Российская Федерация на сегодняшний день насчитывает 1396 тысяч километров дорог, что является неотъемлемой частью развития государства. По автомобильным дорогам происходит передвижение легкового, грузового и специального транспорта. От данных путей сообщения зависит экономическое благосостояние страны [1].
Строительство автомобильных дорог – это отрасль, которая объединяет в себе несколько направлений: проектирование, строительство, ремонт и обслуживание дорог различного назначения. Поэтому в данной области совместно работают множество организаций, которые осуществляют управление, организацию работ и надзор за состоянием дорожного покрытия, оборудования и технических средств. Автомобильными дорогами называются дороги высокого качества, большой протяженности и с достаточной пропускной способностью. Классификация автомобильных дорог представлена в таблице.
Строительный процесс дорог объединяет в себе целый ряд мероприятий: подготовка проекта объекта и утверждение его, предварительная подготовка участка и его разработка, транспортировка материалов и укладка их, оборудование оградительных конструкций и сооружение инженерных коммуникаций, обустройство территории и многое другое. Это процесс довольно сложный и ответственный, так как качество дорожного покрытия влияет на безопасность движения транспорта и на комфорт передвижения.
С каждым годом требования к строительству автомобильных дорог возрастают. Увеличивается количество машин и скорость передвижения по автодорогам. Соответственно, появляется необходимость в изобретении новых конструкций машин для строительства автомобильных дорог, а также новых технологий по ускоренному возведению дорожных насыпей при скоростном строительстве автомобильных дорог [2–4].
Классификация автомобильных дорог
|
Класс автомобильной дороги |
Категория автомобильной дороги |
Общее количество полос |
Ширина полосы движения, м |
Центральная разделительная полоса |
Пересечения с автомобильными дорогами, велосипедными и пешеходными дорожками |
Пересечения с железными дорогами и трамвайными путями |
Доступ на дорогу с примыканиями в одном уровне |
|
Автомагистраль |
IA |
4 и более |
3,75 |
Обязательна |
В разных уровнях |
В разных уровнях |
Не допускается |
|
Скоростная дорога |
IБ |
4 и более |
3,75 |
Допускается без пересечения прямого направления |
|||
|
Дорога обычного типа (нескоростная дорога) |
IВ |
4 и более |
3,75 |
Допускаются пересечения в одном уровне со светофорным регулированием |
|||
|
II |
4 |
3,5 |
Допускается отсутствие |
Допускается |
|||
|
2 или 3 |
3,75 |
Не требуется |
Допускаются пересечения в одном уровне |
||||
|
III |
2 |
3,5 |
|||||
|
IV |
2 |
3,0 |
Допускаются пересечения в одном уровне |
||||
|
V |
1 |
4,5 и более |
В технологии строительства существуют проблемы: «бульдозерный эффект», длительное возведение дорожного полотна, отсутствие универсальной машины для выполнения нескольких операций при уплотнении дорожного основания. Для решения данных проблем предлагаются новые конструкции машин для уплотнения дорожных насыпей, а более конкретно к машинам для эффективного послойного уплотнения грунтов, гравийно-щебеночных и стабилизированных грунтовых смесей при скоростном строительстве автомобильных дорог [5–7].
Наиболее распространенные машины, осуществляющие уплотнение грунтов земляного полотна, – это дорожные катки различных типов. Наиболее эффективными, как в России, так и за рубежом, считаются вибрационные катки с металлическими вальцами, обладающие высокой производительностью и меньшей массой в сравнении со статическими катками. Основной проблемой для любых дорожных катков является то, что они должны адаптировать свои параметры и обеспечивать контактные напряжения для уплотнения грунтовых слоев от свежеотсыпанного состояния до нормативной плотности. Нормативные документы и практика строительства рекомендуют производить уплотнение грунтовых слоев как минимум двумя разными (по массе) катками. Все это увеличивает энергоемкость и себестоимость строительства автомобильных дорог, снижает общий темп работ. Задача создания уплотняющей техники, обеспечивающей уплотнение грунтов до требуемой плотности одной машиной, до сих пор не решена, и это является значительной научной проблемой.
Задачей изобретения является повышение интенсивности и качества уплотнения дорожных насыпей. Поставленная задача решается путем достижения технического результата, который заключается в увеличении прочности уплотнения и увеличении скорости.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной машине для уплотнения дорожных насыпей, содержащей последовательно соединенные базовую машину с тяговой рамой и боковыми стенками ковша, П-образную дополнительную раму с пневмоопорами, основной валец с рамой, особенностью является то, что базовая машина снабжена дополнительным вальцом, установленным на двух гидроцилиндрах для обеспечения его вертикального перемещения, причем длина контактной площади и вес дополнительного вальца меньше, чем у основного, и, кроме того, для увеличения тягового усилия вальцы оборудованы гидродвигателями. Установка дополнительного вальца на двух гидроцилиндрах позволяет регулировать усилия взаимодействия дополнительного и основного вальцов, на уплотняемую поверхность, по величине удельного давления и продолжительности воздействия, а также исключить возможность «бульдозерного эффекта» (возникновение сдвига, перемещения грунта перед рабочим органом), а для увеличения тягового усилия основному и дополнительному вальцам придается вращательное движение с помощью гидропривода [8–11].
Именно заявляемые конструктивные особенности машины позволяют исключить отрицательный эффект коэффициента трения путем замены процесса работы уплотнителя по принципу скользящего движения на принцип вращательного движения.
Уплотняющая машина с дополнительным рабочим органом: 1 – базовая машина; 2 – ведущие колеса; 3 – тяговая рама; 4 – боковые стенки ковша; 5 – пневмоопоры; 6 – гидроцилиндр; 7 – основной валец; 8 – дополнительный валец; 9 – гидроцилиндр; 10 – упор
Машина для уплотнения дорожных насыпей состоит из базовой машины с ведущими колесами и тяговой рамой, боковых стенок ковша с дополнительной рамой, которая опирается на пневмоопоры и связана тяговой рамой с гидроцилиндрами, основного вальца и дополнительного вальца, смонтированного в задней части машины с помощью двух гидроцилиндров и двух упоров. На основном и дополнительном вальцах установлены гидродвигатели.
Машина для уплотнения дорожных насыпей работает следующим образом. В случае необходимости перебазирования машины с объекта на объект гидроцилиндрами поднимают боковые стенки ковша на которых установлен валец, а гидроцилиндрами поднимают дополнительный валец. Используя колеса тягача и пневмоопоры, машина может перемещаться со скоростью до 50 км/ч [12–13].
В процессе первоначального уплотнения дорожной насыпи (первые 2...3 прохода) возникает необходимость движения машины задним ходом, а в последующем – челночным способом или в любых направлениях. Машина устроена таким образом, что для повышения интенсивности и качества уплотнения дорожных насыпей основной и дополнительный вальцы установлены с возможностью регулирования усилий их взаимодействия на уплотняемую поверхность. Регулирование усилий осуществляется по величине удельного давления гидроцилиндрами, а по продолжительности воздействия – радиусами вальцов, причем у основного вальца они больше, чем у дополнительного. Работа осуществляется по принципу перемещения контактной площадки вальцов по уплотняемой поверхности. Площадки соприкосновения рабочего органа с уплотняемой поверхностью остаются взаимно неподвижными, т.к. окружные скорости вальцов равны скорости перемещения машины за счет подбора оборотов привода их вращения. Кроме того, увеличение тягового усилия и исключение «бульдозерного эффекта» обеспечивается путем придания основному и дополнительному вальцам (при отсутствии заводского и пневмоопорам вращательного движения с помощью гидродвигателей [14–15].
Применение машины для уплотнения дорожных насыпей позволяет:
– достигнуть значительного повышения темпов и качества процесса уплотнения;
– полностью исключить «бульдозерный эффект» перед устройством посредством проминания насыпи вальцами с вращением от гидропривода;
– значительно упростить процесс регулирования величины удельного давления и продолжительности воздействия на уплотняемую поверхность и конструкцию уплотняющего устройства;
– эффективно уплотнять слой дорожной насыпи практически любой толщины.
Разработанная машина с дополнительным рабочим органом позволяет сократить время уплотнения дорожного основания, снизить экономические затраты.
Рецензенты:
Захаров Н.С., д.т.н., профессор, действительный член Российской академии транспорта, г. Тюмень;
Торопов С.Ю., д.т.н., профессор кафедры «Транспорт углеводородных ресурсов», ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет», г. Тюмень.