Строительные машины и оборудование, справочник





Прицепные катки

Категория:
   Машины для уплотнения грунтов

Прицепные катки

Катки могут быть прицепными, полуприцепными и самоходными. Для уплотнения грунтов практически применяются только прицепные и полуприцепные катки. Самоходные катки служат для уплотнения дорожных оснований и покрытий.

Рабочими органами катков являются вальцы или колеса. В зависимости от конструкции вальцов катки разделяются на катки с гладкими вальцами, кулачковые, решетчатые и сегментные. Катки могут быть снабжены также колесами на пневматических шинах. Наибольшее распространение получили кулачковые катки и катки на пневматических шинах.

По сравнению с другими машинами, служащими для уплотнения грунтов, катки являются наиболее простыми, но вместе с тем производительными и экономичными. Поэтому они получили весьма широкое распространение. Вместе с тем максимальные толщины слоев грунта, которые могут быть уплотнены, при работе катками ниже, чем при трамбовании и вибрировании. Кроме того, для успешной работы катков и особенно прицепных необходим широкий фронт работ.
Катки с гладкими вальцами и на пневматических шинах пригодны для уплотнения как связных, так и несвязных грунтов. Кулачковые и сегментные катки могут уплотнять только связные грунты. Решетчатые катки пригодны для уплотнения гравелистых, обломочных и мерзлых грунтов. Параметры катков должны быть подобраны применительно к свойствам тех грунтов, для уплотнения которых они предназначаются. Выбор параметров может быть произведен на основе результатов анализа взаимодействия рабочих органов катков с уплотняемым грунтом.



По сравнению с другими машинами, служащими для уплотнения грунтов, катки являются наиболее простыми, но вместе с тем производительными и экономичными. Поэтому они получили весьма широкое распространение. Вместе с тем максимальные толщины слоев грунта, которые могут быть уплотнены, при работе катками ниже, чем при трамбовании и вибрировании. Кроме того, для успешной работы катков и особенно прицепных необходим широкий фронт работ.
Катки с гладкими вальцами и на пневматических шинах пригодны для уплотнения как связных, так и несвязных грунтов. Кулачковые и сегментные катки могут уплотнять только связные грунты. Решетчатые катки пригодны для уплотнения гравелистых, обломочных и мерзлых грунтов. Параметры катков должны быть подобраны применительно к свойствам тех грунтов, для уплотнения которых они предназначаются. Выбор параметров может быть произведен на основе результатов анализа взаимодействия рабочих органов катков с уплотняемым грунтом.

Катки с гладкими вальцами. Катками с гладкими вальцами можно уплотнять грунты при толщинах слоев в плотном теле не более 15—20 см. Поэтому они в настоящее время практически вытеснены более совершенными катками на пневматических шинах. Вместе с тем получили большое распространение вибрационные катки с гладками вальцами. Поэтому следует рассмотреть некоторые элементы взаимодействия гладкого вальца с грунтом.

Кулачковые катки. Кулачковые катки отличаются от гладких тем, что на своей поверхности несут кулачки (шины) (рис. 108). Напряжения на поверхности контакта кулачков с грунтом в несколько раз больше, чем напряжения под катком с гладкими вальцами. Поэтому кулачковые катки эффективны только при уплотнении связных грунтов преимущественно комковатых и не дают никакого эффекта при работе на несвязных грунтах, где вследствие высоких напряжений имеет место интенсивное перемещение грунта из-под кулачков в стороны и вверх. При работе кулачки врезаются в грунт на значительную глубину. Поэтому уплотняются только те объемы грунта, которые расположены ниже плоскости погружения кулачков, а верхняя часть грунта при этом разрыхляется. Эта верхняя часть слоя может быть уплотнена лишь после отсыпки поверх нее нового слоя грунта. Ввиду интенсивного уплотнения нижней части слоя, заглубление кулачков по мере увеличения числа проходов постепенно уменьшается. Поэтому при легких и средних типах кулачковых катков толщина верхней неуплотненной части слоя сравнительно невелика и составляет 4—6 см.

Удельное давление рассчитывается в предположении передачи веса катка на один ряд кулачков, расположенных по образующей вальца. На самом деле в работе участвуют также и кулачки соседних рядов, поэтому фактическое удельное давление, как правило, будет ниже расчетного не менее чем в 1,5—2 раза. Что касается общего веса катков, то он может выбираться до 10—18 т и даже более. Однако следует указать, что на производстве хорошо себя зарекомендовали катки весом 5—6 т.

Сухие связные грунты могут уплотняться катками, имеющими несколько большие удельные давления и общий вес.

Большое значение имеют также размеры опорных поверхностей кулачков. За однократное действие кулачка уплотнение распространяется на глубину 2,5 b (b — минимальный размер опорной поверхности кулачка). Таким образом, размеры активной зоны увеличены по сравнению с обычными ее значениями (~26). Это объясняется тем, что в этом случае ввиду больших удельных давлений образуется весьма плотное грунтовое «ядро», которое как бы удлиняет кулачок. При последующих проходах этот уплотненный слой как бы наращивается, что происходит за счет сдавливания с ним рыхлого грунта, расположенного выше. Такое «наращивание» плотного слоя может идти до величины, примерно равной 4Ь.

Длина кулачков определяет собой ту глубину, на которую они могут погрузиться в грунт при укатке. Поэтому при уплотнении рыхлых грунтов длина кулачков автоматически ограничивает верхний предел удельного давления. После превышения этого предела каток начинает опираться на грунт не только кулачками, но и поверхностью вальца. Очевидно, что этот верхний предел зависит не только от длины кулачка, но и от свойств грунта.

В случае излишне большой длины кулачков при первых проходах катка, когда грунт находится еще в рыхлом состоянии, будут развиваться избыточные напряжения, которые повлекут за собой выдавливание грунта в стороны, что снизит эффект уплотнения и повысит необходимое тяговое усилие. Это затруднит также «наращивание» слоя при последующих проходах катка. Вместе с тем при недостаточной длине кулачки не смогут погружаться в грунт на необходимую глубину, и потому нижняя часть уплотняемого слоя останется непроработанной.

При чрезмерно высоких удельных давлениях возрастет величина hp, что снизит толщину уплотняемого слоя грунта.

Из анализа работы кулачковых катков следует, что уплотнение будет эффективным в том случае, когда грунты вначале достаточно рыхлы. Это условие обеспечивает глубокое проникание кулачков и постепенное наращивание плотного грунта. Кулачковые катки являются мало пригодными для уплотнения уже сравнительно плотных грунтов, так как в этом случае имеет место неполное проникание кулачков и, следовательно, не обеспечивается проработка слоя на всю его толщину.

Формы кулачков существующих типов катков весьма разнообразны. Однако, как это следует из принципа работы, эта форма на получаемую плотность грунта влияния не оказывает. Вместе с тем должны быть выдвинуты определенные требования к форме опорной поверхности кулачков. Она должна быть выбрана такой, чтобы при перекатывании обеспечивались одинаковые максимальные напряжения во всех точках поверхности контакта, что обеспечивает равномерное уплотнение грунтов. Этому требованию отвечают реверсивные (т. е. симметричные) кулачки и преимущественно те их виды, опорная поверхность которых очерчена из центра катка по дуге окружности. Налипание на кулачки грунта должно быть сведено к минимуму. Поэтому кулачки не должны иметь ребер, впадин, резких выступов и т. п.

Число кулачков на вальце катка должно быть возможно большим, что снизит необходимое число проходов. Однако наличие большого количества кулачков повлечет за собой повышение общего веса катка и усилит склонность грунта к налипанию. Сравнительные испытания катков с различным количеством кулачков показали, что удовлетворительная работа имеет место в том случае, когда число кулачков, приходящихся на 1 м2 поверхности вальца, составляет 20—25. Эти данные относятся к легким и средним каткам, опорные поверхности кулачков которых имеют площади от 20 до 40 см2. Расположение кулачков на поверхности вальца должно быть шахматное.

Кулачковые катки целесообразно изготовлять с расчетом возможности изменения их веса балластировкой. Это позволит один и тот же каток использовать при уплотнении легких и тяжелых суглинков, а также грунтов разной влажности.

Вследствие значительного пластического течения грунта из-под опорных поверхностей кулачков уплотняется не только тот грунт, который непосредственно расположен под этой опорной поверхностью, но также и объемы, расположенные вблизи, что расширяет активную зону. Это позволяет сократить необходимое число проходов. Испытания катков показали, что для достижения грунтом уплотняемого слоя плотности, равной 0,95бшах, достаточно однократного перекрытия всей поверхности слоя кулачками.

Рама и дышло катка рассчитываются на растяжение от максимального тягового усилия того трактора или тягача, на работу с которым рассчитан каток. Коэффициент динамичности при этом принимается равным 1,5.

Катки на пневматических шинах. В настоящее время пневматические катки применяются для уплотнения не только грунтов, но и гравийных и щебеночных оснований, а также черных смесей и асфальтового бетона. При этом, в отличие от катков, имеющих жесткие гладкие вальцы, катки на пневматических шинах не подвергают дроблению щебень и гравий, что и является большим преимуществом этих катков. Типы и размеры этих катков весьма разнообразны. Так, вес тех прицепных катков, которые предназначены для уплотнения грунтов аэродромов, достигает 100, 120, а в отдельных случаях и 200 т. Наибольшее распространение получили катки весом 20—25 и 40—50 т.

Катки на пневматических шинах 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 катками. Кроме того, для Доведения грунтов до одной и той же плотности требуется меньшее число проходов, что повышает производительность катков.

Общий вид прицепного катка на пневматических шинах представлен на рис. 109.

Наибольшее распространение получили катки с независимой подвеской отдельных колес, что обеспечивает равномерное уплотнение грунта, а при неровной поверхности предохраняет шины от перегрузки. Ось каждого колеса жестко связана с балластным контейнером, передняя часть которого шарнирно подвешена к траверсе рамы машины.

При первых проходах, 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 удельное значение деформации шины все более возрастает и при плотных грунтовых поверхностях имеет место обратная картина, т. е. здесь в основном деформируется уже шина.

Рис. 109. Каток на пневматических шинах

Под пневматической шиной грунт находится в напряженном состоянии более продолжительное время, чем под жестким колесом. При равных диаметрах жесткого колеса и пневматика последний ввиду эластичности имеет большую площадь контакта с поверхностью грунта и эта площадь загружена значительно равномернее. Все это способствует повышению эффекта уплотнения грунтов.

Для определения глубины активной зоны надо найти минимальный поперечный размер поверхности контакта шины с грунтом. Таким размером является малая ось эллипса, которую можно определить, предположив, что в конце процесса уплотнения перекатывание пневматика производится по абсолютно жесткой поверхности, т. е. что деформируется только шина.

Для повышения проходимости и эффекта работы пневматические шины выгодно иметь возможно большего диаметра. Большой диаметр колеса позволит увеличить площадь контакта с грунтом, а тем самым и глубину активной зоны.

Следовательно, как правило, должны применяться шины больших размеров. Нагрузку на колесо также желательно иметь возможно большей. С ростом нагрузки увеличивается обжатие пневматической шины, а следовательно, и глубина активной зоны. Нагрузка ограничивается прочностью шины, а также теми тяговыми средствами, для работы с которыми предназначен каток.

Вследствие относительно малой скорости движения катков и значительного снижения в связи с этим динамических нагрузок, допустимые пределы давлений на колеса возможно принимать несколько большими по сравнению с теми их значениями, которые обычно лимитируются паспортными данными. Верхний предел нагрузки должен быть ограничен такими их значениями, при которых смятие шины не превышает 15%. Под смятием здесь понимается отношение абсолютной величины деформации шины к диаметру ее сечения (к высоте профиля), выраженное в процентах.

Здесь также следует считать, что лучший эффект уплотнения соот-’ ветствует такому случаю, где максимальное напряжение на поверхности близко к пределу прочности грунта.

Давление воздуха в шинах автомобилей и дорожностроительных машин, как правило, не более 6 кГ/см2. Поэтому при уплотнении связных грунтов, предел прочности которых превышает 12 кГ/см2, следует рекомендовать катки, снабженные авиационными шинами, которые допускают повышение давления воздуха до 12 и даже 14 атм.

Конструкция катка должна позволять регулировать давление в шинах, а в случае самоходных катков необходимо обеспечить, чтобы эта операция могла совершаться на ходу.

При уплотнении песков и малосвязных грунтов ввиду относительно более низких пределов прочностей этих грунтов давление в шинах не должно превышать в первом случае 2 кГ/см2, а во втором случае — 3— 4 кГ/см2. Во избежание большого износа шин должны быть также снижены и нагрузки на колеса катков.

Спаренные колеса по сравнению с одиночными дают большую площадь следа и поэтому способны уплотнять слои грунта больших толщин. Поэтому прицепные катки должны быть одноосными. Ввиду особенностей конструкции стандартных колес и их дисков все колеса ряда не могут быть вплотную поставлены друг к другу. Между ними всегда будут иметь место какие-то зазоры. Для повышения эффекта уплотнения последние должны быть сведены к минимуму.

Зазор желательно иметь не выше 0,4В (В — ширина колеса) и никак не больше (0,5-4-0,7) В. При зазоре менее 0,4В он на эффекте уплотнения практически не отражается.

Необходимое число проходов при уплотнении связных грунтов обычно составляет 6—8. При несвязных грунтах оно в 2 раза меньше.

В случае самоходного катка должны быть увязаны между собой тяговое усилие, возникающие сопротивления и сцепной вес. Такую увязку можно произвести, пользуясь тем же методом, что и в случае самоходных скреперов.

Расчет на прочность отдельных узлов катка производится в предположении реализации полной силы тяги тягача с учетом коэффициента динамичности ka = 1,5.

Катки решетчатые и сегментные. Решетчатые катки появились сравнительно недавно и сразу хорошо зарекомендовали себя как эффективное средство для работы в зимнее время, а также для уплотнения гра-велистых и глинистых комковатых грунтов. Катки изготовляются прицепными. По конструкции они сходны с гладкими или кулачковыми катками и отличаются от них тем, что их вальцы выполнены из решетки. Последняя сварена из прутков низколегированной стали. Решетка может быть также выполнена литой. В этом случае валец собирается из отдельных звеньев. Решетка имеет квадратные отверстия со стороны квадрата 15 или 20 см. Балласт обычно размещается на раме катка и выполняется в виде бетонных кубов. Общий вес катка с балластом составляет 25—30 т. Каток может уплотнять грунт слоями толщиной до 40 см.

Вальцы секторного катка имеют вырезы, вследствие чего окружность их прерывается впадинами. Их собирают из звеньев, сдвинутых таким образом, чтобы впадины располагались в шахматном порядке. Такой каток работает подобно кулачковому и по сравнению с последним имеет значительно большие опорные поверхности. Поэтому при достаточном общем весе он может прорабатывать слои грунта значительно большей толщины. Эти катки могут быть также самоходными.

Кулачковые катки

Прицепные кулачковые катки предназначены для послойного уплотнения комковатых тяжелых и связных грунтов на толщину 0,3—0,5 м при сооружении дорожных насыпей, плотин, дамб и грунтовых оснований под различные дорожные покрытия и Другие инженерные сооружения. Катки агрега-тируются с гусеничными тракторами соответствующего класса в зависимости от потребного тягового усилия и состоят в основном из вальца с кулачками, рамы со скребками и двух дышл со сцепными устройствами. Вальцы с кулачками являются рабочим органом катка, полость вальцов используется для заполнения балластом (песком) в целях экономии металла и увеличения массы катка. На ряде катков их массу повышают установкой бетонных или чугунных грузов.

Кулачковые катки по массе (с балластом) разделяют на легкие (8—9 т), средние (16—18 т) и тяжелые (28— 30 т). ГОСТ 11557—75 предусматривает катки указанных типов, при этом средние катки могут изготовляться е двух исполнениях — одновальцовы-ми и двухвальцовыми.

Каток ДУ-26 (Д-614) — легкий, од-новальцовый, с кулачками, приваренными непосредственно к обечайке вальца (рис. 5.2). Боковины вальца имеют люки со съемными крышками, через которые производится загрузка и выгрузка балласта. Ось вальца устанавливается в ступицах на ролнкоподшш» никах. Рама катка представляет собой сварную конструкцию, состоящую из двух продольных и двух поперечных балок коробчатого сечения с приваренными скребками для очистки вальца от налипшего грунта. В балках рамы вмонтированы чугунные грузы для увеличения балласта. К поперечным балкам привертываются дышла сварной конструкции со сцепными устройствами.

Рис. 5.1. Прицепной вибрационный каток ДУ-14 (Д-480):
1 — сцепное устройство; 2 — грузы; 3 — вибровалец; 4 — клиноременная передача; 5 — топливный бак; 6 — двигатель; 7 — рама; 8 — опора

Каток ДУ-32 (Д-630) — среднего типа, отличается удлиненной рамой, на которую устанавливают бетонные балластные грузы.

Каток ДУ-ЗА (Д-263А) — тяжелого типа, имеет разрезной валец, и кулачки его приварены к съемным бан-лажам. Полости вальцов имеют внутренние и наружные камеры, которые заполняют балластом раздельно.

Рис. 5.2. Прицепной кулачковый каток ДУ-26 (Д-614):
1 — дышло; 2 — валец; 3 — кулачок; 4 — рама; 5 — сцепное устройство; 6 — скребки

Читать далее:

Категория: - Машины для уплотнения грунтов

Главная → Справочник → Статьи → Форум



Разделы

Строительные машины и оборудование
Для специальных земляных работ
Дорожно-строительные машины
Строительное оборудование
Асфальтоукладчики и катки
Большегрузные машины
Строительные машины, часть 2,
Дорожные машины, часть 2
Ремонтные машины
Ковшовые машины
Автогрейдеры
Экскаваторы
Бульдозеры
Скреперы
Грейдеры Эксплуатация строительных машин
Эксплуатация средств механизации
Эксплуатация погрузочных машин
Эксплуатация паровых машин
Эксплуатация экскаваторов
Эксплуатация подъемников
Эксплуатация кранов перегружателей
Эксплуатация кузовов машин
Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины