Каток

В зависимости от вида рабочего органа различают самоходные катки с гладкими вальцами, самоходные, полуприцепные и прицепные пневмоколесные катки, а также прицепные кулачковые и решетчатые катки.

Самоходные катки с гладкими вальцами применяют для уплотнения черных, гравийно-щебеночных дорожных оснований и асфальтобетонных покрытий. Их рабочим органом являются металлические вальцы, масса катков - до 15 т. По рыхлым поверхностям гладковальцовые катки перемещаются плохо. Толщина слоя грунта, уплотняемого этими катками, также небольшая - 10... 15 см, поэтому их не применяют для уплотнения насыпных грунтов. Большее удельное давление на грунт оказывают кулачковые катки, у которых на поверхности вальцов закреплены стальные кулачки в форме усеченного конуса длиной 20...30 см (рис.1). Масса катков - до 30 т, а толщина уплотняемого слоя - 30 см. При движении катка под кулачками в грунте образуются плотные ядра, а за несколько проходов (6... 12 в зависимости от характеристик грунта) они сливаются в уплотняемый слой. Для уплотнения грунтов, содержащих крупные фракции (мерзлые, взорванные скальные грунты, галечники), применяют решетчатые катки, вальцы которых имеют поверхность в виде решетки. Их масса 12...35 т, уплотнение слоя 25...40 см, необходимое число проходов по одному следу составляет 4... 10.

1 - кулачки; 2 - рама

Для повышения рабочих скоростей при уплотнении грунтов дорожных насыпей применяют пневмоколесные катки (рис.2). Большое распространение на строительстве железных и автомобильных дорог получили полуприцепные пневмоколесные катки на базе колесного трактора Т-158 и одноосного тягача МоАЗ-546. Они состоят из пяти бункеров, дышла, седально - сцепного устройства, задней балки, пневматического и электрического оборудования. Рабочим органом являются колеса, которые установлены в нишах бункеров. После загрузки бункеров балластом масса катков составляет 17,5...25 т. Промышленность выпускает пневмоколесные катки массой до 50 т. Они уплотняют грунт слоями толщиной до 30 см при ширине полосы 2,6 м за 8... 12 проходов. Для лучшего воздействия на неровную поверхность слоя средние бункера имеют независимую подвеску. Катки имеют также пневмосистему для регулирования давления воздуха в шинах колес в зависимости от категории уплотняемых грунтов.

1 - колесный трактор; 2 - бункера; 3 - колеса

Полуприцепные на базе одноосного тягача и самоходные пневмокатки отличаются большей маневренностью по сравнению с прицепными. Вместе с тем при использовании прицепных катков есть возможность применить тягач в зимнее время, в период распутицы и другие нерабочие для катка дни, например на транспортных работах. Эти особенности эксплуатации режимов различных катков необходимо учитывать при определении годового фонда рабочего времени и годовых затрат в расчетах себестоимости земляных работ.

Основным эксплуатационным недостатком катков статического действия является необходимость многократных проходов по одному следу для достижения требуемой плотности. Более того, по мере уплотнения прочность грунта увеличивается и эффективность уплотнительной работы снижается. На больших земляных сооружениях уплотнение выполняют группой катков, вначале легкими, а затем тяжелыми.

При уплотнении несвязных грунтов эффективнее работают вибрационные машины - вибрационные катки и машины с виброплитами. В катках основным рабочим органом является вибровалец - пустотелый барабан, внутри которого размещен механизм возбудителя вибрации (рис.3). Колебания вибровальца происходят при вращении вала с эксцентриками. Частота вибрации порядка 50 Гц, а вынуждающая сила вибровозбудителя 16...70 кН. Для защиты рабочего места и двигателя от вибрации применяют резинометаллические амортизаторы. Под действием колебаний в грунте происходят структурные изменения, связи между частицами нарушаются, они занимают более устойчивое положение, вытесняя воздух и воду.

В вибрационных клетках эффект вибрации дополняет статическое воздействие уплотняющих вальцов, интенсифицирует их воздействие на грунт. Это позволяет достичь требуемой плотности катками значительно меньшей массы, а при одинаковой массе машин увеличить на 2...2,5 раза толщину уплотняемого слоя и уменьшить число проходов. Таким образом, усложнение конструкции и, как следствие, более высокая стоимость виброкатков компенсируются положительным результатом в эксплуатации - повышением производительности и качества уплотнительных работ. Вместе с тем в связных грунтах эффект вибрации проявляется меньше и соответственно снижается эффективность виброкатков.

1 - тягач; 2 - гидрооборудование; 3 - вибровалец; 4 - рама; 5 - ходовая часть

При небольших размерах уплотняемого объекта, например при обратной засыпке траншей и котлованов, в слабосвязанных грунтах применяют вибрационные поверхностные уплотнители - виброплиты. Их рабочим органом является плита с дебалансными вибраторами.

Для уплотнения связных и глинистых грунтов, отсыпаемых слоями значительной толщины 1...1.5 м, используют трамбовочные машины и оборудование. Рабочим органом машины служат две трамбующие плиты массой около 11,5 т, подвешенные на канатах сзади базового трактора. Плиты поднимаются и сбрасываются поочередно, совершая порядка 16 ударов в минуту (каждая). Чтобы обеспечить оптимальное число ударов по одному месту - примерно 3...6 ударов, трактор движется с небольшой скоростью - порядка 150 м/ч и оборудуется для этой цели специальным механизмом - ходоуменьшителем.

Требуемая плотность грунтов в основаниях или в теле земляных сооружений должна быть обеспечена независимо от типа и мощности применяемых грунтоуплотняющих машин. Например, по строительным нормам коэффициент уплотнения грунтов в дорожных насыпях должен составлять 0,95...0,98. Вместе с тем грунт, отсыпаемый в земляное полотно автосамосвалами, имеет после разравнивания коэффициент уплотнения, равный 0,85...0,9, а скреперами - 0,9...0,92. Однако по мере уплотнения прочность и плотность грунта возрастают и для повышения указанного коэффициента даже на одну сотую требуется несколько проходов машин по одному следу. Особенно важно проводить уплотнение при оптимальной влажности грунтов. Для ее обеспечения может потребоваться (особенно при высоких температурах и в засушливых районах) специальный полив грунта поливочными машинами. Контроль плотности грунтов выполняют передвижные грунтовые лаборатории в ходе работ в каждом отсыпаемом слое из массива примерно 300 м. Лаборатория может потребовать увеличить число проходов или принять меры для регулирования влажности грунтов.

Для обеспечения заданной плотности подбирают соответствующую по своим техническим характеристикам грунтоуплотняющую машину, а в технологических схемах проектируют необходимое число их проходов по одному следу.

Способы повышения производительности уплотняющих машин состоят в правильном определении области их применения и обеспечении наиболее благоприятных режимов уплотнения грунта. Основными характеристиками, влияющими на производительность, являются скорость движения машины и необходимое число проходов по одному следу для обеспечения требуемой плотности. Области эффективного применения грунтоуплотняющих машин в основном определены. На дорожных насыпях работают преимущественно пневмоколесные катки. В несвязных грунтах используют вибрационные катки, а в стесненных условиях и при ограниченном фронте работ - трамбовочные машины. При конкурирующих вариантах в расчете сравнительной эффективности следует учитывать, что скорости пневмоколесных катков выше, они дешевле, но для обеспечения заданной плотности потребуют большее число проходов по одному месту по сравнению с вибрационными катками.

При комплексной оценке грунтоуплотняющих машин следует учитывать, что их эффективность определяется не столько экономическими показателями, сколько качеством уплотнительной работы как финишной операции при возведении земляных сооружений. Именно уплотнение определяет устойчивость и надежность насыпей, плотин и других объектов. Для непрерывного контроля качества плотности грунта одним из основных направлений совершенствования конструкций грунтоуплотняющих машин является оборудование их соответствующими приборами.

Катки характеризуются по массе и величине удельного давления на грунт, которое принято считать для гладких и ребристых вальцев на 1 см ширины его (линейное давление), а кулачковых и пневмоколесных на 1 см площади кулачка или шины с грунтом.

Выпускаются катки комбинированного действия рабочих органов, сочетающих статическое и вибрационное воздействие на грунт. Эффективность уплотнения вибрационных катков примерно вдвое выше катков статического действия.