Электронное издание СДМ - Строительные Дорожные Машины и Техника

Кафедра ДСМ МАДИ, ПО Стройтехника


14.10.2016
Уплотнение горячих асфальтобетонных смесей вибрационными катками с возможностью регулирования вынуждающей силы

Попов Ю.Г., Тарасова Н.Е., Чабуткин Е.К. Ярославский государственный технический университет

При работе с горячими асфальтобетонными смесями возможность эффективного уплотнения ограничивается целым рядом взаимосвязанных факторов. На начальном этапе, температура смеси велика, а предел прочности материала и модуль деформации, напротив, малы, поэтому в таких условиях нельзя использовать катки с включенным вибровозбудителем так как это приводит к повреждению поверхностного слоя покрытия.

С течением времени смесь остывает, по опытным данным, при снижении температуры с 110 С0до 60 С0предел прочности повышается в 2,5 раза, а модуль деформации в 8,5 раз. Таким образом, для большинства катков существует определенный временной отрезок, по истечении которого машина теряет способность эффективно уплотнять материал. Данный временной отрезок в свою очередь зависит от начальной температуры смеси, температуры окружающего воздуха (то есть скорости остывания асфальтобетона), размеров уплотняемого участка и параметров вибрационного катка. Для более легких машин рабочий интервал получается меньшим за счет меньшего значения модуля деформации, при котором каток уже не может обеспечить дальнейшее увеличение коэффициента уплотнения. Таким образом, возникает весьма сложная проблема, связанная с выбором, как самой уплотняющей машины, так и параметров ее работы при конкретных условиях производства работ. Для решения данных задач на кафедре СДМ Ярославского государственного технического университета разрабатывается программный комплекс WIBKAT, включающий математическую модель взаимодействия вибрационного катка с различными видами уплотняемых материалов, а также методики определения технологических параметров уплотнения для различных машин.

Применительно к асфальтобетонам, в настоящее время реализованы следующие алгоритмы:
Во-первых, оценка принципиальной возможности достижения требуемого коэффициента уплотнения выбранной машиной. Согласно экспериментальным данным, увеличение коэффициента уплотнения от 0,85 до 0,96 влечет за собой повышение предела прочности в три раза, а модуля деформации в 5 раз. Зная динамику роста данных параметров и технические характеристики катка можно достаточно точно определить возможность достижения требуемого коэффициента уплотнения материала еще на стадии планирования работ.

Во-вторых, влияние скоростного режима работы машины. На низких скоростях каток показывает лучшую уплотняющую способность, за счет увеличения числа приложений нагрузки на материал под вальцом. Таким образом, можно сократить общее число проходов (но при этом увеличив их продолжительность). В то же время при уплотнении на малых скоростях также возникает риск неравномерной деформации и поверхностных дефектов (при контактных напряжениях близких к пределу прочности материала). Кроме того, вычислительный эксперимент, проведенный с помощью комплекса WIBKAT, показал, что в ряде случаев (особенно при уплотнении сравнительно больших участков) один и тот же каток не способен обеспечить требуемый коэффициент уплотнения при работе на низкой скорости, а при повышении скорости требуемая плотность может быть достигнута. Это объясняется тем, что в процессе работы смесь остывает, а как было сказано выше, при уменьшении температуры асфальтобетона его модуль деформации возрастает быстрее, чем при уплотнении. Таким образом, при работе катка на малых скоростях есть риск, что он не успеет проработать материал до требуемого значения коэффициента уплотнения. Кроме того, можно сделать вывод что при работе на небольших участках возможно эффективно использовать легкие катки, работающие на малых скоростях. Но уплотнение большой площадки требует тяжелых катков с высоким значением вынуждающей силы, сохраняющих уплотняющую способность и при сравнительно больших скоростях работы.

В-третьих, определение режима вибрации. Здесь существует два возможных подхода, обусловленных конструктивными особенностями катков. В первом случае устройство вибровозбудителя не позволяет регулировать вынуждающую силу, соответственно вибрация может быть только включена либо выключена. Для таких катков требуется определить количество проходов без вибрации, необходимых для увеличения предела прочности и подготовки материала к более интенсивной нагрузке. Вычислительный эксперимент показывает, что для некоторых катков эта величина достигает 5-6 проходов, при общем числе проходов 9-11. То есть более половины времени каток, из-за малого предела прочности материала, работает без вибрации. Для увеличения эффективности работы машины, можно применять переменный скоростной режим, когда на начальной стадии уплотнения каток выполняет проходы на малой скорости, что обеспечивает более интенсивное нарастание плотности материала, а проходы с вибрацией наоборот совершаются на повышенной скорости. Вычислительный эксперимент показывает, что при таком подходе можно сократить количество проходов машины на 10-15%, производительность при этом возрастает в среднем на 7-8%.

Применение катков, в конструкции которых предусмотрена возможность плавного или ступенчатого изменения вынуждающей силы позволяет существенно повысить эффективность работ. При этом вынуждающая сила должна возрастать в соответствии с увеличением предела прочности материала. Таким образом, можно сократить количество проходов без вибрации в ряде случаев до нуля. Вычислительный эксперимент показал, что эффективно повышение вынуждающей силы на 5-10% после каждого прохода. При таком подходе, на начальном этапе удается добиться более интенсивного нарастания плотности, чем при стандартном уплотнении, однако после определенного количества проходов (как правило, эта точка соответствует моменту включения вибрации на катке без регулирования вынуждающей силы) сравнительная интенсивность нарастания плотности снижается. В то же время постепенное увеличение вынуждающей силы позволяет на более раннем этапе выйти на такие значения предела прочности материала при которых можно использовать вибровозбудитель на полную мощность. То есть на начальном этапе вместо нескольких проходов без вибрации каток работает с постепенным ступенчатым увеличением вынуждающей силы (например, на 10%), начиная с какой-то величины (при которой контактные напряжения еще не превышают предел прочности материала). Затем, при достижении определенной плотности вынуждающая сила увеличивается сразу до 100% для завершения работ. Такой подход позволяет уменьшить общее число проходов на 25-30% и существенно повысить производительность машины.

Более сложная методика предусматривает расчет предела прочности материала после каждого прохода с определением соответствующего значения вынуждающей силы так чтобы контактные напряжения под вальцом были на 5-10% ниже это предела. Такая методика требует применения т.н. "умных катков", в конструкции которых предусмотрена, во-первых, возможность гибкого регулирования параметров уплотнения, а во-вторых, устройства обеспечивающего автоматический контроль и изменения режима работы машины. При таком под-ходе теоретически можно повысить производительность вибрационных катков на 40-50% при высоком качестве выполнения работ.

<< Методика расчёта оптимальных параметров одноковшовых фронтальных погрузчиков на основе анализа системы показателей эффективности | Мобильный рабочий орган машины для скалывания льда >>

На главную Архив: научные публикации
Кафедра ДСМ МАДИ, ПО «Стройтехника». Copyright 2007 . Смотрите условия использования материалов сайта