Материал: Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура

перекрытия, м (А=0,2 м); Hо – оптимальная толщина укатываемого слоя, м; Кв – коэффициент использования рабочего времени (Кв=0,85); V – рабочая скорость катка, м/ч; t – время, затрачиваемое на разворот катка в конце участка, ч (t = 0,02 ч); n – необходимое число проходов катка.

При выполнении операции уплотнения покрытия или основания за один проход в одном направлении каждый валец двухвальцевого катка (рис 1, а) дважды воздействует на каждый элемент поверхности, т.е. 2n2 раз. При трех вальцах, например, каток ДУ-49 или Д- 178Б (рис. 1, б), таких воздействий при одном проходе будет уже три – n3.

Рис. 1. Катки моторные: а – двухвальцевый; б – трехвальцевый

Для достижения заданной плотности уплотняемой поверхности [1] для трехвальцевого катка количество необходимых, силовых воздействий вальцев сохраняется (2n2), но число проходов для достижения заданной плотности уменьшается и составляет:

n n 2n2 , (2)

где n2 – необходимое число проходов двухвальцового катка по одному следу; n3 – необходимое число проходов трёхвальцового катка по одному следу.

Уменьшение необходимого числа проходов для трехвальцевого катка свидетельствует об увеличении производительности (при прочих равных условиях), которую можно рассчитать по зависимостям:

В табл. 1 приведены результаты расчета числа проходов и увеличения производительности для новых трехвальцовых катков.

Выполненные расчеты показывают простой путь существенного увеличения технической производительности дорожных катков вне зависимости от их массы и типа вальца. Интересно отметить, что при уплотнении асфальтобетона увеличение производительности составляет 1,5 раза, а при уплотнении грунтовых массивов увеличение производительности ещё больше – до 3 раз [8…11].

Известно также, что эффективность уплотнения поверхности зависит не только от числа проходов катка по одному следу, но и от величины силового воздействия каждого вальца на поверхность. Причем последнее определяется массой катка (легкие, средние и тяжелые) и расположением его центра тяжести по продольной базе [12, 13]. Выполненные исследования позволяют обосновать целесообразность создания трехвальцевых дорожных катков тандемного типа. На кафедре «Строительной техники и инженерной механики имени профессора Н.А. Ульянова» ВГТУ в настоящее время выполняются такие научные и проектно-конструкторские работы [11, 12].

- 115 -

Установка на серийном двухвальцевом катке дополнительного вальца открывает новые возможности для увеличения силового воздействия на уплотняемую поверхность. Реализующий эту идею способ управления вертикальными нагрузками на вальцы катка разработан и представлен на рис. 2.

Рис. 2. Установка дополнительного вальца, первый проход:

1 – серийный каток; 2 – дополнительная секция; 3 – соединение секций

Подъем или опускание дополнительного вальца 2 (а также рациональный выбор его веса) позволяют изменять вертикальные нагрузки на вальцы нового катка (рис. 3, 4, табл. 2) и организовать рабочий процесс таким образом, что вертикальная нагрузка на укатываемую поверхность будет увеличиваться вслед за повышением прочности асфальтобетона. При этом число проходов катка с фиксированной нагрузкой на валец не ограничено.

- 116 -

Рис. 3. Второй проход (назад) с увеличенной вертикальной нагрузкой на внешние вальцы

Рис. 4. Третий проход с максимальной вертикальной нагрузкой на средний валец

Такая технология полностью соответствует научному требованию уплотнения дорожных оснований и покрытий – увеличение вертикального воздействия по мере возрастания прочности поверхности [4] и будет способствовать дополнительному увеличению производительности катков.

Расчеты показывают, что новый трехвальцевый каток обеспечивает последовательное увеличение вертикальной нагрузки на валец с 0,3 G до 1,1 G (G – это вес серийного двухвальцевого катка).

Каток ДУ-84 имеет вес 14 кН и обеспечивает вертикальную нагрузку на каждый валец 70 кН [13]. Для реализации такой вертикальной нагрузки серийный каток, на базе которого можно создать трехвальцевый каток, должен иметь эксплуатационный вес G1=70/1,1=63,6 кН. Близкими параметрами обладают серийные катки ДУ-97 и RV-7GS-01, имеющие конструктивный и эксплуатационный вес 65 кН и 75 кН соответственно. Применяя модульный принцип проектирования можно сравнить параметры серийного катка ДУ-84 и нового

- 117 -

трехвальцевого катка на базе этих серийных катков (табл. 3). На рис. 5 показаны схемы этих машин.

Рис. 5. Схемы серийного катка ДУ-84 и нового трехвальцевого катка

Модульный принцип формирования нового катка на базе серийного связан с расчетом на прочность переходного элемента – плиты. Расчет выполнен для трехвальцевого катка на базе серийного катка ДУ-84 в программе Компас, подпрограмма APM FEM. Шаг создания сетки 20 мм, материал – сталь 20. Результаты расчета приведены на рис. 6.

Рис. 6. Суммарные напряжения (а) и перемещения (б) в переходной плите

- 118 -

Расчет на прочность показывает, что в переходной плите суммарные напряжения и перемещения являются незначительными, что обеспечивает формирование трехвальцового катка на базе серийных катков ДУ-84.

Предварительные расчеты для новых трехвальцовых катков показывают их высокие технико-экономические показатели. При практически одинаковой максимальной нагрузке на валец новый каток на базе серийного катка RV-7DS-01 имеет на 30 % меньший вес и на 27,2 % меньшую мощность двигателя. Трехвальцевый каток на базе серийного катка ДУ-84 обеспечивает увеличение производительности в 1,5 раза и значительно большую (в 1,1 раза) вертикальную нагрузку на валец, достигающую 154 кН (что соответствует только половинной нагрузке на заднюю ось тяжелых катков ВК-24.01.02 с колесной формулой 3×3 и МоАЗ- 644428-09880 с колесной формулой 3×2 [13]).

Проведенные расчеты технико-экономических показателей трехвальцевого катка на базе серийного катка ДУ-84 показали, что при затратах на модернизацию равных 1438800 руб. (30 % стоимости базовой машины ДУ-84) и повышении ее производительности на 50 % далее следующие результаты.

Годовые текущие затраты, включающие в себя амортизационные отчисления на полное восстановление; зарплату оператора катка; стоимость топлива; затраты на все виды ТО и ремонтов; затраты на гидравлические жидкости и смазочные материалы; стоимость расходных запчастей; затраты на перебазировку машины составили: по базовой технике Сбаз = 5142176 руб. и по новой технике Снов = 5399430 руб.

Удельные приведенные затраты на единицу продукции определяются по формуле

где С – годовые текущие затраты, руб./год; Eн – нормативный коэффициент эффективности (ставка дисконта); Eн =0,15; К – объем затрат потребителя, связанных с приобретением техники, руб.; В – годовая эксплуатационная производительность, ед. прод. год;

Годовой экономический эффект от эксплуатации трехвальцевого дорожного катка тандемного типа на базе серийного катка ДУ-84 определяется как разность полезных приведенных затрат по сравниваемым вариантам машин

где Zбаз и Zнов – удельные приведенные затраты по сравниваемым вариантам, т. руб./ед. прод.; Внов – годовая эксплуатационная производительность новой техники, ед. прод.;

ЭФгод 1,08 0,77 ·8139168 2523142 руб.

- 119 -