Машины для уплотнения грунтов

Машины для уплотнения грунтов При возведении насыпей для строительства автомобильных дорог, железнодорожных магистралей, при укладке аэродромных покрытий необходимо уплотнение грунтов, так как неуплотненные грунты оседают и деформируются. Уплотнение грунтов является наиболее дешевым методом придания грунтам необходимой прочности и устойчивости. Его стоимость обычно составляет 5-6 % от общей стоимости земляных работ. Затраченные на уплотнение средства всегда с избытком окупаются, и наоборот, там, где эта операция была выполнена недостаточно тщательно, имеют место огромные убытки. Уплотнение грунтов осуществляется приложением к их поверхности кратковременных повторных нагрузок. Под действием этих нагрузок грунт деформируется. Полная деформация грунта состоит из обратимой (упругой) и необратимой (остаточной). Последний вид деформации может развиваться в результате уменьшения объема грунта (необратимая объемная деформация) либо в результате изменения его формы с сохранением прежнего объема (пластическое течение). Обычно необратимая деформация грунта, независимо от ее величины, содержит обе составляющие, но их относительные значения не являются постоянными и зависят от состояния грунта, величины и характера прилагаемой нагрузки. Очевидно, что полезной деформацией, увеличивающей плотность грунта, является объемная деформация, в то время как пластическая деформация, изменяющая форму, но не плотность, ведет к нерациональной затрате энергии. Качество уплотнения грунта оценивается объемной массой его скелета δo. Степень уплотнения грунта при постоянной величине работы, затраченной на уплотнение, в значительной мере зависит от его влажности. Эта зависимость определяется прибором Союздорнии для стандартного уплотнения (рис. 1). Рис. 1. Прибор Союздорнии для стандартного уплотнения Грунт последовательно уплотняют тремя слоями в стальном цилиндре 1 с внутренним диаметром 100 мм, высотой 127 мм (объемом 1 л). При первом испытании влажность грунта служит исходной, в дальнейшем влажность каждого последующего испытания повышают на 1-2 % для песчаных и гравелистых грунтов и на 2-3 % для глинистых. Испытание проводится следующим образом. В цилиндр засыпается первый слой грунта, на него устанавливается наковальня 4 с закрепленном в ней направляющим стержнем 2. Груз 3 массой 2,5 кг поднимается по направляющему стержню до ограничительного кольца 6 и сбрасывается на наковальню с высоты 300 мм. Для малосвязных грунтов эта операция повторяется 25 раз. Для связных – 40 раз. Перед загрузкой второго и третьего слоев на цилиндр надевают насадку 5 для предотвращения высыпания грунта из цилиндра. После уплотнения третьего слоя насадку снимают и срезают выступающую сверху часть грунта, затем грунт высушивают в муфельной печи и взвешивают, тем самым определяя объемную массу его скелета (без влаги). По результатам испытаний строятся графики стандартного уплотнения (рис. 2), из которых видно, что при какой-то определенной для данной нагрузке влажности плотность грунта приобретает максимальное значение. Эта плотность называется максимальной стандартной плотностью – δomax, а соответствующая ей влажность – оптимальной влажностью – ωо. При большей или меньшей оптимальной влажности достигаются меньшие плотности. 2 Рис. 2. Графики стандартного уплотнения грунта: 1 – при 25 ударах; 2 – при 40 ударах Если уплотняющую нагрузку повысить увеличением массы груза, высоты сбрасывания его или, как показано на рис.2, увеличением количества сбрасываний груза, то соответствующая ей максимальная плотность будет выше, а оптимальная влажность ниже. Исходя из сказанного, уплотнять грунт следует при его влажности, близкой к оптимальной. На практике если грунт имеет влажность меньшую оптимальной, его следует смачивать с помощью поливальной машины. Если нет такой возможности, то можно повысить степень уплотнения увеличением числа повторных проходов катка по одному месте или применением более тяжелого катка. Если же грунт переувлажнен, то следует ждать, когда он подсохнет, или же сушить, послойно переворачивания отвалом автогрейдера. Увеличением нагрузки при уплотнении переувлажненного грунта желаемой степени уплотнения не достигнешь. Ту плотность, которую необходимо обеспечить в инженерных земляных сооружениях, т. е. требуемую плотность δo определяют как где k – коэффициент уплотнения. Нормами плотности устанавливаются значения коэффициента уплотнения k. Для ответственных земляных сооружений этот коэффициент нормируется в пределах k = 0,95-1,0. Давление на поверхности контактов рабочих органов машин и уплотняемых грунтов не должно бвть выше их пределов прочности, но вместе с тем оно не должно быть и низким, так как в противном случае снижается эффект уплотнения. Лучший эффект получится тогда, когда удельное давление на поверхности контакта с рабочим органом σк равно 3 ( ) (1) где σр – предел прочности грунта на сжатие. Эффект от работы машин для уплотнения грунтов зависит от того, насколько правильно выбрана толщина уплотняемого слоя. При излишне больших толщинах слоев требуемая плотность грунта не достигается, а при слишком малых – снижается производительность машин и возрастает стоимость работ. Рис. 3. Схема распределения напряжений в грунте при уплотнении его штампом Профессором Н.Н. Ивановым установлено, что предельная глубина, на которую распространяется еще действие нагрузки, составляет 3,5 диаметра штампа (рис. 3). В пределах той зоны, на которую распространяется действие нагрузки, следует различать активную зону, в нижней части которой плотность грунта соответствует заданной. Глубина активной зоны ho зависит от поперечных размеров штампа в плане, величины напряжения. Скорости изменения напряженного состояния, а также от вида и влажности грунта. Эта зависимость выражена в виде ( ) (2) где α – коэффициент, зависящий от скорости изменения напряженного состояния: при укатке α = 2,0, при трамбовании и вибрировании – α = 1,1; Bmin – минимальный поперечный размер поверхности контакта рабочего органа машины с уплотняемым грунтом; ω и ωо – действительная и оптимальная влажности грунта; е – основание натурального логарифма; β – коэффициент, зависящий от типа уплотняемого грунта, для связных грунтов β = 3,65. 4 Из анализа приведенной зависимости можно сделать ошибочный вывод о том, что при влажности грунта, превышающей оптимальную, глубина активной зоны увеличивается. Это не так, поскольку нельзя укатывать грунты с влажностью, выше оптимальной. Исследования показали, что время развития деформаций отстает от времени развития напряжений. При действии кратковременных нагрузок продолжительность напряженного состояния грунта бывает значительно меньше времени, необходимого для полного протекания деформации, что и учитывается коэффициентом α при расчете толщины активной зоны. Для получения нужного уплотнения грунта машинами необходимо многократное повторение прилагаемой нагрузки. Число проходов или повторностей приложения нагрузки, которое необходимо произвести для достижения требуемой плотности, находится в зависимости от толщины уплотняемого слоя. Так, например, перед началом сооружения земляного полотна автомобильной дороги дорожная лаборатория проводит эксперимент, позволяющий построить график зависимости числа повторных проходов катка от толщины уплотняемого слоя (рис. 4). Рис. 4. Зависимость необходимого числа повторных проходов катка от толщины уплотняемого слоя Оптимальное число повторных проходов можно определить из формулы производительности катка, м3/ч ( ) (3) где B – ширина уплотняемой полосы, м; b – ширина перекрытия, м; h – толщина уплотняемого слоя грунта, м; v – скорость движения катка, м/с; n – число повторных проходов по одному месту. 5 Подставляя в формулу значения h и соответствующие им значения n определяется максимум соотношения этих величин, при котором достигается наибольшая производительность катка. Так, например, при ширине уплотняемой катком полосы грунта B = 2,5 м, ширине перекрытия соседних уплотняемых полос b = 0,25 м; скорости движения машины v = 0,14 м/с, принимаем; n – количество повторных проходов катка по одному месту по формуле для расчета производительности, последовательно подставляя толщину уплотняемого слоя грунта и соответствующее ей число повторных проходов, определяют условия для получения наибольшей производительности катка (рис. 5 и рис. 6). Рис. 5. Зависимость производительности катка от толщины уплотняемого слоя грунта Рис. 6. Зависимость производительности катка от числа повторных проходов катка И графиков видно, что максимальная производительность катка для рассматриваемого примера достигается при числе повторных проходов 7 и толщине уплотняемого слоя грунта 0,17 м. При укатке грунта определенное влияние оказывает скорость движения катков. При разных скоростях движения требуемая плотность грунта практически достигается за одно и то же количество проходов. Вместе с тем при больших скоростях движения формируется менее прочная структура грунта, что объясняется несколько большими действующими на грунт сдвигающими усилиями. В результате исследований Н.Я. Хархута предложил следующий режим укатки. Первый проход должен совершаться на малой скорости (1,52,5 км/ч). Это необходимо по следующим причинам. Первый проход совершается по только что отсыпанному рыхлому грунту, и при движении на большой скорости грунт собирается в валик перед вальцом катка, создает сопротивление движению его, затем валец перескакивает через него, далее образуется следующий валик грунта и уплотняемая поверхность становится гребенчатой. Во-вторых, поскольку время развития деформаций отстает от времени развития напряжений, то движение катка на малой скорости дает возможность грунту “запомнить”, что его уплотнили. С этой же целью на ма6 лой скорости выполняются и два последних прохода, а все промежуточные проходы осуществляются на большой скорости (8-10 км/ч), что позволяет повысить производительность катка примерно в два раза при сохранении качества уплотнения. Уплотнение грунтов достигается укаткой, трамбованием, вибрацией или комбинированным воздействием (рис. 5). а б Рис. 5. Способы уплотнения грунтов в При укатке (рис. 5, а) происходит уплотнение грунта под статическим воздействием массы перекатываемого катка. При трамбовании (рис. 5, б) уплотнение достигается динамическим воздействием падающего груза на поверхность уплотняемого материала. При вибрационном уплотнении (рис. 5, в) вибрирующая масса плиты сообщает колебательные движения частицам грунта, связи между ними ослабляются, грунт получает большую подвижность и уплотняется под статическим (виброуплотнение) или динамическим (вибротрамбование) воздействием плиты. Для уплотнения грунтов предназначены различные грунтоуплотняющие машины, основные из которых катки, трамбовочные машины и вибрационные плиты. Катки К числу наиболее распространенных в строительстве уплотняющих средств относятся катки, которые необходимы в дорожном, аэродромном, гидротехническом, промышленном и гражданском строительстве, а также при ремонте и реконструкции промышленных объектов для послойного уплотнения связных и несвязных грунтов, щебеночных, грунтоцементных, битумоминеральных нижних и верхних слоев (толщиной 20 см и более) дорожных оснований. Из большого разнообразия подлежащих уплотнению катками материалов и специфических условий работ по уплотнению вытекает необходимость применения катков различного назначения и конструктивного исполнения (рис. 6) типа и типоразмеров с различными видами рабочих органов. 7 Изменяющиеся в процессе уплотнения физико-механические свойства материалов требуют применения катков с различными удельными давлениями, а также катков статического, вибрационного и комбинированного воздействия на уплотняемый материал. Особенности строительных условий требуют применения катков как самоходных, обеспечивающих челночное движение, так и прицепных - более прочных и дешевых в эксплуатации, когда имеется возможность производить развороты катка на обратный ход. а б в г д е Рис. 6. Катки для уплотнения грунтов: а – прицепной каток с гладким вальцем; б – прицепной кулачковый каток; в – прицепной решетчатый каток; г, д – прицепной и полуприцепной катки на пневматических шинах; е – прицепной вибрационный каток Прицепной каток с гладким металлическим вальцом (рис. 7) состоит из пустотелого вальца 5 цилиндрической формы и охватывающей его рамы 3 с дышлом 2 и сцепным устройством 1 на его конце. Валец соединен с рамой через подшипники 4 на торцовых шипах. а б 8 Рис. 7. Прицепной каток с жестким гладким вальцом: а – общий вид; б – схема Для увеличения массы катка и, следовательно, повышения давления на укатываемую поверхность валец загружают (балластируют) песком через люк 7. Прицепные катки с металлическими вальцами перемещают по уплотняемой поверхности за тягачом, обычно трактором, с разворотами на концах захваток для возвратного движения. От налипшего на рабочую поверхность грунта гладкие вальцы очищают скребком 6, закрепленным на раме. Для расчета максимального контактного давления Ϭmax, возникающего при сдавливании жесткого цилиндрического вальца с плоскостью, Н.М. Беляев применил теорию Герца √ ( (4) ) где q – удельное линейное давление , (5) где Р – нагрузка на валец; В – ширина вальца; R – радиус вальца; Ѳ1 и Ѳ2 – коэффициенты упругости грунта и вальца. В общем виде коэффициент упругости определяется где μ – коэффициент Пуассона (коэффициент поперечной деформации) где ε1 и ε2 – относительные поперечная и продольная деформации; для стали μ = 0,25-0,30, для грунта μ → 0; Eo – модуль Юнга (модуль упругости); для связных грунтов оптимальной влажности Eo =15-20 МПа, а для несвязных – Eo =10-15 МПа. Так как валец абсолютно жесткий по сравнению с грунтом, то Ѳ2 →0 √ (6) При укатке, так же, как и при других методах уплотнения, должно соблюдаться общее правило, согласно которому σmax ≤ σp. Зная σp, можно найти q/R, т. е. выйти на параметры катка. Таблица 1. Пределы прочности грунтов σp , МПа при оптимальных влажностях и плотности грунтов δ = 0,95 σmax Грунты Катки 9 Трамбующие машины (диаметр ударной части 7001500 мм) Малосвязные (песчаные, супесчаные, пылеватые) Средней связности (суглинистые) Высокой связности (тяжелосуглинистые) Весьма связные (глинистые) 0,3-0,6 0,6-1,0 1,0-1,5 1,5-1,8 0,3-0,4 0,4-0,6 0,6-0,8 0,8-1,0 0,3-0,7 0,7-1,2 1,2-2,0 2,0-2,3 Для определения R воспользуемся формулой А.А. Холодова, м √ где q – удельное линейное давление в кПа. Объединив выражения (6) и (7), можно определить R и q. Активная зона действия нагрузки √ . (7) (8) Радиус вальца катка R обычно ограничен технологией изготовления и принимается R = 1,6-1,8 м. Ширину вальца принимают в пределах, м B = (2,0-2,4)R. Достоинством таких катков является простота конструкции и низкая стоимость, однако их применение ограничено в связи с присущими им недостатками. Катки с гладким жестким вальцом уплотняют грунт слоями небольшой толщины (0,15...0,2 м). Для увеличения толщины уплотняемого слоя грунта требуется увеличение массы катка, при этом он тонет в рыхлом грунте и перемещение его затруднено. Поэтому такие катка имеют ограниченную массу до 6 т и их применяют преимущественно для прикатки в 1...2 прохода поверхностей, уплотненных другими катками. Кулачковые катки отличаются от гладких тем, что на рабочей поверхности вальца 2 в шахматном порядке установлены кулачки 1 (рис. 8), которые приваривают непосредственно к обечайке вальца, охватываемо его рамой 3 с дышлом 5. Для увеличения массы катка и, следовательно, повышения давления на укатываемую поверхность валец загружают (балластируют) песком через люк 6. Прицепные катки с металлическими вальцами перемещают по уплотняемой поверхности за тягачом, обычно трактором, с разворотами на концах захваток для возвратного движения или челночным способом, для чего тягач перецепляют на противоположную сторону катка. От налипшего на рабочую поверхность грунта вальцы очищают в междурядьях кулачков штырями 4, собранными на общей балке, прикрепленной к раме. 10 Рис. 8. Схема прицепного кулачкового катка Кулачковые катки уплотняют грунт внедряемыми в него кулачками, а на первых проходах также поверхностью вальца. По мере уплотнения грунта кулачками на глубине при каждом новом проходе их погружение в грунт уменьшается, вследствие чего валец теряет контакт с уплотняемой поверхностью. Из-за высоких контактных давлений в конце уплотнения кулачки будут немного погружены в грунт, вследствие чего на его поверхности останется разрыхленный слой, который при необходимости прикатывают гладкими вальцами. В отличие от работы гладких катков, когда от прохода к проходу уплотненный слой наращивается от поверхности вглубь, кулачки начинают уплотнение на глубине, наращивая его в направлении к поверхности. При первых проходах катка кулачки погружаются в грунт на всю длину, под кулачками образуются ядра уплотнения (рис. 9). При повторных проходах глубина погружения кулачков несколько уменьшается, т. к. новые ядра уплотнения образуются над уплотненным нижним слоем. Кулачковые катки применяют только для уплотнения рыхлых связных грунтов. При уплотнении ими несвязных и малосвязных грунтов происходит выброс грунта кулачками вверх и в стороны, вследствие чего практически невозможно достигнуть требуемой плотности. 11 Рис. 9. Уплотнение грунтов кулачковым катком: а – рыхлый грунт (первый проход); б – конец укатки Форма и размеры кулачков, устанавливаемых на катках, принимались самые различные (рис. 10), кулачки изготавливались в виде стержней (рис. 11, а), в виде зубьев эвольвентного зубчатого зацепления с большой опорной поверхностью небольшой длины (рис. 11, б, в) и длинных (рис. 11, г). Рис. 10. Форма кулачков Последующие исследования показали, что форма кулачка должна быть такой, чтобы его нижняя поверхность была выполнена по радиусу, обеспечивая равномерное удельное давление кулачка на грунт, а остальная конфигурация кулачка должна обеспечивать наилучшую очистку пространства между кулачками от грунта. а б 12 в г Рис. 11. Форма и размеры кулачков, устанавливаемых на катках Длину кулачка рекомендуют принимать равной где D – диаметр вальца. Cила тяжести кулачкового катка, кН где ρ – принятое удельное давление на поверхности кулачка, кПа; F – опорная поверхность кулачка, м2; z – число кулачков в ряду, расположенных по образующей вальца. Количество кулачков определяется так, чтобы на одном м2 поверхности вальца находилось 20-25 кулачков. Решетчатые катки (рис. 12) с обечайками, изготовленными из прутков в виде решетки с квадратными ячейками, работают подобно кулачковым каткам. Внедряясь в грунт прутками, решетчатые катки уплотняют его, начиная с глубинных слоев; Их применяют для уплотнения комковатых и переувлажненных связных грунтов, включая разрыхленные мерзлые и скальные крупнообломочные грунты. Рис. 12. Прицепной решетчатый каток 13 Вальцы катков выполняют из решетки, которая укрепляется или приваривается на бортовых и средних кольцах, изготавливаемых из стали стандартного профиля. Решетки делают из круглой прутковой стали методом плетения или сварки. Часто решетки собирают из отлитых стальных звеньев. В этих катках легко решается проблема очистки вальца катка от налипаемого грунта. Комья грунта продавливаются через решетку внутрь вальца. При вращении его под действием собственной силы тяжести они падают на расположенные внутри вальцов конусы и, двигаясь по их поверхностям, сбрасываются в стороны (рис. 13). Конусы установлены так, что их основания находятся внутри вальцов. Хорошая очистка вальцов от грунта – преимущество этих катков по сравнению с кулачковыми, где эта проблема полностью еще не решена и налипший грунт часто затрудняет работу катков. Рис. 13. Схема размещения очистных конусов: 1 – решетчатый валец; 2 – конус Вместе с тем работа этих катков в зимнее время на переувлажненных грунтах из-за смерзания грунта с решеткой весьма затруднена. Поэтому уплотнять переувлажненные грунты решетчатыми катками, как впрочем и всеми другими средствами, не следует. Прицепные решетчатые катки устраивают двухсекционными, их можно догружать балластом, в качестве которого обычно служат устанавливаемые на раме катков бетонные блоки. По массе прицепные решетчатые катки разделяются на легкие и тяжелые. Легкие катки имеют массу до 15 т, тяжелые от 16 до 30 т. Это деление условно, так как один и тот же каток в зависимости от балластировки может быть легким и тяжелым. Масса катков с балластом, выпускаемых в России, достигает 25-29 т. В заграничной практике строительства получили большое распространение легкие решетчатые катки массой 6-8 т. Там выпускают также и катки массой 20 т. Оценить воздействие решетчатого катка на грунт можно величиной условного линейного давления q, представляющего собой частное от деления полной нагрузки, приходящейся на валец, на его ширину. Решетка характеризуется двумя параметрами — диаметром прутка dпр и поперечным разме14 ром «окна» в свету D (рис. 14). Окна имеют квадратную форму, диаметр прутков в зависимости от массы катка находится в пределах от 35 до 70 мм. Рис. 14. Схема напряженного состояния грунта при работе решетчатого катка Замкнутый элемент решетки образуется поперечными и продольными прутками. Ввиду относительно большого радиуса вальца по сравнению с размерами окна кривизной продольных прутков можно пренебречь, т. е. полагать элемент плоским. На элемент решетки действует какая-то сила Р, представляющая собой часть общей нагрузки на валец. Под действием этой силы решетка погружается в грунт на глубину, которая при рыхлых однородных грунтах превышает диаметр прутка. На контакте прутков решетки с грунтом действуют контактные давления σ0, которые приближенно могут быть определены как частное от деления нагрузки P на контактную площадь F, зависящую от глубины погружения решетки в грунт. При погружениях, равных и более 0,5 dпр, площадь F стабилизируется и среднее контактное давление становится равным пределу прочности грунта σр. Исследования показали, что под решеткой катка в грунте образуются три зоны: под каждым прутком решетки образуется напряженная зона А. Поля напряжений, образующихся под прутками решетки, накладываются друг на друга (зона В наложения напряжений), здесь образуются ядра уплотнения, аналогичные образующимся при работе кулачкового катка, что на некотором удалении от поверхности усиливает напряженное состояние В объемах грунта, расположенных под окном решетки, находится зона отсутствия напряжений Б. Уровень напряженного состояния тем выше, а следовательно, и достигаемая плотность грунта тем больше, чем значительнее нагрузка P и меньше поперечный размер окна D. Вместе с тем небольшие поперечные размеры окон ведут к уменьшению глубины проработки и к ухудшению 15 очистки вальца катка от налипшего грунта, что лишает каток одного из основных преимуществ. Поэтому при проектировании катков поперечный размер окна выбирают с таким расчетом, чтобы при хорошей очистке обеспечить получение требуемой плотности грунта. За основной параметр решетки катка может быть принят диаметр прутка dпр, так как при постоянных значениях контактных давлений объем напряжений зоны А зависит только от этого диаметра. Анализ показывает, что лучшая производительность катков достигается при размере окна решетки (4-5) dпр. При этом размере достигается требуемый эффект уплотнения и реализуются преимущества решетки. Глубина проработки грунта здесь равна около 8 dпр, а поверхностный слой, где плотность грунта обычно не превышает 0,9δmax, имеет толщину около 2 dпр. Недоуплотненный грунт поверхностного слоя доводится до требуемой плотности при уплотнении последующего слоя, когда он оказывается внизу. Масса решетчатого катка определяется, кг где F – площадь решетки в одном ряду, м2; σр – предел прочности грунта, Па; k – поправочный коэффициент, учитывающий, что в грунт погружается не один ряд, а больше; k = 0,6-0,8. Катки на пневмошинах Производство пневмоколесных катков в России началось после окончания второй мировой войны. В это время прицепные, полуприцепные и самоходные катки данного типа стали на определенный период основным оборудованием для уплотнения грунтов во многих странах мира (рис. 15). а б Рис. 15. Схемы катков на пневмошинах: а – прицепной; б – полуприцепной; в – самоходный в В настоящее время пневматические катки применяются для уплотнения не только грунтов, но и гравийных и щебеночных оснований, а также асфальтобетонных смесей. При этом, в отличие от катков с жестким гладким валь16 цом, пневмокатки не подвергают дроблению щебень и гравий, что является большим преимуществом. По способу подвески колес различают пневмокатки с жесткой и независимой подвеской. Жесткая подвеска колес проще, но она приводит к перегрузке шин. При независимой подвеске (рис. 16) каждое колесо имеет возможность перемещаться в вертикальной плоскости независимо от остальных. Рис. 16. Работа пневмоколес при независимой подвеске Такие катки обычно устраивают секционными (рис. 17), каждое колесо связано с отдельной секцией. Представляющей собой ящик или платформу для балласта. Число секций равно числу колес, крайние секции соединяются между собой балками и вместе с ними образуют раму катка. Рис. 17. Прицепной каток на пневматических шинах с независимой подвеской колес Независимая подвеска колес обеспечивает их равномерное нагружение независимо от неровностей уплотняемой поверхности грунта и хорошее уплотнение всей поверхности. В первых конструкциях катков использовались колеса от грузовых автомобилей, однако контактное давление пневматика на грунт зависит от давления воздуха в нем, и давление в шинах грузовых автомобилей было недостаточным. Кроме того, такие шины имеют протектор, ненужный катку, но 17 увеличивающий их стоимость. В настоящее время заводы по производству шин России выпускают для пневмокатков специальные шины размером от 14,00-20 до 21,00-28 (здесь 14,00 – ширина профиля, 20 – посадочный диаметр на обод колеса, в дюймах). Масса выпускаемых в мировой практике моделей пневмокатков довольно сильно варьировалась и составляла от 10 до 200 т. При этом большинство пневмоколесных катков имело нагрузку на шину 3–5 т (масса 15–25 т). Впоследствии прицепные и полуприцепные пневмоколесные катки для уплотнения грунтов начали использовать значительно меньше. В настоящее время их практически не выпускают. На Рыбинском заводе дорожных машин создан самоходный статический пневмоколесный каток ДУ-55, предназначенный для уплотнения грунтов, а также дорожных оснований и покрытий из асфальтобетонных и других дорожных смесей (рис. 18), Каток ДУ-55 является двухосной машиной и состоит из силового агрегата, унифицированного с катком комбинированного действия ДУ-52, и шарнирно-сочлененной с ним полурамы с пятью пригруженными пненмоколесами, из которых четыре являются ведущими. Рис. 18. Каток на пневмошинах ДУ-55 Восемь ведущих пневмоколес сгруппированы попарно на силовых балансирных редукторах, качающихся относительно продольной оси катка. Такая конструкция обеспечивает равномерное нагружение колес независимо от неровностей уплотняемого материала (рис. 19). 18 Рис. 19. Кинематическая схема катка ДУ-55: 1 – силовой агрегат; 2 – двигатель; 3 – гидроцилиндр поворота; 4 – полурама; 5, 8 – ведомое и ведущие колеса; 6 – насосная станция; 7 – раздаточный редуктор; 9 – балансирный редуктор; 10 – гидромотор хода Привод колес осуществляется от дизельного двигателя ЯАЗ-М206А мощностью 110 кВт посредством гидрообъемной трансмиссии. Трансмиссия включает установленную на двигателе через сцепление и раздаточный редуктор насосную станцию, гидромоторы, размещенные на силовых балансирных редукторах, и регулирующую гидроаппаратуру. Насосная станция имеет два реверсивных аксиально-поршневых насоса 207.32.11 переменной подачи с клапанными коробками и три шестеренных насоса типа НШ. Два насоса НШ-46 используются для подпитки гидросистемы и системы управления катком, а насос НШ-10 питает гидроусилители системы управления аксиально-поршневыми насосами. Применение насосов переменной подачи позволяет бесступенчато изменять скорость укатки и производить плавное реверсирование катка. Клапанные коробки снабжены всеми элементами защиты гидропривода от перегрузок, обеспечения подпитки насосов и поддержания необходимого давления во всасывающей гидролинии. Двигатель, раздаточный редуктор и насосы образуют единый силовой блок, крепящийся на раме катка в четырех точках с помощью амортизаторов сдвига. Силовой балансирный редуктор (рис. 20) представляет собой трехступенчатую цилиндрическую зубчатую передачу. К входному валу каждого балансирного редуктора через выключаемую зубчатую муфту подсоединен гидромотор. Кроме того, на входном валу предусмотрен шкив ленточного стояночного тормоза, растормаживание которого происходит тормозным цилиндром при давлении рабочей жидкости в напорной гидролинии катка. 19 Рис. 20. Схема привода хода катка ДУ-55: 1 – трехступенчатый балансирный редуктор; 2 – стояночный тормоз; 3 – тормозной цилиндр; 4 – гидромотор; 5 – пневмоколеса Каток ДУ-55 оборудован хорошо остекленной и комфортабельной двухместной кабиной, оснащенной сдвоенным рулевым гидравлическим управлением. На нем предусмотрена система изменения давления воздуха в шинах, которая повышает проходимость катка и применительно к различным строительным условиям изменяет удельные нагрузки на уплотняемый материал. Для обеспечения уплотнения горячих асфальтобетонных смесей на катке имеется смачивающая система. Смачивающая жидкость, хранящаяся в специальных баках, под давлением подается к соплам, с помощью которых она распыляется на рабочую поверхность пневмоколес. Каток обслуживается одним оператором. Запуск двигателя осуществляется электросистемой с рабочего места оператора. При первых проходах катка, когда грунт еще находится в рыхлом состоянии, деформация пневматической шины по сравнению с деформацией грунта весьма мала, ввиду чего его работа подобна работе жесткого колеса. По мере уплотнения грунта значение деформации шины все более возрастает и при плотных грунтовых поверхностях имеет место обратная картина, т. е. здесь деформируется уже шина. Под пневматиком грунт из-за деформации шины находится в напряженном состоянии более продолжительное время, чем под жестким колесом. При равных диаметрах жесткого колеса и пневматика последний ввиду эластичности имеет большую поверхность контакта с грунтом, и эта площадь загружена значительно равномернее. Кроме того, т. к. время развития деформаций отстает от времени развития напряжений, можно увеличить скорость движения катка. Насколько длина участка контакта пневматика с грунтом l2 больше 20 длины участка контакта жесткого вальца l1, настолько же больше и время этого контакта (рис. 21). а б Рис. 21. Схемы контакта уплотняющих органов катков с грунтом: а – жесткого вальца; б – пневмошины Соответственно и скорость движения пневмокатка v2 может быть увеличена относительно скорости движения катка с жестким гладким вальцом v1 (9) Верхний предел нагрузки на шины должен быть ограничен такими их значениями, при которых смятие шины не превышает 15 %. Под смятием здесь понимается отношение абсолютной величины деформации шины к высоте профиля (диаметру сечения). Катки на пневмошинах при условии правильного выбора их параметров пригодны для уплотнения как связных, так и несвязных грунтов. Оптимальные толщины уплотняемых слоев здесь больше, чем при уплотнении гладкими и кулачковыми. Кроме того, для доведения грунтов до одной и той же плотности требуется меньшее число проходов, что повышает производительность катков. Расчет давления на поверхности контакта пневматического колеса с грунтовой поверхностью производится по формуле (4), но с введением поправочного коэффициента K, зависящего от давления в шинах (табл. 3) √ ( ) (10) где q – удельное линейное давление , где Р – нагрузка на колесо; В – ширина профиля шины; R – наружный радиус шины; Ѳ1 и Ѳ2 – коэффициенты упругости грунта и шины. Коэффициент упругости шины определяется √ 21 √ где Pω – давление воздуха в шине, кг/см2; D – наружный диаметр шины, см. Таблица 3 Значения поправочного коэффициента K в зависимости от давления в шине Pω кг/см2 <3 4-7 8-9 K 1,3 1,0 0,9 Оптимальная глубина проработки грунта пневмокатком, см √ . (11) По результатам испытаний существующих конструкций катков построен среднестатистический график зависимости глубины активной зоны ho от массы катка Q (рис. 22). Рис. 22. Зависимость глубины активной зоны ho от массы катка Q Для повышения массы катка должен использоваться балласт. Анализ существующих конструкций показывает. что масса металлоконструкций у катков общей массой 15-20 т составляет 40 %, а у более тяжелых машин – до 30-35 %. Трамбующие машины. Основное преимущество трамбующих машин по сравнению с катками заключается в возможности уплотнения грунта на большую глубину. Причем трамбующие машины менее чувствительны к влажности и могут применяться для уплотнения различных видов грунта. Трамбование применяется в следующих случаях: - для уплотнения грунтов в стесненных условиях (например, пазухи фундаментов); - для вытрамбовывания котлованов. 22 Для уплотнения грунтов в стесненных условиях применяют электро- и пневмотрамбовки, гидропневмоударники, гидромолоты и дизель-молоты (рис. 23). Рис. 23. Работа с пневмотрамбовкой Трамбовки с приводом рабочего органа взрывным, пневматическим или электрическим способом имеют ограниченное применение — для уплотнения грунтов в труднодоступных и неудобных местах и при небольших объемах работ (пазухи сооружений, дно траншей и т. п.). Особенность вытрамбовки котлованов состоит в том, что котлованы под отдельные фундаменты не отрываются, а вытрамбовываются на необходимую глубину с последующим заполнением вытрамбованного котлована бетоном враспор без опалубки. Для повышения несущей способности грунтов под фундаментом в дно втрамбовываются отдельными порциями щебень, песчано-гравийная смесь («Механизация строительства» № 3, 1982; № 8, 1980; № 10, 1985; № 1, 1987). Применение этого метода позволяет снизить расход бетона в 1,2-2,0 раза, арматуры – в 1,5-4,0 раза, стоимость работ по устройству фундаментов снижается в 1,5-2,0 раза. Для вытрамбовки котлованов за рубежом (Франция, Япония, Швеция, Англия и др.) применяют трамбовки массой 25-250 т, которые сбрасывают с помощью специально изготовленных машин. Глубина уплотнения достигает 40 м. В нашей стране для вытрамбовки котлованов применяют экскаваторы, оборудованные крановой стрелой (рис. 24). 23 Рис. 24. Трамбующая плита на экскаваторе На стреле 3 шарниро закрепляется направляющая труба 4, соединенная распоркой с поворотной платформой 1. Трамбующая плита 6 подвешивается на грузовом канате 5 лебедки 2. После подъема трамбующей плиты в верхнее положение барабан лебедки растормаживается, и плита по направляющей трубе падает на уплотняемый грунт. Применение направляющей трубы значительно снижает динамические нагрузки на экскаватор, повышая его срок службы. Частота ударов – 10-12 в мин. При применении трамбовок с диаметром основания 2,4 м и массой 11 т на базе карьерного экскаватора глубина уплотнения достигает 5,5-6,0 м. Величина напряжения, развивающегося во время удара, Па , где i – ударный импульс, Н·с/м2 ; τ – время удара, с; Кз – коэф- фициент, учитывающий запаздывание развития деформации от развития напряжения; Кз = 1,7-2,0; М – масса трамбующей плиты, кг; F – площадь контакта трамбующей плиты с грунтом, м2. В случае свободного падения трамбующей плиты с высоты H напряжение в грунте √ . (12) На рис. 25 представлена трамбующая машина, выполненная на базе гусеничного трактора. Ее рабочими органами являются две плиты, поочередно поднимаемые и свободно сбрасываемые с помощью кривошипного полиспастного механизма. Движение плит осуществляется по направляющим. 24 Рис. 25. Трамбующая машина на базе трактора: 1 – гусеничный трактор; 2 – редуктор; 3 – полиспастный механизм; 4 – передняя подвеска; 5 – канатный компенсатор; 6 – тяга; 7 – канат; 8 – задняя подвеска; 9 – направляющие штанги; 10 – подвижные удлинители; 11 – трамбующая плита Трактор снабжен ходоуменьшителем, подобранным таким образом, чтобы на каждую точку поверхности грунта приходилось 4-6 ударов плиты. При массе каждой плиты в 1300 кг и высоте падения 1,3 м машина может уплотнять связные грунты толщиной до 0,6 м. Вибрационные машины При уплотнении материала вибрированием масса вибратора приводится в состояние колебательных движений. Вслед за вибратором за счет его кинетической энергии вводятся в состояние колебательных движений и расположенные в зоне его действия частицы уплотняемого материала. Поэтому они оказываются воздействием инерционных сил, величина которых пропорциональна массам частиц. Так как последние не одинаковы, то за счет разности в силах инерции в местах контактов частиц возникают напряжения. До известных пределов эти напряжения будут уравновешиваться силами сцепления и внутреннего трения грунта, а также прочностью связующих пленок. После превышения этих пределов возникнут взаимоперемещения частиц, причем их относительное перемещение наступит тем скорее, чем больше будет разница в массах отдельных частиц грунта и чем слабее будут силы связей между ними. Поэтому вибрирование применимо к уплотнению несвязных и малосвязных грунтов, состоящих из частиц разных размеров со слабыми связями. Чем 25 крупнее частицы, тем на большие расстояния оно перемещаются, что в результате и приводит к получению более плотной их упаковки. Амплитуда и характер колебаний вибраторов зависит от отношения возмущающей силы Р к их силе тяжести Q. Под возмущающей силой понимается та сила, которая отрывает вибратор от поверхности уплотняемого материала. Следует отметить, что связи между частицами грунта, в основном, очень прочные, и они не разрушаются вибрационным воздействием. Поэтому при уплотнении грунтов следует рассматривать не вибрационное воздействие, а виброударное, т. е. когда возмущающая сила Р (сила инерции вибратора) направлена вверх, вибратор отрывается от поверхности уплотняемого грунта, а когда направлена вниз – дополнительно к силе тяжести вибратора уплотняет грунт. Виброэлементы могут быть с круговыми и направленными колебаниями (рис. 26). а б Рис. 26. Типы вибраторов: а – с круговыми колебаниями; б – с направленными колебаниями При круговых (ненаправленных) колебаниях опорная плита совершает круговые колебательные движения, а при направленных колебаниях опорная плита движется в направлении, перпендикулярном линии, соединяющей оси вращения дебалансов. Центробежная сила дебаланса Р определится . 13) Поскольку в технической характеристике машин обычно указывается не угловая скорость вращения ω, а число оборотов n, которая определяется, об/мин . Отсюда 26 (14) . (15) В вибраторах с круговыми колебаниями возмущающая сила соответствует проекции центобежной силы на ось y, а в вибраторах с направленными колебаниями возмущающая сила соответствует сумме проекций центобежных сил обоих дебалансов на ось y. Виброкатки Разновидностью вибротрамбующих машин являются вибрационные катки, у которых рабочим органом служит жесткий валец, который специальным механизмом вводится в состояние колебательных движений (рис. 27). Рис. 27. Прицепной вибрационный каток с жестким гладким вальцом Внутри вальца такого катка установлен вибратор, дебалансный вал которого приводится во вращение через ременную передачу от индивидуального двигателя внутреннего сгорания, установленного на раме катка. Как уже указывалось, производительность обычного гладковальцового катка ограничена, поскольку увеличение его массы ведет к тому, что каток тонет в рыхлом грунте и перемещение его затруднено. В вибрационном катке возмущающая сила вибратора, направленная вверх, приподнимает каток, и трактор-тягач легко перемещает его вперед, а при направлении силы инерции дебаланса вниз она добавляется к силе тяжести катка, тем самым увеличивая толщину уплотняемого слоя грунта. При уплотнении такими катками связных грунтов толщины уплотняемых слоев могут выбираться на 15-25 % больше тех значений, которые соответствуют таким же каткам без вибрации. Исследования показали, что применение вибраторов с направленными колебаниями не дают заметного преимущества по сравнению с круговыми 27 колебаниями, однако последние гораздо проще по конструкции и, соответственно, дешевле. Таким образом, основная цель, которая имеется в виду при создании вибрационных катков – возможность при том же уплотняющем эффекте снижения массы катка, а следовательно, потребляемой мощности, что позволяет перейти на использование менее мощных и потому более дешевых тягачей. Получаемый от создания вибрационных катков эффект может быть оценен коэффициентом эффективности kэ, который представляет собой отношение kэ  q qB где q – линейное давление обычного гладковальцового катка, которое необходимо для доведения грунта до требуемой плотности в слое оптимальной толщины; qB – линейное давление того же катка, определяемое при тех же условиях, но при наличии колебаний его вальца. Этот коэффициент определяет относительную экономию в весе катка при условии получения одинаковой уплотняющей способности и зависит от гранулометрического состава грунта ( рис. 28). Зависимость коэффициента эффективности kэ от содержания в грунте глинистых частиц Из графика видно, что эффективность вибрационного воздействия снижается с повышением содержания в грунтах глинистых частиц, особенно интенсивно при увеличении их с 2 до 6 %. При уплотнении песков за счет вибрационного воздействия масса катка может быть снижена примерно в 5 раз, 28 при супесях – в 2 раза, а при уплотнении средних и тяжелых суглинков всего на 10-30 %. Для уплотнения связных и особенно высокосвязных грунтов требуется применение весьма тяжелых катков. Вибрационными устраиваются как катки с гладкими вальцами, так и кулачковые и решетчатые (рис. 29). Последние применяют для уплотнения связных преимущественно несколько переувлажненных грунтов. Рис. 29. Прицепной вибрационный кулачковый каток В последнее время широкое распространение получили самоходные двухвальцовые вибрационные катки (рис. 30). Рис. 30. Самоходный вибрационный двухвальцовый каток Катки имеют сравнительно небольшую массу 600-1200 кг; амплитудное значение развиваемой дебалансом возмущающей силы превышает силу тяжести катков в четыре-пять раз, а частота колебаний обычно равна 50-55 Гц. 29 Эти катки снабжаются вальцами небольшого диаметра 400-600 мм, но большой ширины, которая превышает их диаметр в 1,4-1,7 раза. Вибрационными и одновременно ведущими устраивают оба вальца. Просвет между вальцами мал и составляет (0,5-0,6) D (D – диаметр вальца), что позволяет вводить колебательные движения в грунт, расположенный между вальцами. Такие катки, так же как и вибрационные плиты, могут спариваться в агрегаты и служат весьма эффективным средством при уплотнении песчаных и гравелистых грунтов. В настоящее время также выпускаются комбинированные катки, где ведущими служит одна или две оси, снабженные колесами на пневматических шинах, а ведомым является вибрационный стальной валец. Такие катки имеют шарнирно-сочлененную раму (рис. 31). Рис. 31. Комбинированный вибрационный каток Вибрационные катки, как прицепные, так и самоходные, работают в ударном режиме. Поэтому здесь, в зависимости от относительного амплитудного значения возмущающей силы удар вальца о грунт происходит на 2, 3 и более оборота возбудителя колебаний. Переход к ударному режиму колебаний происходит при P  2Q . Размах колебаний вальца катка увеличивается прямо пропорционально относительной величине возмущающей силы. Такая закономерность имеет место до Р = 8Q, после чего она приобретает экспоненциальный характер. Максимальная величина контактного давления может быть определена по формуле 30 q B E0 R где qв — линейное давление, определяемое с учетом действия возмущающей силы,  maz  0,5 qB  kпр PQ . B где Р – амплитудное значение возмущающей силы; Q – приходящаяся на валец сила тяжести катка; В – ширина вальца; kпp – коэффициент превышения, который отображает увеличение контактного давления, происходящее за счет динамики вибровальца, в частности, за счет наличия ударов и изменяется от 5 до 1 при увеличении P/Q от 1 до 12. При уплотнении несвязных грунтов максимальное контактное давление обычно превышает предел прочности грунта и в связи с этим поверхностный слой остается несколько разрыхленным. Соответствие максимального давления пределу прочности имеет место на грунтах средней связности, на что и следует ориентироваться при выборе параметров прицепных вибрационных катков. Диаметр вальца катка следует выбирать не менее 1000 мм. Для тяжелых типов катков, линейное давление которых достигает 600-700 Н/см, шдоегр вальца обычно выбирают в пределах 1600-1800 мм. Ширина вальца катка у существующих конструкций превышает его диаметр в 1,1 - 1,8 раза. Для обеспечения достаточной устойчивости при работе машины на косогорах и вблизи бровок насыпей ширина вальца не должна быть менее (2,4-2,8)R. Линейное давление следует выбирать в зависимости от вида грунта, для уплотнения которого каток предназначен. При супесчаных грунтах q = 150-300 Н/см, а при суглинистых грунтах оно должно быть повышено до 500-600 Н/см. Относительную величину возмущающей силы следует назначать с учетом неравенства Р  (3,5÷4,0) Q. Повышение скорости движения катка (км/ч) влечет за собой снижение глубины проработки грунта, которое становится заметным после превышения предельного значения скорости, которое (км/ч) может быть определено по предложенной Г. Н. Поповым эмпирической формуле где  vпр  0,2  — частота колебаний, Гц. Эта предельная скорость и может быть принята в качестве оптимальной. 31 Вибрационные плиты образуют контакт с поверхностью грунта по плоскости. Возможность уплотнения вибрационной плитой того или иного вида грунта определяется ее массой, поэтому масса является ее основным параметром. По массе вибрационные плиты разделяются на легкие – с массой до 500 кг, средние – с массой 500-1 500 кг и тяжелые – с массой свыше 1 500 кг. Наибольшее распространение получили легкие вибрационные плиты, которые применяются при небольших объемах земляных работ и, в частности, при уплотнении грунтов в стесненных условиях, например в траншеях. По принципиальной схеме устройства вибрационные плиты могут быть одномассными и двухмассными (рис. 32). а б Рис. 32. Схема устройства вибрационных плит: а – одномассная; б – двухмассная В первом случае в колебательных движениях участвует вся масса плиты. Во втором – вводится в колебательные движения только ее нижняя часть, а верхняя (подрессоренная) часть не колеблется, воздействуя, однако, на грунты и повышая тем самым общее статическое давление. В верхней части плиты обычно располагается двигатель, который здесь работает в спокойных условиях. При одинаковых контактных поверхностях и массах одномассной и двухмассной вибрационных плит эффект уплотнения грунта приблизительно одинаков. Вместе с тем затрачиваемая на уплотнение грунта механическая работа меньше в случае двухмассной машины, что объясняется снижением инерционных потерь. Меньшие затраты работы имеют место в том случае, когда подрессоривается 40-50 % общей массы машины. Вибрационные плиты, как правило, устраиваются вибротрамбующими. По способу передвижения они бывают прицепными, навесными и ручными. На рис. 33, а представлена виброплита в прицепе к колесному трактору, на рис. 33, б – навешенная на автогрейдер. Наибольшее применение на практике нашли ручные виброплиты, уплотняющие грунт в стесненных условиях (рис. 34). 32 а б Рис. 33. Установка виброплит на базовых машинах Рис. 34. Ручная вибротрамбовка Возбудитель колебаний — виброэлемент—может быть ненаправленного и направленного действия (см. рис, 26). В последнем случае виброэлемент состоит из двух вращающихся в разные стороны с одинаковой угловой скоростью эксцентриков, расположенных таким образом, что в каждый момент времени горизонтальные составляющие центробежных сил уравновешены, а вертикальные составляющие суммируются. Если корпус вибратора направленного действия повернуть относительно шарнирной оси его крепления (рис. 35), то его вертикальная ось 33 наклонится под углом α. При этом изменится направление суммарной возмущающей силы. Рис. 35. Самоходная ручная виброплита с направленными колебаниями Если угол наклона виброэлемента α, то горизонтальная и вертикальная составляющие колебаний будут соответственно равны: За счет горизонтальной составляющей Рх может происходить перемещение вибратора. На этом принципе и основано передвижение самоходных площадочных вибрационных машин. Те виброэлементы, корпуса которых могут наклоняться для получения поступательного движения машины, называются маятниковыми. Сопротивление перемещению поверхностного вибратора может быть определено по формуле Ti = f1G, где G – сила тяжести вибратора; f1 – коэффициент сопротивления его перемещению. Когда вибратор не работает, то коэффициент f1 является коэффициентом трения плиты по грунту. При стальных или чугунных плитах без учета сопротивления от перемещения образовавшейся призмы грунта можно полагать, что f1 = 0,6-0,7. Размеры опорной площадки в плане следует согласовывать с толщиной уплотняемого слоя h. Образующий контактную поверхность минимальный размер этой площадки следует выбирать в пределах (1-2) h. При этом меньший размер соответствует грунтам, близким к пескам, а больший – супесям. Длина контактирующейся части опорной площадки обычно равна или несколько превышает ширину площадки. Важным вопросом является правильный выбор массы плит и возмущающей силы. Масса должна выбираться с учетом размеров контактной поверхности, поэтому требуемые значения лучше всего представить в виде 34 удельной массы m, которая представляет собой отношение всей массы плиты М к площади контактной поверхности F. Опыты и результаты испытаний существующих образцов позволили установить, что для достижения по всей заданной толщине слоя грунта h максимальной стандартной плотности значения удельной массы не должны быть ниже следующих значений: Переувлажненные пески, кг/м2 .......................................300—400 Пески оптимальной влажности, кг/м2 ............................ 600—1000 Супесчаные грунты оптимальной влажности, кг/м2 …..1500—2000 Тяжелые супеси оптимальной влажности, кг/м2…………… 2500—3000 Масса вибрационных плит определяется по формуле М = mF. Опытами установлены те минимальные относительные значения возмущающих сил, которые необходимы для достижения максимальной стандартной плотности супесчаного грунта оптимальной влажности при разных значениях удельной массы плиты. Даже при толщине слоя 0,55 Bmin отношение P/Q не должно быть меньше четырех, так как в противном случае потребуется иметь значительные массы машин. Отношение P/Q лучше всего выбирать в пределах 4-6. Для плит, имеющих общую массу менее 200 кг, это отношение иногда доводят до 8-10, и наоборот, для тяжелых моделей плит, где масса превышает 2000-3000 кг, она снижается до 2-3. Частоты, колебаний вибрационных плит выбирают близкими к квазирезонансным явлениям. Поэтому для плит, масса, которых меньше 500 кг, частоты устанавливают равными 50-60 Гц, а при массе 500-1000 кг частоту выбирают равной 30-40 Гц. При плитах с массой более 1500 кг частоты колебаний можно выбирать близкими к 20 Гц. Необходимое время вибрирования, т.е. то время, в течение которого грунт в нижней части уплотненного слоя заданной толщины может быть доведен до требуемой плотности, зависит от вида грунта и его состояния, а также от массы вибратора, возмущающей силы и частоты колебаний Наименьшая продолжительность вибрирования соответствует влажности грунта (1,1  1,2)W0 . При повышении или снижении влажности требуемая продолжительность вибрирования возрастает, что в первом случае происходит из-за необходимости удаления избытков воды. Чем больше масса машины, тем предельная плотность грунта, соответствующая его параметрам, достигается за более короткое время. При прочих равных условиях время вибрирования будет меньше, когда параметры 35 вибраторов (возмущающая сила, масса и частота колебаний) соответствуют их оптимальным значениям. Необходимую продолжительность вибрирования можно найти, пользуясь формулой t c n где п — частота колебаний, Гц; с — необходимое для доведения грунта до требуемой плотности число повторностей приложения нагрузки, которое для несвязных грунтов находится в пределах (1,5-5) 103. На вибрационных плитах чаще всего устанавливаются двигатели внутреннего сгорания как дизели, так и карбюраторные. Электроприводом оборудовано менее 5 % всего парка вибрационных плит. Мощность двигателя расходуется на колебания плиты и грунта, а также на ее перемещение. Выбирать установленную мощность двигателя можно, пользуясь данными табл. 4. Таблица 4 Зависимость установленной мощности виброплит от числа колебаний Частота колебаний, Гц 20 40—50 50—70 Установленная мощность на 1 т массы 7—10 10—13 13—18 машины, кВт 75—90 22—35 Производительность вибрационной плиты может быть определена по формуле, м3/ч П ( B  0,2)vh B n где В - 0,2 – ширина вибрационной плиты с учетом перекрытия следа предыдущего прохода; v – скорость движения машины, м/ч; h – толщина уплотняемого слоя в плотном теле, м; п – необходимое число проходов, обычно п = 2;  B = 0,7-0,8 – коэффициент использования машины по времени с учетом поворотов. При проектировании вибрационных машин особенно острым является взпрос виброизоляции как тракторов-тягачей, так и установленных на машинах двигателей. Однако особенное внимание должно быть обращено на виброизоляцию обслуживающего персонала. Допустимый уровень вибрации устанавливается санитарными нормами и правилами. Снижение влияния вредных колебаний производится включением в конструкцию машин амортизаторов или демпферов. 36 Список литературы 1. Быховский И. И. Основы теории вибрационной техники. М., «Машиностроение», 1969. 360 с. 2. Вибрационные машины в строительстве и производстве строительных материалов. Справочник. Под ред. В. А. Баумана, И. И. Быховского и Б. Г. Гольдштейна. М.. «Машиностроение», 1970. 548 с. 3. Островцев Н. А. Самоходные катки на пневматических шинах. М., «Машиностроение», 1969. 103 с. 4. Хархута Н. Я. Машины для уплотнения грунтов. JL, «Машиностроение», 1973. 175 с. 37