Асфальтоукладчики. Конструкция и расчет

А.В. Лещинский, С.Н. Иванченко

Асфальтоукладчики. Конструкция и расчет

 

ВВЕДЕНИЕ

Уровень развития и техническое  состояние дорожной сети оказывают  значительное влияние на экономическое  и социальное развитие страны. Надежные транспортные связи способствуют повышению эффективности использования основных производственных фондов, вовлекаются в хозяйственный оборот ресурсы отдельных регионов, создаются условия для развития экономики и экономии общественного времени.

Бурно развивающийся процесс  автомобилизации в нашей стране, рост объемов перевозок и их дальности, повышение скоростей движения требуют совершенствования конструкций дорожных одежд и развития сети автомобильных дорог.

Строительство автомобильной  дороги состоит из отдельных технологических процессов, выполняемых в определенной последовательности и требующих больших затрат материальных и трудовых ресурсов.

В последнее  время произошли значительные изменения  в технологии устройства асфальтобетонных покрытий. Увеличена толщина укладываемого  слоя, что улучшает условия структурообразования при уплотнении благодаря сохранению высокой температуры в течение более длительного времени. Укладка асфальтобетонной смеси на большую ширину уменьшает количество продольных стыков, что улучшает качество и долговечность дорожных покрытий, упрощает и удешевляет их сооружение.

Чтобы успешно решить поставленные задачи, необходимо технически оснастить строителей автодорог, обеспечить их высокопроизводительной дорожной техникой.

В предлагаемом учебном пособии приведены сведения по конструкции, теории, расчету основных узлов и эксплуатационных параметров асфальтоукладчиков.

 

1. НАЗНАЧЕНИЕ И  ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

        АСФАЛЬТОУКЛАДЧИКОВ

 

Асфальтоукладчики предназначены для сооружения оснований и покрытий из битумоминеральных и асфальтобетонных смесей при строительстве и ремонте магистральных и городских автомобильных дорог, тротуаров, площадей и аэродромов.

В настоящее  время применяется три типа асфальтоукладчиков: прицепные, полуприцепные и самоходные.

Прицепные асфальтоукладчики выпускаются для работы на базе автосамосвалов и являются машинами цикличного действия (табл.1.1).

Таблица 1.1.

Техническая характеристика прицепных 

асфальтоукладчиков

 

Основные  параметры	Значения основных параметров оборудования фирм (стран)
	Laidinger (Германия)	Richier (Франция)	Good Roads (США)	Layton H-500 (США)	Gatesleben (Германия)
Ходовая часть	Колесная	Ползунковая	Колесная	Гусеничная	Ползунковая
Производительность, т/ч	60	50	-	-	40
Емкость бункера, м3	-	-	-	1.5	1,4
Ширина укладываемой полосы, м	2,5...3,75	до 3,5	до 3,5	2,4...3,6	1,8; 2,0; 2,5
Толщина укладываемого слоя, см	-	-	-	25	-
Масса, т	1.0	1.16	-	1.1	0,8
Габаритные  размеры, мм:
длина	2 400	-	-	1 800	2 000
ширина	1 500	-	-	2 400	2 630
высота	1 250	-	-	1 200	1 230

 

Для того, чтобы асфальтоукладчик подготовить к работе, необходимо  установить требуемую ширину укладываемой полосы и толщину слоя асфальтобетона и затем соединить его с автосамосвалом с помощью сцепного устройства. Автосамосвал поднимает кузов и перегружает смесь в бункер укладчика, и далее в процессе укладки асфальтоукладчик перемещается автосамосвалом. После опорожнения бункера автосамосвал останавливается, и асфальтоукладчик перецепляется к следующей машине     Достоинством этих машин является простота конструкции, а недостатком - невысокая производительность из-за потерь времени на смену самосвалов.

Полуприцепные асфальтоукладчики  выпускаются в качестве рабочего оборудования к тракторам и автогрейдерам (табл. 1.2).

Таблица 1.2.

Техническая характеристика полуприцепных 

асфальтоукладчиков

 

Основные параметры	Значения основных параметров оборудования фирм (стран)
	Волгодонский ОЭЗ (Россия)		Брянский завод дорожных машин (Россия)	Ulrih (США)
Модель, индекс	СД-406	СД-408	ДС-175	-
1	2	3	4	5
Базовый тягач	Т-150К	ДТ-75	Т-150 КА	Бульдозер, автогрейдер
Ходовая часть	Колесная	Гусеничная	Колесная	Колесная
Производительность, т/ч	100	100	100	-
Вместимость бункера, т	8 (бездонный бункер)	6	8 (бездонный бункер)	2
Ширина укладки, м	3,5 и 3,75	3,5 и 3,75	3,0; 3,5; 4,0; 4,5	2,4...4,8
Толщина укладываемого слоя, см	3...8	до 12	до 25	до 50
Скорость:
рабочая, м/мин	-	5,5...16,5	1,87...3,34	-
транспортная, км/ч	-	4,8	до 25	-

Окончание табл.1.2.

1	2	3	4	5
Масса, т	5,5	12,0	12,5	-
Габаритные размеры, мм:
длина	9 750	7 400	-	-
ширина	3 620	3 650	-	-
высота	3 165	3 000	-	-

Эти машины производительнее прицепных, так как работают как единое целое и нет затрат времени на смену тягача.

Самоходные  асфальтоукладчики являются машинами непрерывного действия, обеспечивают безостановочную укладку и достижение требуемого качества асфальтобетонных покрытий (табл. 1.3). Этим объясняется широкое многообразие существующих моделей и преимущественное использование самоходных асфальтоукладчиков.

 

Таблица 1.3.

Техническая характеристика самоходных

асфальтоукладчиков стран  СНГ

 

	Значения основных параметров асфальтоукладчиков фирм (стран)
Модель, индекс	Николаевский завод «Дормаш» (Украина)			Вышневолоцкий ОЭЗ (Россия)		Брянский завод ДМ (Россия)		АО «СиММ» (Россия)
1	2			3		4		5
Модель, индекс	ДС-143А	ДС-173	ДС-179	СД-404Б	ДС-181		ДС-191
Ходовая часть	Гусеничная	Колесная	Гусеничная	Колесная	Колесная		Колесная
Производительность, т/ч	170	250	250	200	250		250
Вместимость  бункера, т	10	12	12	12	12		12
Тип рабочего органа	Составной	Раздвижной	Раздвижной	Составной	Раздвижной		Раздвижной
Тип привода хода	Механич.	Гидравлич.	Гидравлич.	Механич.	Гидравлич.		Гидравлич.
Ширина укладки, м	3,0…4,5	3,0…7,0	3,0…7,0	3,0…7,5	3,0…7,5		3,0…4,5
Толщина укладываемого слоя, см	до 20	до 30	до 30	до 30	до 30		до 30
Скорость:
рабочая, м/мин	1,58…8,57	1…37	1…14	до 15	до 15		до 15
транспортная, км/ч	0,95	до 15,8	0,3…4,6	до 15	до 15		до 15

Окончание табл.1.3.

1	2			3		4		5
Мощность двигателя, кВт	44	77	77	77	77,2		70
Масса, т	13,0	17,3	17,6	17,3	20,0		19,4
Габаритные  размеры, мм:
длина	5 250	6 200	6 115	6 425	7 220		7 200
ширина	3 150	3 150	3 150	3 160	3 420		3 420
высота	3 300	3 600	3 595	3 500	2 810		2 810

 

Таблица 1.4.

Техническая характеристика самоходных

асфальтоукладчиков фирмы Vogele (Германия)

 

Основные  параметры	Значения основных параметров асфальтоукладчиков
Модель, индекс	Супер 1500/1502	Супер 1800/1804	Супер 2000	Супер Бой
Ходовая часть	Гусеничная / колесная	Гусеничная / колесная	Гусеничная / колесная	Гусеничная
Производительность, т/ч	3500	600	800	50
Вместимость бункера, т	12	13	15	3,5
Тип рабочего органа	Раздвижной	Раздвижной	Раздвижной	Раздвижной
Тип привода хода	Гидравлич.	Гидравлич.	Гидравлич.	Гидравлич.
Ширина укладки, м	2,0...6,0	2,5...9,0	3,0...12,0	1,0...2,6
Толщина укладываемого  слоя, см	до 25	до 30	до 30	до 15
Скорость:
рабочая, м/мин	до 15	до 15	до 18	до 15
транспортная, км/ч	до 4,5/20	до 4,5/20	до 3,6	до 2,8
Мощность двигателя, кВт	51	121	160	28
Масса, т	14,5	18,9	25,5	4,7
Габаритные размеры, мм:
длина	5 470	5 605	5 800	4 500
ширина	3 200	3 255	3 975	2 700
высота	3 630	3 635	3 685	1 940

Каждый тип асфальтоукладчиков имеет экономически целесообразную область применения, определяемую требованиями и условиями строительства.

Выбор типа асфальтоукладчика зависит  от темпа строительства, толщины  и ширины укладываемого слоя, объема и фронта работ и др. [11] (рис. 1.1).

Анализ графика  показывает, что при небольших  объемах работ до V₁ экономически целесообразно укладывать асфальтобетонную смесь вручную, при объеме работ от V₁  до V₂   - прицепными и полуприцепными укладчиками, а при больших объемах - самоходными асфальтоукладчиками. Этим объясняется параллельное развитие конструкций всех типов машин.

 

Рис.1.1. Зависимость  стоимости укладки 1 м покрытия С

              от объема работ V:

1-укладка вручную; 2-при работе прицепными и

полуприцепными  укладчиками; 3-при работе самоходными

              асфальтоукладчиками

 

По главному параметру - производительности - самоходные асфальтоукладчики делят на легкие - до 75 т/ч, средние - 75...150 т/ч, тяжелые - 150...300 т/ч и сверхтяжелые - свыше 300 т/ч.

По типу ходовой  части асфальтоукладчики разделяют на гусеничные, колесные и комбинированные.

Гусеничное ходовое оборудование малочувствительно к неровностям, оказывает небольшое давление на основание, что особенно важно при передвижении по свежеуложенному асфальтобетону. Гусеничное ходовое оборудование отличают высокая маневренность и большое тяговое усилие. Недостатки--большая металлоемкость и стоимость, быстрый износ, малая транспортная скорость, а также возможность повреждения покрытия при крутых разворотах.

Наибольшее  применение нашли двухопорные (двухгусеничные) асфальтоукладчики, некоторые фирмы (например, модель «Gross» фирмы «Linnhoff», Германия) выпускают трехопорные и даже четырехопорные широкозахватные модели со всеми ведущими гусеницами (модель  «Auto-grade» фирмы «Constraction Machinery Inc», США) [11].

Колесные асфальтоукладчики наряду с гусеничными нашли самое широкое применение. К преимуществам колесных машин относят более высокую транспортную скорость (до 20 км/ч) и другие, исходя из недостатков гусеничных. Колесные асфальтоукладчики бывают двухосные (с одной ведущей осью), трехосные (с одной или двумя ведущими осями) и четырехосные (с двумя ведущими осями).

Комбинированные асфальтоукладчики имеют в качестве рабочего хода - гусеницы, а в качестве транспортного хода - пневматические колеса (например, модель 879В фирмы «Barber-Greene», США; модель NF35B фирмы «Niigata», модели 205 и 304 фирмы «Sakai Works Co.», Япония и др.). Укладчики этого типа имеют выдвижные пневмоколеса для транспортировки в прицепе к автосамосвалу со скоростью до 20 км/ч, а в рабочем режиме сохраняются все преимущества гусеничного ходового оборудования.

"Строительные  нормами и правилами" дороги, в зависимости от их значения, подразделяют на пять категорий. Кроме того, приняты две категории для подъездных дорог промышленных предприятий. Ширина проезжей части дорог составляет 4,5; 6,0; 7,0; 8,0; 9,0; 10,0; 11,0; 11,25; 15,0 м и более.

Асфальтоукладчики оборудуются рабочим органом, ширина которого от минимальной до максимальной может принимать значения, кратные ширине проезжей части.

По данным, полученным от проектных организаций [6], наибольшие объемы работ приходятся на укладчик с шириной рабочего органа 4,5 м (рис. 1.2). Поэтому целесообразность создания такой машины не вызывает сомнений. С целью повышения производительности необходим также выпуск машин с шириной рабочего органа до 7 и 9 м. Создание более мощных машин с шириной рабочего органа до 11...12 м нецелесообразно из-за малых объемов работ при этих значениях ширины.

Эти выводы подтверждаются данными о потребности дорожно-строительных организаций в гусеничных и колесных укладчиках (рис.1.3), свидетельствующими о том, что основная потребность приходится на гусеничные укладчики с шириной рабочего органа 6...7 м.

 

Рис.1.2. Относительные  объемы работ К,

приходящиеся  на асфальтоукладчик с условной

                шириной В рабочего органа

 

Рис.1.3. Потребность N дорожно-строительных

организаций в  асфальтоукладчиках с различной  шириной В рабочего органа:

колесный ход; - - - гусеничный ход.

 

Анализ показывает [6], что для удовлетворения потребностей дорожно-строительных организаций и выполнения планируемых объемов работ парк асфальтоукладчиков должен состоять из 32 % гусеничных машин с шириной рабочего органа до 4,5 м; 50 % колесных машин с рабочим органом шириной до 7 м и 18 % гусеничных машин  с шириной рабочего органа до 9 м.

 

2.УСТРОЙСТВО  И РАБОТА АСФАЛЬТОУКЛАДЧИКА

 

Асфальтоукладчики предназначены для приема асфальтобетонной смеси из транспортных средств, распределения по дорожному основанию и предварительного уплотнения. Смесь нужно не только распределить слоем заданной толщины, но обязательно выдержать поперечный и продольный профили дорожного покрытия.

Самоходный  гусеничный асфальтоукладчик состоит из ходового оборудования и рабочего органа. Гусеничное оборудование обеспечивает передвижение машины, прием и распределение асфальтобетонной смеси. Рабочий орган представляет собой группу уплотняющих и выглаживающих механизмов.

Все агрегаты и  механизмы асфальтоукладчика собраны на верхней и нижней рамах (рис.2.1).

К нижней раме 13 шарнирно навешены гусеничные тележки 11.

На верхней  раме 5 расположены: двигатель 23, коробка передач 21, гидромуфты 22, система управления 4, гидросистема 10, пульт управления 6, пульт поворотный 3, электрооборудование 7, сиденье 2 и тент 8.

На нижней раме расположены: бункер 12, питатели 24, шнеки 19 и промежуточные валы приводов хода, питателей и шнеков.

 Все агрегаты  и механизмы закрыты шумоизоляционными капотами 9, облицовками и настилами 20.

Рабочий орган  с помощью лонжеронов  шарнирно соединен с нижней рамой 4 и состоит из выглаживающей плиты 15, трамбующего бруса 17 с приводом 18, регулятора толщины укладываемого слоя смеси 1, регулятора профиля 16 и механизма обогрева плиты 14.

 

Рис.2.1. Асфальтоукладчик гусеничный

 

Работает асфальтоукладчик следующим образом (рис.2.2). Асфальтобетонная смесь из кузова автосамосвала 1, перемещаемого во время выгрузки толкающим усилием роликов 2 укладчика, выгружается в приемный бункер 3. Из бункера смесь через регулируемое разгрузочное отверстие 5 у дна бункера подается скребковыми питателями 4 на дорожное полотно. Количество поступающей из бункера смеси регулируется положением заслонки 11, устанавливаемой на различной высоте регулировочными винтами 10.

 

Рис.2.2. Технологическая схема асфальтоукладчика

 

Смесь на дорожном полотне распределяется по всей ширине винтовыми конвейерами 6, уплотняется и выравнивается трамбующим брусом 7 и выглаживающей плитой 8. Для получения заданного поперечного профиля (плоского горизонтального, одно- или двухскатного) выглаживающая плита по длине разделена на две части, соединенные внизу шарниром, а сверху - винтовой стяжкой.

Толщину укладываемого  слоя смеси по всей ширине регулируют, поднимая или опуская края выглаживающей плиты с помощью винтов регулятора толщины 9.

Для изменения  ширины укладываемой полосы предусмотрены уширители распределительных шнеков, трамбующего бруса и выглаживающей плиты.

Асфальтоукладчики оборудованы системой автоматического регулирования, которая обеспечивает контроль и регулирование продольного профиля и поперечного уклона поверхности укладываемого покрытия. Ровность покрытия создается с помощью натянутого стального каната или бордюра, а также поверхности основания или покрытия соседней полосы.

 

3.РАСЧЕТ  ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ МАШИНЫ

 

Задание на проектирование асфальтоукладчика включает следующие  исходные данные: тип движителя; конструктивно-расчетную  производительность  П_а, т/ч; ширину укладки В, м; толщину укладываемого слоя h, см; наибольшую транспортную скорость машины  v_max, км/ч; температуру укладываемой смеси t₀; коэффициент уплотнения смеси К_у; дальность возки смеси самосвалами L, км; тип дороги, по которой транспортируется смесь от смесительной установки.

Рис.3.1. Схема для расчета основных параметров

асфальтоукладчика

 

1. Расчет основных технологических

параметров

 

В технологическом  расчете в первую очередь определяется количество асфальтобетонной смеси, которое должно загружаться в приемный бункер укладчика, т:

             ,                    (3.1)                              

где t_м - время от момента освобождения от смеси предыдущего автосамосвала до начала разгрузки следующего при "подпоре" самосвалов (при хорошей организации работ), t_м=2.0...2,5 мин.

     Геометрическая  емкость приемного бункера равна,  м  [12]:

             ,                     (3.2)                                    

где К_н  - коэффициент наполнения бункера, К_н = 0,6... 0,7 ;  ¡₁ - насыпная объемная масса асфальтобетонной смеси, ¡₁ =1.8 т/м³.

Рабочая скорость передвижения асфальтоукладчика при  непрерывном движении машины определяется, м/мин:

            ,                     (3.3)                                

где ¡ - объемная масса уложенной смеси, ¡=2,0  т/м³.

На асфальтоукладчиках выглаживающие плиты применяются статического действия и вибрационные. В случае работы трамбующего бруса с виброплитой воздействие плиты от установленного на ней вибратора практически не оказывает влияния на увеличение плотности асфальтобетонной смеси после воздействия трамбующего бруса, но способствует улучшению качества поверхности уплотненного покрытия. Было установлено [9], что при работе трамбующего бруса со статической плитой при скорости передвижения асфальтоукладчика более 5,5 м/мин появляются разрывы на поверхности покрытия. Применение виброплит позволяет увеличить скорость передвижения укладчика до 8 м/мин.

Для подачи асфальтобетонной смеси из приемного бункера к  распределительным шнекам обычно применяют два скребковых питателя. Скорости движения цепей питателей синхронизированы со скоростью передвижения укладчика. Суммарная производительность питателей должна быть равна 1,5 П_а. Для регулирования количества смеси, подаваемой питателями к шнекам, служат заслонки.

Питатели подают асфальтобетонную смесь к двум распределительным  шнекам, наибольшая производительность каждого из которых должна быть равна производительности скребкового питателя:

             .                    (3.4)                                    

 

2. Выбор грузоподъемности и необходимого

     количества автосамосвалов

 

Эффективность работы асфальтоукладчика в значительной степени зависит от правильной организации транспортирования асфальтобетонной смеси.

Количество асфальтобетонной смеси,  загружаемое в приемный бункер укладчика, определяется по формуле (3.1), в соответствии с которым  по табл.3.1. выбирается автосамосвал грузоподъемностью близкой или кратной этому количеству.

Число автосамосвалов для безостановочной работы асфальтоукладчика определится

              ,                      (3.5)      

где П_с  - производительность автосамосвала, подвозящего асфальтобетонную смесь со смесительной установки к укладчику, т/ч;

              ,                     (3.6)     

где  g_c - грузоподъемность самосвала, т; T_ц  - время цикла, мин.

                          (3.7)                     

где t_гр - время загрузки кузова автосамосвала асфальтобетонной смесью, мин;  t_м  - см. формулу (3.1).

Ориентировочно можно рассчитать

               ;

 t_в - длительность разгрузки кузова автосамосвала, мин, t_в=1.5...2,0 мин; L - дальность возки асфальтобетонной смеси, км; v_ср - средняя скорость движения автосамосвала, км/ч (табл.3.2).

Таблица 3.1.

Техническая характеристика автомобилей-самосвалов

 

Параметры	Марки    машин
	ГАЗ-3507	ЗИЛ-4505	МАЗ-5549	КамАЗ-5511	КрАЗ-25651	КрАЗ-6510
1	2	3	4	5	6	7
Грузоподъемность, т	4,0	6,0	8,0	10,0	12,5	13.5
Масса снаряженного автомобиля, т	3,84	4,91	7,23	8,85	10,85	11,1
Полная масса, т	7,99	11,13	15,37	19,00	23,51	24,68
Колесная  формула	4х2	4х2	4х2	6х4	6х4	6х4
База, мм	3700	3300	3400	2840+ 1320	4080+ 1400	4080+ 1400
Колея, мм:
передних колес	1630	1800	1970	2026	1970	2030
задних колес	1690	1790	1900	1856	1920	1825
Мощность  двигателя, кВт	77,2	110	132,4	154	176	176
Кузов:

Окончание таблицы 3.1.

1	2	3	4	5	6	7
вместимость, м3	5,0	3,8	5,1	6,6	6,0	8,0
Направление разгрузки	На три  стороны	Назад	Назад	Назад	Назад	Назад
Время опрокидывания, с	15	15	15	19	20	20
Габаритные  размеры. Мм:
Длина	6170	6980	5785	7140	8110	8290
ширина	2500	2500	2500	2500	2575	2472
высота	3086	2525	2785	2700	2835	2726

 

Таблица 3.2.                                                                

  Значения  скоростей движения автосамосвалов

     по  дорогам с разным видом покрытия 

 

Тип дороги	Класс дороги	Средняя расчетная  скорость движения, км/ч, при дальности возки
1	2	3	4	5	6	7
		0,5	1,0	2,0	3,0	5,0
Асфальтовые, бетонные	I	20	25	35	35	35
Щебеночные, гравийные	II	18	22	30	30	30
Булыжная мостовая	III	16	20	27	27	27
Грунтовые	IV	15	17	25	25	25