УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ
DEVICE FOR COMPRESSING ASPHALT MIXES

Устройство для уплотнения асфальтобетонных смесей
Изобретение относится к дорожному строительству, а именно к устройствам для уплотнения дорожно-строительных материалов, и предназначено для уплотнения асфальтобетонных слоев дорожных оснований и покрытий.
Известно устройство для уплотнения дорожно-строительных материалов, содержащее раму с установленным на ней эксцентриковым приводом трамбующего бруса и выглаживающую плиту [Варганов С.А. Машины для уплотнения грунтов и дорожно-строительных материалов / С.А. Варганов, Г.С.Андреев, П.И. Марков и др. Под ред. С.А. Варганова, Г.С.Андреева. М.: Машиностроение, 1981. - 240 с].
Однако известное устройство обладает следующими недостатками - для асфальтоукладчика, имеющего высокую производительность, характерна низкая степень предварительного уплотнения смеси трамбующим брусом представленной конструкции, что не позволяет полностью реализовать его потенциальные технические возможности.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является устройство для уплотнения дорожно-строительных материалов, содержащее последовательно установленные уплотняющие органы в виде брусьев с приводом их вертикального перемещения, имеющих различные по величине углы скосов перед горизонтальными опорными площадками, ширина каждой горизонтальной опорной площадки составляет 0,4-0,5 ширины соответствующего бруса, а ширина горизонтальной опорной площадки переднего бруса больше площадки заднего бруса в 1,2-1,5 раза [А.С. SU №1142568 А, МПК Е01С 19/34, опубл. 28.02.1085].
Недостатками данного устройства являются:
- сложная многоэлементная и металлоемкая конструкция устройства;
- высокая энергоемкость процесса уплотнения.
Задачей изобретения является создание устройства с малой металлоемкостью, содержащего один трамбующий брус, обеспечивающий высокую степень предварительного уплотнения смеси, а также уменьшение энергоемкости этого процесса.
1
2
1
2
max
max
1
2
Указанный технический результат достигается тем, что предложено устройство для уплотнения дорожно-строительных материалов, в котором уплотняющие органы выполнены в виде однорядного трамбующего бруса с двумя равными по длине левой L и правой L частями, составляющими общую длину бруса L=L+L, ширина бруса определяется из условия С=(2-3)d, где d - максимальный размера зерна смеси, при этом его опорная поверхность включает два разных по ширине участка - передний С=0,55С и задний С=0,45С, наклоненные к горизонтальной поверхности уплотняемого слоя соответственно под углами
CJl
где h - толщина слоя, см;
0,8
0,9
0,98
y
y
y
КЗ, КЗ, КЗ - соответствующие коэффициенты запаса на уплотнение асфальтобетонного слоя, соответствующие k=0,80, k=0,90 и k=0,98.
Заявляемое техническое решение позволяет поочередно сосредотачивать на каждой части бруса энергию в два раза меньшую, чем для бруса с традиционными однофазными колебаниями обеих частей, и создает условия для пропорционального увеличения опорной площади бруса и производительности асфальтоукладчика.
-1
-1
Кроме этого, снижение энергоемкости процесса уплотнения достигается при частоте колебания бруса ƒ=1/τ, соответствующей периоду релаксаций напряжений τ в уплотняемой среде, обеспечивая ее минимальное сопротивление деформированию при ƒ=540-720 мин для смесей типа А, Б и при ƒ=420-600 мин - для смесей типа В, Г, Д [Пермяков В.Б. Совершенствование теории, методов расчета и конструкций машин для уплотнения асфальтобетонных смесей: Автореф. дис… д-ра техн. наук. - СПб., 1992. - 37 с.].
max
max
max
Ширина бруса С определяет площадь контакта и величину давления на уплотняемую смесь, а также регулирует развитие процессов уплотнения и зависит от максимального размера зерна смеси d и составляет C=(2-3)d, охватывая объем смеси в два-три зерна, которые являются основной частью макроструктуры асфальтобетона, в процессе уплотнения надежно фиксируются друг относительно друга благодаря образованию многочисленных межзерновых контактов и способны сохранять приобретенную прочность и устойчивость структурных связей от силовых воздействий автотранспорта. При C≤d опорная поверхность бруса взаимодействует с одним зерном, поэтому устойчивое закрепление его в формирующейся структуре асфальтобетона не представляется возможным, поскольку в заключительной части процесса точка приложения уплотняющих воздействий находится на периферии зерна, вынуждая его изменить местоположение с каждым силовым воздействием, приводящим к разрушению ранее возникших межзерновых связей и образованию дефектов в структуре.
y
y
1
y
2
Опорная поверхность бруса поочередно взаимодействует со смесью, обладающей низким сопротивлением деформированию при коэффициенте уплотнения k=0,80-0,90 и высоким сопротивлением при k=0,90-0,98 (фиг. 4). В связи с этим опорная поверхность бруса состоит из двух разных по ширине участков: переднего С=0,55С (до k=0,90), на котором реализуется до 70% общей деформации слоя, и заднего С=0,45С, реализующего остальные 30% (фиг. 2) [Костельов М.П. Практические проблемы устройства асфальтобетонных покрытий с высокой ровностью. Дорожная техника, технология. Каталог-справочник. СПб.: И.А. Партнер, 2003. - с. 38-43], наклоненные к горизонтальной поверхности уплотняемого слоя соответственно под углами
y
y
обеспечивающим высокую скорость деформирования от k=0,80 до k=0,90, и
y
y
сл
y
с более низкой скоростью от k=0,90 до k=0,98. Величина углов α и β не превышает значения углов внутреннего трения смеси, что позволяет снизить интенсивность ее выдавливания из-под опорной поверхности бруса (h - толщина слоя, см; KЗi -коэффициенты запаса на уплотнение асфальтобетонного слоя, соответствующие i-м k, табл.) [Костельов М.П. Практические проблемы устройства асфальтобетонных покрытий с высокой ровностью. Дорожная техника, технология. Каталог-справочник. СПб.: И.А. Партнер, 2003. - с. 38-43]
д
y
Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, где на фигуре 1 схематически изображено устройство для уплотнения асфальтобетонных смесей; на фигуре 2 схематически представлены опорные поверхности левой и правой частей бруса с участками; на фигуре 3 представлена проекция уплотняющего устройства по стрелке Б; на фигуре 4 представлена зависимость сопротивления смеси деформированию σ от коэффициента уплотнения k и температуры (T,°C).
Устройство для уплотнения асфальтобетонных смесей состоит (фиг. 1) из смонтированных на раме 1 посредством шарнира 2 с горизонтальной осью в кронштейне 3 отражательного щита 4, трамбующего бруса с левой 5 и правой 6 частями, с передним 7 и задним 8 (фиг. 2) опорными участками, соединенных шатунами соответственно 9 и 10 (фиг. 3) с эксцентриковым приводом 11, а также виброплиты 12.
Принцип работы устройства заключается в следующем. После распределения смеси по ширине укладываемой полосы производится ее предварительное уплотнение предлагаемым устройством. Эксцентриковый вал 11 по средствам шатунов 9 и 10 приводят в вертикальное возвратно-поступательное движение левую 5 и правую 6 части бруса, перемещающиеся в противофазах, с частотой колебания, соответствующей периоду релаксации напряжений в уплотняемой среде, при которой достигается минимальное сопротивление смеси деформированию (ƒ=540-720 для смесей типа А, Б и 420-600 для смесей типа В, Г, Д).
Опорная поверхность бруса последовательно производит уплотнение смесей передним 7 и задним 8 участками с интенсивностью, пропорциональной углам наклона α и β поверхности уплотняемого слоя.
max
max
Исследованиями [Хархута Н.Я. Машины для уплотнения грунтов. Теория, расчет и конструкция. 2-е изд., перераб. и доп. / Н.Я. Хархута. -Л.: Машиностроение, 1973. - 175 с.] установлено, что предел прочности уплотняемой среды возрастает с увеличением опорной площади уплотнителя, при этом увеличение его минимального поперечного размера способствует росту толщины уплотняемого слоя. В связи с этим ширина трамбующего бруса С в предлагаемом устройстве определяется цифрами 2-3, максимальными размерами зерна d уплотняемой смеси (для горячих мелкозернистых смесей типа А, Б, В d=20 мм).
y
y
y
y
Длина первого участка опорной поверхности составляет 55% от ширины бруса, на котором реализуется до 70% общей деформации слоя при 5-7 силовых воздействиях по одному следу опорной поверхности бруса [Кизряков А.Н., Кабанов В.В., Фруктов П.А. Исследование уплотняющих рабочих органов асфальтоукладчиков // Создание и совершенствование дорожных машин: Сб. Науч. Тр. / ВНИИСтройдормаш. - М., 1985. - Вып. 102. - С. 3-7], обеспечивая изменение плотности от k=0,80 до k=0,90. Длина второго участка составляет 45%, на котором реализуется до 30% деформации с изменением плотности от k=0,90 до k=0,98.
Углы наклона опорных участков определяются по зависимостям:
- для переднего участка
- для заднего участка
сл
i
y
где h - толщина уплотняемого слоя, см; KЗ - коэффициенты запаса на уплотнение асфальтобетонного слоя, соответствующие i-м k.
Скорость перемещения асфальтоукладчика определяется по формуле (м/мин):
где n=5-7 - число ударов трамбующего бруса по одному следу (меньшее значение для смесей типа А,Б, большее - для смесей типа В, Г, Д).
1
2
y
Использование новых элементов в устройстве для уплотнения асфальтобетонных смесей с однорядным трамбующим брусом с двумя равными по длине левой и правой частями, перемещающимися возвратно-поступательно в вертикальной плоскости в противофазах с рациональной частотой ƒ=540-720 для смесей типа А, Б и 420-600 для смесей типа В, Г, Д), соответствующей периоду релаксации напряжений в уплотняемой асфальтобетонной смеси, обеспечивающей минимальное сопротивление смеси деформированию, определение ширины бруса равной от 2-х до 3-х максимальных размеров зерна смеси, длины переднего С=0,55С и заднего С=0,45С участков опорной поверхности бруса и углов их наклона к поверхности уплотняемого слоя  регулирующих интенсивность набора плотности смеси, обеспечивает: создание малоэлементного и -металлоемкого устройства, позволяет получить высокую плотность до k=0,98 асфальтобетонной смеси, снизить энергоемкостью процесса уплотнения, увеличить скорость перемещения асфальтоукладчика до 8 м/мин и его производительность, а также уменьшить общую длительность процесса уплотнения.
Внедрение в практику строительства предлагаемого устройства позволяет увеличить объемы и темпы строительства асфальтобетонных дорожных покрытий и оснований и продлить строительный сезон в 1,5-2 раза для Северных территорий страны.