заполнении пространства между
ними каким-либо материалом интенсивность излучения, которая реги-
стрируется приемником, резко снижается, что и служит сигналом о напол-
нении бункера.
Применяемые на бетонных заводах автоматические весовые дозаторы
могут быть подразделены на однофракционные и многофракционные,
а также на дозаторы циклического и непрерывного действия. Многофрак-
ционные дозаторы производят последовательное дозирование отдельных
составляющих бетонной смеси, что несколько удлиняет цикл работы.
На заводах циклического действия применяются однофракционные или
многофракционные дозаторы циклического действия, а на заводах непре-
рывного действия — однофракционные дозаторы непрерывного дей-
ствия.
Дозаторы циклического действия могут быть основаны на применении
электропневматической или фотоэлектронной систем. В обоих случаях
необходимая точность и высокая производительность дозатора обеспе-
чивается тем, что отвешивание порции материала производится в два
приема: сначала производится так называемое грубое взвешивание, когда
отмеряется примерно 90% необходимого количества материала, а затем
наступает фаза точного взвешивания.
На рис. 200 представлен общий вид и схема электропневматического
дозатора. Здесь весовой мерник, в котором отвешивается требуемая пор-
ция материала, подвешен к рычагам, соединенным со шкальными коромыс-
лами 5. Последние расположены в весовом шкафу. Во взвешивании каждый
раз участвует одно из шкальных коромысел, а наличие нескольких позво„-
ляет последовательно осуществлять дозирование различных фракций
щебня и песка. Нужные дозы каждой фракции устанавливаются пере-
движейием по коромыслам гирь 6. Неучаствующие во взвешивании коро-
мысла заперты арретивами, которые дистанционно управляются пневмо-
цилиндрами. Нагрузка от весового бункера при помощи рычагов пере-
дается циферблатному указателю и затем через передаточный рычаг 4 —
главному коромыслу 3. Последнее связано с каждым из шкальных коромы-
сел и несет на себе ртутный переключатель 8, который имеет два кон-
такта — для грубого и точного взвешивания. Контакты замыкаются и
размыкаются в зависимости от того, какое положение имеет главный
рычаг — наклонное или горизонтальное.
344
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
В электрическую цепь вместе с ртутными переключателями включены
электровоздушные клапаны, которые производят впуск или выпуск
воздуха из полостей пневмоцилиндров, и в зависимости от этого последние
открывают или закрывают заслонку бункера, откуда материал поступает
в весовой мерник. Когда вес материала достигает примерно 90% нужной
дозы, главное коромысло выпрямляется, и один из контактов ртутного пере-
ключателя разрывает цепь электровоздушного клапана, и пневмоцилиндр,
прикрывая затвор, снижает интенсивность подачи материала. По дости:;:е-
Рис. 200. Схема весового автоматического многофракционного доза-
тора циклического действия:
1 — весовой шарнир; 2 — весовой шкаф; 3 — главное коромысло весов;
4 — передаточный рычаг; 5 — шкальные коромысла; 6 — передвижные гири;
7 — арретиры; 8 — ртутный переключатель; 9 — рычаг; 10 — циферблатный
указатель
нии «точного» веса разрывается вторичная цепь того же клапана и подача
материала в весовой мерник прекращается.
В дозаторах, устроенных на основе фотоэлектрических систем, интен-
сивность подачи материала в мерник регулируется фотоэлементом. При
освещении последнего прямым светом происходит интенсивная подача •
материала, а по достижении «грубого веса» фотоэлемент начинает осве-о
щаться отраженным светом, поэтому интенсивность подачи материала'
снижается и прекращается совсем, когда по достижении точного веса!
освещение фотоэлемента прекращается. Фотоэлементы размещаются на:-
так называемых рабочих стрелках циферблата, число которых равна
числу составляющих бетона. Эти стрелки неподвижны. Флажок-отражат f
тель размещается на контрольной стрелке, которая движется по мере !
поступления материала в мерник. При этом движении и меняется освещен
ние очередного фотоэлемента. . г
Дозаторы непрерывного действия могут быть одноступенчатого и
двухступенчатого типа. Одноступенчатые дозаторы сочетают в одном агреп >
гате устройство для взвешивания материала и регулирования его подачи- I
(рис. 201, а), а двухступенчатые факторы для взвешивания и регулиро<'3
вания материала снабжены самостоятельными агрегатами (рис. 201, б)-31
Двухступенчатые дозаторы предпочтительнее, так как обеспечивают болеет
точное дозирование. : ‘Г
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЦЕМЕНТНОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
345
Дозаторы должны обеспечивать подачу в единицу времени постоян-
ного количества материала, т. е. необходимо всегда соблюдать следующее
условие:
Q = vFS = const, (VI11.13)
где Q — количество подаваемого материала в единицу времени в кПсек-,
v — скорость подачи материала в м/сек-,
F — сечение потока движущегося материала в л'2;
б — объемный вес материала в кПм3.
При случайных изменениях Q поддерживать его постоянство можно,
регулируя сечение потока либо скорость подачи материала. Первый тип
Рис. 201. Принципиальные схемы автоматических дозаторов непрерывного действия:
а — одноступенчатого; б — двухступенчатого типа:
1 — приводной барабан; 2 — воронка; 3 — заслонка; 4 — коромысло весов; 5 — весовой
ролик; 6 — ведомый барабан; 7 — опорная призма; 8 — тензометрический датчик; 9 — передаточ-
ные звенья; 10 — электродвигатель; 11 — шнек
дозатора обычно устраивается с подвижной заслонкой (рис. 201, а), кото-
рая тем или иным способом связана с весовым коромыслом. Дозаторы
с регулированием скорости подачи материала обычно устраиваются одно-
ступенчатыми. У них в зависимости от давления транспортера на коро-
мысло весов регулируется скорость движения его ленты. Двухступенчатые
Дозаторы устраивают с регулированием площади сечения потока мате-
риала на транспортере, которое осуществляют путем изменения скорости
поступления его через подающий механизм — шнек или вибратор. Послед-
ние при помощи электрических, а часто и механических передаточных
звеньев связаны с весовым коромыслом. При избыточном весе скорость
вращения шнека или интенсивность работы вибратора снижаются, а при
недостатке в весе повышаются.
Весовой транспортер может опираться на коромысло весов через
весовой ролик 5 или быть полностью подвешенным к весовому рычагу.
В первом случае на чувствительный элемент—ролик передается часть
веса несущей ветви транспортера, а во втором случае на весовой рычаг
передается весь вес транспортера. Системы с весовым роликом не обеспе-
чивают высокой точности взвешивания ввиду того, что длина участка
ленты, воспринимаемой роликом, непостоянна и зависит от величины
346 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИИ
прогиба ленты, ее упругости, высоты слоя и гранулометрии дозируемого
материала. Имеет место еще промежуточный случай, когда на чувстви-
тельный элемент передается половина или какая-либо постоянная часть
веса транспортера (рис. 201, б). Такие системы называют дозаторами с кон-
сольным весовым транспортером.
Взвешивание может быть механическим, где для этой цели служат
рычажные весы (рис. 201, а), и производимым различного рода электри-
ческими датчиками. Механическое взвешивание обладает инерцион-
ностью, и, кроме того, точность работы этой системы снижается из-за
того, что при этом меняется угол наклона транспортера, что особенно
имеет место в консольных конструкциях и в системах с чувствительным
роликом.
Взвешивание при помощи электрических датчиков безынерционно
и потому при хорошо отработанной конструкции датчика и отлаженной
системе вспомогательных электрических устройств (усилителей, регу-
ляторов и т. д.) может быть достигнута высокая точность взвешивания.
Электрические датчики могут быть тензометрическими и индуктив-
ными.
Схема двухступенчатого дозатора непрерывного действия с тензо-
метрическими весами представлена на рис. 201, б. Здесь сила тяжести
весового транспортера распределяется между опорной призмой 7 и приз-
мой тензометрического датчика 8. Материал из воронки 2 подается на транс-
портер шнековым устройством 11, которое приводится в действие электро-
двигателем постоянного тока 10. Лента транспортера движется с постоян-
ной скоростью. При изменении веса материала соответственно меняются и
обороты шнекового устройства. Для этого тензодатчиком регулируется
сила тока в обмотке возбуждения электродвигателя.
Изменение дозы материала в случае дозаторов как циклического,
так и непрерывного действия может производиться дистанционно путем
введения в систему дополнительных устройств. При дистанционном управ-
лении груз на коромысле весов перемещают при помощи следящей системы
или действие груза заменяют силой электромагнита. Для нагружения коро-
мысла весов применяют также аппараты, использующие давление сжатого
воздуха, или гидравлические устройства.
Полностью автоматизированные бетонные заводы с программным упра-
влением обычно работают по следующей технологической схеме. Соста-
вляющие бетона — песок и щебень — поступают в закрытый склад тран-
шейного типа, а цемент — в склад силосного типа. Песок и щебень разных
фракций поочередно подаются на транспортер, который распределяет их
по бункерам. Подача этих материалов автоматизируется. С этой целью
в каждом бункере устанавливаются указатели уровня. По наполнении
бункера подается сигнал, и транспортер переключается на подачу другого
сорта материала уже в следующий бункер. Одновременно в соответству-
ющее положение устанавливается поворотная воронка. Степень наполне-
ния бункеров постоянно автоматически контролируется. Аналогичным
образом производится подача цемента. Песок и щебень дозируются автома-
тическими дозаторами непрерывного действия. Отдозированные материалы
направляются в бетоносмеситель непрерывного действия, а оттуда через
скопной бункер — в автомобиль-самосвал, который автоматически взве-
шивается. По его наполнении до заданного веса подача смеси прекращается
и автомобиль получает сигнал на выезд. - л .
Требуемый состав смеси кодируется перфорированием на специальном
карточке, которая закладывается в программное устройство, которое
дистанционно управляет дозаторами. ; '
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЦЕМЕНТНОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 347
Стационарные, а в некоторых случаях и полустационарные бетонные
заводы часто переводятся на круглогодичную работу. Для этих целей
завод должен быть приспособлен для работы в зимнее время.
Зимняя работа бетонного завода осложнена тем, что ввиду низкой
температуры воздуха, если не принять к тому надлежащих мер, на складах
смерзаются составляющие бетона — песок и щебень. Кроме того, переме-
шивание сухой смеси с водой в бетономешалке становится практически
невозможным. Для того чтобы обеспечить работу завода в зимних усло-
виях, предпринимается ряд мер:
1) производится предварительный подогрев воды до температуры
80 -95 С, а при необходимости и минеральных составляющих бетона
до температуры 40—60е С;
2) в качестве добавок к бетону применяются растворы солей (хлори-
стого натрия или хлористого кальция);
Рис. 202. Схемы обогрева минеральных составляющих бетона: а — на
складе дымовыми газами; б — в установке для подогрева песка
3) бетоносмесительные установки утепляются специальными щитами,
а внутри башни завода устанавливаются водяное или калориферное ото-
пление;
4) утепляются водопроводная и паропроводные системы завода и т. п.
В некоторых случаях в зимнее время завод переходит на приготовле-
ние так называемого холодного бетона, т. е. бетона с повышенным содержа-
нием солей. Этот бетон приготовляется на неутепленных автоматизирован-
ных заводах или установках с обязательным местным электрообогревом
всех электровоздушных клапанов.
Во всех случаях рекомендуется производить отопление траншей,
в которых размещены ленточные транспортеры. Для того чтобы снова
разделить смерзшиеся мелкие фракции щебня и песка, их рекомендуется
пропускать через виброгрохот.
Оттаивание и подогрев щебня и песка может производиться на складе
закрытым паром, т. е. так называемым сухим способом при помощи уло-
женных на площадке по бокам транспортерной траншеи и под ней плоских
и объемных вертикальных регистров; при этом регистры устанавливаются
попарно с шагом в 1 м. Давление пара в регистрах составляет 2,5—3 кГ/см2.
Здесь тепло пара передается обогреваемому материалу через стенку трубы.
Затем тепло распространяется ввиду теплопроводности минеральных
частиц и воздуха. Длина участка обогрева определяется производитель-
ностью завода. Опыт показывает, что за 15—20 ч каменный материал и
песок прогреваются в слое высотой 2—3 м над регистрами. Штабели
материалов для уменьшения теплоотдачи сверху должны быть прикрыты
брезентом или щитами.
Применяется также прогрев материала продувкой через него дымовых
газов (рис. 202, а). При этом материал складируется на складе полубун-
348
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
керного типа, который снабжен транспортерной траншеей. Дымовые газы,
смешанные с воздухом, при температуре 200—250е из специальной топки
нагнетаются вентилятором в расположенный вдоль бункера раздаточный
короб 1, из которого они проходят сквозь толщу материала, подогревают
его и выходят в атмосферу. Здесь может быть налажена циркуляция дымо-
вых газов. Для этого в нижних частях стенок бункера прокладываются
всасывающие короба 2.
Опыт применения различных способов обогрева показал, что при
производительности завода, равной 100 м3!сутки, требуется иметь длину
склада при обогреве дымовыми газами около 20 м, а при обогреве паровыми
регистрами — около 30 м. Коэффициенты полезного действия здесь близки
соответственно 0,7 и 0,5. Таким образом, обогрев дымовыми газами, с точки
зрения тепловых затрат, оказывается более выгодным.
Составляющие бетона и особенно песок могут обогреваться в выпу-
скаемых для этой цели промышленностью сушильных барабанах
(рис. 202, б). Здесь ковшовым элеватором 6 материал подается в сушильный
барабан 4. С противоположной стороны расположена топка 3. Дымовые
газы удаляются в расположенную на противоположной стороне барабана
дымовую коробку 5. Таким образом, нагрев и сушка материалов здесь
устроены на принципе противотока. Производительность такой установки
в случае нагрева песка составляет 35—50 м31ч. Нагрев материалов в таких
установках как по производительности, так и по расходу топлива является
более эффективным, чем в случае нагрева их непосредственно на складе.
Для определения расхода топлива и затрат, необходимых для нагрева
различных материалов, надо подсчитать потребное для этой цели коли-
чество тепла. Часовой расход тепла на нагрев воды найдется по формуле
Qe = Ace(/K— tH) V = 103 (tK — t4)V ккал, (VIII.14)
где А — плотность воды; А = 1000 кГ/м3-,
св —удельная теплоемкость воды; св = 1 кал!кГ -град-,
V — объем нагреваемой воды в м31ч\
tK и tH — соответственно конечная и начальная температура воды.
Часовой расход тепла на нагрев мерзлых каменных материалов или
песка определится из выражения
Q3 = V63 [с3 (tK — tH) ia (0,5/M 80 + ^)], (VIII. 15) !
где V — объем подогреваемого материала в ,и:!; ;
6Э — плотность сухого заполнителя в кГ!м3-, ; ?
с3 — удельная теплоемкость заполнителя в ккал!кГ -град\
i3 — относительная весовая влажность заполнителя в %;
0,5 — удельная теплоемкость льда в ккал/кГ\ }
80 — скрытая теплота плавления льда в ккал!кГ.
Надо также найти необходимую поверхность нагрева. При обогрев?(
воды и каменных материалов горячими газами эта поверхность опреде- ,
ляется выражением ,
»’
где Q — часовой расход тепла, определяемый по формулам (VIII.14) и
(VIII.15);
k — коэффициент теплопередачи нагревательного прибора ‘
в ккал/м~ ч град, значения которого приведены в табл. 32;' }
tr — температура теплоносителя пара или дымового газа; ' t
tM — средняя температура нагреваемых материалов.
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЦЕМЕНТНОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 349
Расход топлива (в кГ) на нагрев материалов найдется по формуле
где е — теплотворная способность топлива в ккал/кГ',
т] — к. п. д. нагревательного устройства (см. табл. 32).
Таблица 32
Значения коэффициентов теплопередачи и к. п. д. нагревательных устройств
Нагревательное устройство k, ккал/м2 -ч- град п
Паровые регистры (глухие) 1200 0,5
Радиаторы паровые с давлением 1—3 кГ/см- 2200 —
Калориферы огневые с гладкими стальными трубами 6100 0,5
Огневые жаровни (раздаточные короба) .... 2300 0,7
Дальнейшее совершенствование бетонных заводов направлено на.
развитие автоматизации их работы. При этом совершенствуются агрегаты
программного управления технологическим процессом. Основное внимание
уделяется заводам непрерывного действия как наиболее производительным.
Здесь надлежит еще повысить точность дозировки с тем, чтобы обеспечить
постоянство состава бетона, а при необходимости — быстрое изменение
этого состава. Ведется работа также и по совершенствованию как кон-
струкции отдельных агрегатов, так и всего завода с тем, чтобы обеспечить
бесперебойный круглогодичный выпуск бетона.
§ 48. МАШИНЫ ДЛЯ ЛИНЕЙНЫХ РАБОТ
Современный способ постройки цементнобетонных покрытий включает
операции по подготовке основания, установку рельс-форм, укладку бетон-
ной смеси на основание, распределение и уплотнение бетонной смеси,
отделку поверхности покрытия, устройство швов расширения и сжатия,
заполнение их мастикой и операции по уходу за свежеуложенным бетоном.
Технологический процесс выполняется поточным способом с помощью
комплекта основных машин, в который входят: профилировщик основа-
ний, распределитель бетонной смеси, бетоноотделочная машина и нарезчик
температурных швов. Кроме этого, при полной механизации используется
ряд вспомогательных машин для подготовительных и заключительных
операций строительства покрытия. К ним относятся: бульдозеры или авто-
грейдеры, автосамосвалы или автобетономешалки, дорожные бетоно-
мешалки', автоцистерны, передвижные тенты, механизмы для очистки и
заливки швов, розлива эмульсии, комплект рельс-форм, машины для
транспортирования оборудования, для укладки рельс-форм.
Общая схема процесса постройки цементнобетонного покрытия изо-
бражена на рис. 203. В каждом отдельном случае состав машин выбирается
в зависимости от технологического процесса, способа производства работ
и конструкции машин основного комплекта. Существенную роль при этом
имеет технологический процесс приготовления и транспортирования бетон-
ной смеси, конструкция основания и самого покрытия (применение
350
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
армированных покрытий, а также покрытия с предварительным напря-
жением). В этом случае в комплект входят дополнительные машины
для раскладки и предварительного напряжения арматуры.
Имеются конструкции машин, выполняющих две или несколько
операций одновременно. Так, например, бетоноотделочная машина на
Рис. 203. Общая схема процесса строительства цементнобетонного покрытия:
1,8 — самосвал; 2 — бульдозер; 3 — уплотняющая машина; 4, 13— автомобильный кран;
5 — поливочная машина; 6 — профилировочная машина; 7 — распределитель бетонной
смеси; 9 —бетоноотделочная машина; 10 — нарезчик швов; 11 — тент; 12 — машина для
розлива эмульсии
машинами на рельсовом
f 2
Рис. 204, Рельс-форма:
1 — стальной листовой фасон-
ный лист; 2 — узкоколейный
рельс; 3 — удерживающий
штырь; 4 — опорная коробка
гусеничном ходу выполняет функции распределения, уплотнения и от- яВ
делки покрытия. При этом отпадает необходимость в рельс-формах и jK
машинах для их укладки и транспортирования. Дорожная бетономешалка яв
на гусеничном ходу выполняет функции приготовления и укладки бетон- в
ной смеси. 'ЯВ
Современные комплекты основных машин являются самоходными «К
или гусеничном ходу. Имеются также маши- ..ди
ны на колесном ходу, прицепные или пере- S
мещаемые вручную. Все основные машины
обычно имеют регулировку ширины укла- •
дываемой полосы. Управление рабочими орга- Ж
нами — механическое или гидравлическое. Я
Отечественная промышленность выпускает ЯК
комплект машин на рельсовом ходу, состоя- 'Ж
щий из профилировщика оснований, распре- ®
делителя бетона, бетоноотделочной машины, Ж
нарезчика швов и комплекта рельс-форм. Я
Рельс-формы являются основанием, по ко- .ж
торому перемещаются машины основного ком- 'Ж
плекта, а также служат опалубкой для уклады- зи
ваемой бетонной смеси. Они собираются Из »
звеньев длиной по 4 м. Поперечное сечение Ц
рельс-формы изображено на рис. 204. Ж
С помощью автокранов производится рас- ,Ц
кладка рельс-форм вдоль полосы строящегося
покрытия. Подготовка основания и точная установка рельс-форм — весьма
трудоемкая операция, от качества выполнения которой полностью зависит >g
ровность покрытия. Машина для установки рельс-форм (рис. 205) пол-
ностью механизирует этот трудоемкий процесс. Она производит планй-
ровку песчаного подстилающего слоя, уплотняет подстилающий слой, Ж
укладывает и стыкует звенья и закрепляет их металлическими ш4Й- Ж
рями.
Профилировочные машины служат для разработки корыта в целинном
грунте и профилирования его подошвы, разравнивания и уплотнения на-
сыпного подстилающего слоя, а также могут быть использованы для прЬ-
филирования стабилизированного основания.
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЦЕМЕНТНОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
351
По типу рабочего органа различают фрезерные и ножевые профили-
ровщики на пневмоколесном или гусеничном ходу. Ножевые профили-
ровщики снабжаются уплотняющим вибрационным брусом.
Рис. 205. Машина для установки рельс-форм:
/ — механизм вертикального подъема; 2 — планировщик-виброуплотнитель; <3 — устано-
вочная балка; 4 — механизм привода каретки; 5 — электромолоток; 6 — оптический ме-
ханизм, 7 — подвижная опора; 8 — кран; 9 — каретка крана; 10 — механизм горизон-
тального перемещения
Принципиальные схемы профилировочных машин представлены на
рис. 206. Рабочим органом профилировщика ножевого типа является отвал
с профилирующим ножом. При движении машины производится срезание
и частичное перераспределение
грунта. Механизм подъема и
опускания отвала позволяет
регулировать величину заглуб-
ления. Максимальное заглубле-
ние от поверхности, рельс-
формы 500 мм.
В профилировочной ма-
шине Д-239 рабочим органом
является фрезерный барабан и
подгребальные ножи. Грунт,
вырезанный ножами, отбрасы-
вается по профилирующему
ножу на горизонтальный ло-
ток скребкового транспортера.
Подъемом и опусканием рамы
регулируется глубина резания
грунта.
Выбор параметров и расчет
профилирующих машин прово-
дится аналогично землеройным
машинам.
Конструкция и расчет
укладчиков цементнобетонной
Рис. 206. Принципиальные схемы профилиро-
вочных машин: а — ножевой; б — фрезерной:
1 — отвал с профилирующим ножом; 2 — уплот-
няющий вибробрус; 3 — ходовые катки; 4 — рельс-
формы; 5 — передние балансирные тележки; 6 —
фрезерный барабан; 7 — наклонные профилирую-
щие ножи; 8 — горизонтальный скребковый транс-
портер; 9 — задние балансирные тележки
смеси и бетоноотделочных машин даны в следующем разделе.
Нарезчики швов служат для создания продольных и поперечных швов
в монолитном покрытии с целью предупреждения образования в нем тре-
щин, связанных с температурными деформациями покрытия в процессе
твердения бетона и эксплуатации покрытия.
353
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Нарезание шва может производиться как в свежеуложенном бетоне
до момента начала его схватывания, так и в затвердевшем бетоне через
8—12 ч после укладки.
В качестве рабочего органа нарезчика шва в свежеуложенном бетоне
используется плоский или дисковый вибронож, вибрационный сошнико-
вый нож и полосовой конический вибронож. Виброножи применяются для
нарезки поперечных швов, вибродиски — для создания продольных
швов. Однакр этими рабочими органами не удается получить высокого
стабильного качества кромки шва. В процессе работы необходима ручная
доводка кромок шва.
Нарезка швов в за-
твердевшем бетоне произ-
водится специальными ма-
шинами, оборудованными
дисками. В качестве абра-
зивного материала исполь-
зуют электрокорунд, кар-
бид кремния и техни-
ческий алмаз. Процесс
образования шва основан
на принципе резания бе-
тона абразивным кругом.
При ширине шва 8~10мм
скорость нарезки одним
кругом достигает 15 м!ч.
Для увеличения произво-
дительности на машине
устанавливают до 16 абра-
зивных дисков, произво-
дительность при этом до-
стигает 500 м в смену.
На рис. 207 представ-
лен общий вид однодиско-
5
Рис. 207. Однодисковый нарезчик швов в затвердев-
шем бетоне:
] — абразивный диск; 2 — кожух; 3 — центробежный
насос; 4 — электродвигатель: 5 — штурвал ручного меха-
низма передвижения; 6' — рычаг подъема и опускания
диска
вого нарезчика швов в затвердевшем бетоне. Привод диска осущест-
вляется от электродвигателя через клиноременную передачу. Для охлаж-
дения рабочего органа установлен центробежный насос, который подает
воду под кожух диска.
Комплект машин снабжается оборудованием для заполнения швов
специальной мастикой. Заливщик швов производит подогрев, перемеши-
вание и распределение мастики вдоль шва через раздаточную трубу с насад-
кой. Заливщик швов выполняется в виде ручной тележки на обрезиненных
колесах, в некоторых случаях он является дополнительным оборудова-
нием нарезчиков швов.
Для предохранения свежеуложенного бетона от высыхания и рас-
трескивания на его поверхность наносят влагонепроницаемую пленку
этиленового лака, битумной эмульсии или другой жидкости. Распредели-
тель пленкообразующих жидкостей выполняется в виде дополнительного
оборудования на нарезчике швов в свежеуложенном бетоне или в виде
специальной машины, входящей в комплект бетоноукладочных машин.
Укладчики цементнобетонной смеси. Распределители цементнобетона
служат для приема бетонной смеси из транспортирующих средств и
укладки ее по дорожному основанию слоем заданной толщины.
По принципу действия распределители-бетоноукладчики делятся на
машины непрерывного и периодического действия. Основным преимуще-
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЦЕМЕНТНОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 353
ством укладчиков непрерывного действия является их высокая произво-
дительность. Однако они требуют более четкой организации работ по
доставке и предварительному распределению смеси перед распределите-
лем. Достоинством укладчиков периодического действия является простая
организация работ и высокая точность регулирования толщины уклады-
ваемого слоя.
Бетоноукладчики выполняются, как правило, самоходными.
В зависимости от условий работы на распределителях устанавливаются
гладкие одно- или двухребордные сменные приводные колеса.
Рис. 208. Бункерный распределитель с низкорасположенным распределительным
ковшом
По типу рабочего органа все укладчики делятся на бункерные, шне-
ковые, лопастные и ковшовые. Бункерные распределители являются ма-
шинами периодического действия, а шнековые, лопастные и ковшовые —
непрерывного действия.
Рабочим органом бункерного распределителя (рис. 208) является
бункер, при перемещении которого бетон через разгрузочное отверстие
вытекает на подготовленное основание и распределяется нижней кромкой
бункера. Эта операция производится во время стоянки машины. Для
укладки следующей поперечной полосы машина передвигается вперед
и процесс повторяется.
По принципу загрузки смеси в распределительный бункер различают
распределители с непосредственной загрузкой смеси в бункер (рис. 209, а
и б) и с загрузкой через специальный загрузочный ковш, который может
принимать смесь как с полотна дороги, так и с обочины (рис. 209, в).
Для регулировки толщины распределяемого слоя бункер снабжается
механизмом подъема. Емкость и размеры бункера выбираются из условия
приема порции смеси из самосвалов или других загрузочных средств
(ковш дорожной бетономешалки, бадья и т. п.).
Бункерные укладчики с непосредственной загрузкой из самосвалов
с боковой разгрузкой (рис. 209, б) имеют низко расположенный распреде-
лительный бункер, длина которого должна быть больше длины кузова
самосвала.
Бункерные укладчики с загрузочным ковшом (рис. 209, в) могут
принимать смесь из обычных самосвалов с задней разгрузкой. Перегрузов-
354 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
ный ковш может быть расположен как в передней части укладчика, так
и сбоку. Распределительный бункер может быть с затвором или бездонным.
Бункеры с низким расположением, предназначенные для приема бетонной
смеси из самосвалов с боковой разгрузкой, обычно выполняются бездон-
ными. Корпус бункера имеет поперечные диафрагмы для повышения его
прочности и жесткости.
Рабочим органом шнекового распределителя (рис. 209, г) являются
шпеки, расположенные в передней части машины. При равномерном дви-
жении машины вперед вращающиеся шнеки разравнивают бетонную смесь
предварительно выгруженную из транспортных средств на дорожное
основание. Непосредственно за шнеками расположена профилирующая
заслонка, которая срезает избыток бетонной смеси и придает уложенному
слою соответствующий поперечный профиль. Кроме того, она создает
Рис. 209. Принципиальные схемы бетоноукладочных машин на рельсовом ходу: а и б —
бункерные укладчики с непосредственной загрузкой; в — бункерный укладчик с загру-
зочным ковшом; г — шнековый бетоноукладчик; д — лопастной и ковшовый укладчик;
/ — рельс-формы; 2 — рама укладчика; 3 — распределительный бункер; 4 — загрузочный
ковш; 5 — шнеки; 6 — распределительная лопасть; 7 — разравнивающий ковш; 8 — уплотняющий
брус; 9 — профилирующая заслонка
подпор смеси, что позволяет реализовать усилие, необходимое для пере-
мещения бетона шнеком поперек укладываемой полосы. Дополнительное
перемешивание бетонной смеси шнеками повышает качество покрытия.
Регулирование толщины слоя производится подъемом и опусканием
шнеков. Механизмом подъема шнеков также регулируется и поперечный
профиль будущего покрытия. Реверсирование вращения шнеков и неза-
висимый привод каждого шнека позволяют равномерно распределять
материал по всей ширине покрытия.
В лопастных распределителях (рис. 209, д) рабочий орган представ-
ляет собой плоскую или изогнутую лопасть 6 или ковш 7. Совершая воз-
вратно-поступательное движение поперек полосы, рабочий орган разрав-
нивает смесь, предварительно уложенную на основание покрытия. Лопасть
имеет независимый привод поворота и в любой точке может изменить угол
наклона. Специальное устройство поворачивает лопасть в крайних поло-
жениях таким образом, что устраняется скопление бетонной смеси у рельс-
форм. Правильное сочетание скоростей перемещения всей машины и рабо-
чего органа позволяет получить гладкую поверхность требуемого про-
филя.
Шнековые и лопастные укладчики часто снабжаются вибрационным
брусом для предварительного уплотнения уложенной бетонной смеси.
Распределители можно разделить на машины с постоянной или пере-
менной шириной распределения. Изменение ширины распределяемого
слоя производится регулированием ширины рамы. Для этой цели в раме
машины предусматриваются сменные вставки различной длины. Иногда
поперечные балки рамы устраиваются телескопическими. Регулирование
ширины укладываемого слоя особенно необходимо при строительстве бетон-
ных покрытий в городских условиях.
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЦЕМЕНТНОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 355
При укладке покрытий большой ширины необходимо придавать по-
верхности покрытия двухскатный, односкатный или плоский профиль.
Получение различного профиля обеспечивается углом наклона рельсов
распределительного бункера или соответствующей конфигурацией профи-
лирующей заслонки или шнека. Односкатный профиль достигается уста-
новкой рельс-форм на различных уровнях.
В качестве привода рабочих органов, механизмов управления и пере-
движения используются двигатели внутреннего сгорания. Для улучшения
ходовых качеств все ходовые колеса являются приводными.
В бункерных распределителях (рис. 210, а) смесь вытекает из бункера
и распределяется его нижней кромкой. Усилие, необходимое для переме-
щения распределительного бункера, складывается из сопротивления пере-
резания столба смеси, сопротивления, связанного с перемещением бункера
Рис. 210. Принципиальная схема рабочего процесса укладчика:
а — бункерного; б — шнекового
по рельсам, и инерционного сопротивления, развивающегося при трогании
бункера с места.
Сопротивление перерезания столба бетонной смеси
= kb кГ, (VIII. 17)
где k — удельное сопротивление перерезания призмы материала, вытека-
ющего из выпускного окна бункера; для цементнобетонной смеси
k = 600 ч-900 кПм и зависит от свойств распределяемой смеси
и конструкции бункера;
Ь — ширина срезаемой призмы в м.
Сопротивление перемещению бункера по рельсам
= (G6uH + GCM) / кГ, (VIII. 18)
где G6i/H — вес бункера в кГ,
GCM — вес бетонной смеси в бункере в кГ;
,.f — приведенный коэффициент сопротивления перемещению бун-
кера по рельсам; f = 0,05.
Сопротивление сил инерции при трогании с места может быть найдено
по формуле
IV3 = Сбун±всм ив кГ^ (VIII. 19)
S tp
где g — ускорение силы тяжести в м/сек2-,
v6 — скорость передвижения бункера в м/сек',
tp — время разгона; tp = 0,5 ч-1,5 сек.
356
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Суммарное сопротивление перемещению бункера V
№б = + Г3. (VIII.20) J
Мощность привода механизма перемещения -
N° = l^~Kem' (VIII.21)
ivzr|o
где т|0- — к. п. д. механизма привода перемещения бункера.
Сопротивление, необходимое для перемещения самого распределителя,
складывается из сопротивления передвижению всей машины с учетом
преодоления уклона и сопротивления сил инерции при трогании с места.
Сопротивление передвижению всей .машины с учетом преодоления
уклона
= (G.„ -г GCM) (/„, + i) кГ, (V 111.22)
где GM — вес машины в кГ;
fM — коэффициент сопротивления перемещению машины; при движе- ~
нии машины по рельс-формам fM 0,05; £
i — продольный уклон; i = 0,05. s
Сопротивление сил инерции всей машины при трогании с места
определяется по формуле, аналогичной (VIII.19).
Общее сопротивление передвижению распределителя
W = 4-
Транспортная скорость машины, как правило, выше рабочей. В боль-
шинстве случаев она большого значения не имеет, поэтому мощность дви-
гателя здесь следует выбирать таким образом, чтобы обеспечивать выполне-
ние рабочих операций, т. е.
Nd = N5. (VIII.23)
По этой мощности и может быть определена транспортная скорость
машины. Однако в некоторых случаях, например при устройстве цементно-
бетонных дорожных покрытий, по условиям работы загрузка бетона
в укладчик может производиться на некотором расстоянии от места рас-
пределения. Поэтому для повышения производительности транспортная
скорость задается и по ней выбирается мощность двигателя.
В этом случае мощность, необходимая для перемещения распредели-
теля,
= тйг- квт> <V1IL24>
1 vZ 11 -Гр
где vmp — транспортная скорость машины в м/сек;
Пмр — к. п. д. транспортной передачи привода.
Тогда мощность двигателя бункерного распределителя выбирается
из условия
NTp<Kd>Ks. (VIII.25)
Мощность двигателя бункерного распределителя с загрузочным ков-
шом выбирается из условия одновременного выполнения операций пере-
мещения распределительного бункера и подъема загрузочного ковша,
заполненного бетонной смесью. Максимальная мощность, расходуемая
на подъем загрузочного ковша, возникает в момент его опрокидывания
и равна
N» = ~^Kem’ (VIII.26)
1UZ Г]п
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЦЕМЕНТНОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 357
где Sn — максимальное усилие в канатах подъема перегрузочного ковша
в кГ\
vn — скорость подъема ковша в ж/сек;
— к. п. д. трансмиссии механизма подъема ковша.
В машинах с профилирующим брусом (рис. 210, б) распределение
осуществляется перемещением призмы смеси самим рабочим органом по
ходу машины и в поперечном направлении с помощью шнека, лопасти или
ковша. Таким образом, при работе шнекового укладчика бетонная смесь,
находящаяся перед укладчиком, распределяется шнеком в поперечном
направлении. Окончательное профилирование покрытия осуществляется
профилирующими заслонками, которые перемещают перед собой призму
бетонной смеси.
Суммарное сопротивление передвижению шнекового укладчика скла-
дывается из сопротивления передвижению машины, двигающейся по рельс-
формам, сопротивления перемещению призмы бетонной смеси перед про-
филирующими заслонками и сопротивления, возникающего при распределе-
нии бетона шнеком.
Сопротивление перемещению машины найдется по формуле
- GM (/ ф кГ. (V1II.27)
При движении по рельс-формам / -= 0,05-:-0,08.
Сопротивление перемещению призмы бетонной смеси перед профили-
рующими заслонками
W: = G6emf6 кГ, (VIII.28)
где G6en — вес призмы бетонной смеси в кГ;
f6 — коэффициент внутреннего трения бетонной смеси; /б = 0,5ч-0,6.
Сопротивление перемещению бетонной смеси шнеком (рис. 210, б)
найдется по формуле
= (VIII.29)
о пш
где Glu — секундная весовая производительность шнека в кПсек\
пш — число оборотов шнека в минуту;
L — длина шнека в м;
S — шаг шнека в м.
Полное сопрстивление перемещению машины
W = We + Г7 + We кГ. (V1II.30)
При известном суммарном сопротивлении IF с помощью выражения
(VIII.24) легко может быть определена мощность двигателя укладчика,
идущая на его перемещение.
Мощность привода шнеков определяется производительностью и сум-
марной длиной перемещения материала, которые являются частью общей
производительности укладчика и ширины укладываемого слоя. Тогда
мощность привода шнека
= квт’ (VIII.31)
О/ и Г|ш
где Q — производительность распределителя в т!ч\
L — ширина полосы распределения в м;
а — коэффициент, учитывающий долю общей производительности
распределителя, перемещаемую непосредственно шнеком;
а < 1;
358 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ <о — коэффициент сопротивления движению; для бетонной смеси и липких абразивных материалов со = 4, гравия, песка, цемента со = ,3,2, асфальтобетонной смеси со = 5; Щ, — к. п. д. механизмов привода шнека. С другой стороны, при заданных параметрах шнека момент силы Ws
относительно оси шнека
М = г8гб, (VIII.32)
где гб — расстояние от оси шнека до центра тяжести перемещаемого объема бетонной смеси в л. Мощность, необходимая для привода шнека, м' Д1<о 2nGqLгq /\Ttii Nlu 102i;w 102St;w Кв,П’ (VIII.33)
где co — круговая скорость вращения шнека, <о = ^1,'се/с. (VIII.34) Ом Мощность двигателя шнекового распределителя Nd = NM + А'ш. (VIII.35) При движении лопасти ковшового (лопастного) укладчика мощность
затрачивается на преодоление сопротивлений поперечному перемещению
бетонной смеси, передвижению ковша (лопасти), установленного на спе-
циальной каретке, и передвижению самого укладчика.
Сопротивление поперечному перемещению бетонной смеси перед ков-
шом
Г0 = 85Vf6 кГ, (VIII.36)
где V — объем смеси перед лопастью или ковшом в м3; 6б — объемный вес смеси в кГм3. Сопротивление передвижению каретки с ковшом Г10 = (GK + Г9) (4 + /4) Р (VIII.37)
где G — вес каретки с ковшом в кГ;
р — коэффициент трения качения катков каретки по направляющим
ковшовой рамы; ц = 0,06-: 0,08 см;
D — диаметр ходовых колес каретки в см;
f — приведенный коэффициент трения подшипников катков; f = 0,05;
d — диаметр цапф ходовых катков каретки в см;
р — коэффициент, учитывающий внецентренное по отношению к опор-
ным каткам приложение внешних сил GK и IV9, перекосы, за-
грязнение и защемление в направляющих; |3 1,8 : 2,5.
Сопротивление передвижению самого укладчика определяется по
формуле (VIII.27).
По этим сопротивлениям определяется мощность двигателя ковшового
укладчика.
Производительность бункерных укладчиков с загрузочным ковшом
может быть найдена по формуле
П = --360°7 j T м3!ч, (VIII.38)
“Г *2 “Г *3 I М
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЦЕМЕНТНОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
359
а бункерных укладчиков с непосредственной загрузкой бункера
П = 36О29 - ,из/¥. (VIII.39)
Здесь Q — емкость бункера в >и3;
tx — время выгрузки бетонной смеси из транспортных средств в сек;
t, — время перегрузки смеси из ковша в бункер в сек;
Л, — время распределения смеси по одной полосе и возврата бун-
кера в исходное положение в сек;
/4 — время перехода укладчика на очередную позицию в сек.
Производительность укладчиков непрерывного действия определяется
по формуле
П = hBvpS k6 т!ч (VIII.40)
или
П = Bvnke мЧч,
где h — толщина укладываемого слоя в м;
В — ширина слоя в м;
vp — рабочая скорость укладчика в м/ч;
о — объемный вес бетонной смеси; 6 = 2,Од-2,2 т/м3-,
ke — коэффициент использования рабочего времени; ke = 0,7-ъ0,95.
Машины для отделки цементнобетонных покрытий. Бетоноотделоч-
ные машины предназначены для разравнивания, профилирования, уплот-
нения и отделки бетонной смеси при строительстве цементнобетонных по-
крытий. Бетоноотделочная машина входит в комплект машин по строи-
тельству бетонных дорог, аэродромов и промышленных площадок и следует
непосредственно за бетоноукладчиком.
В зависимости от типа бетоноотделочные машины могут обрабатывать
бетонную полосу шириной 2,5—9 м односкатного или двухскатного про-
филя и толщиной 15—30 см за один или несколько проходов. Для выполне-
ния основных рабочих операций бетоноотделочная машина снабжена рядом
рабочих органов.
В качестве разравнивающего органа используются лопастной вал,
шнек или плоский отвал, представляющий собой брус, совершающий гори-
зонтальные качательные движения большой амплитуды в направлении,
перпендикулярном движению машины. Уплотняющий орган может быть
выполнен в виде трамбующего бруса, трамбующих молотков или вибра-
ционного бруса. Широкое распространение получили вибрационные брусья,
особенно с вибраторами высокой частоты, что позволяет укладывать жест-
кие бетонные смеси.
Для окончательной отделки, т. е. для выравнивания и выглаживания
бетонной поверхности, используют выглаживающую ленту или брус, ко-
торым придают качательные движения в горизонтальной плоскости,
а также выглаживающие плиты с вертикальными высокочастотными коле-
баниями малой амплитуды.
По количеству рабочих органов бетоноотделочные машины можно
разделить на машины:
1) с одним рабочим органом, выполненным в виде вибрационного или
трамбующего бруса (рис. 211, а);
2) с двумя рабочими органами — уплотняющим и выглаживающим
брусьями (рис. 211, б);
3) с тремя рабочими органами — разравнивающим, уплотняющим и
выглаживающим брусьями (рис. 211, в).
360
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
4) с четырьмя и более рабочими органами. В этом случае отдель-.
ные операции сразу выполняются несколькими рабочими органами
(рис. 211, г).
В новейших машинах намечается тенденция к уменьшению количе-
ства рабочих органов и переход к выполнению одним рабочим органом
нескольких операций.
По ходовому оборудованию бетоноотделочные машины можно разде-
лить на колесные, передвигающиеся по рельс-формам, и гусеничные, кото-
рые перемещаются непосредственно по предварительно уплотненному осно-
Рис. 211. Схемы расположения и типы рабочих
органов бетоноотделочных машин:
ванию. Бетоноотделочные ма-
шины на гусеничном ходу за-
меняют ряд машин комплекта
на рельсовом ходу и при этом
не требуют большого ко-
личества рельс-форм и тру-
доемких работ, связанных
с их укладкой. Однако для
гусеничных отделочных ма-
шин не полностью решена
проблема укладки слоя с не-
обходимой ровностью покры-
тия. Регулирование продоль-
ного и поперечного уклона
покрытия здесь осуществ-
ляется с помощью специаль-
ной автоматической системы,
связанной с базовым устрой-
ством, в качестве которого
может быть предварительно
укладываемый на обочине
шаблон или натянутая стру-
на. При устройстве много-
/ — колесный ход; 2 — вибробрус; 3 — выглаживаю- ПОЛОСНОГО ПОКРЫТИЯ В КЭЧе-
ЩИЙ брус; 4 — разравнивающий брус; 5 — трамбую- г а
щий брус; б — выглаживающая лента СТВ6 КОПИрЗ М0Ж6Т ОЫТЬ ИС"
пользована первая полоса
покрытия.
Бетоноотделочные машины на гусеничном ходу даже при наличии
хорошо отлаженной автоматики требуют для своей работы ровного и доста-
точно жесткого основания. Поэтому эти машины дают высокую ровность
покрытия только в случаях, когда бетонное покрытие укладывается не
на слой песка, как обычно, а на хорошо уплотненное стабилизирован-
ное или гравийное основание.
Бетоноотделочные машины на рельсовом ходу передают на рельс-
формы как свой вес, так и возникающие при работе нагрузки, которые
бывают довольно значительными. Под действием нагрузок грунт под рельс-
формами деформируется в особенности около стыков, что ухудшает ров-
ность получаемого покрытия. Это в большей степени имеет место при
короткой базе машины. Поэтому для повышения ровности покрытия базу
следует удлинять. Размещение вибробруса по диагонали, т. е. под углом
к направлению движения, создает условия для получения более ровного
покрытия.
По конструкции рамы бетоноотделочные машины делятся на машины
с постоянной и переменной шириной укладываемой полосы. Регулирова-
ние осуществляется с помощью телескопической рамы или вставок. Воз-
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЦЕМЕНТНОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
361
можность изменения ширины укладываемой полосы имеет важное значе-
ние при строительстве городских дорог.
По способу перемещения эти машины разделяют на самоходные и не-
самоходные, перемещаемые с помощью ручного привода. Ручной привод
используется только в легких машинах с одним рабочим органом и широ-
кого распространения не получил.
На рис. 212 представлен общий вид бетоноотделочной вибромашины
с тремя рабочими органами. В качестве разравнивающего органа исполь-
Рис. 212. Вибрационная бетоноотделочная машина:
/ — двигатель внутреннего сгорания; 2 — лопастной вал; 3 — выглаживающий брус; 4 —
уплотняющий вибрационный брус
зован лопастной вал 2, подвешенный к основной раме на рычагах, позво-
ляющих регулировать толщину бетонной смеси. Уплотняющий орган вы-
полнен в виде сменного вибрационного бруса 4.
Выглаживающий орган 3 выполнен в виде вибрационного бруса, кото-
рый кроме вибрационных движений совершает еще поперечные колебания
с приводом от специального кривошипно-шатунного механизма.
Привод всех механизмов осуществляется от двигателя внутреннего
сгорай'ия 1. Вибраторы выглаживающего бруса приводятся в движение
асинхронным электродвигателем, питание которого осуществляется от
специального генератора.
Основным рабочим органом бетоноотделочной машины является вибро-
брус. Он расположен в средней части бетоноотделочной машины. Попереч-
ный разрез бруса с подвеской показан на рис. 213. На верхней плоскости
металлоконструкции рамы установлены вибраторы 4 и опоры приводных
валов. По краям бруса располагается механизм упругой подвески, со-
стоящий из 20 резиновых амортизаторов 6. Вибробрус к раме машины
362
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
подвешивается с помощью наклонной тяги 3, шарнира 2 и вертикальной
тяги 5. Тяга 3 верхним своим концом с помощью цапфы крепится на основ-
ной раме машины и служит для восприятия горизонтальных внешних
сил, действующих на вибробрус.
Корпус вибробруса 1 представляет собой металлоконструкцию, со-
стоящую из двух продольных швеллеров, верхних и нижних листов и де-
ревянной обшивки по бокам.
Через шарнир 2 подвеска бруса соединена с кривошипно-шатунным
механизмом вертикальных качаний бруса, которые создают дополнительное
Рис. 213. Вибробрус с подвеской:
1 — корпус вибробруса; 2 — шарнир; 3 — наклонная тяга; 4 — вибратор;
5 — вертикальная тяга; 6 — виброизолятор
уплотняющее воздействие на бетонную смесь и кроме того облегчают на-
ползание бруса на призму бетонной смеси.
Тяга 5 служит для подъема и опускания бруса. Привод механизма
подъема выполнен в виде рычажно-винтового механизма с ручным управле-
нием.
Привод вибраторов осуществляется через двухступенчатую клиноре-
менную передачу, позволяющую изменять положение бруса по высоте;
Минимальная ширина бруса Ьт10 из условия равномерного уплотне-
ния слоя по всей глубине должна быть больше толщины слоя б
6mln > б. (VIII.41)
Поступательная скорость машины зависит от технологической схемы
производства работ и параметров вибробруса. При уплотнении бетонной
смеси за один проход и выбранной ширине бруса b поступательная скорость
может быть определена из условия минимально необходимого времени
вибрирования t
v = (VIII. 42)
Поставленные исследования и многолетний опыт применения бетоно-
отделочных машин показывает, что при имеющих место в современных
машинах удельных статических давлениях для окончательного уплот-
нения необходимо, чтобы время вибрирования было не менее 15 сек при
уплотнении пластичных бетонов и 15—30 сек при уплотнении жестких
бетонов.
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЦЕМЕНТНОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 363
В некоторых конструкциях бетоноотделочных машин вибрация рабо-
чим органам сообщается от нескольких электромеханических дебаланс-
ных виброэлементов. В этом случае всегда необходимо иметь синхронную
работу этих виброэлементов. В большинстве случаев синхронизация обес-
печивается наличием жесткой кинематической связи между отдельными
виброэлементами.
Жесткость брусьев бетоноотделочных машин оказывает существенное
влияние на характер распределения колебаний бруса по длине. По данным
В. Г. Клементьева и М. И. Эстрина за норму жесткости можно принять
стрелу прогиба, образующуюся под действием собственного веса. При рас-
чете этот брус рассматривается как балка на двух опорах. Допустимый
прогиб здесь равен:
у = 0,0001L,
где L — длина бруса.
На равномерность распределения амплитуды по длине бруса большое
влияние оказывает размещение вибраторов. Расстояние между вибрато-
рами, по рекомендации И. И. Блехмана, может быть определено из выра-
жения
/ = 31/^4 см> (VIII.43)
где Е — модуль упругости материала бруса в кГ!см2-,
/ — момент инерции сечения бруса в см1-,
т — масса единицы длины бруса в кГ -секЧсм-см;
со — частота вынужденных колебаний в Мсек.
При этом имеет место неравномерность в распределении амплитуд коле-
баний, равная 25%.
При перемещении бетоноотделочной машины во время работы разви-
ваются следующие сопротивления.
1. Сопротивление движению машины как тележки
= GM (/'+ i) кГ, (VIII.44)
где G — общий вес машины; во время движения часть веса рабочих орга-
нов передается на бетон, однако при расчете этого можно не учи-
тывать;
f — коэффициент сопротивления движению: в случае гусеничного
хода f — 0,08-4-0,1, а при движении по рельс-формам f = 0,05;
i — наибольший продольный уклон покрытия; при расчете можно
принять i = 0,05.
2. Сопротивление от перемещения призмы бетонной смеси, скапли-
вающейся перед рабочими органами. Для машины с тремя рабочими
органами — разравнивающим, уплотняющим и выглаживающим брусьями
^2 = Wp + Vy + V,) кГ, (VIII.45)
где Vp, Vy, — объем призм перед рабочими органами в Л13;
60 — объемный вес бетонной смеси; <50 = (1,8-4-2,0) • 103 кГ/м3',
f2 — коэффициент внутреннего трения бетонной смеси;
/2 - 0,5-г-0,6.
Объем призмы может быть определен по формуле
(VIII.46)
где Н — высота призмы перед рабочим органом в м.
„ Н!- 3
V = м ’
364 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ для ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
3. Сопротивление от трения рабочих органов при их перемещении
по бетонной смеси
== (Gp -р Gy Ge) р2 кГ, (VI11.47)
где Gp, Gy, Gs — вес разравнивающего, уплотняющего и выглаживаю-
щего брусьев в кГ;
|д2 — коэффициент трения рабочегооргана по бетонной смеси'
р,2 = 0,5.
4. Инерционное сопротивление, возникающее при трогании машины
с места
= (VIII.48)
где v — скорость перемещения машины в м/сек;
tp — время разгона машины; t = 1,5 4-2 сек;
g — ускорение силы тяжести; g = 9,81 м/сек1.
Суммарное максимальное сопротивление перемещению
W = Гх + Г2 + Г3 + Г4. (VIII.49)
Развивающееся при движении тяговое усилие необходимо проверить
на возможность его реализации по условиям сцепления
где <рС£( — коэффициент сцепления колес с рельсом (ф = 0,25) или гусе-
ницы с дорожным основанием (ф„( = 0,4н-0,7);
GCn — сцепной вес машины, который при всех ведущих колесах равен
весу машины за вычетом той его части, которая передается ра-
бочими органами непосредственно бетонной смеси.
Мощность двигателя бетоноотделочной машины складывается из той
мощности, которая необходима для передвижения машины, и мощности
привода рабочих органов и вспомогательных механизмов.
Мощность, необходимая для передвижения машины,
= (VIII.50)
где v — максимальная рабочая скорость машины в м/сек;
г], — к. п. д. трансмиссии ходового механизма.
Для предварительных расчетов мощность привода вибробруса можно
определить по эмпирической формуле
Л'., ~ kF кет, (VIII.51)
где F — площадь вибробруса в м2;
k — коэффициент; k = 1,0л-1,3 квт/м\
Мощность привода трамбующего бруса определяется из условия пол-
ной передачи им энергии колебаний бетонному покрытию. В этом случае
потребляемая мощность равна мощности, расходуемой на подъем бруса и
на преодоление сопротивлений сил трения в цапфах привода,
= --тетчы1 'vnL52>
где G — вес бруса в кГ;
h — размах колебаний бруса в м;
Р — возмущающая сила возбудителя бруса в кГ;
f — коэффициент трения опор вибровала; f = 0,005-4-0,01;
d — диаметр цапфы возбудителя в м;
h — число колебаний бруса в минуту;
т]3 — к. п. д. привода.
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЦЕМЕНТНОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 365
Мощность привода поперечных горизонтальных колебаний рабочего
органа определяется теми сопротивлениями трения по лобовой поверхно-
сти и подошве, которые возникают при движении бруса как вдоль, так и
поперек укладываемой полосы. При движении самой машины перед рабо-
чим органом образуется призма, которая давит на рабочие органы с уси-
лием W2, определяемым по формуле (VIII.45). Сам рабочий орган давит на
укладываемую смесь силой собственного веса G, следовательно, суммар-
ная сила сопротивления поперечным качаниям
Wn = (W2 + G) р..3 кГ. (VIII.53)
Необходимо учесть также мощность, расходуемую на преодоление
инерционных сил, возникающих за счет неравномерности движения рабо-
чего органа. Эти потери могут быть учтены коэффициентом ku. Тогда сум-
марная мощность поперечных колебаний найдется по формуле
квт' (VIII. 54)
где % — частота поперечных колебаний в сек-
S — амплитуда поперечных колебаний в я;
р4 — к. п. д. привода механизмов.
Общая мощность привода найдется как сумма отдельных составля-
ющих с учетом мощности, идущей на привод вспомогательных механизмов
и механизмов системы управления,
N = + Ne + Ny,
где Ne — мощность привода вспомогательных механизмов; Ns = Зч-5 квт-,
Ny — мощность привода системы управления; при наличии системы
гидропривода Ny = 5ч-7 квт.
Производительность бетоноотделочной машины по отделке полосы
в случае, когда работа выполняется за один проход, может быть определена
по формулам:
П = 60 с ke м/ч 1
или I (VIII,55)
П = 60v„B8ks м3/ч, J
где vp — рабочая скорость машины в м1мин;
В — ширина обрабатываемого покрытия в м;
д — толщина покрытия в м;
ke — коэффициент использования времени; k„ = 0,80 чО,85.
При обработке покрытия за несколько проходов первый проход совер-
шается на минимальной скорости и1( последующие — на более высокой v2-
Время, необходимое для отделки участка длиной L, составит
где п — число повторных проходов;
vTp — транспортная скорость заднего хода в я/лпи;
£(1 — длина пути одного хода в м\
I-,, - - L - Ln + Lp.
Здесь Ln — длина участка перекрытия уплотненного покрытия; Ln ~ 1 л;
Lp — расстояние между первым и последним рабочими органами
в м.
366 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Общее число рабочих циклов в час
60
п ~ t ’
Производительность машины в этом случае
П = nLke м/ч 1
или „ з, f (VIII.56)
П = nLBf>ks м3‘Ч. J v ’
§ 49. ЗАбОДЫ И ПОЛИГОНЫ
ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Современное строительство характеризуется возведением всевозмож-
ных сооружений из сборных железобетонных конструкций заводского изго-
товления. По объему производства и применения сборного железобетона
Советский Союз значительно превзошел передовые капиталистические
страны.
Изготовление бетонных и железобетонных изделий состоит из следу-
ющих основных операций: 1) приготовления бетонной смеси; 2) изготовле-
ния арматуры (гнутых стержней, каркасов, проволочных пакетов, сеток);
3) армирования изделия; 4) формования изделия, т. е. укладки бетонной
смеси и ее уплотнения; 5) твердения бетонного изделия; 6) распалубки и
хранения готовой продукции.
Приготовление бетона и изготовление арматуры могут производиться
централизованно — на специальных крупных заводах товарного бетона
или арматуры. Неотъемлемой и основной частью производства на бетонных
и железобетонных заводах и полигонах являются операции по формова-
нию, армированию и твердению изделий.
Классификация заводов и полигонов. Существуют различные техно-
логические схемы изготовления сборных железобетонных изделий. Основ-
ными являются стендовая, поточно-агрегатная и конвейерная схемы. При
стендовой схеме изделие формуется и твердеет на стационарных постах,
а все материалы и механизмы перемещаются от одного изделия к другому.
Стендовая технология чаще применяется на заводах и полигонах малой
мощности с широкой номенклатурой изделий или при производстве круп-
ных деталей. Основным недостатком является низкий съем продукции с еди-
ницы площади и более низкий уровень механизации. К достоинствам отно-
сится возможность применения простого универсального оборудования.
При поточно-агрегатном способе формы с изделиями перемещаются
от поста к посту, на которых выполняются очередные производственные
операции. Продолжительность выполнения операций на отдельных постах
может быть различной. Стоимость первоначальных затрат на оборудование
относительно невелика, вследствие этого его можно легко переналадить на
другой вид изделий. Это определило широкое распространение такого
способа производства. Его недостатком является относительно невысокая
степень механизации и необходимость применения ручного труда.
Поточно-агрегатная технология предусматривает два способа изготов-
ления изделий: 1) формование изделий и их теплообработка с последующей
распалубкой; 2) формование изделий с немедленной распалубкой (изделие
остается на поддоне) и последующей теплообработкой. Последний способ
позволяет пользоваться одним комплектом бортовой оснастки, что дает
возможность снизить расход металла па изготовление форм.
Для крупносерийного стабильного выпуска однотипной продукции
ограниченного наименования на заводах большой мощности используется
конвейерный способ производства. Он характеризуется тем, что изделие
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЦЕМЕНТНОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 367
перемещается от поста к посту в принудительном ритме, который опреде-
ляется наиболее длительной операцией на одном из постов конвейера.
Для ускорения хода конвейера операции стараются расчленить так, чтобы
время их выполнения было примерно одинаковым. Достоинством заводов
с конвейерной технологией является высокий уровень механизации и авто-
матизации, а к недостаткам относятся большая металлоемкость, слож-
ность оборудования и трудность его переналадки на выпуск изделий дру-
гого типа.
В последнее время в нашей стране получил распространение способ
изготовления тонкостенных часторебристых железобетонных изделий мето-
дом непрерывного вибропроката на про-
катных станах конструкции Н. Я- Козлова.
Прокатная установка представляет собой по-
луавтоматическую линию непрерывного дей-
ствия, которая состоит из комплекта меха-
низмов и приспособлений, выполняющих
в определенной технологической последова-
тельности все операции по производству же-
лезобетонных изделий. Изделия выходят с
прокатной установки непрерывным потоком.
Все технологические процессы на установке
взаимосвязаны и подчинены единому ритму—
скорости движения формующей ленты.
Перспективным является также метод
виброштампования. Здесь изделие формуется
в неподвижной форме опускающимся виб-
роштампом (рис. 214).
Для усиления бетонных изделий, под-
вергающихся растяжению, применяется
стальная арматура. Для повышения сцепле-
Рис. 214. Схема устройства
виброштампа:
/ — пуансон: 2 — вибратор; 3 —
пригрузка; 4 — амортизатор; 5 —
матрица; 6 — готовое изделие
ния ее с бетоном применяют арматуру пери-
одического профиля, которая лучше сцепляется с бетоном, чем арма-
тура круглого профиля. Расход металла на 1 м3 изделий соста-
вляет от 40 до 200 кг. Эффективным методом повышения прочности
железобетона является применение предварительно напряженной арма-
туры. Здесь за счет натяжения арматуры в бетоне возникают напряжения
сжатия. При работе конструкции это повышает предел прочности бетона
на растяжение. Обычно величина предварительного натяжения арматуры
создается с таким расчетом, чтобы вызванное этим натяжением сжатие
бетона было в пределах 40—60 кГ/см2. Напряжение арматуры обычно про-
изводится еще до укладки бетона в форму.
Арматурная сталь, предназначенная для изготовления предвари-
тельно напряженных железобетонных изделий, поступает в виде прово-
локи диаметром до 14 мм, свернутой в бухты.
Величина натяжения арматуры не должна выходить за пределы упру-
гих реформаций стали. Поэтому напряжение в арматуре принимается не
более 90% от предела текучести для мягких сталей и 65% от предела
прочности при растяжении для твердых мало эластичных сталей, не име-
ющих выраженной площадки текучести.
Оборудование для изготовления и обработки арматуры. Это оборудо-
вание предназначено для очистки, резки, гибки, правки, сварки и упрочне-
ния арматурной стали.
Очистка арматуры от окалины и ржавчины производится или механи-
ческим путем (быстровращающимися щетками) или посредством травления
368
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
в ваннах с водным раствором соляной или серной кислоты с последующей
промывкой в воде и нейтрализацией в известковом растворе.
Правка и резка арматуры выполняется на правильно-отрезных стан-
ках-автоматах. На рис. 215 показана принципиальная схема такого станка.
Проволока с бухты протягивается с помощью вращающихся роликов через
правильный барабан, проходит между ножами дискового типа и поступает
в выходную часть станка. Конец проволоки, упираясь в кулачок отмери-
вающего устройства, включает ножи, которые отрезают пруток заданной
длины. Скорость резания ножей соответствует скорости вращения роликов,
благодаря чему обеспечивается непрерывная правка и резка проволоки.
Имеются также станки с периодической подачей проволоки, где резка
осуществляется ножами гильотинного типа. В момент резки проволока
Рис. 215. Принципиальная схема станка для правки и резки арматурной стали:
/ — бухта; 2 — барабан для правки; 3 — тянущие ролики: 4 — нажимной винт; 5 — вра-
щающиеся ножницы; 6 — направляющие приемного устройства; 7 — отмеривающее устройство;
8 — отрезанные стержни; 9 — электродвигатель привода подачи и резки; 10 — электродвигатель
правки
находится в неподвижном состоянии, а ролики пробуксовывают, что приво-
дит к их быстрому износу. Конструкция станков с непрерывной подачей
является более прогрессивной.
Производительность станков с дисковыми ножами составляет
Q = 60nDnqK т/ч, (VIII.57)
где D —диаметр тянущих роликов в м;
п — число оборотов тянущих роликов в об/мин-,
q — вес 1 пог. м арматурной стали в т\
к — коэффициент, учитывающий проскальзывание роликов (к =
= 0,95 -0,98).
Иногда прочностные показатели стали повышаются механическим
путем, поэтому на некоторых заводах арматурная сталь проходит стадию
упрочнения. Одним из способов упрочнения является вытягивание арма-
туры в холодном состоянии до появления в ней напряжения, несколько
превышающего предел текучести. В результате такой вытяжки на 3,5—
5,5% длины прутка сталь получает наклеп, ее предел текучести повы-
шается.
Упрочнение арматуры производится на станках Авакова путем скру-
чивания стержней на определенный угол. Для упрочнения путем растяже-
ния стержней большого диаметра (16—40 мм) предназначена установка
гидравлического типа 6597-е. Она имеет два спаренных гидродомкрата,
развивающих усилие до 90 пг при ходе 550 мм. Существуют также уста-
новки, в. которых вытягивание арматуры осуществляется механической
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЦЕМЕНТНОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 369
парой гайка — ходовой винт (рис. 216) Здесь вдоль винта необходимо
развить усилие
Р = FoKi кГ, (VIII.58)
где F — сечение прутка арматуры;
ок — напряжение в прутке, которое должно быть равно пределу теку-
чести или несколько его превосходить;
i — число одновременно вытягиваемых прутков.
Окружное усилие, действующее по гайке и отнесенное к диаметру
винта, найдется как
Г -- Р tg (а -|), (VIII.59)
где а — угол подъема винтовой линии;
Ф — угол трения пары винт—гайка.
1 — электродвигатель; 2 — редуктор; 3 — винт; 4 — гайка; 5 — арматур-
ный стержень; 6 — гидроцилиндр; 7 — поршень; 8 маховик отключения
гидроцилиндра; 9 — шток с маховиком
Крутящий момент находится по формуле
Мкр = Trcp - Prcp tg (а V Ф), (VIII.60)
где гср — средний радиус резьбы винта, равный
(VIII.61)
здесь г — наружный радиус резьбы;
/у — внутренний радиус резьбы.
Мощность двигателя равна
АГл.„п
ттт—х- квт,
97 500т)
(VIII.62)
где п — число оборотов винта в об/мин-,
г) — к. п. д. передачи;
Мкр — крутящий момент в кГ-см.
Для целей вытяжки используются также гидравлические и гидромеха-
нические установки.
Вторым способом упрочнения арматурной стали является холодное
сплющивание (профилирование), которое осуществляется путем прокаты-
вания гладкой арматуры между профилирующими валками. При этом про-
исходит наклеп стали, который повышает поверхностную прочность арма-
турного стержня па 20—30%, что позволяет соответственно уменьшить
расход арматуры в железобетоне. Кроме того, в результате этой операции
арматуре придается периодический профиль, что значительно повышает
ее сцепление с бетоном. Однако этот способ является энергоемким, поэтому
на заводах и полигонах практически не применяется. Арматурная сталь
370
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
периодического профиля поставляется главным образом централизованным
путем с металлургических предприятий.
Третьим способом упрочнения арматуры является волочение. Здесь
проволоку или пруток протягивают через постепенно суживающееся
отверстие, имеющееся в волоке-фильере (рис. 217). Этот процесс произво-
дится на волочильных станах, состоящих из двух основных элементов —
волоки и тянущего устройства, обеспечивающего протягивание арматуры
через волоку. Скорость волочения находится в пределах 0,5—5,0 м/сек.
Рис. 218. Схема гибки арма-
турных стержней
Отношение квадратов диаметров проволоки до вытяжки (d) и после
вытяжки (dj) называют коэффициентом вытяжки:
Ф
(VIII.63)
Усилие волочения для круглой стали можно определить по формуле
( Г — ”11
г-«.,Н(1 + -^Я1-(ф),"]| -Г,
(VIII. 64)
где овр — предел прочности стали на растяжение в кГ/см2;
F — площадь сечения проволоки после волочения в см-;
а — угол между образующей и осью волоки (см. рис. 217);
ц — коэффициент трения проволоки о волоку; н = 0,15-^0,20.
Мощность, требуемая для волочения, определяется как
квт’ (VIIL65)
где Р — усилие волочения в кГ;
v — скорость волочения в м/сек;
т] — к. п. д. механической передачи волочильного стана.
В настоящее время на железобетонных заводах внедрена новая
полуавтоматическая установка для упрочнения стержней путем их закали-
вания в воде и низкотемпературного отпуска. Стержни нагреваются до
температуры 900—950° С. Нагрев осуществляется электрическим током
от сварочного трансформатора. Отпуск производится при температуре
350—400° С.
Гибка хомутов, крюков, отгибов и т. п. производится на различных
станках, основным рабочим механизмом которых является вращающийся
диск 1 (рис. 218) с укрепленными на нем упорным 2 и изгибающим 3 роли-
ками и центральным пальцем 4. При вращении диска со скоростью от 3
до 11 об/мин изгибающий ролик, нажимая на арматурный стержень, произ-
водит его гибку. После изгиба диск возвращается в исходное положение и
освобождает стержень.
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЦЕМЕНТНОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
371
Крутящий момент на валу диска равен
Mkp^o^k + k1 + t~)w кГ-см, (VIII.66)
где о — напряжение в стержне при изгибе в кГ/см2;
к — коэффициент профиля материала; для круглых стержней к = 1,7;
— коэффициент, зависящий от материала; = 0,60-н0,70;
г — радиус гибки в см;
d — диаметр арматурного стержня в см;
W — момент сопротивления изгибаемого стержня в см3.
Мощность, необходимая для работы гибочного станка, равна
" “ в; (vni.67)
где п — число оборотов рабочего диска в об!мин;
т] — к. п. д. передачи.
При заготовке арматуры для железобетонных изделий применяется
точечная, стыковая и дуговая сварка. Сварка осуществляется специаль-
ным сварочным оборудованием.
Оборудование для напряжения арматуры. Такое оборудование по спо-
собу укладки и натяжения арматуры можно разделить на машины для
линейной укладки, когда операции укладки и натяжения выполняются
раздельно, и на машины для непрерывной навивки с одновременным натя-
жением. Натяжение арматуры этими машинами осуществляется либо меха-
ническим, либо электротермическим способом. Может применяться также
комбинированный способ — электротермомеханический. Натяжные уст-
ройства включают в себя упоры, за которые закрепляется (анкеруется)
арматура в процессе ее натяжения. Упоры могут быть выполнены из швел-
леров или двутавров, нижний конец которых прочно заделан в фундамент,
или состоять из вертикальных штырей, размещаемых па форме. В послед-
нем случае армирование производится непрерывно. Кроме упоров имеется
еще комплект захватных (зажимных) приспособлений, с помощью которых
усилия натяжного устройства передаются арматуре, и собственно натяжное
устройство, которое создает усилие натяжения.
Механическое натяжение арматуры производится посредством типо-
вого оборудования, из которого наиболее распространенным являются
гидравлические домкраты. Реже используются лебедки или специальные
машины (стенды).
По назначению гидродомкраты подразделяются на проволочные и
стержневые. По конструкции они бывают одно- и многопроволочные. Для
обеспечения удобства работы гидродомкраты устанавливаются на рельсо-
вых тележках, что дает возможность регулировать их положение в верти-
кальном и горизонтальном направлениях. Существуют также переносные
гидродомкраты. Питание домкратов осуществляется от маслонасосных
станций, смонтированных на отдельных тележках. Выпускается несколько
типов гидродомкратов с усилием натяжения до 200 т.
Необходимое тяговое усилие гидравлического домкрата для натяжения
арматуры можно определить по формуле
Р = 0,65crepSn т]» (VIII. 68)
где овр — предел прочности стали при растяжении;
5 — площадь сечения одной проволоки или стержня;
п — число одновременно натягиваемых проволок или стержней;
т] — к. п. д. гидродомкрата (г| = 0,95ч-0,98).
372 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Величина хода поршня гидродомкрата определяется по формуле
L=el+A, (VIII.69)
а
где е = — относительное удлинение проволоки;
о — действующее напряжение в проволоке;
Е — модуль упругости стали;
А — величина хода поршня, необходимая для выбора свобод-
ного провисания проволок или стержня;
I — Длина натягиваемой проволоки.
Расчетное напряжение в арматуре обычно составляет 65% от предела
прочности стали при растяжении.
Для предварительного натяжения арматуры применяется также элек-
тротермический способ, при котором удлинение стержней производится
путем их нагрева электрическим способом.
Источниками тока для нагрева служат свароч-
ные или специальные трансформаторы. Нагре-
тые стержни укладываются на упоры формы
и охлаждаются. Охлаждение приводит к со-
кращению длины и, следовательно, натяжению
арматуры. Нагрев арматуры можно произ-
водить и после укладки ее в формы.
На заводах и полигонах железобетонных
изделий для электронагрева арматуры приме-
няются большей частью несложные по кон-
струкции установки, работающие на перемен-
ном токе низкого напряжения (20—60 в) про-
мышленной частоты. На рис. 219 приведена
схема электротермического натяжения арма-
турного стержня с автономным электропита-
нием от передвижной электростанции ПЭС-50
(мощность 50 квт, напряжение 380 в).
Нагрев контролируется по удлинению
арматуры. При достижении заданного удлине-
ния подвижный контакт нажимает на конечный выключатель, который
прекращает подачу тока. Максимальная температура нагрева не превы-
шает 400—450° С. Продолжительность нагрева в зависимости от силы
тока и размера стержней колеблется в пределах от нескольких секунд до
2—5 мин. Затрата электроэнергии составляет 3—6 квт-ч на 1 м3 бетона.
Расчетное удлинение стержня определится выражением
Рис. 219. Схема электротер-
мического натяжения стерж-
ней:
/ — нагреваемый стержень;
2 — трансформатор ТС-500; 3 —
электростанция ПЭС-50; 4 —
неподвижный контакт; 5 —по-
движный контакт; 6 — конеч-
ный выключатель
А/ = см,
с Л
(VIII. 70)
где — расчетная величина напряжения арматуры;
Е — модуль упругости стали;
/ — длина нагреваемой части стержня;
— коэффициент, учитывающий различные потери (податливость
штырей формы, смятие бетона, воздушное охлаждение и т. д.);
Я = 1,03^1,07.
Для создания такого удлинения температура нагрева в °C должна быть
равна
t = ^~, (VIII.71)
где а = (12 : 14) 10 6 — коэффициент линейного расширения стали.
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЦЕМЕНТНОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ 373
Она может быть также определена по следующей формуле:
/ = (VIII. 72)
При подборе электросварочного аппарата необходимо знать требуемую
для нагрева силу тока, которая равна
1 Vgc + gf 7J/ (VIII.73)
I 0,860/?(Г ’ v ’
где G — вес одновременно нагреваемых стержней в кг;
с — удельная теплоемкость стали; в пределах температур 0—400° С
с = 0,12 ккал!кг • град;
а — коэффициент теплоотдачи с поверхности стержня в окружаю-
щую среду; а =" Юн-40 ккал'мг-ч-град;
F — суммарная поверхность нагреваемых стержней в л2;
Rt — сопротивление стержня при температуре t в ом;
Т — продолжительность нагрева в ч.
Сопротивление стержня при температуре t° С найдется как
Rt = Ro (1 + ₽ М), (VIII.74)
где Rn — сопротивление стержня при комнатной температуре (20° С);
A t = t — 20° С — разность температур;
Р — температурный коэффициент сопротивления; Р 0,002 л-
л-0,004 град~1 (при 20° С).
Ro = р 4 ’ <vnL75)
здесь р — удельное сопротивление стали; р «=* 0,2 ом-ммг'м;
L — длина стержня в м;
S — площадь поперечного сечения стержня в мм2.
Если известна сила тока, то по формуле (VIII.73) можно найти про-
должительность нагрева Т. Продолжительность нагрева (в мин) зависит от
диаметра стержня d (в мм) и может быть приближенно определена по эмпи-
рической формуле
Т =: 0,2d. (VIII.76)
Среднюю величину силы тока также можно найти по эмпирической зависи-
мости
/ = 55d а, (VIII.77)
здесь d также следует выражать в мм.
Расход электроэнергии для нагревания одного стержня без учета по-
терь тепла может быть определен по формуле
Г = квт-ч, (VIII.78)
где tp — рекомендуемая температура нагрева арматуры в °C;
(0 — температура окружающей среды в С.
Необходимую мощность трансформатора можно найти по формуле
V = Gc Gква, (VIII.79)
ooU 1
здесь G следует выражать в кг, а Т — в ч.
I
376 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
d — внутренний диаметр подшипников в ел;
D — диаметр колеса в см; Я
р = 2,5 — коэффициент, учитывающий потери на трение реборд. 'у
Для определения мощности двигателя питателя можно воспользо-
ваться формулой
М = квт, (VIII.82)
где Nс — суммарная мощность на валу привода барабана;
k — коэффициент запаса; k = 1,15-4-1,20;
г) — к. п. д. привода.
Суммарная мощность равна
Nc = Ny + V2 + N3. (VIII.83)
Мощность Ny, необходимая для преодоления бортового сопротивления
движению бетона, вычисляется (см. рис. 221) по выражению е
Mi = 10h2lyVfyftv квт, (VIII.84) #
где h — высота выходного отверстия, регулируемого заслонкой, в м;
1у — длина бортов бункера и копильника в м;
fy = 0,80-4-0,85 — коэффициент трения бетона о стенки бортов;
v — скорость ленты питателя в м!сек;
6 = 0,75^-0,76 — коэффициент бокового давления;
у — объемный вес бетона в т/мл. 2
Мощность N2, идущую на преодоление сопротивления в зоне активного а
давления бетона на ленту (в зоне бункера и копильника), можно найти по J
формуле
Ny = квт. (VIII.85)
здесь /, = 0,05 — коэффициент трения ленты о поддерживающий лист;
Р — суммарная сила активного давления бетона на ленту в кГ,
равная
Р = q6F6 + qKFK. (V1I1.86)
Удельное давление q6 бетона на ленту в бункере прямоугольного сечения
определяется по формуле
<?б = ЛХ «Г/м2, (VIII.87)
2fem(a + b)
где т = 0,6 — коэффициент подвижности материала;
fs — коэффициент внутреннего трения бетона;
а и Ь — стороны нижнего отверстия бункера в м.
Удельное давление бетона на ленту в копильнике равно
qK = 1000уЯ„ кГ/м2, (VIII.88)
где Нк — высота слоя бетона в копильнике в м.
Площади давления бетона на ленту соответственно в бункере и в ко-
пильнике равны:
F6 = ab м2; (VIII.89) |
FK = В (12 — а) м2, Л
где В — ширина выходного отверстия копильника в м; Я
/2 — размер от оси приводного барабана до задней стенки бункера в м. Я
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЦЕМЕНТНОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
377
Мощность N 3, расходуемая на преодоление всех неучтенных сопротив-
лений, определяется но формуле
М3=-^Квт, (VIII .90)
где Q — вес бетона в бункере и копильнике в кг;
L — расстояние между осями барабанов питателя в м.
Производительность ленточного питателя может быть определена по
формуле
П =~ ЗбООВ/гиу т'ч. (VIII.91)
Оборудование для уплотнения бетонной смеси. Уплотнение бетонной
смеси может производиться вибрированием, вибропрокатом, виброштампо-
ванием, прессованием, центрифугированием и вакуумированием. Наиболее
распространенным способом является вибрирование. Вакуумирование
используется очень ограниченно. Бетонная смесь является тиксотропным
материалом, поэтому она разжижается и приобретает свойства тяжелой
жидкости. Переход в жидкое состояние является следствием ослабления
связей между частицами, т. е. уменьшения внутреннего трения бетонной
смеси. Такое превращение происходит в результате воздействия на смесь
импульсов, сообщаемых вибратором. Частицы смеси при вибрировании
сближаются и выжимают воздух, что обеспечивает получение плотного бе-
тона.
Эффективность вибрирования во многом зависит от чистоты и ампли-
туды колебаний. Для уплотнения бетонной смеси обычно применяют вибра-
торы с частотой колебаний от 3000 до 20 000 кол/мин и амплитудой 0,1 —
3 мм, причем высоким частотам соответствуют меньшие значения ампли-
туд. Дальнейшее повышение частоты нецелесообразно, так как эффект воз-
действия вибрации па бетонную смесь зависит не только от частоты, но и
от амплитуды колебаний. При частотах выше 20 тыс. кол!мин из-за малости
амплитуды вибратор уже не в состоянии привести в движение частицы
бетонной смеси.
Повышению уплотнения смеси способствует поличастотное (обычно
двухчастотное) вибрирование, создающее одновременно колебания двух
частот: высокой с малой амплитудой и низкой частоты с большой амплиту-
дой. В СССР выпускаются двухчастотные ручные вибраторы с пневматиче-
ским приводом, у которых низкая частота составляет 1500—3000, а высо-
кая — 10 000—18 000 кол!мин.
Существующие вибраторы для уплотнения бетонной смеси по способу
воздействия на последнюю могут быть подразделены на наружные (при-
крепляемые), поверхностные, внутренние (глубинные) и станковые (вибро-
площадки).
По роду привода и питающей энергии различают вибраторы электро-
механические, электромагнитные, пневматические и гидравлические.
Иногда встречаются вибраторы с приводом от двигателя внутреннего сго-
рания.
У-плотнение бетона в условиях заводов и полигонов производится
главным образом на виброплощадках (вибростолах). При больших изде-
лиях, когда последние на виброплощадку установить невозможно, уплот-
нение производится внутренними вибраторами (вибробулавами). Выбирая
размеры вибробулавы, используемой при изготовлении железобетонных
изделий (ферм, балок, колонн), следует учитывать, что расстояние в свету
между стержнями арматуры составляет для густоармированных конструк-
ций 40—100, для среднеармированных — 100—300, для малоармирован-
ных — более 300 мм.
378 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
В некоторых случаях при производстве железобетонных изделий
в формах используются наружные (переносные) вибраторы. Они
крепятся к форме или опалубке, которая передает колебания бетонной
смеси.
Поверхностные вибраторы применяют в основном при изготовлении
тонкостенных конструкций и изделий, так как они способны уплотнять
бетонную смесь небольшого слоя (200—300 мм).
Некоторые £ведения и расчет внутренних, наружных и поверхностных
вибраторов приведены в гл. VII. п. 45.
Виброплощадки предназначены для уплотнения плит, балок, ферм и
других железобетонных деталей, помещенных в формы. Вибрационная
площадка представляет собой ста-
ционарную вибрирующую раму,
которая снабжена устройствами
для закрепления на ней форм.
Через амортизаторы рама опирает-
ся на фундаментную опору. Коле-
бания виброплощадки создаются
закрепленными на вибрационной
раме вибраторами, которые при-
водятся в действие от электро-
двигателя.
Существующие виброплощадки
можно классифицировать по сле-
дующим признакам.
1. По типу вибровозбуди-
теля — виброплощадки с электро-
механическими и электромагнит-
ными вибраторами. Пневматичес-
кие и гидравлические вибраторы
еще не получили широкого прак-
тического применения.
2. По форме колебаний — пло-
щадки с круговыми (рис. 222, а)
или направленными колебания-'
ми. Последние могут быть верти-
кальными (рис. 222, б, в и г) и гори-
зонтальными. Чаще всего встреча-
ются виброплощадки с вертикаль-
но направленными колебаниями.
3. По режиму работы — резонансные (рис. 222, в), где вибратор кре-
пится к виброраме через упругую подвеску, и нерезонансные. В последнем
случае вибратор укрепляется на раме жестко.
4. По грузоподъемности — виброплощадки малые (до 1,0 т), средние
(1—5 т) и большие (5—25 т).
5. По способу крепления форм — площадки с механическими, элек-
тромагнитными и пневматическими прижимами.
Главным параметром виброплощадок считается грузоподъемность,
а к числу других основных параметров относятся частота и амплитуда
колебаний.
Многочисленными исследованиями и практическим опытом установ-
лено, что наилучшее уплотнение бетонной смеси имеет место на вибропло-
щадках с вертикально направленными колебаниями, имеющими ампли-
туду 0,4—0,8 мм при частоте 3000 кол/мин.
Рис. 222. Принципиальные схемы вибропло-
щадок: а — с круговыми колебаниями; б —
с направленными колебаниями; в — с ударно-
вибрационными направленными колебаниями
и активной упругой подвеской; г — с ударно-
вибрационными направленными колебаниями
и упругой подвеской дополнительных масс
Условные обозначения: 1 — вибрирующий стол;
2 — основной амортизатор; 3 — вибратор; 4 —
амортизатор вибратора (или пригрузки); 5 —
пригрузка
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЦЕМЕНТНОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
379
В настоящее время разработаны унифицированные виброплощадки
безрамной конструкции с направленными вертикальными колебаниями,
имеющими частоту 3000 кол!мин и оптимальную амплитуду 0,6 мм, способ-
ные уплотнять очень жесткие бетонные смеси. Эти виброплощадки, собран-
ные из типовых виброблоков грузоподъемностью 1,0 т в одно-, двух- и
трехрядные площадки требуемой грузоподъемности, выполнены по единой
схеме и обеспечивают формование железобетонных изделий различной
длины и ширины (табл. 33). Виброблоки связаны между собой карданными
валами, которые приводятся во вращение от электродвигателя через син-
хронизатор. Один виброблок имеет максимальный кинетический момент
64 кГ-см (мощность электродвигателя 3,5 кет) и представляет собой двух-
вальный вибратор, жестко соединенный с пневматическими или электро-
магнитными приспособлениями для автоматического закрепления формы.
Таблица 33
Виброплощадки типажного ряда
Показатели Однорядные
СМ-865 — - СМ-845
Грузоподъемность в т Кинетический момент в кГ-см .... Вес вибрирующих частей в кг ... Общий вес в кг . . Количество электродвигателей в шт. Общая мощность в кет Габариты формуемых изделий в м . 2 128 720 1359 1 7 3X1 4 256 1440 2550 1 14 6,6X1 8 512 2889 5200 2 28 13,8X1 12 768 4320 7500 1+1 28+14 21X1
Показатели Двухрядные Трехрядные
СМ-866 СМ-868 СМ-870 СМ-817 СМ-816 СМ-818
Грузоподъемность в т ........ Кинетический момент в кГ-см . . . . Вес вибрирующих частей в кг . . . Общий вес в кг Количество электродвигателей в шт. Общая мощность в кет Габариты формуемых изделий в м 4 256 1440 2750 2 14 3X3 8 512 2889 5200 28 6,6X3 16 1024 5760 10 500 4 56 13,8X3 24 1536 8640 15 000 2Ц-2 564-28 21X3 12 768 4320 7700 3 42 6,6X4,5 24 1536 8640 15 500 2+2 56+28 13,8X4,5
Из унифицированных виброблоков создана также двухчастотная виб-
роплощадка на 3000/6000 кол/мин для изготовления железобетонных
тюбингов.
Из типажного ряда промышленностью пока освоены виброплощадки
СМ-865- и СМ-868.
Кроме этих виброплощадок выпускаются СМ-475У (грузоподъемность
2 т), СМ-476Б (5 т), 6668А/3 (7 т), 5917 (10 т), СМ-615 (10 m), 6691С/1
(15 т) и 7151/1 (24 т).
Расчетную схему виброплощадки можно представить в виде системы
с двумя степенями свободы (рис. 223).
Здесь тг — масса вибрирующей части площадки и изделия;
т,_ — масса основной рамы и фундамента;
X] и х2 — соответственные перемещения масс гп1 и т2;
380 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
(VIII.92)
(VIII.93)
т1 и та
Рис. 223. Расчетная схема
вибро площадки
Ki — суммарная жесткость амортизаторов;
ТС, — жесткость основания под фундаментом;
Ро— амплитудное значение возмущающей силы.
Уравнения движения системы можно записать в виде
+ Ki (*! — х2) =- Ро sin <о/;
т.,х2 + Ki (х1 — х2) -г К2х2 = 0.
При составлении этих уравнений предполагается, что массы
являются сосредоточенными и движутся только вдоль оси х, рама является
абсолютно жесткой, амортизатор деформируется линейно и силы сопро-
тивления колебательным движениям малы. Частные решения этих уравне-
ний имеют вид:
х± = аг sin со/; (VIII.94)
х2 = а2 sin со/, (VIII.95)
где ад и а2 — максимальные амплитуды коле-
баний масс пг± и т2,
со — круговая частота вынужденных
колебаний.
После подстановки xt и х2 в уравнения
(VIII.92) и (VIII.93) можно найти:
Рп (т2ш2 + Ki — KJ
а. = ------------"' ; ----------------------(VIII.96)
(/Q — /п1со2)(т2со2 + Кг — К2) — Л)
а., - --------------------------------г-----т (VIII.97)
(/<! — т1со2)(т2со“ + — К2) —
Ввиду сделанных допущений эти формулы следует считать прибли-
женными. Расчеты по этим формулам затруднений не вызывают, так как
массы т1 и тг известны, а жесткость Kt вычисляется обычным способом.
Для определения жесткости грунта, которая весьма условна, можно
пользоваться приближенной формулой
К2 = 65ОСо VF кГ/cm, (VIII.98)
где Со — коэффициент упругости основания, определяемый по табл. 34,
в кПсм3\
F — площадь основания фундамента в см2',
650 — размерный коэффициент.
Масса вибрируемых частей mt складывается из массы колеблющихся
частей виброплощадки те, массы формы (поддона) тф и массы формуемого
изделия тбет:
т1 = тв + тф + тбетп. (VIII.99)
Коэффициент п носит название коэффициента присоединения формуе-
мой массы. Им учитывается та часть массы бетона, которая во время работы
виброплощадки находится в состоянии колебательных движений. Обычно
п = 0,2-:0,3.
В качестве амортизаторов на виброплощадках используются различ-
ные пружины или резиновые опоры. Если две массы соединены через
несколько параллельных пружин, то общая жесткость системы будет
равна сумме жесткостей всех амортизаторов. При последовательном соеди-
нении амортизаторов общую жесткость системы можно найти из выраже;
ния
4 = '“ЧТ + ~1Г' (VIII.100)
А А1 А о Аз
где Kt, К2, К3, . . . , Кп — жесткость каждого амортизатора.
МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЦЕМЕНТНОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
381
Таблица 34
Значения коэффициента упругости основания Сп, полученные
при нагрузке 0,2 кГ/см1
Грунты си, к Г/с .и3 Г рунты сп, кГ/см.3
Пески: пылеватые, очень влаж- ные и насыщенные во- дой мелкие средней крупности, круп- ные и гравелистые . . - _ о ! ! ьэ О 00 1 1 11 Ъ) "ю ф i Глины, суглинки и супеси: и пластичном состоянии, близком к границе те- кучести пластичные твердые 0,5—1,0 1,0—2,0 2,0—3,0
Мощность, расходуемая на уплотнение бетонной смеси, может быть
найдена по формуле
>. Р ЮО1 sind л гпт 1 л 11
= 10,2.1000 Квт' (УШ -101)
где Р — максимальная возмущающая сила в кГ\
б — угол сдвига фаз; 6 = 20-е30°.
При этом
Р = тд<£>2е =- кГ,
здесь тд — масса дебаланса вибратора в кГ-секг1см\
е — эксцентриситет дебаланса в см.
При определении необходимой мощности можно также пользоваться
опытными данными, согласно которым при частоте около 3000 кол1мин
мощность равна
У = 0,07Мкн„ квт, (VIII. 102)
где Мкин— кинетический момент дебалансов в кГ-см.
Для защиты обслуживающего персонала от вредного воздействия
вибрации рабочие места виброплощадок должны иметь амплитуды не
более 0,007 мм.
Минимально необходимый вес фундамента вместе с весом рамы пло-
щадки, при котором колебания рабочих мест не превышают установлен-
ной нормы, определится из выражения
G _ g^K, ±aLK± кГ (VIII. 103)
а.2ы- '
Принимается, что при частоте колебаний виброплощадки, равной
50 гц, .амплитуда вынужденных колебаний фундамента должна составлять
не более одной четверти допускаемой амплитуды колебаний рабочих мест,
т. е. а2 с 2 мк.
Если виброплощадка состоит из унифицированных виброблоков,
то данный расчет можно вести для одного виброблока.
Дополнительным критерием безопасного действия вибрации может
служить отношение частоты вынужденных колебаний w виброплощадки
к частоте собственных колебаний сос = По существующим нор-
мам это отношение не должно быть меньше 4.
382 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Пример. Требуется найти вес фундамента виброплощадки, близ-
кой по параметрам СМ-868 и состоящей из унифицированных вибробло-
ков, при котором колебания рабочих мест обслуживающего персонала
не будут превышать санитарной нормы.
Расчет ведется на один виброблок. Последний имеет четыре упругих
опоры, жесткость каждой из которых (включая большую и малую пружины)
равна —420 кГ/см. Суммарная жесткость всех опор виброблока состав-
ляет — 1700 кТ/см, амплитуда колебаний — 0,6 мм, круговая частота —
300 Мсек. Допускаемая амплитуда колебаний фундамента равна 0,002 мм.
Площадь опорной поверхности фундамента под одним виброблоком —
около 2,5 м2.
Принимая по табл. 34 Со = 2,0 кГ!см3, найдем жесткость основания
К 2 = 650-2 |'25 000 = 205 000 кГ/см.
Вес фундамента вместе с весом опорной рамы, приходящейся на один
виброблок, должен быть равен
г 981(0,06-1700 + 205 000.0,0002) „
С'^Л ~ 0,0002-90 000 ~ К1 '
Массу колеблющихся частей виброблока можно найти по формуле
(VIII.99) или из выражения
m =-. — (Qc -i- ₽Q) - -^(360 + 0,7-1000) = 1,08 кГ-секЧсм,
ё З'-3 *
где Qc — собственный вес колеблющихся частей виброблока;
Q — грузоподъемность одного виброблока;
Р — коэффициент соотношения между весом формы с бетоном и при-
веденным весом бетона; по опытным данным 0 «=» 0,7.
1 /”1700 on -7 1 /
v -г7й=39,7 Мсек.
L т 1,08
Г> ш 300 7 г
В результате = 7,5, что вполне допустимо.
Литература
1. Технические указания по строительству автомобильных дорог в зимних условиях.
(ВСН 120—65). М., Оргтрансстрой, 1966.
2. Катаев Ф. П., Вейцман М. И., Веденеев Д. Д., Защу к И. В.
и Ко л ыш ев В. И. Механизация и автоматизация строительства автомобильных
дорог. М., изд-во «Транспорт», 1965.
3. Строительные машины. Справочник. Под ред. В. А. Баумана. М., изд-во «Машино-
строение», 1965.
4. Г е р ш б е р г О. А. Технология бетона и железобетонных изделий. М., Пром-
стройиздат, 1957.
5. С а п о ж н и к о в М. Я. Машины промышленности строительных материалов.
Атлас конструкций. М., Машгиз, 1961.
6. Сапожников М. Я. Механическое оборудование для производства строи-
тельных материалов и изделий. М., Машгиз, 1962.
Глава IX. МАШИНЫ ДЛЯ РЕМОНТА И СОДЕРЖАНИЯ
ДОРОГ
§ 50. МАШИНЫ ДЛЯ РЕМОНТА
И ЛЕТНЕГО СОДЕРЖАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Автомобильные дороги, как и другие инженерные соору-
жения, требуют постоянного ухода и своевременного устранения повреж-
дений и неисправностей, появившихся в процессе эксплуатации. Повре-
ждения дорог, а также износ покрытия происходят от воздействия нагру-
зок от автомобильного транспорта и влияния природно-климатических
факторов.
Содержание и ремонт автомобильных дорог имеют целью обеспечить
автотранспорту возможность безопасного, удобного и непрерывного дви-
жения в течение круглого года с заданными скоростями и нагрузками.
Различают три вида ремонта дорог: капитальный, средний и текущий.
При капитальном ремонте выполняются работы по исправлению
земляного полотна, полному возмещению износа и восстановлению ров-
ности покрытия, а также устраиваются новые и перестраиваются старые
асфальтобетонные покрытия на дорогах. Все эти работы осуществляются
машинами, которыми строятся новые дороги: бульдозерами, скрепе-
рами, автогрейдерами, асфальтосмесителями, асфальтоукладчиками, кат-
ками и др.
При среднем ремонте выполняются работы по возмещению износа,
восстановлению профиля щебеночных и гравийных покрытий и проезжей
части грунтовых дорог. Эти работы также производятся дорожно-строи-
тельными машинами, но менее мощными в связи с меньшим объемом
сосредоточенных работ. На этих работах используются грейдеры, авто-
грейдеры, бульдозеры, передвижные установки для приготовления ас-
фальтобетона и цементобетона, распределители строительных материа-
лов и др.
К текущему ремонту относятся работы по предупреждению и устра-
нению мелких повреждений дороги: ямочный ремонт, заделка трещин,
ремонт швов и др. Текущий ремонт проводится на всем протяжении до-
роги. 'Для выполнения этих работ применяются дорожные ремонтеры.
Работы по содержанию сводятся к уходу за дорогой и поддержанию
ее в чистоте. Покрытия дороги систематически очищаются от пыли, грязи,
снега, устраняются гололедицы на проезжей части дороги. Для этих
целей используются специальные машины: поливочно-моечные и под-
метально-уборочные, дорожные щетки, кюветоочистители, снегоочисти-
тели, пескоразбрасыватели и др. Помимо этого применяется оборудование,
навешиваемое на некоторые дорожные машины, автомобили и тракторы
(щетки, откосники, косилки и т. п.).
384 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Ремонт и содержание играют большую роль в обеспечении нормаль-
ного технического состояния дорог. Они приостанавливают развитие по-
вреждений и устраняют причины разрушения. Однако, несмотря на исклю-
чительную важность, эти работы не обеспечены в полной мере средствами
механизации, и некоторые виды их выполняются вручную или малоэф-
фективным оборудованием. Это вынуждает многие дорожные организа-
ции проектировать и изготавливать нужное оборудование собственными
силами.
Трудности в создании средств механизации для содержания и теку-
щего ремонта обусловлены сравнительно малыми удельными объемами
работ на 1 км дороги и наличием на дорогах разных препятствий (дорож-
ных знаков, километровых столбов и т. п.), ограничивающих работу
машин. В настоящее время усилия конструкторов и дорожников направ-
лены к тому, чтобы создать недостающие машины для полного комплекта
механизации работ и повысить эффективность и маневренность имеющихся
машин.
Машины для очистки кюветов. Для очистки кюветов от наносов и ила
и восстановления их первоначального профиля используется оборудова-
ние, навешиваемое на тракторы, автомобили, автогрейдеры или . специ-
ально предназначенные для этих целей машины. Навесное оборудование
обычно состоит из консольно укрепленного сбоку машины отвала, имею?
щего форму в соответствии с профилем кювета. При очистке неглубоких
кюветов можно использовать откосник автогрейдера.
Из специальных машин используется кюветоочистительная машина
непрерывного действия на базе трактора «Беларусь» (рис. 224). Рабочий
орган машины, состоящий из скребков 4, укрепленных на цепи 3, шарнирно
подвешен к основной (подвижной) раме. Скребковая цепь имеет форму
профиля очищаемого кювета и приводится в движение от вала отбора
мощности двигателя трактора посредством цепной передачи 5, кардан-
ного вала 6 и редуктора 7. Размеры очищаемого кювета: ширина по дну —
0,5 м, глубина — 0,8 м. Рабочий орган имеет гидравлическое управление.
При помощи двух гидравлических цилиндров 1 и 2 можно устанавливать
скребковую цепь в рабочее и транспортное положения и изменять заглуб-
ление скребков в грунт. Скорость скребковой цепи равна 1,94 и 2,72 м/сек;
рабочая скорость машины — 0,35— 1,16 км/ч; производительность—45 м3/ч,.
Подметально-уборочные машины. Эти машины предназначаются для
уборки пыли и грязи с проезжей части усовершенствованных дорожных
покрытий (асфальтобетонных и цементобетонных). Подметально-убороч-
ные машины широко используются в крупных городах при подметании
улиц и площадей.
Уборка осуществляется установленными на машине вращающимися
щетками цилиндрической или конической формы. Помимо щеток на маши-
нах имеются обеспыливающие устройства и оборудование для подачи
убираемого мусора в бункер.
Обеспыливание покрытия в процессе уборки выполняется путем увлаж-
нения или пневматическим способом, а подача мусора — при помощи
механического или пневматического транспортера.
Нашей промышленностью выпускаются поливо-уборочные машины
с системой увлажнения и осваиваются машины с пневматическим обеспы-
ливанием.
Рабочее оборудование машины с системой увлажнения (рис. 225)
монтируется на шасси автомобиля и имеет две конические щетки диамет-
ром 900 мм, установленные за кабиной водителя, главную цилиндричес-
кую щетку диаметром 700 мм, подвешенную за задними колесами, транс-
МАШИНЫ ДЛЯ РЕМОНТА И СОДЕРЖАНИЯ ДОРОГ
385
Рис. 224. Машина для очистки кюветов:
'идравлические цилиндры; 3 и 4 — скребки: 5, 6 и 7 — трансмиссия
13
СГ YanvvTa и ттп
386
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
портер, мусоросборник и систему увлажнения. Рабочее оборудование
имеет гидравлическое управление. Лотковые (конические) щетки соби-
рают мусор с боков очищаемой полосы к середине, а цилиндрическая
щетка подает мусор на шнек, который перемещает его к транспортеру.
По транспортеру мусор поступает в сборник. Производительность ма-
шины — 15 тыс. мЧч.
Наряду с самоходной машиной для подметания междугородных дорог
применяют прицепные (к автомобилям) дорожные щетки с увлажнитель-
ным устройством. К изогнутой раме, опирающейся на одно переднее и два
задних колеса, шарнирно присоединена цилиндрическая щетка шириной
Рис. 225. Принципиальная схема подметально-уборочной машины:
1 — цилиндрическая щетка; 2 — шнек; 3 — транспортер; 4, 9, 11 — конические
редукторы; 5, 8 — конические (лотковые) щетки; 6 — двигатель; 7 — коробка отбора
мощности; 19 — раздаточная коробка
1,95 м и прикреплен бак для воды емкостью 550 л. Производительность
щетки — 12 000—24 000 м2/ч. Вода к распределительной трубе поступает
самотеком.
Цилиндрические щетки используются также и при уборке с дороги
снега. В этом случае они монтируются сзади плужного отвала снего-
очистителя и располагаются под углом к продольной оси автомобиля.
В настоящее время осваиваются подметально-уборочные машины
с пневматическим обеспыливанием. Помимо этого ведутся работы по соз-
данию вакуумных машин, которые в будущем смогут вытеснить в неко-
торых областях щеточные подметально-уборочные машины. За рубежом
вакуумные машины используются на уборке взлетно-посадочных полос
на аэродромах. Выпускаются также специальные машины для собирания
на дорогах листьев и бумаги и электромагнитные уборочные машины для
уборки с покрытия металлических предметов.
Рассмотрим параметры цилиндрических щеток, установленных под
прямым углом к направлению движения.
При вращении щетки без скольжения и одновременном поступа-
тельном ее перемещении прутки ворса будут перемещаться в пространстве
по обыкновенной циклоиде. На рис. 226, а показана траектория свободного
конца прутка при одном полном его обороте. Если обозначить радиус щетки
через и угол поворота радиуса Л1О1 — через <р, то уравнения траек-
тории в параметрическом виде примут вид:
х = R... (ср — sin <р) лг;
„ ,, (IXJ)
у = RUi (1 — cos ф) м.
МАШЩ1Ы ДЛЯ РЕМОНТА И СОДЕРЖАНИЯ ДОРОГ
387
Рабочим участком траектории является дуга ВС, длина которой для дан-
ного диаметра щетки зависит от величины деформации прутка h. В зави-
симости от состояния покрытия величина h изменяется в интервале 1,0—
2,5 см.
На рис. 226, б показаны два крайних рабочих положения прутка.
Центральный угол ДГЭСЦС = ₽, соответствующий этим крайним положе-
ниям прутка, по опытным данным составляет примерно 2,6 01; где
Рис. 226. Схемы к расчету количества рабочих прутков: а — траектория пере-
мещения конца прутка ворса цилиндрической щетки; б — крайние рабочие по-
ложения прутка
Знание величины угла (31 позволяет определить в каждый данный момент
рабочее количество прутков 1в. Для этого Л. М. Гусев рекомендует следую-
щую эмпирическую формулу:
где В — ширина захвата в ж;
d — диаметр прутка в м (для стального ворса d = 0,4 ч-0,5 мм\,
сщ — окружная скорость конца прутка в ж/сек;
им — поступательная скорость машины в м/сек.
Скорость конца прутка при постоянных поступательной и окружной ско-
ростях будет меняться благодаря криволинейной форме траектории, дос-
тигая максимума в нижней точке рабочего участка.
Мощность N, требуемая для привода цилиндрической щетки, в общем
случае слагается из мощности:
а) на преодоление трения ворса о поверхность дорожного покрытия —
N mpi
б) на деформацию ворса —
в) на преодоление сопротивления воздуха —
г) на уборку мусора — NM.
Таким образом,
М = Nтр -f- Nd + Ne -г NM л. с. (IX.4)
Учитывая сравнительно небольшую угловую скорость дорожной щетки
и малое сопротивление перемещению убираемого мусора при расчете мощ-
ности для подбора двигателя можно пренебречь величинами Ng и NM.
Для расчета мощности N т Л. М. Гусев рекомендует следующую
формулу:
Nтр " 75^ С., (IX.5)
*
388 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
где Р — вертикальное давление деформируемого ворса на дорожное
покрытие в кГ;
f — коэффициент трения ворса о покрытие;
т] — к. п. д. трансмиссии от двигателя к щетке;
и vut — соответственно поступательная и окружная скорости щетки
в м/сек.
Коэффициент трения / зависит от диаметра материала прутка; для
прутка диаметром 0,82—1,82 мм из высокоуглеродистой стали f = 0,34
и для прутка диаметром 0,63—1,00 мм из малоуглеродистой стали f =
= 0,40. Для определения Р Л. М. Гусев рекомендует эмпирическую фор-
мулу
Р== l,2-10-4DU{(^y h'\[l +0,18(^-2)]arccos(l-А-) кГ-
(IX.6)
где Ощ и гщ — диаметр и радиус щетки в м;
I — свободная длина прутка в мм;
Е — модуль упругости материала ворса в кГ'смг;
I — момент инерции сечения прутка в с .и1;
h — величина деформации прутка в см.
Для стальной проволоки Е = 2,1 -106 кПсм\
Мощность, затрачиваемая на деформацию ворса, определяется по эмпи-
рической формуле
.,3/2 _рг
Nd — 1,345-10“7/в 4?—- ф л. с., (IX.7)
Д'L
где п — число оборотов щетки в об/мин;
ф = arc sin -Гщ — у 3- рад. (IX.8)
Приведенная методика расчета мощности цилиндрических щеток
применима и для расчета требуемой мощности для конических щеток.
Техническая производительность П,ц цилиндрической щетки опре-
деляется по формуле
Пщ = Вплк„3600 м2/ч, (IX.9)
где В — ширина полосы, очищаемой за один проход машины, в м;
v„ — поступательная скорость машины в м/сек;
кп—коэффициент перекрытия смежных проходов; кп = 1,10-ь1,15.
Поливочно-моечные машины. Для поливки и мойки дорожных усовер-
шенствованных покрытий применяются специальные поливочные, моеч-
ные и поливочно-моечные машины, монтируемые обычно на автомобиль-
ных шасси. Эти машины используются также для поливки придорожных
зеленых насаждений и для тушения пожаров.
Нашей промышленностью выпускаются поливочно-моечные машины
с цистернами емкостью 4000 и 6000 л. Ширина поливки для большинства
машин составляет 18 м при расходе воды 0,25 л/м2. Рабочая скорость ма-
шины при поливке — 13—17,5 км/ч, производительность — 70 тыс. м2/ч.
В поливочно-моечной машине вода из цистерны подается центробеж-
ным насосом к трем распределительным насадкам, из которых два уста-
новлены спереди машины и один — справа перед задним колесом. Насадки
крепятся специальными угольниками, перестановкой которых можно
установить насадки под любым углом к поверхности покрытия. Сечение
выходного отверстия насадки определяется из условия обеспечения тре-
буемой производительности машины.
МАШИНЫ ДЛЯ РЕМОНТА И СОДЕРЖАНИЯ ДОРОГ 389
Производительность машины равна
Пм - л/сек, (IX.10)
где В — ширина поливки в ж;
vM — рабочая скорость машины в м/сек-,
Qo — удельный расход воды в л/м2.
Расход воды через насадок находится по формуле
Q„ = И -pjj 1 л2й'Я л!сек, (IX. 11)
где F — площадь выходного отверстия насадка в см2-,
Н — напор воды у насадка в м\ обычно Н = 30 м;
р — коэффициент, равный 0,9;
g — ускорение силы тяжести в м!сек2.
Из уравнений (IX.10) и (IX.II) находим площадь сечения отверстия на-
садка:
F = - см2.
(IX. 12)
В расчетах принимается В = 20 м и vM = 5 м!сек. Насадки должны рас-
полагаться таким образом, чтобы рабочие струи частично перекрывались
для получения наибольшей сплошной ширины поливки при заданном
удельном расходе воды.
§ 61. МАШИНЫ ДЛЯ ЗИМНЕГО СОДЕРЖАНИЯ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Физико-механические свойства снега. Для полной механизации работ
по зимнему содержанию автомобильных дорог используется комплекс
разнообразных машин. Сюда относятся снегоочистители, снегопогруз-
чики, льдоскалыватели и пескоразбрасыватели. Наибольший объем работ
по зимнему содержанию приходится на снегоочистители, которые эксплуа-
тируются почти в течение всего зимнего сезона. Снегопогрузчики на заго-
родных дорогах применяются редко и преимущественно в местах, огра-
ничивающих или вовсе исключающих возможность переброски снега
снегоочистителями на значительные расстояния от проезжей части. Они
используются также для уборки снежных валов с обочин дорог. Снего-
погрузчики применяются в основном на участках дорог, проходящих
в населенных пунктах.
Скалыватели разрушают и удаляют сильно уплотненный снег и лед
с проезжей части асфальтобетонных и цементобетонных дорог, а песко-
разбрасыватели используются для посыпки песком обледенелых дорог.
На конструктивные и эксплуатационные параметры машин для зим-
него содержания дорог большое влияние оказывают условия работы и
физико-механические свойства снежного покрова или льда. Различают
условия в равнинной местности и условия в горной местности, резко
различающиеся между собой по снегозаносимости, проходимости, воз-
можному маневрированию машины и другим факторам. В настоящее
время у нас создаются специальные конструкции снегоочистителей,
пригодных для работы в горных условиях.
Снежный покров на дорогах может образоваться либо из снежных
осадков, либо из снежных заносов. Структура и свойства снега в обоих
случаях неодинаковы. Снег, выпадающий на дорогу, образует рыхлый
390 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
снежный покров плотностью не более 0,15—0,20 г!см3. Толщина покрова
за один снегопад не превышает 20—25 см. При снежных заносах обра-
зуется очень плотный снежный покров, который с течением времени может
достигнуть толщины в несколько метров и плотности, превышающей
0,5—0,6 г/см3.
Плотность снега в полевых условиях определяется специальным
прибором — весовым плотномером. Плотность зависит от температуры
снега и уделыГого давления на него. По опытам И. В. Крагельского изме-
нение плотности снега в зависимости от удельного давления при одно-
стороннем сжатии круглым штампом площадью 100 см" характеризуется
данными табл. 35, а при всестороннем сжатии в цилиндре площадью
20 см“ — данными табл. 36.
Таблица 35
Плотность снега при одностороннем сжатии в г/см3
Температура, °C При удельном давлении в кГ/см2
0,05 о,1 0,2 0.4 0,6 0,8
—18,8 0,34 0,35 0,38 0,20 0,41 0,41
—1,3 0,38 — 0,46 0,56 0,58 0,59
Таблица 36
Плотность снега при всестороннем сжатии в г/см3
Температура, °C При удельном давлении в кГ/см2 Т емпература. °C При удельном давлении в кГ/см2
0,3 0,5 1,о 2,0 0,3 0,5 1.0 2.0
—1,5 0,467 0,493 0,513 0,528 —11 0,435 0,456 0,480 0,491
—3 0,462 0,487 0,506 0,520 —16 0,426 0,458 0,465 0,480
-5 0,455 0,470 0,500 0,510 —21 0,420 0,435 0,462 0,470
Из данных табл. 35 и 36 видно, что с увеличением давления плот-
ность снега возрастает независимо от характера сжатия, причем вначале
возрастание плотности идет более интенсивно, а при некотором давлении
оно стабилизируется. Максимальная плотность, достигнутая при уплот-
нении снега, равна 0,74 г/см3. Снег лучше уплотняется при отрицательной
температуре, близкой к нулю.
Снег обладает высокой пластичностью, а упругость его весьма незна-
чительна и во много раз меньше упругости льда (0,09—0,06 кПсм2).
Другим показателем, характеризующим сопротивляемость снега при
проникновении в него твердого тела, является твердость. Для снега
плотностью 0,42 г!см3 твердость равна 85 кПсм?. С увеличением плотности
и понижением температуры твердость снега возрастает.
Из механических показателей, характеризующих свойства снега и
имеющих значение для расчета сопротивлений, возникающих при работе
снегоуборочных машин, существенными являются коэффициенты сцепле-
ния, скалывания, внешнего и внутреннего трения и сопротивления раз-
рыву, скольжению и перекатыванию колеса.
МАШИНЫ ДЛЯ РЕМОНТА и содержания ДОРОГ
391
Значения коэффициентов скалывания, сцепления и сопротивления
разрыву для разных состояний снега приведены в табл. 37.
Таблица 37
Физико-механические показатели снега
Состояние снега Плотность, г/см* Коэффициент сцепления, кГ/м3 Коэффициент сопротивле- ния разрыву, кГ / м2 Коэффициент скалывания
Свежевыпавший 0,12—0,20 0,50 0 0,007—0,016
Слегка уплотненный 0,20—0,30 75—175 до 275 0,015—0,030
Плотный 0,35—0,45 — — 0,040—0,140
Очень плотный 0,45—0,55 — 0,15—0,25
Коэффициент сцепления зависит, помимо плотности снега, и от его
влажности; для сухого снега этот коэффициент больше. Влажность снега
определяется калориметрическим способом.
Значения коэффициентов трения снега о металл и внутреннего трения
снега приведены в табл. 38 и 39.
Таблица 38
Коэффициент трения снега о металл
Плотность снега, г/см3 При температуре в °C
—4 ОТ —16 до —30 ОТ —1 ДО 4-2
0,10 0,100 0,140 0,180
0,20 0,085 0,097 0,110
0,30 0 070 0,080 0,090
0,40 0,055 0,065 0,075
0,45 0,040 0,048 0,056
0,50 0,025 0,033 0,040
0,55 0,015 0,021 0,030
Таблица 39
Коэффициент внутреннего трения снега
Плотность снега, г/см3 При температуре в °C
от 4-2 ДО 0 от —1 до —6 -10
0,10 0,27 0,29 0,34
0,20 0,30 0,33 0,36
0,30 0,35 0,39 0,46
0,40 0,40 0,44 0,50
0,45 0,42 0,46 0,52
0,50 0,43 0,49 0,53
0,55 0,45 0,50 0,57
С увеличением плотности снега коэффициент внешнего трения убы-
вает, а коэффициент внутреннего трения возрастает. С понижением тем-
пературы снега внутреннее трение возрастает, а внешнее трение в проме-
жутке температур от +2 до —4 убывает, а далее, с дальнейшим пониже-
нием*'температуры, возрастает.
При перемещении твердого тела по снежной поверхности имеет место
не только внешнее трение между поверхностями тела и снега, но и смятие
последнего. Вследствие этого коэффициент сопротивления движению
по снегу больше коэффициента внешнего трения. Величина смятия зави-
сит от удельного давления и глубины погружения тела. В практических
расчетах можно принять, что сопротивление снега смятию возрастает
прямо пропорционально глубине погружения тела. Удельное сопротив-
ление смятию равно ^600 кГ/м?.
392
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Таблица 40
Коэффициент сопротивления
скольжению металлической лыжи
по снегу
Состояние снега Значение коэффициента
Свежевыпавший сухой 0,12
Свежевыпавший влажный ...... 0,25
Уплотненный . . . 0,15
Коэффициент сопротивления лыж скольжению и коэффициент сопро-
тивления перекатыванию пневматического колеса по снежной поверх-
ности приведены в табл. 40 и 4i.
Коэффициент сцепления колеса с
заснеженной поверхностью асфальто-
бетонного покрытия в зависимости от
состояния снежного покрова и типа
шин изменяется от 0,06 до 0,35, в то
время как для этой же поверхности,
очищенной от снега, коэффициент сцеп-
ления равен 0,50—0,65.
Для ледяной поверхности при
плотности льда 0,90 г/см3 и темпера-
туре от —12 до —16е С установлены
следующие механические показатели:
сцепление — 32,5 кГ/см2-, временное
сопротивление на разрыв —24 кГ!см\
срез — 16,5 кПсм1.
Удаление снежного покрова с поверх-
временное сопротивление на
Плужные снегоочистители.
ности дороги механизированным способом осуществляется плужными
или роторными снегоочистителями. У плужных снегоочистителей рабочим
элементом, удаляющим снег, служит плуг, монтируемый в передней
части автомобиля или трактора, а у роторных снегоочистителей — спе-
циальной конструкции метатель, вращающийся со скоростью 300—
400 об!мин.
Таблица 41
Коэффициент сопротивления перекатыванию
пневматического колеса по снегу
Характеристика поверхности Значение коэффициента
Обледенелая поверхность . . . . Укатанная снежная поверхность плотностью 0,45—0,60 г/сл3 0,06—0,08 0,8—0,10
Укатанная снежная поверхность плотностью 0,25—0,35 г/сл3 Рыхлая снежная целина плотностью 0,15—0,25 г/сж3 Поверхность, покрытая рыхлым мокрым снегом 0,15—0,20 0,20—0,25 0,30
Плужные снегоочистители (рис. 227) разделяются на одноотвальные,
отбрасывающие снег на одну сторону, и двухотвальные, которые могут
отбрасывать снег на одну или на обе стороны. Некоторые марки плужных
снегоочистителей помимо переднего отвала 2 имеют одно или два боко-
вых отвала (крыла) 3, отодвигающих снег за пределы земляного полотна.
Оборудование снегоочистителя монтируется на шасси автомобилей 1
или на рамах тракторов 4.
Снегоочистители на автомобилях используются для патрульной
службы по очистке дорог во время снегопадов и метелей. Ими можно уда-
лять снег плотностью до 0,20—0,25 г'см3 при глубине снежного покрова
до 40 см. На таком снежном покрове снегоочистители работают со ско-
ростью 20—25 км/ч.
Тракторные плужные снегоочистители, обладающие высокой тяговой
характеристикой, используют для расчистки дорог от больших снежных
МАШИНЫ ДЛЯ РЕМОНТА И СОДЕРЖАНИЯ ДОРОГ
393
заносов: Они могут работать на очень плотном снежном покрове (0,5 г’см2 3
и более) и толщиной 1,0—1,2 м. Рабочая скорость снегоочистителя в этих
условиях не превышает 3,0—3,5 км!ч.
К достоинствам автомобильных плужных снегоочистителей отно-
сятся:
Г) сравнительно большая рабочая скорость, благодаря чему снег
отлетает на значительное расстояние (до 7—10 м) и образуемые после
прохода снегоочистителя снежные валы имеют пологую форму;
Рис. 227. Схемы плужных снегоочистителей: а — одно-
отвальный; б — одноотвальный с крылом; в — двухот-
вальный; г — двухотвальный с крылом
2) большая мобильность, позволяющая быстро перебазировать сне-
гоочиститель с одного участка работ на другой;
3) возможность использования автомобиля по прямому назначению
после демонтажа снегоочистителя.
Достоинствами тракторных снегоочистителей являются:
1) возможность работы в тяжелых снеговых условиях;
2) возможность использования трактора на других работах после
демонтажа снегоочистителя.
Промышленностью выпускаются плужные снегоочистители, монти-
руемые на автомобилях и тракторах.
Схема одноотвального плужного снегоочистителя показана на
рис.-228. Снегоочиститель смонтирован на автомобиле и состоит из от-
вала 1, расположенного в передней части машины, и крыла 4, подвешен-
ного с правой стороны. Отвал цилиндрической формы изготовлен из ли-
стовой стали толщиной 4 мм. Он соединен посредством толкающей рамы 6
с лонжеронами автомобиля и опирается на катки 7. Высота отвала —
1100 мм, длина — 3500 мм, угол установки отвала в плане изменяется
в интервале 45—90°, угол резания — 35—60°.
Боковое крыло одним концом присоединено к каретке на вертикально
перемещающейся стойке, а вторым — свободным — при помощи
396 МАШИНЫ и ОБОРУДОВАНИЕ для дорожных ПОКРЫТИЙ
случае при действии сил внешнего и внутреннего трения частица займет
положение М 2- При этом сила F должна будет совершить работу на длине
пути М2М", а сила F’— на длине М3АГ. Обе силы пропорциональны
силе N, прижимающей отвал к снегу, т. е. F = fN и F' = f’N, где f_
коэффициент внешнего, a f — коэффициент внутреннего трения, причем
сила F имеет направление, обратное относительной скорости перемеще-
ния частицы по отвалу, а сила F' направлена в сторону, противополож-
ную F.
Так как сумма работ обеих сил равна нулю, имеем
FM^M" — F’~M7M' = 0.
Из рис. 229 видно, что
М2М' = yWpVf' tg ф;
М 2М " — М'М" — М 2М' == М ' ctg а — М ' tg ф,
Рис. 230. Схема перемещения снега плуж-
ным снегоочистителем
ром снег в своем движении наименее отклонится
где а — угол установки отвала
в плане.
Подставляя эти значения в уравне-
ние работ, после преобразования по-
лучим:
tg ф == Л 0 ctg а, (IX.13)
где
А - f
Уравнение (IX.13) позволяет
найти наивыгоднейшее значение угла
в плане, т. е. такого угла, при кото-
от нормали Л41М', а
следовательно, быстрее сойдет с отвала
Обозначим
в сторону.
а + ф = (3.
Подставив полученное отсюда значение ф в уравнение (IX.13), после
преобразования получим
= (ЬХ-14)
Чтобы найти минимальное значение функции 0, выражение (IX. 14) про-
дифференцируем по а. После некоторых преобразований будем иметь
_ (1 — 40) (tg2« —Ло)
4“ fg* а + Л5
Приравняем полученную производную нулю:
(1 - 40) (tg2a — Ао) - 0.
Отсюда
tg а0 = V~An,
(IX.15)
где через ап обозначено наивыгоднейшее значение угла а.
Полученное значение а0 и есть минимум функции 0, так как вторая
производная от 0 по а положительна.
МАШИНЫ ДЛЯ РЕМОНТА И СОДЕРЖАНИЯ ДОРОГ 397
При установке отвала под углом а0 получается наибольший к. п. д.
перемещения снега по отвалу.
Под к. п. д. понимается отношение полезной работы, затрачиваемой
на перемещение снега на расстояние М ±С, ко всей работе на перемещение
Лр2:
Tsycos р
Г| =---.
После выражения sx и sy через длину отвала и известные углы и сокраще-
ния подобных членов получим
(1ХЛ6>
Наибольшее значение ц будет при наименьшем значении tg |3, что имеет
место, когда отвал установлен под углом а0.
Рассмотренный нами характер движения снега лишь схематично от-
ражает действительную траекторию, которая представляет собою слож-
ную пространственную кривую. При малых скоростях движения снего-
очистителя, как это имеет место у тракторных снегоочистителей, снег за
период времени, пока он не сместится в сторону, может несколько раз под-
ниматься по отвалу и сходить с него. При больших скоростях снегоочи-
стителя снег скользит по поверхности отвала вверх и в сторону и, достиг-
нув верхнего наружного обреза, со значительной начальной скоростью
сходит с отвала. Наибольшая дальность полета снега получится, если ско-
рость частицы снега в момент отрыва с отвала будет наклонена к горизонту
под углом около 45°.
У большинства снегоочистителей отвал имеет цилиндрическую форму,
однако применяются также отвалы с конической и винтовой поверхно-
стями. Последние придают снегу большую устойчивость в полете и увели-
чивают дальность полета.
При цилиндрической форме отвала радиус кривизны R может быть
найден из неравенства
R^-L-m, (IX. 17)
2 cos -j-
где В — наибольшая высота отвала в м;
у — наименьший угол резания в град.
Высота передней части отвала принимается для тракторных снего-
очистителей на 30—40 см больше максимальной толщины убираемого снеж-
ного покрова. Высота заднего конца отвала принимается больше высоты
переднего конца примерно на 50 см, так как в этом месте отвала накапли-
вается больше снега.
У автомобильных снегоочистителей высота заднего конца отвала
больше чем в четыре раза превышает высоту переднего конца и у ско-
ростных снегоочистителей достигает 3 м.
Длина отвала выбирается такой, чтобы ширина захвата при наимень-
шем угле в плане была на 30—40 см больше ширины хода автомобиля
или трактора, на котором монтируется снегоочиститель.
Тяговое усилие, необходимое для работы тракторных плужных сне-
гоочистителей, рассчитывается по той же методике, что и для землеройных
398
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
машин типа бульдозеров или автогрейдеров. Удельное сопротивление
снега резанию принимается по табл. 42.
Автомобильные плужные снегоочистители во время работы преодо-
левают следующие сопротивления.
1. Сопротивление перемещению автомобиля и плуга
1У1 = Ga (fa + i) + Gn (fn + i) кГ,
(IX.18)
где Ga — вес автомобиля в кГ;
Gn — вес плуга в кГ\
[а — коэффициент
fn — коэффициент
Таблица 42
Удельное сопротивление
снега резанию
Плотность снега, г!см.’А Удельное сопротив- ление. кГ/м2
0,2 160
0,3 320
0,4 950
0,5 2100
сопротивления движению автомобиля; f = 0,05;
сопротивления скольжению плуга; fn = 0,15ч-
4-0,25;
i — максимальный уклон дороги.
2. Сопротивление снега резанию
W2 = Koah кГ,
где к0 — коэффициент сопротивления резанию в
кПя1',
а — ширина захвата снегоочистителя в м;
h — толщина снежного покрова в м.
3. Сопротивление снега перемещению по от-
валу
U73 = lahv2 кГ,
где v„ — рабочая скорость снегоочистителя в
м/сек;
В — коэффициент пропорциональности; В = 0,54-2,5
Требуемая сила тяги Т равна
кГ -сек'2
м4
т = w, + W2 + W3 = Ga{fa + i) + Gn(fn + i) +
+ ah (k0 + |n2) кГ.
(IX. 19)
Полученная по формуле (IX. 19) сила тяги не должна превышать
тяговое усилие снегоочистителя по сцепному весу:
(IX.20)
где Осц — сцепной вес снегоочистителя в кГ;
фсц — коэффициент сцепления колеса автомобиля со снежной по-
верхностью дороги.
Обычно = 0,204-0,45, но во время эксплуатации снегоочисти-
теля его можно увеличить, если надеть цепи на ведущие колеса.
Техническая производительность плужного снегоочистителя опре-
деляется сечением удаляемого снежного покрова и величиной рабочей
скорости снегоочистителя:
П = ЮООГл мЧч, (IX.21)
где Fc — сечение снежного покрова в м2;
им — рабочая скорость снегоочистителя в км/ч.
Роторные снегоочистители. Как правило, они имеют два рабочих
органа, один из которых срезает снежный покров и подает его к средней
части машины, а второй захватывает этот снег и отбрасывает в сторону.
Исключение составляют фрезерные снегоочистители, у которых совме-
щены в одном рабочем органе операции по вырезанию и отбрасыванию
МАШИНЫ ДЛЯ РЕМОНТА и содержания ДОРОГ
399
снега. Однако эти снегоочистители не находят большого применения глав-
ным образом из-за малой производительности, высокой энергоемкости,
сложной конструкции рабочего органа и небольшой дальности отброса
снега. По типу рабочих органов роторные снегоочистители (рис. 231)
подразделяются на шнеко-роторные (рис. 231, а), фрезерно-роторные
(рис. 231, б) и плужно-роторные (рис. 231, в). Наибольшее распростране-
ние получили шнеко-роторные снегоочистители, у которых для выреза-
ния снега имеются два или три шнека. Эти снегоочистители конструктивно
более просты и надежны в работе, но менее приспособлены для срезания
сильно уплотненного снежного покрова. В этих условиях более эффек-
тивно работают фрезерно-роторные снегоочистители или плужно-ро-
торные со специальными рыхлителями.
Устройство шнеко-роторного снегоочистителя показано на рис. 232.
Рабочее оборудование крепится к шасси автомобиля 4 посредством тол-
Рис. 231. Схемы рабочих органов роторных снегоочистителей: а —
шнеко-роторный; б — фрезерно-роторный; в — плужно-роторный
Условные обозначения: / — шнеки; 2 — направляющая труба; 3 — ротор; 4 —
ленточная фреза; 5 — плуг; 6 — рыхлитель
кающей рамы 6. При этом обычно используются трехосные автомобили
повышенной проходимости. Рабочий орган, укрепленный в передней
части автомобиля, состоит из трех шнеков 8 и ротора 7, заключенных
в общий корпус.
Шнеки изготовлены из стальных труб, к которым приварены витки
с правым и левым направлением спирали, что обеспечивает подачу снега
от краев очищаемой полосы к середине, где расположен ротор. Шнеки
приводятся во вращение посредством цепной передачи.
Ротор диаметром 975 мм состоит из стальной ступицы с шестью крон-
штейнами, к которым прикреплены шесть лопастей. Он заключен во
вращающийся кожух / с направляющей трубой 2, имеющей форму улитки.
Поворотом улитки достигается изменение направления полета снега
вправо или влево от оси машины и угол вылета. Подъем и опускание ра-
бочего органа и поворот улитки осуществляется гидравлическими цилин-
драми 3. Ротор вращается со скоростью 425 об/мин. Привод рабочих
органов и ходового оборудования осуществляется от двигателя 5 мощ-
ностью 150 л. с., расположенного сзади кабины. Ширина полосы, очища-
емой снегоочистителем, — 2,5 м; максимальная толщина снежного по-
крова — 1,2 дальность отброса снега — 24 м; производительность —
625 т/ч.
На шнеко-роторном снегоочистителе производительностью 1500 т/ч
установлен самостоятельный двигатель мощностью 300 л. с. для привода
только рабочего оборудования.
400 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Фрезерно-роторный снегоочиститель выпускается на базе трактора
«Беларусь» и предназначен для работы в городских условиях. На таких
снегоочистителях чаще применяются горизонтальные фрезы ленточного
типа, однако в некоторых моделях устанавливаются две фрезы барабан-
ного типа с вертикальными осями вращения.
Плужно-роторный снегоочиститель с разрыхляющим устройством
выпускается нашей промышленностью на базе трактора мощностью
Рис. 232. Шнеко-роторный снегоочиститель: а —вид сбоку; б — вид спереди
140 л. с. и предназначен для очистки от снега сильно заносимых участков
дорог в равнинной и горной местностях. Снегоочиститель имеет два ротора,
расположенных впереди трактора, с самостоятельными поворотными кожу-
хами (улитками). Подача снега к роторам осуществляется плугом, на
котором укреплены роторы. Разрыхляющее устройство используется
для разрушения снежного козырька, образуемого в процессе работы сне-
гоочистителя, когда высота снежного покрова превышает высоту рабочего
органа, и для рыхления большой плотности снега. В трансмиссию трак-
тора включен демультипликатор для получения требуемых рабочих
скоростей. Минимальная рабочая скорость трактора получается 0,36 км/ч.
Производительность снегоочистителя — 850 т/ч. На всех роторных снего-
очистителях управление гидравлическое.
МАШИНЫ ДЛЯ РЕМОНТА И СОДЕРЖАНИЯ ДОРОГ
Расчет параметров ротора. На частицу снега, находящуюся на вра-
щающейся лопасти, действуют следующие силы:
1) сила тяжести G = mg в кГ~,
2) сила инерции 1 = тЛ в кГ\
3) кориолисова сила инерции 1К = 2тсопл в кГ\
4) силы трения Fx = fG и F, = fIK в кГ,
где т — масса частицы снега в кГ-секЧм’,
<и — угловая скорость ротора в 1/сек;
х — расстояние от частицы снега до оси вращения ротора в м;
vr — относительная скорость снега по лопасти в м!сек\
f — коэффициент трения снега о металл.
Сопоставление этих сил показывает, что сила тяжести снега G, а также
вызываемая ею сила трения Fx невелики по сравнению с остальными
силами, поэтому ими можно пренебречь. Направив ось х вдоль лопасти
и принимая начало координат на оси вращения ротора, можно написать
следующее дифференциальное уравнение движения снега:
т-^г = т<о2х — 2mwf . (IX.22)
Сократив на т, получим
-J- + 2uf~ — щД = 0. (IX.23)
Для данного дифференциального уравнения характеристическое уравне-
ние имеет вид:
п2 + 2ш/п — ы2 = 0. (IX.24)
Корни этого уравнения будут:
п1 = <0 (}/ 1 + f2 — /) соку; (IX.25)
п3 = —w (J/ 1 -{- f2 -У f) - —сок.,, - / и к3 = У1 + У + f. (IX.26)
Таким образом, общий интеграл уравнения (IX.22) будет
х—- — С2К'ШК2‘, (IX.27)
где С, и С2— произвольные постоянные.
Дифференцируя это уравнение по времени t, найдем относительную
скорость
Vr = С^лк,ех'! - (IX .28)
Решим совместно уравнения (IX.27) и (IX.28) с учетом граничных
условий: t = 0; х = г0 и гу -- 0, где г0 — начальный радиус лопасти.
Тогда произвольные постоянные С\ и С2:
Q Г 0^2 . Q Г 0^1
•
Уравнения (IX.27) и (IX.28) получат окончательный вид:
х =----С»---+ К1е“к=м') .и; (IX .29)
v (е^>> М‘сек. (IX.30)
Г <! + «2 ' 7
402 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ для ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
С практической стороны важнее всего момент, когда снег находится
на конце лопасти. Чтобы попасть туда, снег затрачивает наибольшее
время на перемещение и вместе с тем приобретает наибольшую скорость.
По мере поворота ротора вторые слагаемые в правой части уравнений
(IX.29) и (IX.30) все меньше сказываются на перемещении х и скорости v
и при угле поворота 90° величины их не превышают 5—6% величин пер-
вых слагаемых. Это дает основание в практических расчетах пренебречь
этими слагаемыми и принять
vr = ; 2 е 1 м/сек.
г «1 + к2
(IX.31)
(IX.32)
Найдем относительную скорость, которую получает частица снега,
находясь на конце лопасти. Для этого в уравнении (IX.29) нужно принять
х = R и затем решить его совместно с уравнением (IX.30), тогда
vr = 7?сок1 м, (IX.33)
где 7? — конечный радиус лопасти.
Время т перемещения частицы снега по лопасти находится из уравне-
ния (IX.31), если принять х == R:
т = _J_ In + сек. (IX.34)
#1 СО L 0^2 J
Угол поворота (угол разгрузки) ротора <рр, соответствующий времени т,
равен
ф рад. (IX.35)
С увеличением коэффициента трения f и отношения R : г возрастают
время и угол разгрузки. Если f = 0 и к2 = Ki = Ь т0
<рр = In ^2 -у-) рад. (IX.36)
Величина <рр играет большую роль в работе ротора: если не будет обеспе-
чена разгрузка лопасти за время т, часть снега не успеет сойти с лопасти,
что повлечет за собой снижение производительности снегоочистителя.
С другой стороны, очевидно, что угол между двумя смежными лопастями
ротора не должен быть более %, в противном случае ротор в некоторые
периоды времени в течение каждого оборота будет вращаться вхолостую.
Отсюда следует, что число лопастей на роторе z должно быть
(IX .37)
Чтобы создать сплошной поток выбрасываемого снега и этим повысить
производительность машины, нужно, чтобы разгрузка лопасти начиналась
до того, как полностью разгрузится предыдущая лопасть. Верхний пре-
дел для величины г пока не установлен, и ориентировочно можно счи-
тать
z
(3,5-*-4,0) л.
(IX.38)
МАШИНЫ ДЛЯ РЕМОНТА И СОДЕРЖАНИЯ ДОРОГ 403
Снег, выбрасываемый ротором, состоит из комьев размером до 20 см
и мелких частиц в виде снежной пыли. Чем крупнее частица, тем дальше
она отлетает в сторону. Если пренебречь сопротивлением воздуха, даль-
ность отброса снега может быть определена по формуле
с' sin 20
---+^tg9 м, (IX.39)
где 0— угол наклона направляющей трубы к горизонту; 0 = 40ч-453;
Н — высота трубы над поверхностью дороги в м;
vr — скорость снега на конце лопасти в м/сек.
Помимо сопротивления воздуха на дальность полета снега влияют
скорость и направление ветра, поэтому работу роторного снегоочистителя
нужно организовать так, чтобы снег выбрасывался в направлении ветра.
Расчет мощности, требуемой для работы роторного снегоочистителя.
При работе снегоочистителя затрачивается мощность на преодоление сле-
дующих сопротивлений:
1) сопротивления перемещению автомобиля или трактора, на
котооых смонтирован снегоочиститель;
2) сопротивления, возникающего при работе питателя (шнека);
3) сопротивления, возникающего при работе роторов.
Сопротивление ITj находится по формуле
= (Ga + Go) (/а + г) кГ; (IX.40)
соответствующая мощность на преодоление этого сопротивления будет
с., (1Х.41)
где Ga — вес автомобиля (трактора) в кГ\
Go — вес снегоочистительного оборудования в кГ;
vM — рабочая скорость снегоочистителя в км/ч-,
fa — коэффициент сопротивления движению;
i — максимальный уклон дороги.
Общая мощность N 2, затрачиваемая на преодоление сопротивлений
при работе шнека, слагается из мощности N'2, расходуемой на вырезание
снега, и N2 — на перемещение снега:
N2 = N'2 + N'2 л. с. (1Х.42)
Величина первой мощности находится по формуле
М = К° л- с., (IX.43)
а второй мощности — по формуле
n: = ,7. с-> (IX.41)
2 270 tg <х0
где к0 — коэффициент сопротивления снега резанию в кГ/м2\
D — диаметр витков шнека в мл,
d — диаметр вала шнека в лг;
Ьш — длина шнека в .и;
— число оборотов снега в об/мин',
s — шаг шнека в ж;
Пш — производительность шнека в т/ч\
е — угол трения снега о металл;
а0 — угол подъема винтовой линии.
404 МАШИНЫ И ОНОРУЛОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Производительность шнека равна
Пш = 60 т/ч, (IX. 45)
Где у — удельный вес снега в т/л3;
— коэффициент наполнения шнека снегом; = 0,3-с-0,4.
^Мощность N9, затрачиваемая на работу ротора, слагается из мощ-
ности N3, требуемой на отбрасывание массы снега и мощности N"3 на пре-
одоление сопротивления трения снега о стенки кожуха N'.j.
На отбрасывание массы снега М требуется затратить энергию
Mv2„
А=-^кГм, (IX.46)
где va — абсолютная скорость частицы в м/сек.
Учитывая (IX.33), имеем
= |/ /?®cos + 7?2<o2Kj = l м/сек. (IX.47)
Величина массы М может быть определена по производительности
ротора Пр. Принимая Пр в кГ/ч и учитывая, что за 1 ч ротор совершает
60 п оборотов, находим вес снега в роторе:
<1Х.48)
Тогда масса снега М равна
. (IX.49)
60ng м
Подставляя полученные значения в (IX.46), получим
А = + кГ-м. (IX.50)
2 • 60/щ
Учитывая, что со = имеем
оО
Время, затрачиваемое на эту работу, равно времени одного оборота
ротора:
С = — сек. (IX.52)
р п
Следовательно,
~ с- «х-5з)
Сопротивление от трения возникает под действием центробежной силы,
прижимающей снег к внутренней поверхности кожуха, и равно
W2 = fMRm2 кГ. (IX.54)
Мощность, требуемая для определения этого сопротивления, будет
(1Х-55)
МАШИНЫ ДЛЯ РЕМОНТА И СОДЕРЖАНИЯ ДОРОГ 405
Таким образом,
Техническая производительность снегоочистителей равна
Псн = 1000В/гвЛ1у m/ч, (IX.57)
где В — ширина захвата в м\
h — толщина удаляемого снежного покрова в м;
— рабочая скорость снегоочистителя в км/ч;
у — удельный вес снега в т/л3.
Производительность ротора принимается равной технической произ-
водительности снегоочистителя.
При нормальной работе снегоочистителя скорость вращения ротора
и шнеков связана с поступательной скоростью машины. Из сопоставления
производительности каждого агрегата можно установить, что поступа-
тельная скорость снегоочистителя при определенных геометрических
размерах, определенной угловой скорости ротора и заданной плотности
снега находится в гиперболической зависимости от сечения удаляемого
снежного покрова. На глубоком и плотном снегу поступательная скорость
снегоочистителя не превышает 0,4—0,5 км/ч. В реальных условиях работы
редко бывают случаи, когда снежный покров на большой протяженности
участка имеет одинаковую толщину и плотность, поэтому для обеспече-
ния эффективности работы снегоочистителя в разнообразных условиях
ходовая часть трансмиссии машины должна позволять плавно изменять
рабочие скорости в значительном диапазоне. Это достигается применением
турбомуфт.
При конструировании роторного снегоочистителя особое внимание
должно уделяться распределению веса машины по ее осям. Крепление
впереди снегоочистителя рабочего оборудования весом 2,0—2,5 т вызы-
вает перегрузку передней оси, затрудняет управление машиной и огра-
ничивает ее маневренность. Необходимо стремиться приблизить центр
тяжести к центру машины и по возможности уменьшить вес рабочего обо-
рудования. Чтобы исключить выглубление рабочего оборудования из
снежного массива при работе на тяжелом снегу, в системе управления
машиной следует предусмотреть гидравлические цилиндры двойного
действия для подъема и опускания рабочей части, которые позволяют
в случае надобности жестко соединить рабочее оборудование с машиной
и тем самым передать часть веса машины на рабочее оборудование.
Не следует добиваться увеличения дальности отброса снега сверх
той, которая требуется для условий, где будет работать снегоочиститель.
Если снегоочиститель предназначается для очистки автомобильных дорог,
дальность отброса ограничивается 25 м, при очистке аэродромов она может
доходить до 50 м.
Пример.
Дано: В = 2,6 м; h = 1,2 м; п = 425 об/мин; (со = 44,4 1/сек); Пр~
= Пт = 625 m/ч; R = 0,49 лг; г0 = 0,15 м; у ~ 0,4 т/ж3; fa =- 0,03.
При заданной производительности и известных параметрах снеж-
ного покрова из формулы (IX.57) можно определить рабочую скорость
машины:
v" = Тбббвлу ТоббДГб’ЛУ 0,5 КМ14’
406
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Мощность, требуемую для работы
(12.53) и (1.2.55):
ротора, находим по формулам
N3
ПснпЧ? /1 + 4 , fa \ „ „
10е \ 485 39 /
Учитывая, что
К, = V^+Ta ~ fa = ГГ+W - 0,03 1,
получим
625-1 000-4252-0,493 Г 2 0,03 \
10е к 485 + 39“ )
= 135 л. с.
Найдем некоторые кинематические параметры ротора. Относительная
скорость снега на конце лопасти по формуле (IX.33) равна
vr = R<£>Ki = 0,49-44,4-1 = 21,6 м/сек.
Угол разгрузки находим по формуле (IX.35):
Ф. = —In [A. = in/^49 2\ _ j 88 д
W кг [ Го J \ 0,15 /
т. е. = 108°.
Время перемещения частицы снега по лопасти равно
Скалыватели. Для удаления уплотненного снега или снежно-ледяного
наката с асфальтобетонных и цементнобетонных дорожных покрытий при-
меняются специальные ножи-скалыватели, которые могут совершать
возвратно-поступательное движение или закрепляться наглухо. Скалы-
ватели входят в комплект сменного рабочего оборудования снегоубороч-
ных машин. Нашей промышленностью скалыватели из двух неподвижных
ножей выпускаются к снегоуборочной машине на базе трактора «Бела-
русь». В передней части трактора укреплен одноотвальный плуг, в задней
части — цилиндрическая щетка, а между передними и задними колесами
под рамой трактора — ножи-скалыватели.
В гидроцилиндрах подъема и опускания ножей предусмотрено уст-
ройство, предохраняющее их от поломок при наезде машины на препят-
ствия. Этим устройством регулируется также сила прижатия ножей
к поверхности покрытия. Оно состоит из клапана, включенного в гидро-
цилиндр. Изменением натяжения пружины клапана регулируется давле-
ние масла в гидроцилиндре, а следовательно, давление ножа на поверх-
ность скалываемого снега. В случае встречи ножа с препятствием воз-
растет давление масла в полости цилиндра за поршнем, клапан сожмет
пружину и откроет проходное отверстие, через которое масло перетечет
в другую полость и приподнимет поршень, а вместе с ним и нож-скалыва-
тель.
При расчете требуемого тягового усилия учитывается сопротивление
снега скалыванию
W± = bhKCK кГ
и сопротивление трения ножа о снег
IF2 == fP кГ,
МАШИНЫ ДЛЯ РЕМОНТА И СОДЕРЖАНИЯ ДОРОГ
407
где b — ширина захвата зубьев в м;
h — толщина удаляемого слоя снега в м;
Кск — удельное сопротивление скалыванию; Кск — 5 кПсм2;
Р — сила прижатия ножа в кГ;
/ — коэффициент трения снега о металл, принимаемый по табл. 38.
Пескоразбрасыватели. Обледенение дороги резко снижает сцепление
колес автомобиля с поверхностью дороги, в результате чего нарушаются
устойчивость машины и безопасность движения. Если на сухом асфальто-
бетонном покрытии коэффициент сцепления колес автомобиля равен
0,6—0,7, то при обледенении он сни-
жается до 0,06—0,08. Для борьбы с
этим поверхность покрытия иногда
посыпают хлористым натрием или хло-
ристым кальцием. Однако эти веще-
ства применяются редко, так как они
Рис. 234. Схема сил, действующих на
частицу материала при вращении диска
Рис. 233. Принципиальная схема пескораз-
брасывателя
содействуют коррозии рам и кузовов автомобилей. Наиболее распро-
страненным и дешевым способом борьбы со скольжением является посыпка
обледеневшего покрытия песком. Для россыпи песка используются песко-
разбрасыватели (рис. 233).
Рабочее оборудование пескоразбрасывателя монтируется в задней
части автомобиля и состоит из горизонтального металлического диска 3,
вращающегося на вертикальной оси. На верхней рабочей поверхности
диска приварены радиальные ребра. Бункер для песка 5, укрепленный
на шасси автомобиля, имеет наклонные стенки, а на дне — отверстие,
к которому примыкает лоток 4. Лоток, имеющий опору 6, совершает под
действием эксцентрикового механизма 8 возвратно-поступательное дви-
жение и проталкивает песок из бункера к диску. Вал эксцентрикового
механизма приводится во вращение от вала диска посредством ременной
передачи 2. Привод диска осуществляется от коробки отбора мощности 7
автомобильного двигателя через конический редуктор 1. Диаметры дис-
ков на разных машинах колеблются от 0,60 до 0,70 м, а число оборотов —
от 300 до 600 об!мин.
Песок поступает на некотором расстоянии от центра диска и под дей-
ствием центробежной силы продвигается вдоль ребер к наружной кромке,
преодолевая при этом сопротивление трения о поверхность диска.
Изменение скорости россыпи материала достигается переключением
рабочей скорости пескоразбрасывателя.
408 МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Производительность пескоразбрасывателя равна 12—14 тыс. м2/ч.
Расчет параметров диска пескоразбрасывателя. На частицу мате-
риала М (рис. 234), находящуюся на вращающемся диске, действуют
следующие силы: сила тяжести mg; центробежная сила инерции лш2х;
кориолисова сила инерции 2ти-^-; сила трения о поверхность диска
под действием силы тяжести fmg и кориолисовой силы инерции 2fm^~,
где т — масса частицы в кГ-секЧм;
л- — расстояние от рассматриваемой точки до центра диска в м;
ы — угловая скорость диска в 1/сек;
t — время в сек;
g — ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/сек2;
f — коэффициент трения песка о металл.
Дифференциальное уравнение движения частицы примет вид:
т = тсгх — 2maf ~ — fmg; (I X. 58)
сократив на т и поделив на со2, будем иметь:
-т^?г + 2/-т^7?— (х-ДЛ =0. (IX. 59)
<1 1 d (wt) \ ш2 / v '
Введем обозначения:
<о/ = у; х — =- 2,
тогда
dz dx d-z d2x
dy d (cd<) ’ dy2 d (<nt)2
Напишем дифференциальное уравнение (IX.59) в новых обозначе-
ниях:
я?
~ + 2f~— г — 0. (IX.60)
dy 1 dy '
Характеристическое уравнение имеет вид:
к2 + 2/к — 1 = 0.
Находим корни этого уравнения:
= -f +
К 2 = f | / “ 1 .
Общий интеграл уравнения (IX.60) равен
z1- C1e‘|!;-i (IX.61)
Подставляя в это уравнение значения г, у, Kj и к2, получим
х = -ф + С,г м, (IX.62)
или
х--^ = Cie{n~l)(a' + C^(n+h,,yt м, (IX.63)
где п = у I -f- р .
МАШИНЫ ДЛЯ РЕМОНТА И СОДЕРЖАНИЯ ДОРОГ
409
Прежде чем найти величину постоянных интегрирования Сг и С.2,
сопоставим оба слагаемых левой части уравнения (IX.63). Так как число
оборотов диска не бывает меньше 300 об/мин, а наибольшее значение коэф-
фициента трения f = 0,5, то
Полученная величина составляет 1 % от значения х, не превышающего
радиуса диска 0,5 м, поэтому в практических расчетах ею можно прене-
бречь и принять
х = C,e{n-f}at + С2е-<л + п“' м.
(IX.64)
Скорость перемещения частицы песка будет
fx =4г = ci — —
Для нахождения
при t = 0 х = г0-,
где г0 — радиус ребра диска;
и0 — начальная скорость частицы.
Тогда получим:
— С2 (п 4- f) we- (n+f) м/сек.
Сг и С2 воспользуемся граничными
= v0,
(IX.65)
условиями:
___________Л,
2п 2п ш
n~f
с - г п ' f
~ Г° 2п
о
Окончательно будем иметь:
Х ~ \Г<1 ~2п
--11 ) р(п________
2пш /
го
va \ — («+/) шг
2лы Л
(IX.66)
. п- — f- п 4-
0 2п 2ч
е <лН)6>' м/сек.
(IX.67)
Есди подставить в эти уравнения возможные значения величин п,
f, ы и t, окажется, что величина е1п~;>а1 в 50 раз больше величины
е— (m + f)»!, поэтому при инженерных расчетах можно пользоваться
более простыми формулами:
*-(Г"Т+ 2^)e'"’""' <1Х'68>
v, - (г. '-аД “ + «''««
(IX.69)
410
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Найдем относительную скорость частицы материала вдоль ребра
в момент, когда она сойдет с диска. Для этого в уравнении (IX.68) нужно
принять х = г. При таком условии, решая это уравнение совместно с
уравнением (IX.69), получим
vr = г (п — /') <о. (IX.70)
Абсолютная скорость, с которой частица материала сойдет с диска,
равна (рис. 235)‘
Va = Уо; + V2 = У Г2 (н — /)2<О2 + Г2(й2 =
= г(о]/(п — /)2 + 1 м/сек,
(IX.71)
где V, — окружная скорость.
Из формул (IX.70) и (IX.71) видно, что скорость перемещения ча-
стицы вдоль ребра не зависит от начальной скорости о0, однако началь-
ная скорость, как и величина г0, влияет на величину угла срр, на который
Рис. 235. Угол разлета частиц
песка
повернется диск за время движения по нему
частицы.
Найдем угол фр, для чего предваритель-
но определим среднюю скорость частицы vcp:
Vcp = M/ceK.
(IX.72)
Время движения частицы по диску
равно
г — г0 2 (г — г0) со
т =------—---------=—-----------сек,
Va + ra> v (п — f)2 + 1
(IX.73)
а угол поворота равен
®0 = сот =------2(г7Го) ь._ рад. (IX.74)
Ио + ГСО ]Л(П - ()2 + 1
Когда частица сойдет с диска, кроме скорости va она будет обладать
также и скоростью машины vM, и относительно поверхности дороги ее
полная скорость будет равна геометрической сумме
о = va + vM м/сек. (IX.75)
С этой начальной скоростью частица будет продолжать свое движение в
воздухе по параболической кривой.
Расчет мощности, требуемой для работы диска пескоразбрасывателя.
Энергия расходуется на сообщение скорости перемещаемому материалу
(N J и на преодоление силы трения материала одно и ребра диска (М2), т- е-
N = Nj, + М2. (IX.76)
Мощность Лу определяется по формуле
Л/ , е
N1 270.2gr] •’
(IX.77)
где П — производительность диска в т/ч.-,
т] — к. п. д. привода.
МАШИНЫ ДЛЯ РЕМОНТА И СОДЕРЖАНИЯ ДОРОГ
411
Мощность, затрачиваемая на преодоление сил трения, пропорцио-
нальна весу материала на диске и длине ребра:
*'.~EWL('+Jir)AC- <1х-78>
Техническая производительность пескоразбрасывателя Пт нахо-
дится по формуле
Пт = BvM м2/ч, (IX.79)
где В — ширина посыпки в м;
vM — скорость пескоразбрасывателя в м/ч.
Эксплуатационная производительность значительно меньше техни-
ческой и зависит не только от времени, затрачиваемого непосредственно
на россыпь, но и от времени загрузки бункера песком, времени холостого
пробега от места работы к складу песка, а также от коэффициента исполь-
зования пескоразбрасывателя в течение смены. Этот коэффициент учиты-
вает простои пескоразбрасывателя по организационным и техническим
причинам и в расчете принимается равным 0,90—0,95. Среднее время, за-
трачиваемое на загрузку в пескоразбрасыватель 5—5,5 т песка, равно
8 мин, а чистое время россыпи этого количества песка — 20 мин.
Пример.
Исходные данные: п = 300 об'мин: со = 31,4 1/сек; г = 0,35 м;
г0 = 0,1 м; v0 = 0; vM = 12 км/ч = 3,3 ж/сек; Н = 0,6 м; П = 15 т/ч-,
f = 0,5; т| = 0,85; п = ]/1 /- = 1,2.
Относительная скорость движения частицы по диску (IX.70) будет
vr = г (п — /) со = 0,35 (1,2 — 0,5) 31,4 = 7,7 м/сек.
Окружная скорость равна
ив = гео = 0,35-31,4 = 11 м/сек.
Полная скорость точки на кромке диска (IX.71) составит
va = ]/V -J- = У7,72 + И2 = 13,4 м/сек.
Скорость частицы в момент, когда она сойдет с диска и начнет дви-
гаться в воздухе в вертикальной плоскости, совпадающей с продольной
осью машины, равна алгебраической сумме скоростей va и vM:
v = va + vM = 13,4 + 3,3 = 16,7 м/сек.
Найдем угол поворота срр. Средняя скорость частицы равна
у0 4“ Га О 4- 13,4 с 7 ,
4,, = —= ----------2---- = 6,7 м'сек-
Время движения частицы по диску (IX.73) будет
т = -—= °--5-д _0’10 = 0,04 сек.
иср о,7
Тогда угол <рр по формуле (IX.74) составит
Фр = сот = 31,4-0,04 = 1,26 рад,
или фр = 73°.
Определим величину мощности, требуемой для вращения диска.
Величина по формуле (IX.77) равна
Н/'а-М _ 15 (13.42
270-“ 270-2-9,81-0,85 ’ ’
412
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
величина N2 по формуле (IX.78) будет
!П (г - г0)
270т]
0.5-15(0,35 — 0,10)
270-0,85
(1 +31,42-g^) =0,3 л. с.
Тогда полная мощность равна
N = (Vj + Л+ - 0,6+ 0,3 = 0,9 л. с.
Литература
1. Абросимов К. Ф., Бромберг А. А. и Катаев Ф. П. Машины
для строительства дорог. М., Машгиз, 1962.
2. Баловнев В. И., Засов И. А. и Карабан Ю. Л. Машины для
содержания и ремонта автомобильных дорог. М., изд-во «Машиностроение», 1964.
3. Г у с е в Л. М. Исследование работы щеточных устройств с цилиндрическими
щетками подметально-уборочных машин. Ленинградский НИИ Академии коммунального
хозяйства им. К. Д. Панфилова, 1958.
4. Эв е н то в И. М. Снегоочистители. М.—Л., Машгиз, 1954.
5. Ш а л м а н Д. А. Снегоочистители. Л., изд-во «Машиностроение», 1967.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Условные обозначения и переводные коэффициенты
основных расчетных величин
Расчетная величина Примененная размерность Размерность в системе СИ Переводный коэффициент
Сила кГ Н (ньютон) 1 н & 0,1 кГ 1 кГ = 9,81 н
Момент силы / кГ -м н-м (ньютон-метр) \н-м да 0,1 кГ-м 1 кГ -м = 9,81 н-м да 10 н-м
Работа кГ-м дж (джоуль) 1 дж ~0,1 кГ -м 1 кГ-м = 9,81 дж да 10 дж
Мощность кГ-м/сек л. с. вт (ватт) кет (киловатт) 1 вт да 0,1 кГ-м/сек 1 кГ-м/сек = 9,81 ат да 10 вт 1 л. с. = 0,735 кет
/Масса к Г -сек '/м кг 1 кГ = 9,81 кГ-сек^/м да да 10 к Г -сек?/м 1 кГ•сек1/» да 0.1 кГ
Напряжение, удельное давле- ние кГ/см? Н/Мр или кн/м- 1 н/.и2 да 10‘5 кГ/см- 1 кГ/слР да 100 кн/м1
Жесткость ли- нейная, линейное удельное давле- ние кГ/см н/м 1 н/м да 10*3 кГ/см 1 кГ/см да 1000 н/м
/
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие .............................................................. 3
Введение .................................................................. 4
Часть I
МАШИНЫ ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ
Глава I. Рабочие органы
и ходовое оборудование................................................... 12
§ 1. Общие вопросы .................................................. —
§ 2. Физико-механические свойства грунтов .......................... 13
§ 3. Рабочие органы землеройно-транспортных машин и их взаимодействие
с грунтом........................................................... 22
§ 4. Ходовое оборудование и общие положения тягового расчета........ 35
§ 5. Системы управления машин ...................................... 49
Литература .................................................... 58
Глава II. Машины для подготовительных работ и землеройно-транспортные
машины..................................................................... 59
§ 6. Базовые тягачи ................................................ —
§ 7. Машины для подготовительных работ.............................. —
§ 8. Назначение и классификация землеройно-транспортных машин ... 66
§ 9. Бульдозеры..................................................... 68
§ 10. Скреперы ..................................................... 78
§ 11. Автогрейдеры ................................................. 89
§ 12. Грейдер-элеваторы и землеройно-фрезерные машины.............. 103
§ 13. Разработка мерзлых грунтов землеройными машинами............. 112
§ 14. Автоматизация рабочих процессов землеройных машин............ 118
§ 15. Машины для гидравлической разработки грунта.................. 120
Литература .................................................... 125
Глава П1. Экскаваторы..................................................... 126
§ 16. Назначение и классификация экскаваторов........................ —
§ 17. Одноковшовые экскаваторы....................................... —
§ 18. Конструктивные схемы и процессы работы одноковшовых экскаваторов 129
§ 19. Привод и механизмы............................................. 132
§ 20. Выбор мощности двигателя и определение производительности одно-
ковшовых экскаваторов ..... ..................................... 139
§ 21. Статический расчет одноковшовых экскаваторов................. 149
§ 22. Расчет рабочего оборудования и основных узлов................ 155
§ 23. Экскаваторы непрерывного действия ............................ 163 -
§ 24. Общий расчет многоковшовых экскаваторов...................... 166
Литература ................................................... 170
Глава IV. Машины для уплотнения грунтов.................................. 171
§ 25. Физические основы процесса уплотнения грунтов машинами......... —
§ 26. Прицепные катки ............................................. 176
§ 27. Трамбующие машины ............................................185
§ 28. Вибротрамбующие машины....................................... 190
п............................................................. 198
ОГЛАВЛЕНИЕ
415
Часть II
МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
Глава V. Машины для добычи и переработки каменных материалов............... 200
§ 29. Физико-механические свойства каменных материалов................ —
§ 30. Машины и оборудование для буро-взрывных работ в карьерах .... 201
§ 31. Дробилки........................................................ 206
§ 32. Мельницы........................................................ 220
§ 33. Грохоты и гравиемойки........................................... 222
§ 34. Дробильно-сортировочные установки и заводы...................... 227
Литература ...................................................... 231
Глава VI. Машины и оборудование для строительства усовершенствованных
дорожных покрытий облегченного типа........................................ 232
§ 35. Оборудование для приема, хранения и подогрева органических вяжу-
щих материалов ........................................................ —
§ 36. Машины для розлива битумных материалов.......................... 240
§ 37. Машины для приготовления дорожных эмульсий...................... 245
§ 38. Машины для распределения дорожно-строительных материалов • - - 254
§ 39. Машины для постройки покрытий по методу смешения на дороге - • • 257
Литература .................................................... 262
Глава7 VII. Машины для строительства асфальтобетонных покрытий........... 263
§ 40. Классификация и конструктивные схемы асфальтобетонных смесителей.
Асфальтобетонные заводы ............................................... —
§ 41. Теория асфальтобетонных смесителей и их расчет на прочность .... 274
§ 42. Основы тепловых расчетов машин и оборудования для постройки
дорог с применением органических вяжущих материалов.................. 288
§ 43. Укладчики асфальтобетонной смеси • ........................... 297
§ 44. Самоходные катки для уплотнения дорожных оснований и покрытий 306
§ 45. Вибрационные машины для уплотнения дорожных покрытий .... 318
Литература ................'.................................... 330
Глава VIII. Машины для строительства цементнобетонных покрытий - . 331
§ 46. Бетоносмесители.................................................. —
§ 47. Заводы для приготовления бетонных смесей....................... 337
§ 48. Машины для линейных работ - '.................................. 349
§ 49. Заводы и полигоны для изготовления бетонных конструкций........ 366
Литература ..................................................... 382
Глава IX. Машины для ремонта и содержания дорог ........................... 383
§ 50. Машины для ремонта и летнего содержания автомобильных дорог • • —
§ 51. Машины для зимнего содержания автомобильных дорог............. 389
Литература ...................................................... 412
Приложение 413