УПЛОТНЕНИЯ СЛОЯ С ПОМОЩЬЮ ДОРОЖНЫХ КАТКОВ

Аннотация. В данной статье рассматривается технологические процессы уплотнения слоя с помощью дорожных катков. Приведен анализ процесса укатки при движении вальца на длину элемента.

Ключевые слова: процесс уплотнения, вальцовый каток, проходка вальцового катка, укатка слоя грунта, силы сопротивления слоя грунта.

При устройстве слоев дорожной одежды из сыпучих материалов таких как песок, песчано-гравийная смесь или щебень, необходимо тщательное уплотнения слоя с помощью дорожных катков.

Каток – это дорожно-строительная машина, предназначенная для уплотнения грунтов и послойного уплотнения слоев дорожной одежды из сыпучих материалов. Катки применяются в дорожном и аэродромном строительстве, на строительстве гидротехнических объектов и железнодорожных путей.

Рабочие органы катков – вальцы бывают так же нескольких видов: кулачковые, гладкие стальные, решетчатые и на пневматических резиновых шинах, одно вальцовые, двух вальцовые и трех вальцовые. Но есть одна характеристика, которая является основной для всех видов катков – это их вес. Но большой вес катка, еще не означает эффективное он уплотнение материала.

Если используемым при строительстве материалом является щебень, то при его уплотнении необходимо учитывать ряд особенностей. Обычно при строительстве дорог используется щебень мелких фракций: 2-10 мм и крупных – от 40 мм до 70 мм. По поверхности крупной фракции насыпается более мелкая (клинец) и в процессе укатывания образуется проникновение более мелких зерен щебня между более крупными. Происходит так называемая заклинка.

При уплотнении щебеночного слоя дорожной одежды важно выбрать оптимальный вес самого катка. При слишком большом весе дорожной машины, возможно продавливание уплотняемого слоя и деформация нижележащих слоев дорожной одежды, что конечно, является недопустимым.

Показатели интегрального уравнения дают значение константы А (Дж/кг), зависящей от давления катка на поверхность слоя R (Н/см²), подчеркивая необходимость выяснения оптимального (необходимого и достаточного) числа проходов вальца по одному месту n₀.

Энергетический уровень уплотняемого слоя определяется из выражения

ε_о  =   R₀  (Дж/кг),

при плотности массы ϒ = где: g – уплотняемый объём, см².

По данным наблюдений, после первого прохода вальца в уплотняемом слое остаются внутренние силы сопротивления, возникающие в результате увеличения контакта между частицами уплотняемого вещества, так как уменьшаются пустоты, неравномерность плотности.

Сущность процесса уплотнения (механизм) заключается в сдвиге частиц относительно друг друга (ε_о-2 = Аm₀), причем этот сдвиг в начале уплотнения не вызывает сил упругости, в дальнейшем они появляются, просадка слоя δ (измеряемая микронами) является упругой, исчезающей после прохода вальца.

При завершении процесса укатки слоя просадка δ соответствует создаваемому вальцом напряжению и отношение  получает предельное значение, определяющий конечный энергетический уровень слоя. Средняя скорость движения вальца (υ₀, м/с) практически зависит от волнообразования на поверхности слоя и должна быть минимальной для увеличения КПД. Фактическая продолжительность прохода при длине уплотняемого слоя Ɩ (м) t_х =   

Анализ процесса укатки показывает, что при движении вальца на длину элемента  валец поднимается на высоту δ. Это позволяет выразить процесс равенством работы внешней силы и силы сопротивления слоя уплотнению:

Т=Qδ (Дж),

Характеризующим взаимодействие рабочего органа машины и перерабатываемого материала. Такие равенства ложатся в основу анализа процессов при экспериментальном исследовании.

При общей длине уплотняемого слоя Ɩ=100 м, при толщине слоя һ=0,1 м и применении двух вальцового катка общим весом 1 т, с весом каждого вальца с образующей 0,5 м и диаметром 0,5 м 5000Н осадка слоя после 20 проходов вальца 2-5 рейсов катка в двух направлениях достигла 0,009м.

При дальнейших проходках вальца толщина слоя не уменьшалась, что позволило считать процесс завершенным. При первом проходе длина следа от вальца 2=0,12 м, его половина -0,06м. Отношение  =ƒ = 0,15 является коэффициентом сопротивления движению вальца.

При общем времени уплотнения слоя 11000 с среднее время одного прохода составляет 550 с или скорость движения = 0,18 м/с – 650 м/ч является средней в процессе укатки.

При силе тяги, измеряемой динамометром, Т=400 Н, мощность катка Тυ=7200 ДЖ/с, работа, затраченная в процессе, около 9000000 Дж.

При общем объеме уплотняемого материала 100·0,5·0,1=5 м³ и плотности песчаного грунта 1600 кг/м³ масса уплотняемого материала m_о составляет 8000 кг и на 1 м² расходуется 79200000:8000=9900Дж.

При удельном давлении вальца 10000 Н/м² полезная работа катка на всю площадь укатки ω = 500 м² составляет 5000000·0,009=45000Дж, что делает поглощения энергии на 1 м³ ε_о=4500·8000= 0,5625 Дж/кг, КПД укатки k=5,625·99=0,567.

Постоянство мощности машины, перерабатывающей различные материалы (в среднем 7200 Дж/с), и ее энергетической константы α=0,0001 подтверждает возможность объективной оценки машин их энергетическими константами, на значения которых влияют конструктивные особенности машин и их параметры.