close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Дорожно-строительные материалы и машины (тексты лекций)

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
ИМЕНИ Г.Ф. МОРОЗОВА
В.Н. МАКЕЕВ
ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МАШИНЫ
Тексты лекций
Учебное пособие
ВОРОНЕЖ 2016
УДК 630*.625.08. (075.8)
Макеев В.Н., «Дорожно-строительные материалы и машины». Тексты
лекций [Текст]: учебное - пособие В.Н. Макеев; министерство образования и
науки РФ ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический
университет» имени Г.Ф. Морозова, - Воронеж, 2016.- 262 с.
В учебном пособии описываются основные виды и происхождение
грунтов, снега, льда, каменных и вяжущих дорожно-строительных
материалов, даны основы механики грунтов и методы улучшения их свойств
с помощью вяжущих материалов, а так же основы теории резания грунтов и
стружкообразования. Рассмотрены рабочие органы дорожно-строительных
машин и их взаимодействие с грунтом. Рассмотрены назначение,
классификация, конструкция и применение дорожно-строительных машин
для подготовительных и земляных работ, строительства искусственных
сооружений, добычи, переработки каменных материалов, строительства
разных типов покрытий, строительства лесовозных колейных, зимних
автомобильных дорог и железных дорог узкой колеи, а также машины и
оборудования для ремонта и содержания лесовозных дорог.
Рекомендуется для студентов высших учебных заведений, обучающихся
по направлениям подготовки бакалавров и магистров 35.03.02, 35.04.02
«Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств»
и 15.03.02, 15.04.02 «Технологические машины и оборудование»
Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО
«ВГЛТУ» имени Г.Ф. Морозова (протокол №1 от 6 ноября 2015 г.)
Рецензенты
кафедра строительной техники
и инженерной механики ФГБОУ ВО «ВГАСУ»;
профессор кафедры сельскохозяйственных машин
ФГБОУ ВО «ВГАСУ» имени императора Петра I,
д.т.н., профессор
Казаров К.Р.
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………
ЛЕКЦИЯ № 1
Тема: Общие вопросы строительства лесовозных автомобильных
дорог………………………………………………………………………….
Вопросы:
1. Краткая история развития техники и технологии строительства,
лесовозных дорог……………………………………………………..
2. Характеристика лесотранспорта и сети лесных дорог……………...
3. Дорожно-строительные организации и подразделения…………….
ЛЕКЦИЯ № 2
Тема: Виды, классификация и нормы проектирования
автомобильных лесовозных дорог…………………………………...........
Вопросы:
1. Виды лесных и лесовозных автомобильных дорог. ………………..
2. Классификация автомобильных лесовозных дорог………………...
3. Основные элементы и нормы проектированных автомобильных
лесовозных дорог……………………………………………………..
ЛЕКЦИЯ № 3
Тема: Основные положения и принципы организации
строительства лесовозных автомобильных дорог …………………….
Вопросы:
1. Виды производств и хозяйств на строительстве дорог……………..
2. Основные организационные понятия строительства дорог………..
3. Механизация строительства дорог в условиях лесного
комплекса………………………………………………………..........
4. Поточный метод строительства и его преимущества………………
5. Непрерывность производства дорожно-строительных работ...........
ЛЕКЦИЯ № 4
Тема: Грунты – основной вид дорожно-строительных
материалов………………………………………………………….…
Вопросы:
1. Основные виды и происхождение грунтов………………………….
2. Строительные свойства грунтов……………………………………..
3. Состав грунтов. Твердая компонента грунта и еѐ фракционный
состав…………………………………………………………………..
4. Жидкая компонента грунтов, еѐ классификация и основные
свойства………………………………………………………………..
5. Газообразная компонента грунтов……………………………...........
9
12
12
13
14
14
15
15
16
18
18
19
20
21
22
24
24
27
28
30
35
4
6. Структурные связи в грунтах…………………………………...........
7. Дорожно-строительные качества основных видов грунтов………..
8. Классификация грунтов по гранулометрическому
составу………........................................................................................
9. Характеристики, показатели физико-механических свойств
грунтов и методы их лабораторных испытаний…………………….
10.Физико-механические свойства грунтов…………………………….
ЛЕКЦИЯ № 5
Тема: Рабочие органы дорожно-строительных машин и их
взаимодействие с грунтом………………………………………………...
Вопросы:
1. Виды, назначение и основные параметры рабочих органов……….
2. Взаимодействие рабочих органов с грунтом………………………..
3. Факторы, влияющие на сопротивление грунтов резанию………….
ЛЕКЦИЯ № 6
Тема: Особенности снега и льда как дорожно-строительных
материалов…………………………………………………………..............
Вопросы:
1. Классификация снега и его физико-механические свойства………
2. Методы определения физико-механических свойств снега………..
3. Физико-механические свойства льда…………………………..........
ЛЕКЦИЯ № 7
Тема: Каменные дорожно-строительные материалы ………………..
Вопросы:
1. Основные виды каменных материалов и их классификация………
2. Требования к каменным строительным материалам……………….
3. Основные физико-механические свойства каменных материалов и
методы их определения……………………………………………….
ЛЕКЦИЯ № 8
Тема: Минеральные и органические вяжущие материалы и их
применение ………………………………………………………………….
Вопросы:
1. Минеральные вяжущие материалы. Их свойства и методы
лабораторных испытаний…………………………………………….
2. Органические вяжущие материалы. Их классификация, свойства
и методы лабораторных испытаний…………………………………
3. Протекающие процессы и необходимые условия укрепления
грунтов вяжущими материалами…………………………………….
4. Виды грунтов подвергаемых укреплению вяжущими материалами
и способы их введения…………………………..................................
5. Полимерные вяжущие и особенности укрепления ими
36
37
39
40
43
46
46
48
54
55
55
58
59
61
61
63
64
68
68
71
74
75
5
грунтов…………………………………………………………………
ЛЕКЦИЯ № 9
Тема: Классификация, свойства и область применения смесей
минеральных материалов с вяжущими …………………………………
Вопросы:
1. Асфальтобетон. Классификация, свойства и применение…………
2. Цементобетон. Классификация, свойства и применение…………..
3. Местные дорожно-строительные материалы……………………….
ЛЕКЦИЯ № 10
Тема: Классификация и основные конструктивные части дорожностроительных машин……………………………………………………...
Вопросы:
1. Виды работ, выполняемых при строительстве лесных дорог
различного назначения………………………………………………..
2. Классификация дорожно-строительных машин…………………….
3. Основные конструктивные части дорожно-строительных
машин………………………………………………………………….
78
80
80
83
84
86
86
88
90
ЛЕКЦИЯ № 11
Тема: Машины для подготовительных работ. Назначение,
классификация, конструкция……………………………………….......... 94
Вопросы:
1. Общая классификация машин для подготовительных работ……… 94
2. Кусторезы. Назначение, классификация, конструкция……………. 94
3. Корчеватели. Назначение, классификация, конструкция………….. 98
4. Рыхлители. Назначение, классификация, конструкция……………. 99
5. Дорожно-строительные агрегаты. Особенности конструкции…..... 104
ЛЕКЦИЯ № 12
Тема: Машины для земляных работ. Назначение, классификация,
конструкция…………………………………………………………………
Вопросы:
1. Назначение и общая классификация машин для земляных
работ……………………………………………………………………
2. Бульдозеры. Назначение, классификация конструкция……………
3. Тягово-эксплуатационный расчет бульдозеров…………………….
4. Скреперы. Назначение, классификация, конструкция………..........
5. Особенности тягово-эксплуатационного расчета скрепера………..
6. Грейдеры. Назначение и общая классификация…………………….
7. Прицепные грейдеры, автогрейдеры. Назначение, классификация,
конструкция……………………………………………………………
8. Грейдер - элеваторы. Назначение, классификация,
конструкция……………………………………………………………
113
113
114
117
124
129
134
135
138
6
9. Тягово-эксплуатационные расчеты грейдеров………………...........
ЛЕКЦИЯ № 13
Тема: Машины землеройные. Одноковшовые е и многоковшовые
экскаваторы. Назначение, классификация, конструкция………..
Вопросы:
1. Экскаваторы. Назначение и общая классификация…………...........
2. Одноковшовые экскаваторы. Назначение, классификация,
конструкция……………………………………………………………
3. Многоковшовые экскаваторы. Назначение, классификация,
конструкция……………………………………………………………
4. Статический расчет одноковшовых экскаваторов………………….
5. Определение эксплуатационной производительности
одноковшовых и многоковшовых экскаваторов……………………
ЛЕКЦИЯ № 14
Тема: Машины для уплотнения грунтов и дорожно-строительных
материалов. Назначение, классификация,
конструкция…………………………………………………………………
Вопросы:
1. Процесс уплотнения, способы уплотнения. Назначение и общая
классификация уплотняющих машин………………………………..
2. Катки. Назначение, классификация, конструкция………………….
3. Трамбующие машины. Назначение, классификация,
конструкция……………………………………………………………
4. Вибрационные машины. Назначение классификация,
конструкция……………………………………………………………
5. Технология производства работ и определение эксплуатационной
производительности катков…………………………………………..
ЛЕКЦИЯ № 15
Тема: Машины и оборудование для переработки каменных
материалов…………………………………………………………………..
Вопросы:
1. Процесс, способы и степень дробления………………………..........
2. Назначение и общая классификация дробилок……………………..
3. Классификация и конструкция дробилок……………………………
4. Грохоты. Назначение, классификация, конструкция……………….
142
144
144
145
149
153
156
157
158
159
167
169
171
173
173
175
176
185
ЛЕКЦИЯ № 16
Тема: Машины для распределения, укладки и смешения дорожностроительных материалов и асфальтобетонных
смесей………………………………………………………………………... 186
Вопросы:
1. Назначение и общая классификация………………………………… 188
7
2. Распределители каменной мелочи и песка. Классификация,
конструкция……………………………………………………………
3. Распределители минеральных вяжущих материалов.
Классификация, конструкция…………………………………...........
4. Распределители органических вяжущих материалов.
Классификация, конструкция…………………………………...........
5. Распределители асфальтобетонных смесей. Классификация,
конструкция……………………………………………………………
6. Способы смешения дорожно-строительных материалов…………..
7. Назначение и общая классификация машин для смешения
дорожно-строительных материалов…………………………………
8. Дорожные фрезы. Классификация, конструкция……………...........
9. Грунтосмесительные машины. Классификация, конструкция……..
ЛЕКЦИЯ № 17
Тема: Машины для постройки колейных покрытий лесовозных
дорог…………………………………………………………………………..
Вопросы:
1. Виды лесовозных дорог с колейными покрытиями…………...........
2. Назначение машин для постройки колейных покрытий и их
классификация…………………………………………………...........
3. Машины для постройки колейных деревянных покрытий.
Особенности конструкции……………………………………………
4. Машины для постройки колейных железобетонных покрытий.
Особенности конструкции……………………………………………
ЛЕКЦИЯ № 18
Тема: Машины для строительства лесовозных железных дорог
узкой колеи……………………………………………………………..........
Вопросы:
1. Преимущества и особенности лесовозных железных дорог УЗК.
Назначение и общая классификация машин и
механизмов…………………………………………………………….
2. Классификация и конструкция путеукладчиков и строительноремонтных поездов…………………………………………………...
3. Классификация и конструкция путевых балластировочных
машин………………………………………………………………….
4. Классификация и конструкция путевого механизированного
инструмента…………………………………………………………...
ЛЕКЦИЯ № 19
Тема: Машины для строительства зимних лесовозных дорог………..
Вопросы:
1. Виды зимних лесовозных дорог, особенности их строительства и
188
191
193
196
199
199
200
204
207
207
208
209
212
215
215
216
219
222
229
8
общая классификация машин………………………………………... 229
2. Машины для строительства дорог со снежноуплотненным
покрытием. Классификация, конструкция………………………….. 230
3. Машины для строительства ледяных колейных дорог.
Классификация, конструкция…………………………………........... 236
ЛЕКЦИЯ № 20
Тема: Машины и оборудование для постройки искусственных
сооружений и для содержания и ремонта, лесовозных дорог…....
Вопросы:
1. Искусственные сооружения на лесовозных дорогах и особенности
их строительства………………………………………………………
2. Виды работ, проводимых при строительстве искусственных
сооружений и общая классификация машин и оборудования……..
3. Машины и оборудования для свайных работ. Назначение
классификация, конструкция…………………………………………
4. Значение своевременного содержания и ремонта, лесовозных
дорог и общая классификация машин……………………………….
5. Машины для летнего содержания и ремонта лесовозных
дорог……………………………………………………………………
6. Машины для зимнего содержания лесовозных дорог………...........
240
240
241
242
250
251
254
Библиографический список…………………………………………….. 261
9
ВВЕДЕНИЕ
Для поддержания лесов нашей страны в подлежащем со всех точек
зрения состоянии необходимо ежегодно выполнять огромные объемы работ
по строительству дорог различного назначения.
Только для целей лесозаготовок необходимо строить около 7 тыс. км
лесовозных дорог круглогодового действия и более 40 тыс. км временных
дорог.
Основным видом строительного материала в условиях лесного
комплекса при строительстве дорог различного назначения являются грунты.
Так, при строительстве лесовозных дорог средний объѐм земляных
работ на 1 км пути составляет в равнинной местности от 3,0 до 5,0 тыс. м3, а
в холмистой от 4,0 до 6,0 тыс. м3.Освоение новых лесных массивов будет
требовать постоянного развития лесотранспортной сети, сопровождающейся
строительством новых участков магистралей, веток и усов.
Значительные объемы дорожного дорожного строительства требуют
применения технических средств механизации, а в некоторых случаях и
автоматизации строительных работ. В связи с эти, в лесозаготовительном
процессе особо важная роль будет отводится дорожно-строительным
машинам. При этом основным методом дорожного строительства в условиях
лесного комплекса, безусловно, будет оставаться поточный метод
строительства лесных дорог при комплексной механизации всех
выполняемых операций.
Вместе с этим строительство лесных дорог требует огромного
количества разнообразных строительных материалов. По виду сырья или в
зависимости от технологических приемом его получения дорожностроительные материалы разделяются на следующие группы: грунты,
естественные и искусственные каменные материалы, вяжущие материалы,
бетонные и железобетонные изделия, полимерные материалы, снег и лед, а
так же стальной прокат и лесные материалы.
В больших объемах на строительстве дорог используют грунты и
естественные каменные материалы, добываемые и вырабатываемые вблизи
трассы дороги. Такие материалы называют местными. Применение местных
материалов позволяет существенно снизить затраты на строительство дорог
за счет снижения транспортных расходов.
10
Материалы, приготовленные заводским способом из сырья, имеющего
относительно
ограниченное
распределение,
принято
называть
строительными материалами промышленного производства. К этой группе
относят цемент, битумы, металлы, железобетонные плиты и другие, которые
поступают на строительство в готовом виде.
В дорожном строительстве при небольшой доработке или без нее
применяют также материалы, которые являются отходами различных
производств. Использование отходов промышленного производства не
только удешевляет строительство дорог, но и способствует улучшению
природной среды.
Проектирование, строительство, ремонт и содержание дорог связано с
необходимостью учитывать физико-механические свойства дорожностроительных материалов, оценивать техническую возможность и
экономическую целесообразность использования тех или иных материалов.
Подбор материалов зависит от их свойств. Свойства материалов
характеризуются количественными показателями, которые определяют в
процессе лабораторных, полевых и производственных испытаний. Под
качеством дорожно-строительного материала понимают совокупность
свойств, определяющих его пригодность по назначению.
Комплексная механизация дорожного строительства - метод
производства дорожных работ при котором все технологически связанные
операции, как основные, так и вспомогательные, выполняют с помощью
комплекса взаимодополняющих друг друга дорожных машин, работающих
на оптимальных режимах.
Дорожной машиной называют такую машину, рабочие органы
которой приспособлены для выполнения одной или нескольких операций,
составляющих дорожно-строительный процесс в целом.
Дорожно-строительные машины отечественной промышленностью в
большинстве случаев выпускаются передвижные (самоходные, прицепные,
полуприцепные и навесные), а также стационарные.
Самоходная дорожная машина состоит из шести основных групп
конструктивных элементов:
 рамы, которая служит базой для установки всех узлов и
агрегатов;
11
 силовой установки (двигателя), являющейся источником энергии
для привода в действие всех механизмов;
 трансмиссии - передаточных механизмов, связывающих рабочее
и ходовое оборудование с силовым;
 рабочего оборудования, с помощью которого непосредственно
выполняют необходимые технологические операции;
 ходового оборудования, необходимого для самостоятельного
передвижения машины;
 системы управления, с помощью которой производится
включение и отключение всех механизмов машины.
Прицепная и полуприцепная дорожные машины не имеют силового
оборудования для самостоятельного передвижения, а перемещаются они в
процессе выполнения рабочих операций специальным тягачом (трактор,
самоходные шасси, тягач и т.п.), к которому прицепляют машину
(прицепная) или на которую опирается с помощью шарового соединения ее
передняя часть (полуприцепная).
Навесная дорожная машина не имеет собственных элементов
силового и ходового оборудования, ее навешивают на тягач - базовую
машину, используют ее силовое оборудование и перемещают на ее ходовом
устройстве.
Развитие отечественного дорожно-строительного машиностроения
направленно на постоянное повышение технического уровня и в первую
очередь на увеличение эффективности машин, их единичной мощности,
качества и надежности, внедрению средств автоматизации и робототехники и
контроля за качеством работы, повышение мобильности, улучшение условий
обслуживания, конкурентоспособности дорожно-строительных машин на
внешнем рынке.
Вместе с тем дорожно-строительные машины, рассчитанные на
использование при строительстве и эксплуатации дорог общего пользования,
не могут полностью удовлетворять потребности и особенности строительства
и содержания дорог различного назначения (особенно лесовозных) в
условиях лесного комплекса.
12
ЛЕКЦИЯ 1
Тема: ОБЩИЕ ВОПРОСЫ СТРОИТЕЛЬСТВА ЛЕСОВОЗНЫХ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ.
Вопросы:
1. Краткая история развития техники и технологии строительства,
лесовозных дорог.
2. Характеристика лесотранспорта и сети лесных дорог.
3. Дорожно-строительные организации и подразделения.
1. Краткая история развития техники и технологии строительства
лесовозных дорог.
В дореволюционной России все дорожно-строительные работы
практически выполнялись вручную или с помощью конной тяги. Объем,
характер и технология строительства дорог теснейшим образом связаны с
уровнем дорожной строительной техники и степенью механизации работ.
После ВОСР все силы были брошены на восстановление железных дорог, на
строительство грунтовых дорог.
К концу первой пятилетки на дорожно-строительных работах уже
используются грейдеры, скреперы, планеры и другие машины.
С 30-х годов начинает разворачиваться строительство автомобильных
дорог с различного рода усовершенствованными покрытиями. Появляются
такие машины как автогудронаторы, асфальтосмесители, бетоноукладочные
машины.
В годы Великой Отечественной войны бульдозеры, грейдеры, скреперы
использовались на восстановление и строительства фронтовых дорог, а
поэтому производство таких машин не прекращалось. После Великой
Отечественной войны все на восстановление народного хозяйства нужна
была древесина, как основной вид строительного материала, и отсюда острая
необходимость строительства местных дорог. Дорожно-строительная
техника развивается очень интенсивно и создается самостоятельная отрасль
дорожного
машиностроения.
Появляется
высокопроизводительные
землеройные и землеройно-транспортные машины.
Неотъемлемой частью дорожного строительства является создание
предприятий по выпуску дорожно-строительных машин и материалов.
13
2. Характеристика лесотранспорта и сети лесных дорог.
В силу особенностей географических условий, различий климата,
рельефа местности и других факторов для транспортировки древесины
применяются различные виды транспорта: сухопутный, водный, воздушный.
Все названые виды транспорта леса имеют высокую степень
механизации погрузочно-разгрузочных и транспортных процессов.
Автомобильный транспорт леса занимал и занимает ведущее положение:
было до 70% сейчас более 80%. Виды подвижного состава были различные и
зависели от типа дорог. Сеть лесных дорог не была развита, поэтому все
внимание было направлено на ее развитие. Таким образом, развитие
транспорта неразрывно было связано с развитием транспортной сети.
При этом особое внимание уделялось таким особенностям лесовозного
транспорта как:
 собирательный характер;
 временность существования;
 односторонность грузопотока.
При этом были созданы и действовали: министерство транспортного
строительства СССР, министерство автомобильного транспорта и шоссейных
дорог союзных республик.
Министерство лесной и деревообразующей промышленности СССР.
Они имели специализированные дорожно-строительные организации. В
зависимости от характера и объема строительных работ в различных районах
устанавливалась различная структура этих организаций. В лесозаготовочных
предприятиях (леспромхозах, лесокомбинатах и т.п.) имелись свои дорожностроительные подразделения. Все лесопромышленные предприятия страны
уделяли постоянное внимание вопросам организации дорожного
строительства. Оснащенность лесопромышленных предприятий дорожностроительной техникой была на необходимом уровне. Даже лесопункты
предприятий имели дорожно-строительную технику.
Основная структура (единица) по строительству лесных дорог являлся
дорожно-строительный отряд (ДСО). Оснащенность его дорожностроительной техникой, как правило, была на достаточном уровне. ДСО
возглавлялся инженером или начальником и непосредственно подчинялся
главному инженеру лесопромышленного предприятия.
14
3. Дорожно-строительные организации и подразделения.
Были созданы и действовали:
 Министерство транспортного строительства СССР;
 Министерство автомобильного транспорта и шоссейных дорог
союзных республик;
 Министерство
лесной
и
деревообрабатывающей
промышленности СССР.
Они имели специализированные дорожно-строительные организации.
В зависимости от характера и объема строительных работ в различных
районах устанавливалась различная структура этих организаций. В
лесозаготовочных предприятиях (леспромхозах, лесокомбинатах и т.п.)
имелись свои дорожно-строительные подразделения.
Все лесопромышленные предприятия страны уделяли постоянное
внимание вопросам организации дорожного строительства.
Оснащенность
лесопромышленных
предприятий
дорожностроительной техникой была на необходимом уровне. Даже лесопункты
предприятий имели дорожно-строительную технику.
Основной структурой (единицей) по строительству лесных дорог
являлся дорожно-строительный отряд (ДСО).
Оснащенность его дорожно-строительной техникой, как правило была
на достаточном уровне. ДСО возглавлялся инженером или начальником и
непосредственно подчинялся главному инженеру лесопромышленного
предприятия.
ЛЕКЦИЯ 2
Тема: ВИДЫ, КЛАССИФИКАЦИЯ И НОРМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ЛЕСОВОЗНЫХ ДОРОГ
Вопросы:
1. Виды лесных и лесовозных автомобильных дорог.
2. Классификация автомобильных лесовозных дорог.
3. Основные элементы и нормы проектированных автомобильных
лесовозных дорог.
15
1. Виды лесных и лесовозных автомобильных дорог
Территории лесных массивов могут пересекать вместе с
ведомственными дорогами и дороги общего пользования и особенно в
малолесных регионах.
Лесные автомобильные дороги относятся к ведомственным и
предназначаются для вывоза заготовляемой древесины и выполнения
различных лесохозяйственных работ. Они позволяют успешно внедрять
технику в лесное производство, своевременно вести лесовосстановительные
работы, налаживать необходимый уход за лесом, обеспечивать эффективную
борьбу с пожарами и вредителями леса, полнее использовать побочные
продукты (грибы, ягоды и т.п.).
Автомобильные лесные дороги подразделяются:
постоянного действия и временного действия.
на
дороги
В зависимости от типа покрытия лесные дороги постоянного
действия могут быть: асфальтобетонные, железобетонные, грунтовые
укрепленные неорганическими и органическими вяжущими, гравийные,
щебеночные, грунтово-щебеночные и грунтово-гравийные, шлаковые,
деревянно-лежневые; временного действия: снежноуплотненные, ледяные,
снежноледяные.
В зависимости от назначения, годового объема вывозки, структуры
лесопромышленного предприятия и других условий автомобильная
лесовозная дорога может:
 входить в состав лесопункта;
 представлять собой самостоятельный цех, обслуживающий
несколько лесопунктов или крупных участков;
 входить в состав самостоятельного транспортного предприятия,
обслуживающего несколько лесопромышленных предприятий.
2. Классификация автомобильных лесовозных дорог.
Лесовозные автомобильные дороги, предназначенные для перевозки
древесины в различном виде и других грузов, осуществляемых
лесопромышленными предприятиями при освоении закрепленных за ними на
права аренды лесосырьевых баз. По СН и П2.05.07-85 лесовозные
автомобильные дороги делятся на магистральные дороги, ветки и усы.
16
Категория магистрали зависит от годового грузооборота:




I- более 1000 тыс м3/год;
II-500…1000 тыс м3/год;
III- 150…500 тыс м3/год;
IV- менее 150 тыс м3/год;
Магистральными называют лесовозные дороги, сооружаемые на весь
срок действия предприятия. Они связывают лесосырьевые базы предприятий
с нижними лесными складами, пунктами потребления или дорогами общего
пользования. Магистрали, как правило, пересекают весь или почти весь
лесной массив и объединяют все лесовозные дороги в единую транспортную
сеть предприятия.
На магистрали выходят ветки, прокладываемые для освоения
отдельных частей лесосырьевых баз, срок службы их находится в пределах 510 лет, это в том случае если они не переходят в магистрали.
Для разработки отдельных участков лесосырьевых баз прокладываются
временные лесовозные дороги- усы, которые выходят, как правило, на ветки,
но иногда и на магистрали. Срок службы усов зависит от продолжительности
разработки данного участка лесовозной базы и находится в пределах от
нескольких месяцев до одного года.
В зависимости от продолжительности работы в течение года
автомобильные лесовозные дороги делятся на: круглогодового и сезонного
(зима-лето) действия.
4. Основные элементы и нормы проектированных автомобильных
лесовозных дорог.
Для строительства автомобильной лесовозной дороги выделяется
участок земли, называемой полосой отвода (дорожной полосой). Каждая
дорога состоит из земляного полотна, неискусственных сооружений,
дорожной одежды (покрытия), эксплуатационных зданий и сооружений,
устройств связи и сигнализации. Одним из основных элементов дороги
является земляное полотно, которое может сооружаться в виде: насыпи,
выемки, полунасыпи, полувыемки, полунасыпи - полувыемки.
Разрез земляного полотна в пределах полосы отвода вертикальной
полостью, перпендикулярной оси дороги, называется поперечным профилем
земляного полотна.
17
Дорожная одежда (покрытие) - это определенный слой дорожностроительных материалов, уложенный на земляное полотно, который
непосредственно воспринимает усилия от ходовых частей подвижного
состава и передает их на него. Проезжая часть - верхняя поверхность
дорожной одежды.
Общий принцип норм построения и проектирования автомобильных
лесовозных дорог заключается в том, что при большом объеме перевозок
следует стремиться к всемерному снижению стоимости перевозок, идя ради
этого на увеличение капитальных вложений, так как при этом может быть
обеспечено
получение
минимума
приведенных
затрат.
Нормы
проектирования дорог, в том числе и автомобильных лесовозных построены
на основе четкой их классификации по объему перевозок или интенсивности
движения.
Принятая классификация лесовозных автомобильных дорог по
СНиП2.05.07-85 с разделением их на магистральные пути, ветки и усы как
видам предусматривает четыре категории магистральных путей.
В зависимости от типа (категории) дороги ширину проезжей части –
полосы движения «В» для безопасного разъезда встречных автомобилей
определяют по формуле (см. рис.1):
(1)
где: у- расстояние от крайнего колеса автомобиля до кромки проезжей
части, м;
С- ширина колесного хода автомобиля, м;
d- ширина кузова (конпка) автомобиля, м;
х- зазор безопасности движения, м;
(2)
где: h- величина отклонения траектории движения колес автомобиля от
продольной оси проезжей части, м;
- просвет между встречными автомобилями, м.
18
Рис.1. Схема расчета ширины проезжей части дороги.
Значение х и у определяются на основании экспериментальных
исследований, они зависят от характеристики покрытия, типа автомобиля и,
главным образом, от скорости движения.
За расчетные автомобили при проектировании элементов плана,
продольного и поперечного профилей дорог, габаритов мостов и
конструкции дорожных одежд принимаются автомобили и автопоезда с
наибольшими габаритами и осевыми нагрузками, которыми перевозится не
менее 50% лесных грузов или интенсивность которых составляет не менее
25% общей интенсивности на дороге.
ЛЕКЦИЯ 3
Тема: ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ
СТРОИТЕЛЬСТВА ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Вопросы:
1.
2.
3.
4.
5.
Виды производств и хозяйств на строительстве дорог.
Основные организационные понятия строительства дорог.
Механизация строительства дорог в условиях лесного комплекса.
Поточный метод строительства и его преимущества.
Непрерывность производства дорожно-строительных работ.
1. Виды производств и хозяйств на строительстве дорог.
Для обслуживания строительства автомобильных лесовозных дорог
создаются временные предприятия по добыче гравийных материалов, песка и
камня, по заготовке лесных материалов, по обработке материалов и
изготовлению изделий - щебня, элементов сборных деревянных и
19
железобетонных конструкций для искусственных сооружений, деревянных
щитов железобетонных плит и т.д.
Временные производственные предприятия, как правило, обслуживают
строительство одного лесозаготовочного предприятия в частности его
автомобильной лесовозной дороги.
К постоянным производственным предприятиям, продукция которых
может
использоваться
на
строительстве
дорог,
относятся:
деревообрабатывающие заводы для изготовления сборных деревянных
конструкций, заводы сборных железобетонных конструкций и другие
промышленные предприятия, обслуживающие потребности строительства
многих предприятий, в том числе и лесного комплекса в данном регионе.
Временные
предприятия,
вырабатывающие
продукцию
для
строительства дорог, потребляемую основным производством, называют
подсобными производствами.
Для удовлетворения потребностей дорожного строительства в воде,
электроэнергии, горюче-смазочных материалах, для проведения ремонта
дорожно-строительных машин, оборудования и транспортных средств, для
хранения запасов разных материалов на стройках предприятия организуют
собственные временные вспомогательные и обслуживающие хозяйства.
Подсобные производства, вспомогательные и обслуживающие
хозяйства обобщенно принято называть неосновным производством. Они
являются производственной базой строительной организации.
2. Основные организационные понятия строительства дорог.
В зависимости от назначения строительные процессы в том числе и при
строительстве автомобильных лесовозных дорог подразделяются на:
основные, вспомогательные, подготовительные и транспортные.
Основные процессы заканчиваются созданием определенных элементов
сооружений: моста, земляного полотна и т.д.
Вспомогательные процессы не создают непосредственно строительной
продукции, но необходимы для выполнения основных процессов, например,
устройство для подмостей для производства монтажа сборных элементов
конструкции моста и т.п.
К транспортным процессам относится горизонтальное и вертикальное
перемещение материалов и изделий, например, доставка сборных
20
деревянных щитов и железобетонных плит к месту укладки в полотно
дороги.
Строительные процессы по способу выполнения подразделяются на
механизированные и ручные.
Строительное производство - это совокупность строительных
процессов, результатом которых является законченное сооружение,
например, дорога мост на дороге и т.п.
При организации строительного производства необходимо обеспечить
взаимосвязанное и согласованное выполнение всех строительных процессов
(основных, вспомогательных, подготовительных и транспортных) В
зависимости от организационной и технологической сложности
строительные процессы подразделяются на рабочие операции, простые и
комплексные процессы.
Выполнение каждого строительного процесса связано с определенным
рабочим местом, т.е. пространством, в пределах которого работают и
перемещаются участвующие в строительном процессе рабочие и
размещаются необходимые для этого процесса материалы, изделия,
оборудование, приспособления, механизмы и инструменты.
Организация рабочего места для механизированного строительного
процесса должна способствовать уменьшению затрат труда по
обслуживанию машины и одновременно обеспечивать наиболее высокую
производительность самой машины.
Так, при организации экскаваторных работ необходимо обеспечить
возможность такого подъезда автосамосвалов к экскаватору, чтобы погрузка
грунта (песка) производилась с минимальной затратой времени, для этого
угол поворота стрелы должен быть по возможности наименьшим.
3. Механизация строительства дорог в условиях лесного комплекса.
Комплексной механизацией принято называть такой способ
производства работ, при котором все тяжелые и трудоемкие процессы
выполняются машинами, максимально увязанными между собой по
грузоподъемности, производительности и другим параметрам.
21
Современный уровень дорожно-строительной техники позволяет
считать строительство лесных дорог комплексно-механизированным при
выполнении машинами следующих работ:
1) на расчистке трассы (полосы отвода) - разрубка просеки, трелевка,
погрузка и выгрузка срезанных деревьев (хлыстов) корчевка пней, валунов,
срезка бурелома, снеголома, мелколесья и кустарника, рыхление грунтов и
вычесывание корневых систем;
2) при возведении земляного полотна- резание и перемещение грунта
при отсыпке насыпей и отрывке выемок, погрузка на транспортные средства,
транспортировка, выгрузка, разравнивание, уплотнение и планировка грунта;
3) при строительстве искусственных сооружений- транспортировка
материалов и конструкций, забивка свай, укладка труб и пролетных
строений, приготовление и укладка бетонных смесей;
4) при сооружение дорожного покрытия - подготовка основания,
приготовление материалов и конструкций, транспортировка материалов и
конструкций от места изготовления до места укладки и укладка их,
планировка, уплотнение.
Комплексная механизация - основа современного дорожного
строительства.
Комплексная
механизация
строительных
работ
осуществляется при помощи соответственно подобранных комплектов
дорожно-строительных машин. В состав каждого комплекта входят ведущие
и комплектующие машины.
Состав машин в комплекте подбирают в каждом отдельном случае с
учетом конкретных условий строительства, типа и конструкции дороги,
категории грунта и рельефа местности, наиболее рациональной организации
и технологии производства, объема и темпов выполнения работ.
4. Поточный метод строительства и его преимущества.
Строительство автомобильной лесовозной дороги целесообразно
осуществлять поточным методом, при котором ритмично, через
определенные промежутки времени (смена, сутки) создаются одинаковые по
длине участки дороги, полностью готовые для сдачи их в эксплуатацию.
Таким образом, при поточном методе строительства дороги все
последовательно выполняемые дорожно-строительные работы представляют
в совокупности комплексный поток. Отдельные комплексные строительные
22
процессы, т.е. частные или специализированные потоки, выполняются
последовательно специализированными подразделениями, которые, следуя
один за другим с заданной скоростью, выпускают готовые конструктивные
элементы дороги.
Порядок вступления в поток специализированных подразделений и их
движение по строящейся дороге осуществляется в строгой технологической
последовательности производства работ.
Скоростью или темпом комплексного потока называется длина участка
готовой дороги, построенной за одну смену.
Специализированное подразделение состоит, как правило, из
нескольких звеньев рабочих. Каждому звену ежедневно отводится участок
дороги (захватка), на которой размещаются все ее средства производства.
Длина захватки равна скорости специализированного потока, но в
отдельных случаях она может быть большей, однако обязательно кратной
скорости потока.
На строительстве лесовозных автомобильных дорог скорость
комплексного потока должна устанавливаться в зависимости от срока
строительства, трудоемкости работ и производственных возможностей
строящей организации.
Поточный метод организации дорожных работ предусматривает:
 специализацию строительных подразделений;
 комплексную механизацию всех строительных процессов, т.е.
механизацию всех звеньев производственного процесса;
 широкую индустриализацию строительства, основанную на
механизированном изготовлении строительных деталей;
 ритмичность работ с последовательным вводом готовых участков
дороги в эксплуатацию.
5. Непрерывность производства дорожно-строительных работ.
Непрерывность дорожно-строительного производства или удлинение
сезона приводит к сокращению сроков строительства,
повышению
производительности труда и снижению себестоимости строительства.
23
Из всех отраслей строительной индустрии дорожное строительство
является одним из наиболее зависимых от погодно-климатических условий.
Почти все дорожные работы осуществляются на открытом воздухе, причем
многие дорожно-строительные материалы (битум, цементобетон и т.д.)
теряют необходимые свойства при понижении температуры воздуха и
увлажнении.
Кроме того, не все виды дорожных работ можно выполнять в зимний
период времени, т.к. производство большинства из них в этот период требует
особых технических мероприятий и обходится значительно дороже, чем
летом. К таким работам, прежде всего относятся земляные работы.
Для эффективного выполнения дорожных работ в зимних условиях
необходимо:
 назначение на этот период таких видов работ, для которых уже в
необходимой мере разработаны основные положения технологии
не требующие дополнительных сверх проектных затрат;
 правильное
производственное
планирование
дорожностроительных работ, которое должно предусматривать создание к
началу зимнего периода производственного задела.
При ликвидации сезонности, даже неполной, значительно улучшаются
технико-экономические показатели дорожного строительства. Это
объясняется тем, что дополнительные затраты, вызываемые работами в
зимних условиях, перекрываются экономией средств от ускорения ввода в
эксплуатацию строящихся дорог, лучшего использования парка дорожностроительных машин и транспортных средств, сокращения затрат на
строительство временных зданий и сооружений и т.п.
Кроме того, равномерная потребность в рабочей силе в течение года
имеет важное значение для создания постоянных кадров рабочих, повышения
их квалификации и роста производительности труда.
24
ЛЕКЦИЯ 4
Тема: ГРУНТЫ – ОСНОВНОЙ ВИД ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ
МАТЕРИАЛОВ.
Вопросы:
1. Основные виды и происхождение грунтов.
2. Строительные свойства грунтов.
3. Состав грунтов. Твердая компонента грунта и еѐ фракционный
состав.
4. Жидкая компонента грунтов, еѐ классификация и основные
свойства.
5. Газообразная компонента грунтов.
6. Структурные связи в грунтах.
7. Дорожно-строительные качества основных видов грунтов.
8. Классификация грунтов по гранулометрическому составу.
9. Характеристики, показатели физико-механических свойств грунтов
и методы их лабораторных испытаний.
10.Физико-механические свойства грунтов.
1. Основные виды и происхождения грунтов.
Грунтами называют верхние слои земной коры, подвергшиеся в
течение длительного времени воздействию внешних природных факторов:
воды, температуры, ветра, солнца и т.д. Грунты являются основными
материалами, из которого сооружают земляное полотно и дорожную одежду
(покрытие) при строительстве дорог в условиях леса.
В зависимости от происхождения грунтообразующие горные породы
подразделяются на изверженные, метаморфические и осадочные.
К изверженным относятся: граниты, сиениты, базальты, диабазы,
порфиры и другие породы.
К метаморфическим породам относятся: мраморы, кварцы, гнейсы,
сланцы и др.
Преобладающие значения в образовании поверхностных грунтов
имеют осадочные породы, которые можно распределить на следующие
основные группы: сцементированные осадочные породы – песчаники,
мергели, руды, конгломераты и т.д.; химически осажденные породы –
доломиты, гипс, каменная соль, кремнистые руды, опоки и др.; породы
25
органического происхождения – известняки, торф, сапропели; рыхлые
горные породы, которые в свою очередь подразделяются на несвязные
(валуны, галечник, щебень, графий, пески) и пластически связные (супеси,
суглинки, глина).
Грунты представляют собой сложную
состоящую из твердой, жидкой и газообразной фаз.
дисперсную
систему,
Твердая фаза (скелет грунта) состоит из минеральных и органических
частиц разнообразной величины и формы.
Жидкая фаза (вода) и газообразная фаза (воздух и пары воды)
заполняют промежутки (поры) между твердыми грунтовыми частицами.
Таким
образом,
грунты
представляют
собой
сложные
многокомпонентные среды, трудность разработки которых дорожными
машинами зависит в первую очередь от характера структурных связей,
происхождения условий образования, гранулометрического состава,
пластичности, структуры, текстуры, наличия влаги, льда, газов и пр.
В зависимости от степени разрушения горной породы и некоторых
свойств, важных в строительном отношении, грунты подразделяются на
следующие основные классы:
1. Скальные – изверженные, метаморфические и осадочные породы
с жесткой связью между минералами или зернами, залегающими
в виде сложного массива или трещиноватого слоя;
2. Крупнообломочные – несцементированные грунты, содержащие
более 50% по массе обломков кристаллических или осадочных
пород с размерами частиц более 2 мм (по диаметру);
3. Песчаные – сыпучие в сухом состоянии, не обладающие
свойствам пластичности (число пластичности меньше единицы) и
содержащие менее 50% по массе частиц крупнее 2 мм;
4. Глинистые – связные в сухом состоянии грунты, не обладающие
свойством пластичности (интервал влажности между границей
текучести и границей раскатывания) больше единицы.
К глинистым и песчаным грунтам, а иногда и к крупнообломочным
относятся также грунты растительно-наземного происхождения. (чернозем,
дерново-подзолистые почвы, солонцы и др.)
В особую группу обычно принято выделять грунты органического
происхождения – торф, трепел.
26
В зависимости от температуры и наличия льда (обычно важно для
условий лесопромышленных предприятий северной части России) грунты
подразделяются на немерзлые, морозные (охлажденные) и мерзлые.
Немерзлые грунты не содержат лед и имеют положительную
температуру.
Морозные – не содержат лед при отрицательной температуре, и в них
отсутствуют льдоцементные связи.
Мерзлые грунты имеют отрицательную или нулевую температуру и
содержат лед, цементирующие минеральные частицы.
По продолжительности непрерывного пребывания
состоянии эти грунты в свою очередь подразделяют:




в
мерзлом
Кратковременно-мерзлые (часы, сутки);
Сезонно-мерзлые (месяцы);
Перелетки (от одного до двух лет);
Многолетнемерзлые (от трех лет и выше).
В строительстве дорог большое значение имеет трудность разработки
грунтов. В зависимости от этого (трудность разработки) грунты принято
подразделять на одиннадцать основных групп. При этом машинная
разработка предусматривается только для первых восьми групп (категорий).
Категории (группы) грунтов в этой системе представляются
линейными зависимостями от плотности грунтов: чем выше плотность
грунта, тем выше категория его.
1-я группа (категория) – наиболее легко разрабатываемые грунты (легкие).
2-я группа - средние.
3-я группа – тяжелые;
4-я группа – скальные, предварительно разрыхляемые и т.д.
9-11 группы – наиболее тяжелые разрабатываемые скальные порода
специальными способами и средствами.
27
2. Строительные свойства грунтов.
В дорожном строительстве и особенностях в условиях лесного
комплекса приходится встречаться с большим многообразием горных пород,
из которых получается все виды дорожно-строительных материалов.
Основным видом дорожно-строительного материала для лесных дорог
различного назначения являются грунты.
Грунты являются одной из наиболее сложных совокупностей частиц,
различных материалов.
По сравнению с другими строительными материалами грунты
обладают сильной изменчивостью свойств в зависимости от изменения
гранулометрического и минералогического состава, степени разрушенности
создаваемые на протяженности длительного периода внутренних связей,
ориентации в теле грунта частиц и молекул, плотности, влажности и т.д.
Все это в значительной степени определяет основной показатель
грунтов – их способность работать в том или ином сооружении (насыпь
земляного полотна, дамба, т плотина и т.п.). При компонентном воздействии
природно-климатических фактором и различных видов нагрузок.
Оценка пригодности грунта не всегда может быть одинаковой, поэтому
в зависимости от цели его использовании принято выделять три направления
в этом отношении:
1. Грунт может служить при использовании для инженерного сооружения
или какой-либо конструктивной части;
2. Грунт может использоваться как основной дорожно-строительный
материал;
3. Грунт может являться средой для размещения инженерного сооружения
или его конструктивной части, а также средой работы (предметом
труда) рабочих органов дорожно-строительных машин.
Оценка пригодности грунтов как строительного
зависимости от варианта использования различна. Например:
материала
в
а) при возведении насыпи лесовозной автомобильной дороги следует
использовать грунты с небольшой влагоемкостью, невысоким
капиллярным
поднятием
воды,
отсутствием
просадочности
плывучнности, с небольшим количеством пылеватых частиц;
28
б) при устройстве дорожной одежды из местного грунта, улучшенного
вяжущим материалом, требования к грунту не такие жесткие, так как
вяжущий материал качественно его преобразует.
Для того чтобы правильно оценить дорожно-строительные качества
используемого грунта и возможность его применения, надо иметь четкое
представление о составе грунта, его свойствах, о явлениях, которые могут
произойти в грунте в определенных условиях.
3. Состав грунтов. Твердая компонента грунта и еѐ фракционный
состав.
Общеизвестно, что грунты представляют собой сложную дисперсную
систему, состоящую из 3х компонентов (фаз) твердой, жидкой и
газообразной.
Основную массу грунта составляет твердая компонента. Она в
основном определяет состав грунта, его принадлежность к той или иной
группе и различные его свойства.
Основная часть твердой компоненты состоит из обломков горной
породы, различных минералов их агрегатов.
Минералогический состав твердой компоненты чаще всего
неоднороден, что обуславливает неоднородность размера частиц еѐ (твердой
компоненты).
Размерность элементов (частиц или зерен) в одном грунте может
находиться в пределах от долей микрона до нескольких сантиметров.
Размер частиц твердой компоненты влияет на свойства грунта.
Присутствие мелких частиц в составе твердой компоненты увеличивает
сложность грунтовой системы в целом и обуславливает ряд свойств,
отсутствующих в грунтах, в составе которых преобладает крупные частицы.
На неоднородность минеральных частиц оказывает влияние комплекс
факторов. К числу главных можно отнести такие, как вид минералов,
составляющую исходную горную породу, так преобладающего выветривания
(вида разрушения).
Например, при преобладании физического выветривания образуются
крупные частицы, по составу сходные с образующей горной породой.
29
В результате химического выветривания образуются очень мелкие
частицы, а первоначально слагающие горную породу минералы (первичные)
преобразуются во вторичные, которые часто представлены глинистыми
частицами.
Так как в природе на горные породы воздействуют различные виды
выветривания, то в состав грунта обычно входят и крупные, и средние, и
мелкие частицы.
В зависимости от крупности в грунтах принято выделять следующие
частицы:







глинистые – менее 0,005 мм;
пылеватые – от 0,005 до 0,05 мм;
песчаные – от 0,05 до 2 мм;
гравелистые – от 2 до 40 мм;
галька – от 40 до 120мм;
булыжник – от 120 до 200 мм;
валуны – более 200 мм.
Таким образом, можно сказать, что частицы в определенном диапазоне
размерности объединяются во фракции. Частицы одной фракции обладают
свойствами, которые не обладают частицы другой фракции.
По появлению и исчезновению свойств, присущих именно данной
фракции, и определены размерные диапазоны частиц этой фракции.
В грунтоведение принято выделять следующие фракции грунтов:




гравелистая, в которую входят частицы размером от 2 до 40 мм;
песчаная – от 0,05 до 2 мм;
пылеватая – от 0,005 до 0,05 мм;
глинистая – менее 0,005 мм.
Далее рассмотрим свойства этих фракций грунтов: Гравелистая и
песчаная фракции, состоящие из обломков горных пород и их минералов.
Эти частицы могут быть в виде не окатанных и окатанных многогранников.
Большой диаметр промежутков между частицами (пор) и их
инертность по отношению к воде обуславливает следующие свойства этих
фракций: хорошая водопроницаемость, небольшой поднятие воды, рыхлость,
несвязность, сыпучесть, небольшая влагоемкость, устойчивость к погодным
условиям, липкость, пластичность, набухание и отсутствие усадки.
30
Пылеватая фракция состоит из мелких пластинчатых обломков кварца,
неплотно прилегающих друг к другу. Присутствие этой фракции в грунтах
обуславливает: малую связность, быстрый переход в текучее состояние при
увлажнении, значительное капиллярное поднятие воды, плохую
водопроницаемость, пыльность в сухом состоянии, присадочность,
пучинность грунта, легкость и отсутствие пластичности.
Глинистая фракция состоит из частиц пластинчатой или чешуйчатой
формы, плотно прилегающих, чаще всего состоящих из глинистых
минералов. Эта фракция тонкодисперсная, с высокой удельной
поверхностью.
В еѐ состав входят коллоиды, т.е. частицы размером больше молекул,
но меньше частиц, оседающих в воде под влиянием собственной массы.
Очень тонкие (по диаметру) поры и капилляры, а также набухание
частиц
от
взаимодействия
с
водой,
обуславливают
слабую
водопроницаемость.
Капиллярное поднятие воды – высокое!
Глинистая
фракция
придает
грунту
связность
за
счет
межмолекулярных сил сцепления, а так же свойства пластичности, липкость,
набухания, усадки. В глинистой фракции, в основном в коллоидах,
протекают сорбционные процессы ионообмен и другие химические явления.
Эта фракция резко изменяет свое состояние при увлажнении.
Природные грунты, как правило, состоят из смеси частиц различной
крупности (фракций различных).
При этом фракции входящие в состав грунтов находятся в различных
соотношениях. Процентное соотношение всех фракций в составе грунта
обуславливается его гранулометрический (зерновой, механический состав) и
определяет его название.
4. Жидкая компонента грунтов, еѐ классификация и основные
свойства.
Жидкая компонента, как и твердая, неоднородна по своему составу, в
нее входят несколько видов воды, которая подразделяется на следующие:
1. вода в форме пара;
2. связанная вода:
31
 прочно связанную, которую так же называют гигроскопической или
адсорбционной;
 рыхлосвязанная (пленочная или молекулярная);
3. свободная вода:
 капиллярная;
 гравитационная;
4. вода в твердом состоянии – лед;
5. кристаллизационная и химически связная вода.
Рассмотрим более
находящихся в грунте:
подробно
свойства
названных
видов
воды,
Вода в форме пара, находится в грунте в небольшом количестве – 0,001
% от массы грунта. Этот вид воды играет большую роль в процессах
протекающих грунтах, так как она является единственным видом воды,
способным перемещаться в грунте при незначительной его влажности и,
конденсируюсь на поверхности грунтовых частиц, образовывать другие виды
воды.
Передвижение этой воды в грунте обусловлено миграцией в нем
газообразной компоненты, в которой находится этот вид воды, и наличием
участков с различной упругостью паров. При этом передвижение идет от
слоя грунта с большей упругостью к слою грунта, с меньшей упругостью
пара. Конденсация паров воды может происходить под влиянием падения
температуры (атермическая конденсация) и в силу молекулярного
взаимодействия паров воды, с грунтовыми частицами (молекулярная
конденсация).
Парообразная вода, конденсируюсь на поверхности частиц грунта,
образует прочно связанную (гигроскопическую) воду, которая находится под
большим давлением. По своим свойствам она приближается к твердому телу.
Плотностью около 2х грамм на см3. Она обладает значительной вязкостью,
упругостью и большим сопротивлением на сдвиг. В ней не растворяются
вещества, растворимые в свободной воде.
Свобода молекулярных движениях, в ней ограничена.
Температура замерзания – 78 С0. При замерзании она не расширяется.
Передвигается в толще грунта в виде пара, снова перейдя в это состояние из
жидкого. Максимальное количество прочно связанной (гигроскопической)
воды в грунте соответствует его максимальной гигроскопичности.
32
При этом максимальная гигроскопичность зависит от дисперсности,
минералогического состава и состава обменных катионов коллоидов
глинистой фракции. Поэтому у различных грунтов она различна.
Среднее значение еѐ (максимальной гигроскопичности) такие:
 у песчаных грунтов она составляет около 0,5 – 1 % (от массы
абсолютно сухого грунта);
 супесчаных – 1 – 3%;
 суглинистых – 4 – 9%; глин – 10 - 15%.
Рыхло связная вода, образуется в грунте тогда, когда грунт, имеющую
максимальную гигроскопичность, соприкасается с жидкой водой. Рыхло
связная вода, присоединяясь к максимально гигроскопической (прочно
связанной), образует вокруг частиц пленки, поэтому еѐ часто называют
пленочной. Толщина пленки несколько десятков, и даже сотен молекул воды.
Передвигается она в жидкой форме от частиц, где еѐ пленка толще, к
частицам с более тонкой пленкой под действием сил молекулярного
притяжения. Причем это передвижение происходит очень медленно и может
осуществляться под влиянием внешней нагрузки.
Плотность рыхлосвязной воды несколько выше плотности свободной
воды, замерзает она при температуре – 1,5 – 4 С0. Суммарное содержание
максимального количества гигроскопической и пленочной воды составляет
максимально молекулярную влагоемкость грунта, которая определяет
количество связной воды, находящейся в грунте под воздействием
поверхностных сил натяжения.
Величина максимально молекулярной влагоемкости у различных
грунтов различна. Принято считать, что она в 1,5 – 2 раза больше
максимальной гигроскопичности.
Максимальное количества всех видов связанной воды в грунте
соответствует влажности максимального его набухания.
Свободная вода в грунте состоит из капиллярной и гравитационной.
Капиллярная вода подразделяется на:
 воду углов пор;
 собственное капиллярную воду;
 подвешенную воду.
33
Вода углов пор (стыковая) образуется в местах соприкосновения
частиц. Содержание этого вида воды в песках 3 – 5%, в супесях 4 – 7%. По
отношению ко всему объему пор участки этой воды незначительны.
Собственно капиллярная вода поднимается вверх и в стороны толщи
грунта, питаясь от уровня грунтовых вод.
Влажность грунта, при которой заполнены водой все капиллярные
поры, называется капиллярной влагоемкостью грунта. При этой влажности
часть пространства капиллярных пор занята связной водой, имеющей связь с
частицами, ограничивающими поры.
Подвешенная вода не имеет непосредственной связи с уровнем
грунтовых вод. Может образоваться при увлажнении грунтов сверху (дождь)
или при испарении воды с дневной поверхности. Это вода обладает
следующими основными свойствами: - передают гидростатическое давление,
замерзает при температуре ниже 0 С0 (при этом температура замерзания
зависит от диаметра пор).
Гравитационная вода подразделяется на просачивающуюся и воду
грунтового потока.
Просачивающаяся вода находится в зоне аэрации и передвигается под
влиянием силы тяжести сверху вниз и в стороны. Если эта вода на своем пути
встречает водонепроницаемый горизонт, то дальше начинает передвигаться
под влиянием напора в виде потока.
Гравитационная вода обладает всеми свойствами обычной свободной
воды и передает гидростатическое давление.
Содержание гравитационной воды в грунте зависит от пористости
грунта: чем меньше макропор (более 1мм) в грунте, тем медленнее
гравитационная вода просачивается. Снижает скорость просачивание еѐ и
уплотненность грунта и первоначальная его увлажненность.
Максимальное количество в грунте связанной, капиллярной и
гравитационной воды при полном заполнении всех пор называется полной
влагоемкостью грунта.
Вода в твердом состоянии представляет собой лед. При температуре
ниже 0 С0 гравитационная вода замерзает и содержится в грунте в виде льда.
Объем воды при замерзании увеличивается примерно на 8%. Кристаллы льда
могут нарастать. Если при промораживании, грунт смочен до величины
34
молекулярной влагоемкости, то структура грунта улучшается, так как
происходит как бы спрессовывание агрегатов и частиц. При промораживании
переувлажненного грунта наблюдается обесструктуривание, разрыв
агрегатов.
Кристаллизационная вода и химически связанная (конструкционная)
участвуют в строении кристаллизационных решеток минералов.
Кристаллизационная вода входит в молекулярной форме в минералы типа
гипса ( СаSO4 *2H2O); химический связная вода распадается на ионы Н+ и
ОН-, входит в состав гидратов (Са(ОН)2). Удаляется она из грунта при
нагревании его до +200 С0 и выше.
Кристаллизационная вода удаляется при более низкой температуре
нагрева. Еѐ удаление из минералов сказывается на изменении физических и
химических свойств их, удаление химически связной воды приводит к их
распаду.
Количество воды в составе грунта при его соответственном залегании
называется естественной влажностью. (Wест).
Влажность, выраженная в % по отношению к массе абсолютно сухого
грунта называется абсолютной влажностью.
Отношение естественной влажности грунта принято
коэффициентом влажности, или коэффициентом насыщения.
называть
Определяется коэффициент влажности (коэффициент насыщения) по
формуле:
Кw=
где
ест
П
(3)
Wест – естественная влажность грунта, %;
П – пористость грунта, %;
Кw – может изменяться от 0 до 1.
В заключении можно сказать, что жидкая компонента влияет на
состояние грунта, на проявление физико-химических свойств, и на несущую
его способность.
35
5. Газообразная компонента грунта.
Состав газообразной компоненты несколько отличается от
атмосферного воздуха. В ней наблюдается повышенное количество
углекислого газа и сероводорода. В зависимости от условий залегания
грунтов в ней могут присутствовать и другие газы, причем в большом
количестве и наличие этих газов может наблюдаться визуально.
Находясь в парах грунта газообразная компонента может сообщаться с
атмосферой или находится в защемленном состоянии.
В отдельных случаях создаются такие условия, когда на грунт
одновременно воздействуют нисходящие токи атмосферных осадков и
капиллярная вода, передвигающаяся снизу.
Воздух в этом случае оказывается в защемлении, образуя воздушный
мешок в толще грунтовой массы. Такое явление может привести как к
разрушению, так и к деформации инженерного сооружения. Например,
насыпи земляного полотна (см. рис. 2)
Рис. 2. Поперечное сечение насыпи земляного полотна:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Насыпь земляного полотна.
Воздушный мешок.
Выход воздуха (место вероятного повреждения откоса насыпи)
Основной слой грунта.
Грунтовая вода.
Водонепроницаемый слой грунта.
Даже в уплотненном состоянии грунты всегда имеют определенное
количество воздуха воздушной компоненты (воздуха).
36
6. Структурные связи в грунтах.
В зависимости от условий формирование грунта, его дисперсности,
химико-минералогического состава в нем могут образовываться различного
вида структурные связи.
Структурные связи – это связи, удерживающие частицы грунта в
определенных пространственных соотношениях и обуславливающие
сопротивление грунта внешних воздействиям.
Основные типы структурных связей, которые могут быть в грунтах,
следующие:
1. водно-коллоидные (коагуляционные), при которых частицы
грунта сцепляется с друг другом через водные оболочки;
2. конденсационные, образуются
из
коагуляционных
при
дегидратации (обезвоживании) частиц грунта;
3. аморфные – это связи, при которых частицы грунта соединены
«мостиками» из аморфного кремнезема;
4. кристаллизационные,
возникают в результате сращивания
частиц грунта кристалликами, выпавшими из пересыщенного
солями порового раствора.
Для грунтов с водно-коллоидными структурными связями характерно:
а) полная обратимость (т.е. эти связи могут исчезать, расслабляться
за счет уменьшения влажности грунта и восстанавливаться снова
при соответствующем увлажнении);
б) пластичность, ползучесть, эластичность грунта небольшая
прочность и устойчивость;
в) тиксотропность (способность разжижаться при механическом
воздействии, например встряхивании вибрации, а при
прекращении
этого
воздействии
восстанавливаться
в
первоначальное состояние).
При конденсационных связях в грунте:
а) отсутствуют тиксотропность, пластичность, ползучесть и
эластичность;
б) характерна прочность, хрупкость;
в) возможен переход в коагуляционный тип связей (при
увлажнении грунта).
37
Аморфные связи водостойки, прочны, жестки и необратимы, т.е. при
разрушении они не восстанавливаются.
При кристаллизационных связях наблюдается жесткость и прочность
грунта, слабая водостойкость, необратимость.
Кристаллизационные
существования.
связи
имеют
определенный
срок
своего
Сначала образуются зародыши в пересыщенном поровом растворе.
Затем происходит разрастание этих зародышей и образование
кристалликов, срастание которых между собой и частицами грунта
обуславливает монолитность, жесткость, образовавшейся системы.
Постепенно после максимума разрастания, наблюдается разрушения связей с
образованием снова пересыщенного порового раствора.
7. Дорожно-строительные качества основных видов грунтов.
Как известно, грунты состоят из минеральных различных фракций. Так
как каждая фракция обладает только ей присущими свойствами, что,
естественно, каждая из входящих в состав грунта фракции будет влиять на
дородно-строительные качества этого грунта.
Например: супеси не пылеватые по своим свойствам будут ближе к
скелетным грунтам и их дорожно-строительные качества высокие.
Для дорожно-строительных целей супеси являются лучшими грунтами.
Это объясняется тем, что супеси хорошо пропускают воду, поднимают еѐ
(воду) на небольшую высоту (0,5 … 1,00 м), имеют небольшую влагоемкость,
погодоустойчивы, хорошо уплотняются, легко разрыхляются, липкость,
пластичность, набухание, усадка почти не проявляются, пучинность
отсутствует. Такие качества обусловлены тем, что в составе супесей большой
процент песчанной фракции, а глинистой и пылеватой сравнительно
небольшой.
Глинистая фракция несколько связывает грунт, делая его не таким
сыпучим, как скелетные грунты, например, пески.
Однако за счет различного количества глинистой фракции в легкой и
тяжелой супесях свойства последующих несколько отличаются.
При преобладании пылеватой фракций свойства и дорожностроительные качества супесей резко ухудшаются. Так супеси пылеватые
38
менее водопроницаемы. При выпадении атмосферных осадкой в виде дождя
в верхних слоях такого грунта будет скапливаться вода, превращающая грунт
в грязеподобную массу.
Подъем воды у супесей пылеватых выше, примерно до 1,5 м.
Влагоемкость естественное больше, погодоустойчивость слабее, в
сухом состоянии наблюдается пыльность и несвязность; при увлажнении
быстро переходит в плывунное состояние.
Большой процент глинистой фракции и так же складывается на
свойствах и дорожно-строительных качествах грунтов.
Для примера сравним дорожно-строительные качества супеси легкой
(глинистой фракции 6%) и суглинка тяжелого (глинистой фракции 20%)
Суглинок тяжелый будет иметь слабую водопроницаемость высокое
капиллярное поднятие воды (2 м и более), большую влагоемкость, будет
наблюдаться изменение прочности в зависимости от влажности, связность и
монолитность в воздушно-сухом состоянии трудно будет разрабатываться в
сухую и влажную погоду.
При определенной влажности будет наблюдаться пластичность,
липкость, набухание, усадка и пучинность. Из приведенных примеров видно
как разнообразны по свойствам грунты, а это в первую очередь сказывается
на условиях работы с ними. Так как леса в Европейской части России
расположены, в основном, во
2 дорожно-климатической зоне и
значительную часть территории этой зоны занимают супеси или суглинки
пылеватые (и такие грунты мало пригодны для дорожного строительства), то
целесообразно улучшать гранулометрический состав этих грунтов и
создавать искусственный грунт, называемый оптимальной смесью.
Оптимальные грунтовые смеси по своему составу и свойствам близки к
супесям непылеватым. В среднем состав оптимальных смесей такой;
глинистой фракции 5…10%, пылеватой фракции 15…20%, песчаной фракции
65…80%.
В зависимости от конкретных условий местности, климата,
конструктивного слоя и т.д. диапазон составляющих оптимальную смесь
фракций может варьировать.
39
8. Классификация грунтов по гранулометрическому составу.
В настоящее время существует частные и дорожная классификации
грунтов. К частным относятся классификация грунта по крупности, по числу
пластичности, по содержанию глинистых частиц, по трудности разработки и
др.
При классификации грунтов по крупности, принято различать
следующие фракции:





валуны;
гравий;
песок;
пыль;
глина.
В естественном состоянии грунты состоят обычно их нескольких
грунтовых фракциях. При этом основными гранулометрическими фракциями
являются песчаная, пылеватая и глинистая.
Они составляют 3-членную классификацию. В 3-членной
классификации грунтов содержание глинистой фракции было принято за
основной классифицирующий признак.
По этому признаку дается дорожная классификаций грунтов по
гранулометрическому составу (см. таблицу №1).
Таблица 1. Классификация грунтов по гранулометрическому составу.
Группа
грунтов
1
Вид грунта
2
крупнооблочные
Скелетные
(несвязные)
грунты
песчаные
Подвид грунта
3
Щебенестый
(галечниковый)
грунт
Дресвяный
(гравийный) грунт
Размерность и количество
определяющих частиц
4
Частиц крупнее 10мм, более 50 % по
массе.
Частиц крупнее 2мм, более 50% по
массе.
Песок гравелистый
Частиц, крупнее 2мм 25-50% по массе.
Песок крупный
Частиц, крупнее 0,5мм, более 50% по
массе.
Частиц, крупнее 0,25мм, более 50% по
массе.
Частиц крупнее 0,1мм, более 75% по
массе.
Песок средней
крупности
Песок мелкий
Песок пылеватый
Частиц, крупнее 0,1мм и менее 75% по
массе.
40
1
2
супеси
3
Легкие
Легкие пылеватые
Тяжелые
Тяжелые пылеватые
Глинистые
(связные)
грунты
Легкие
Легкие пылеватые
суглинки
Тяжелые
Тяжелые пылеватые
Песчаная
глины
Пылеватая
Жирная
4
Глинистых частиц 3-8%
Глинистых частиц 3-8%, а пылеватых
больше, чем песчаных
Глинистых частиц 9-12%.
Глинистых частиц 9-12%, а пылеватых
больше, чем песчаных.
Глинистых частиц 13-18%
Глинистых частиц 13-18%, а
пылеватых больше, чем песчаных
Глинистых частиц 19-25%
Глинистых частиц 19-25%, а
пылеватых больше, чем песчаных
Глинистых частиц более 25%, а
песчаных частиц больше, чем
пылеватых.
Глинистых частиц более 25%, а
пылеватых частиц, больше, чем
песчаных
Преобладают глинистые частицы.
9. Характеристики, показатели физико-механических свойств
грунтов и методы их лабораторных испытаний.
Лабораторные испытания грунтов имеют большое значение в
дорожном строительстве. Они проводятся для общей характеристики грунтов
при устройстве земляного полотна или пригодности их для укрепления.
Характеристики грунтов, получаемые в результате лабораторных
испытаний,
можно
условно
разделить
на
четыре
группы:
классификационные; расчетные; состава и свойства грунтов; позволяющие
косвенным путем судить о прочности и пригодности для укрепления;
физических и механических свойств укрепленных грунтов.
Вместе с этим, в дорожной практике физико-механические свойства
грунтов выражают следующими показателями:
1.
а)
б)
в)
Показатели, характеризующие состав грунта:
гранулометрический состав;
минералогический состав;
химический состав.
2. Показатели, характеризующие свойства и состояние грунта:
а) физические свойства:
 плотность;
41

















объемная масса;
пористость, коэффициент пористости;
предел текучести;
предел пластичности и число пластичности;
б) водные свойства:
водоустойчивость (размокание, набухание, усадка);
влагоѐмкость;
капиллярность;
водопроницаемость;
в) состояние грунта:
естественная влажность;
коэффициент водонасыщения;
степень плотности (песков);
естественная уплотняемость (глин);
естественная консистенция;
г) механические свойства:
максимальная плотность и оптимальная влажность;
модуль деформации и модуль упругости;
сопротивление сжатию;
сопротивление сдвигу.
Показатели, характеризующие состав грунтов, дают представление об
их природе, свойствах и позволяют приближенно судить о возможных
изменениях свойств и состояния грунтов при строительстве различных
инженерных сооружениях. Так, гранулометрический состав является одной
из важнейших характеристик грунта, имеющей существенное значение для
оценки его дорожно-строительных свойств.
Методы лабораторных испытаний грунтов.
В зависимости от показателей существуют различные методы
определения состава и физико-механических свойств грунтов, которые также
подразделяются на три основные группы:
1.
2.
3.
грунтов.
Методы определения гранулометрического состава грунтов;
Методы лабораторного определения физических свойств грунтов;
Полевые методы определения физико-механических свойств
42
Рассмотрим отдельные (наиболее распространенные) методы первых
двух групп.
Для определения гранулометрического состава грунтов в настоящее
время известны следующие методы:
1.
Визуальный метод, заключающийся в сравнении (на глаз)
изучаемого грунта с эталонами, механический состав которых известен;
2.
Методы М.М. Филатова, Л.В. Новикова и С.И. Рубковского;
3.
Ситовый метод – рассеивание грунта на ситах;
4.
Гидравлические методы, основанные наразличных в скорости
падения в воде частиц различной крупности;
5.
Пипеточный метод;
6.
Ареометрический метод;
7.
Методы центрифугирования.
В качестве основных методов приняты ситовый, пипеточный и
ареометрический.
Ситовый метод применяется при разделении фракции несвязных,
крупнообломочных и песчаных грунтов, содержащих небольшое количество
пылеватых и глинистых частиц. Определение гранулометрического состава
грунта этим методом производится при помощи специального комплекта сит
с диаметром отверстий 10; 7; 5; 3; 2; 1; 0,5 и 0,25 мм.
Пипеточный метод применяют для определения гранулометрического
состава глинистых грунтов. Им определяют содержание в грунте фракций
диаметром 0,25 мм и менее (более крупные фракции выделяют ситовым
методом). Пипеточный метод основан на различной скорости падения
грунтовых частиц в спокойной воде.
Ареометрический метод определения гранулометрического состава
принят как основной для связных грунтов. Он выполняется специальным
прибором – ареометр, устройство которого основано на законе Архимеда:
всякое погруженное в жидкость тело теряет в своем весе столько, сколько
весит вытесненная жидкость.
Для определения основных физико-механических свойств грунтов
применяются следующие методы:
1. определение
плотности
грунта
(удельная
масса
грунта)
пикнометрическим методом;
2. метод режущих цилиндров для определения объемной массы грунта;
43
3. метод высушивания проб грунта до постоянной массы для определения
влажности и степени водонасыщения его (весовой метод);
4. метод с использованием балансирного конуса Л.М. Васильева для
определения характерных влажности и числа пластичности грунтов;
5. метод
непосредственного
наблюдения
с
использованием
капилляриметра системы Г.Н. Каменского для определения высоты
капиллярного поднятия воды в грунта;.
6. метод с использованием стеклянной трубки Г.Н. Каменского для
определения коэффициента фильтрации песчаных и супесчаных
грунтов;
7. метод определения набухания по приросту объема грунтов в процессе
насыщения его водой с помощью прибора конструкции Знаменского
(ПНЗ) и др.
10. Физико-механические свойства грунтов.
Основными физическими свойствами грунтов являются удельная и
объемная масса, влажность, пористость, пластичность, липкость, набухание,
усадка, водопроницаемость, коэффициент фильтрации, модель деформации.
Удельной массой грунта называется отношение массы твердой фазы
грунта к их объему или к массе воды равного объема при температуре 4 0С.
Она служит показателем минералогического состава грунта. Для
большинства грунтов лишенных органических веществ, удельная масса
колеблется от 2,6 до 2,8 г/см3.
Объемная масса грунта представляет собой массу грунта в
естественном состоянии, отнесенную к его объему. Различают объемную
массу влажного грунта, равную отношению массы образца грунта к его
объему, и объемную массу скелета грунта, равную отношению массы
образца грунта, высушенного при 100-1050С до постоянной массы, к его
первоначальному объему (до высушивания). В зависимости от зернового
состава объемная масса грунтов изменяется в пределах от 1,5 до 1,7 г/см3.
Влажностью грунта называют количество (в %) содержащейся в нем
воды по отношению у его абсолютной сухой массе. Влажность грунта –
величина переменная и может колебаться в широких пределах.
Влажность грунта определяют по формуле:
W=
(4)
44
где
W – влажность грунта, % от массы сухого грунта;
g1 – масса бюкса с влажным грунтом, г;
g0 – масса бюкса с высушенным до постоянной массы грунтом, г;
g – масса пустого бюкса, г.
Пористость грунта выражает отношение объема пор в грунте к общему
объему, занимаемому грунтом, и может, быть определенна по формуле:
n=
где
ск
(5)
n – пористость, %;
yск – объемная масса скелета грунта, г/см3:
yy –удельная масса грунта, г/см3.
Пластичность грунта называют способность его деформироваться под
действием внешнего давления без разрыва сплошности от массы и сохранять
приданную форму после прекращения действия деформирующего усилия.
Число пластичности представляет собой интервал влажности, в пределах
которого грунт находится в пластичном состоянии. Оно определяется как
разность между границей текучести и границей раскатывания грунта. Число
пластичности является важной классификационной характеристикой для
глинистых грунтов и по нему определяют виды и разновидности глинистых
грунтов.
Липкость – способность связных грунтов прилипать к различным
предметам.
Набухание грунта – увеличение объема при насыщении водой. Этим
свойством, так же, как и липкостью, обладают только связные грунты
вследствие наличия в их составе глинисто-коллоидных частиц, способных
гидратировать.
Усадка грунтов – свойство, противоположное набуханию.
Водопроницаемость грунта называют способность их пропускать через
свою толщу воду, находящуюся под влиянием силы тяжести или под
действием гидростатического напора. Скорость просачивания воды через
толщу грунта в основном зависит от гранулометрического состава и степени
уплотнения грунта, т.е. от величины пор в последнем.
45
Коэффициент фильтрации измеряется отношением расхода воды в
единицу времени через единицу площади поперечного сечения грунта при
гидравлическом градиенте i=1.
Плотность – увеличение объема грунта оказывать сопротивление при
его расчленении. Плотность образца грунта (p, кг/м3) равна отношению
массы частиц образца грунта, высушенного при 100-1050С до постоянной
массы к их объему.
Разрыхляемость – увеличение объема грунта при нарушении
(разработке) его естественного сложения. Коэффициент разрыхления Кр
характеризует отношение объема разрыхляемого грунта к объему, который
он занимал в естественном залегании.
Модуль деформации грунта характеризует сжимаемость его и
представляет коэффициент пропорциональности между приращением
давления на штамп и приращением осадки штампа, отнесенной к его
диаметру. Модуль деформации является обобщающей характеристикой,
отражающей как упругие, так и эластичные деформации грунта.
Модуль
упругости
грунтов
характеризует
сопротивление
деформированию под действием нагрузок в стадии обратимых (упругих)
деформаций.
Модель упругости Е определяется по формуле:
Е= pD-(1-µ2)/ ,
где
(6)
µ - действующая нагрузка Мпа;
D – диаметр штампа, м;
–величина упругого прогиба, м;
коэффициент Пуассона (µ=0,27 для крупнообломочных грунтов, µ= 0,30 для
песков и супесей, µ = 0,42 для глин).
46
ЛЕКЦИЯ 5
Тема: РАБОЧИЕ ОРГАНЫ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН И
ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ГРУНТОМ
Вопросы:
1. Виды, назначение и основные параметры рабочих органов.
2. Взаимодействие рабочих органов с грунтом.
3. Факторы, влияющие на сопротивление грунтов резанию.
1.
Виды, назначение и основные параметры рабочих органов
Рабочие органы дорожных и мелиоративных машин предназначены для
резания (копания) грунта и отделения его от основного массива. Во многих
случаях с помощью рабочих органов выполняются операции по
перемещению грунта либо перед собой (бульдозер с неповоротным отвалом),
либо в сторону (бульдозер с поворотным отвалом или автогрейдер), а в
случае транспортирования грунта на незначительные расстояния в пределах
параметров рабочего оборудования (одноковшовые экскаваторы, грейдер –
элеваторы, каналокапатели), и на большие расстояния (скреперы).
Таким образом, резание (копание) грунта при механическом способе
его разработки осуществляется рабочим органом машины, форма и размеры
которого зависят от ее назначения (рис. 1).
Зубья (рис.1, а) используют как самостоятельные рабочие органы для
рыхления грунта (с установкой по несколько штук) на рыхлителях,
корчевателях и кирковщиках и как специально рыхлящую поверхность (часть
ковшей экскаваторов и скреперов, отвалов бульдозеров и т.д.). Отвал служит
(рис.1, б) для выравнивания грунта и перемещения его по направлению
движения машины или в сторону (бульдозеры, прицепные грейдеры,
автогрейдеры). Отвал, как правило, выполняется вместе с ножом и является
как бы его продолжением. В этом случае грунт (пласт грунта) движется либо
вверх по отвальной поверхности, либо впереди перед отвалом (призма
волочения), либо вдоль по отвальной поверхности в сторону (призма
волочения).
Дисковый нож (определенная часть сферы) устанавливается на таких
землеройно – транспортных машинах непрерывного действия, как грейдер –
элеватор (рис. 1, в).
Ковш предназначен для копания (резания) грунта и наполнения им
47
собственной емкости с целью дальнейшего перемещения грунта. Ковши
могут быть с зубьями и криволинейной режущей кромкой (рис. 1, г) и
устанавливаться на экскаваторах, а могут быть с плоскими режущими
ножами и передней заслонкой (рис. 1, д), что часто характерно для скреперов.
Ротор с зубьями или с лопатками, предназначенный для разрыхления
грунта устанавливается на землеройно – фрезерных машинах (рис. 1, е).
Плужный рабочий орган в виде двухотвального плуга (рис. 1, ж)
устанавливается на каналокопателях
пассивного действия,
а фрезы
различного типа (дисковая, плоская, цилиндрическая и коническая) на
каналокопателях и каналоочистителях активного действия (рис. 1, з).
Многоковшовый цепной (рис. 1, и) и многоковшовый роторный (рис. 1,
к) рабочие органы устанавливаются на многоковшовых экскаваторах
различного назначения и на дреноукладчиках.
Основными
параметрами,
характеризующими
рассмотренные
основные виды рабочих органов дорожных и мелиоративных машин,
являются:
а) для зуба – угол резания  , угол заострения  , задний угол  , ширина и
длина, расстояние между зубьями;
б) для ножа - угол резания  , угол заострения  , угол зарезания  , задний
угол  , длина Lн, ширина Вн (плоский нож), диаметр D, радиус кривизны
r (дисковый нож);
в) для отвала с ножом – параметры ножа и, кроме того, угол захвата  ,
угол опрокидывания  , центральный угол  0 , радиус кривизны r, высота
H, длина отвала B;
г) для ковша - емкость q, ширина В, высота Нк, длина L, профиль ковша;
д) для ротора – диаметр D, длина Lр, число лопаток или зубьев, ширина
лопаток (зубьев).
48
Рис. 1 Рабочие органы дорожных и мелиоративных машин:
а) зуб; б) отвал с режущим ножом; в) дисковый нож; г) ковш одноковшового
экскаватора с зубьями и с полукруглой режущей кромкой; д) ковш скрепера;
е) рабочий орган землеройно-фрезерной машины; ж) плужный рабочий орган
двухотвального типа; з) фрезерные рабочие органы; и) многоковшовый
цепной; к) многоковшовый роторный
2. Взаимодействие рабочих органов с грунтом
Несмотря на большое многообразие конструкций рабочих органов
основных типов дорожно-строительных машин, большинство из них можно
представить в виде отдельных клиньев или сочетаний клиньев с различными
элементарными профилями. Иными словами, рабочие органы дорожно-
49
строительных машин оснащены режущими элементами, действие которых на
грунт аналогично действию простого или косого клина. В зависимости от
типа рабочего органа и характера взаимодействия его с грунтом принято
различать чистое резание и копание.
Чистое резание - это процесс простого отделения грунта от массива,
осуществляемый органами, не предназначенными для транспортирования
грунта в определенных объемах.
Копание - это комплексный процесс, состоящий из отделения грунта от
основного массива и одновременного перемещения вырезанного грунта
впереди или внутри рабочего оборудования (органа).
Отделение грунта от массива при помощи рабочего органа, которое
условно называют резанием, практически в чистом виде не встречается, так
как оно всегда сочетается с подъемом и отодвиганием грунта, формированием из него стружки и перемещением ее по рабочему органу, образованием призмы волочения из грунта, возникновением давления на срезаемый
грунт и т.д.
С целью определения понятия теории резания грунтов и стружкообразования принимаем, что режущий орган имеет форму простого клина ВАС
(рис. 2).
Рис. 2 Схема простого клина
При отделении грунта частицы его перемещаются  кромке АВ клина
от А до А1. В момент достижения наибольшего смятия грунта, происходит
сдвиг пласта его под углом  , величина которого зависит от механических
свойств грунта.
Различают свободное (рис. 3, а), блокированное (рис. 3, б) и полублокированное (рис. 3, в) резание грунта. В первом случае рабочий орган взаимодействует с грунтом только режущей кромкой, передней и задней
поверхностью клина. Во втором случае в работе участвуют также и обе
боковые стороны, а в третьем - одна из них.
50
а)
б)
в)
Рис. 3 Виды резания и стружки
При свободном резании клин сначала уплотняет грунт перед собой, а
при достижении предельного напряженного состояния грунта клин сдвигает
его по поверхности, наклоненной к направлению движению под углом  (см.
рис. 2) и перемещает по своей лобовой поверхности, преодолевая при этом не
только сопротивление грунта сдвигу и перемещению по лобовой
поверхности, но также и силы трения, возникающие на задней поверхности
клина из-за остаточных деформаций грунта.
Характер деформации грунта зависит от его связности, влажности и
плотности (рис. 4) . Так, при работе с малым углом резания  и небольшим
заглублением режущего органа в грунтах средней влажности и связности,
срезанные или отделенные куски имеют форму трапеции, а дно борозды
имеет равную поверхность (рис. 4, а).
Рис. 4 Формы стружек грунта
При резании сухих связных грунтов отделяемый пласт разламывается
на куски неправильной формы, а дно борозды получается с изрытой по-
51
верхностью (рис.4, б).
При резании влажных вязких грунтов отделяемый пласт имеет вид
сплошного слоя, а дно гладкую поверхность (рис. 4, в).
При разработке малосвязных грунтов они распадаются на отдельные
частицы, сказывающиеся впереди рабочего органа (рис. 4, г).
Во время резания (копания) на рабочий орган со стороны грунта
действует сила сопротивления грунта копанию, которая рассматривается как
сумма реакции грунта на рабочий орган. Величина и направление этой силы
зависит от типа и конструкции рабочего органа, формы и размеров поперечного сечения стружки, типа и состояния грунта.
Наибольшее применение в настоящее время получило определение
действующих сопротивлений на рабочем органе с помощью эмпирических
формул и зависимостей, в которых используются только основные параметры и соотношение размеров рабочих органов, удельные показатели
грунта и условий его разработки.
Сила сопротивления грунта копанию в общем случае складывается из
следующих сил (рис. 5): нормального давления грунта на переднюю грань
режущего органа N, силы трения грунта по передней грани F, реакции грунта
на затупленную площадку лезвия R, которую можно разложить на
горизонтальную и вертикальную составляющие R1 и R2.
Силу сопротивления копанию Р, являющуюся равнодействующей
рассмотренных, можно представить в виде касательной P1, нормальной Р2 и
боковой Р3 составляющих, приложенных условно к лезвию режущего
элемента (ножа). Направление силы P1 противоположно направлению движения клина (машины).
Сила Р2 может быть направлена вниз или вверх в зависимости от
соотношения реакции грунта на переднюю грань и на лезвие режущего
органа (ножа). Сила Р3 действует в случае установки рабочего органа под
углом к направлению движения, меньшим 90°, т.е. в случае косого резания, и
является горизонтальной составляющей  к направлению движения (клина)
машины.
52
Рис. 5 Схема процесса резания (копания) грунта
Основной (главной) составляющей силы сопротивления грунта копанию является касательная сила P1. Определению касательной составляющей
сопротивления копанию Р1 было посвящено значительное число исследований.
Впервые формула для определения силы P1, применительно к работе
сельскохозяйственного плуга была предложена акад. В.П. Горячкиным, который является основоположником теории резания грунтов. Эта формула
имеет вид
Р1    G  k  h  b    h  b  V 2 ,
где
(7)
 - коэффициент трения плуга (клина) о грунт;
G - масса рабочего органа (плуга);
k - удельное сопротивление грунта резанию;
h - глубина резания (толщина стружки);
b - ширина срезаемого слоя грунта (стружки);

- коэффициент, учитывающий энергетические потери, возникающие
ввиду движения грунта по поверхности отвала (клина);
V- скорость резания.
Ввиду больших различий в устройстве плуга и рабочих органов
дорожно-строительных машин непосредственное применение к последним
этой формулы приводит к значительным ошибкам. Основываясь на результатах исследований, проф. Н.Г. Домбровский рекомендует для практических
расчетов в применении к дорожно-строительным машинам пользоваться
следующим упрощенным выражением:
53
P1  k 0  b  h  k 0  F ,
где
(8)
P1 - касательная составляющая сопротивления грунта резанию;
b - ширина вырезаемой стружки;
h - толщина вырезаемой стружки (глубина резания грунта);
F- площадь поперечного сечения вырезаемой стружки;
k0 - удельное сопротивление грунта резанию или копанию (Н/м2 ).
В дорожно-строительных машинах режущий орган часто поворачивают
на определенный угол относительно вертикальной оси, в результате чего
лезвие клина составляет острый угол с направлением его движения. Режущий
орган получает при этом вид косого клина, состоящий как бы из трех
простых клиньев (рис. 6). Клин, расположенный в плоскости БОВ с углом
резания  , при поступательном движении поднимает пласт; клин,
расположенный в плоскости АОБ с углом наклона  , поворачивает пласт в
сторону; клин, расположенный в плоскости АОВ с углом захвата  , отваливает пласт в сторону от линии направления движения клина (за направление движения клина принята ось ОВ по стрелке).
Силы сопротивления резанию, действующие на косой трехгранный
клин, можно получить, если все силы сопротивления на передней грани
свести к равнодействующей нормальных сил N и силе трения 1 N (где 1 коэффициент трения между грунтом и клином). Силы сопротивления на
нижней грани клина при этом можно не рассматривать, так как они не имеют
принципиальных отличий от сил, действующих на простой клин.
Рис. 6 Схема косого клина
Таким образом, положение косопоставленного клина при копании
определяет угол установки его в вертикальной плоскости  и угол  в гори-
54
зонтальной плоскости по отношению к направлению движения ОВ.
3. Факторы, влияющие на сопротивление грунтов резанию
В определении действующих сопротивлений грунта резанию большое
значение имеет величина удельного сопротивления грунта резанию или
копанию (к0). Значение удельного сопротивления грунта резанию (к0) зависит
от вида, свойств и состояния грунта, геометрических размеров режущего
рабочего органа машины, размеров вырезаемой стружки (пласта грунта),
скорости резания, траектории движения рабочего органа и т.д. Рассмотрим
некоторые зависимости удельного сопротивления грунта резанию, наиболее
важные для дорожно-строительных и мелиоративных машин:
 удельное сопротивление резанию и копанию повышается с
увеличением содержания в грунте глинистых частиц и понижения его
влажности;
 удельное сопротивление грунта резанию или копанию возрастает с увеличением угла резания  ;
 на величину удельного сопротивления грунта резанию или копанию
оказывает влияние форма стружки или виды резания (см. рис. 3).
Установлено, что наибольшее удельное сопротивление имеет место в
случае блокированного резания (блокированной формы стружки), а наименьшее - при деблокированном резании (деблокированная форма стружки),
промежуточное значение удельного сопротивления резанию соответствует
полублокированному резанию (полублокированная форма стружки);
 опытами также установлено, что при одном и том же сечении стружки
удельное сопротивление резанию зависит от отношения ширины
стружки «b» к ее толщине (глубине резания) «h», т.е. с увеличением
этого отношения удельное сопротивление резанию падает (снижается);
 менее значительное влияние на удельное сопротивление грунта
резанию оказывает изменение скорости резания, так, при увеличении
скорости резания в 3…5 раз удельное сопротивление резанию в среднем повышается только на 30…40 %;
 - на удельное сопротивление резанию большое влияние оказывает
износ режущей кромки режущего рабочего органа (ножа), т.е. с
затуплением режущей кромки удельное сопротивление резанию
повышается;
 - и, наконец, на удельное сопротивление грунта резанию или копанию
оказывает влияние и траектория движения рабочих органов дорожно-
55
строительных машин.
ЛЕКЦИЯ 6
Тема: ОСОБЕННОСТИ СНЕГА И ЛЬДА КАК ДОРОЖНОСТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ.
Вопросы:
1. Классификация снега и его физико-механические свойства.
2. Методы определения физико-механических свойств снега.
3. Физико-механические свойства льда.
1. Классификация снега и его физико-механические свойства
В настоящее время лесопромышленные предприятия, расположенные
в многолесных районах с продолжительной зимой (продолжительный период
отрицательных температур) и устойчивым глубоким снежным покровом, с
еще большим успехом значительный объем древесины вывозят по дорогам
зимнего действия. Вывозка древесины по зимним дорогам обходится
значительно дешевле, чем по автомобильным дорогам круглогодового
действия с твердым покрытием, т.к. на строительство и эксплуатацию таких
дорог затрачивается значительно меньшее количество денежноматериальных ресурсов (средств). Основным строительным материалом
зимних лесовозных дорог являются снег и лед.
Снежный покров состоит из смеси кристаллов льда, воды, водяных
паров и воздуха. Из-за изменения температуры, влажности, атмосферного
давления, направления ветра и многих других метеорологических условий
соотношение твердой, жидкой и газообразной фаз непрерывно меняется.
Температурный переход между нижними и верхними слоями в снеговом
покрове вызывает испарение снега (сублимацию) и выпадение паров в
кристаллы (десублимацию), приводящие к структурному изменению снега
(фирнизации).
В основу классификации снега положен его возраст, т.е. прохождение
снегом последовательных структурных стадий (изменений). В зависимости
от этого снег в дорожном строительстве принято подразделять на следующие
виды:
1. Свежевыпавший снег;
56
2. Молодой снег (пролежавший незначительное время без изменения
метеорологических условий);
3. Осевший или свеженаметенный снег;
4. Молодой фирновый снег;
5. Старый снег;
6. Фирновый снег (значительные структурные изменения под
воздействием различных метеоусловий);
7. Старый фирновый снег;
8. Снег плывун.
Классификация снега показывает, что первоначально однородная
снежная масса с течением времени разделяется на слои, отличающиеся как
по своей структуре, так и по физико-механическим свойствам.
Знание физико-механических свойств снежного покрова (снега)
позволяет разработать более эффективные методы воздействия на снег с тем,
чтобы можно было придать полотну снежно-уплотненной или снежноледяной лесовозной дороги более прочную структуру и более длительный
срок действия.
К основным физико-механическим свойствам снега, характеризующим
его как дорожно-строительный материал, относятся плотность, твердость
влажность и упругость.
Плотностью снега принято называть отношение массы определенной
порции снега к ее объему (г/см3,кг/м3).
Плотность снежного покрова зависит от формы снежных кристаллов,
температуры и влажности воздуха, силы ветра и т.д.
В течение зимы снег не остается постоянным. Так, осенью плотность
снега, выпавшего при сравнительно высоких температурах, будет
наибольшей, затем плотность понижается и в середине зимы (январь)
достигает минимума, а к весне вновь увеличивается.
Плотность снега можно изменять
специальных уплотняющих орудий (машин).
при
помощи
воздействия
Механическая прочность снежного покрова и его несущая способность
определяются не только плотностью, но и температурой снега. Чем выше
температура, тем больше предельное значение плотности. Таким образом
уплотнять снег целесообразно при температуре близкой к нулю, причем
57
применение машин больше определенного значения по массе не приводит к
увеличению плотности.
Твердость снега.
Твердость снега измеряется величиной усилия, необходимого для
вдавливания в снег твердого тела (штампа) заданной формы.
Твердость снега играет немаловажную роль в определении несущей
способности снегового покрытия. Она зависит от плотности снега, его
температуры, влажности, структуры и формы кристаллов. Чем ниже
температура и выше плотность, тем больше значение имеет твердость.
В значительной степени твердость снега зависит от его структуры. В
конце зимы снег имеет крупнозернистую структуру и даже доведенный до
большей плотности имеет незначительную твердость.
Измеряется твердость снега в МПа. Обычно целинный снег имеет
твердость от 0,981 до 98,1 кПа. В уплотненном снежном покрытии
автомобильной дороги твердость может достигать значения 10 МПа и более.
Влажность снега.
Влажность снега характеризует количество воды, находящейся в нем в
виде жидких пленок и паров. Она также зависит от температуры воздуха,
силы ветра, плотности снега и других факторов.
Наибольшее количество влаги содержится в снегу при температуре
близкой к нулю. При понижении температуры количество влаги
уменьшается.
Упругость снега.
Снег обладает упругими свойствами, при определенных нагрузках
подчиняется закону Гука и ведет себя, как упругое тело.
Постоянная упругости снега (Е1) является отношением силы сжатия к
мгновенно возникающей деформации в момент приложения этой силы. С
понижением температуры постоянная упругости снега повышается. Вместе с
этим при увеличении плотности до 0,3 г/см3 постоянная упругости медленно
возрастает и начинает быстро возрастать при плотности свыше 0,3 г/см3.
58
2. Методы определения физико-механических свойств снега.
Для определения плотности снега существует ряд методов и приборов.
Плотность целинного снега, имеющего наибольшую твердость
определяют весовым стандартным плотномером, состоящим из
металлического цилиндра и рычажных весов. Площадь поперечного сечения
составляет 50см2, а его длина 60 см. На наружной стороне цилиндра имеется
шкала с делениями. Для определения плотности снега цилиндр заглубляют в
него, по шкале отмечают глубину погружения цилиндра, а затем с помощью
лопатки его извлекают из снега и взвешивают. Плотность снега находят
делением пробы на ее объем.
Для определения плотности прочного снежного покрытия автодороги
используются цилиндрические дюралюминиевые стаканчики высотой 7-10
см и объемом 200 см2 с контрольным отверстием его заполнения на дне. Для
лучшего заглубления стаканчики имеют заостренные (режущие) кромки.
Вместе с этим, плотность снега в дорожном покрытии можно
определять взвешиванием выпиленных прямоугольных призм, толщина
которых зависит от глубины покрытия. Лесовозные дороги можно
эксплуатировать при плотности снежного покрытия от 0,5 г/см3 и выше.
Твердость снега определяется величиной усилия необходимого для
вдавливания в снег штампа заданной формы. Этот метод получил название
штампового. В настоящее время нет единой формы штампа для определения
твердости снега. Применяют штампы площадочные, конусные, сферические.
В зависимости от формы штампов получают различные значения твердости.
В этом значительный недостаток этого способа.
Наиболее точным определением твердости снега является приборный
способ, при котором для этой цели используются приборы со статическим и
динамическим приложением нагрузки (твердомеры). Первого типа (со
статическим приложением нагрузки) приборы – портативные твердомеры,
применяются для определения твердости целинного снега.
Для определения твердости
индикаторные конусные твердомеры.
снежных
покрытий
применяются
Приборы второго типа (с динамическим приложением нагрузки)- это
твердомеры-зонды. Твердомер-зонд представляет собой систему штанг.
Каждая штанга длиной не больше метра размечена через 2мм. На конце
первой штанги имеется конус. На верхнюю часть штанги или системы штанг
59
навинчивается труба, которая является направляющей при работе копра
(ударной гири).
Влажность снега.
Для определения влажности снега существует три основных способа.
1.Механический способ основан на принципе расширения воды при
замерзании. Метод требует большой тщательности в проведении опыта и
громоздкой аппаратуры, не пригодной для полевых условий.
2.Электрический способ основан на зависимости диэлектрической
постоянной снега от его влажности.
3. Калориметрический способ заключается в определении влажности
снега путем замера скрытой температурой плавления, необходимой для
перевода в жидкое состояние пробы снега данной влажности.
Калориметрический метод является наиболее приемлемым для определения
влажности снега в полевых условиях. Калориметр конструктивно
представляет собой термос, в крышку которого вмонтированы мешалка и
термометр Бекмона, измеряющий температуру воды с точностью до 0,01 оС.
Упругость снега (постоянная упругости Е1) может быть определена
простейшими приборами, например, приборами Максвелла и Фойгта.
Прибор Максвелла представляет собой последовательно соединенную
пружину с постоянной упругостью (Е1) и амортизатор с заданной вязкостью
(η1).
Прибор Фойгта также имеет пружину постоянной упругости (Е2) и
амортизатор с заданной вязкостью (η2).
Соединяя оба прибора последовательно и производя соответствующие
замеры, можно получить общую деформацию (модуль упругости) снега. Во
многих случаях для определения этого качества снега (модуля упругости)
можно ограничиться одним прибором Максвелла, который дает вполне
приемлемые результаты в полевых условиях.
3. Физико-механические свойства льда.
Лед представляет собой воду в твердом кристаллическом состоянии и
может быть рекомендован в качестве дорожного покрытия лесовозных дорог
и в качестве несущей конструкции на переправах через водоемы.
60
Образование льда зависит главным образом от температуры воздуха и
скорости его движения. Лед, образующийся на проезжей части автодороги в
результате поливки водой, имеет слоистую структуру и по своим
механическим свойствам несколько уступает речному льду, имеющему
сплошную структуру.
В практике дорожного строительства в условиях лесных предприятий
северных
регионов
наибольшее
распространение
получил
лед,
намороженный из пресных вод с добавлением уплотненного снега.
Наиболее характерным показателем прочности льда (одним из его
главных физико-механических свойств) является модуль упругости (Е). Он
изменяется в широких пределах, но с достаточной для практических расчетов
точностью может быть принят равным:
 для кристаллического прозрачного льда при температуре воздуха ниже
– 20 -25оС и отсутствием снежного покрова
Е=5,5·104 кг/см2
или 5,5·103 МПа.
 для прозрачного льда при снежном покрове и температуре воздуха от
-5 до -20оС
Е=3·104 ÷ 4·104 кг/см2 или 3·103 ÷ 4·103 МПа
 при температуре воздуха выше -5о С при прозрачном льде и льде,
ослабленном весенним таянием
Е=2·104 кг/см2
или
2·103 МПа
Разрушающее напряжение льда на растяжение колеблется в пределах
5,4÷19,5 кг/см2 или 0,54÷1,95 МПа.
В расчетах принимается промежуточное значение, равное 14 кг/см 2 или
1,4МПа.
Разрушающее напряжение льда на изгиб составляет 4÷45кг/см2 или
0,4÷4,5 МПа.
Среднее значение принимается равным 20 кг/см2 или 2 МПа.
61
ЛЕКЦИЯ 7
Тема: КАМЕННЫЕ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Вопросы:
1. Основные виды каменных материалов и их классификация.
2. Требования к каменным строительным материалам.
3. Основные физико-механические свойства каменных материалов и
методы их определения.
1. Основные виды каменных материалов и их классификация
Каменные материалы, применяемые в дорожном строительстве,
разделяются на природные и искусственные.
К природным каменным материалам относятся материалы,
получаемые путем переработки горных пород, специально добываемых для
этих целей, или отходов промышленного производства других продуктов. Из
природных каменных материалов готовят штучные изделия (брусчатку,
бортовой камень и др.), щебень из гравия, дробленый гравий, гравий, пески
дробленые и природные, минеральные порошки. В качестве сырья для
производства этих материалов используются все основные виды годных
пород: изверженные, метаморфические и осадочные как массивных
(скальных), так и рыхлых (обломочных) пород.
Искусственные каменные материалы получают специальной
обработкой, в основном термической, грунтов или отходов промышленности
путем их механической обработки. К этим материалам относят кермадор и
другие керамические изделия, металлургические шлаки, шлаки химической
промышленности. Из них получают все виды материалов и изделий, включая
плиты, панели, блоки.
1) Природные каменные материалы.
Свойства горных пород определяют качества получаемых из них
материалов. Основные горные породы в зависимости от их происхождения
подразделяются на: изверженные глубинные; породы, излившиеся горные
породы; метаморфические; осадочные массивные породы и осадочные
рыхлые (обломочные) породы.
Изверженные глубинные породы обладают плотным сложением, полно
кристаллической и в большинстве зернистой структурой. К этой группе
62
относятся: граниты, сиениты, диориты и габбро. Физико-механические
свойства и морозостойкость каменных материалов из этих пород очень
высокие.
К излившимся горным породам относятся: кварцевый и ортокладовый
порфиры, диабаз, андезит, базальт. Структура этих пород порфировая (смесь
микрокристаллов со стеклом), микролистовая (очень мелко кристаллическая)
и стекловатая, сложение плотное, тонкопористое, ноздреватое.
Метаморфические породы наиболее распространенные.
относятся: гнейсы, кристаллические сланцы, кварциты и мраморы.
К
ним
Осадочные массивные породы, наиболее широко применяемые при
строительстве дорог. Основными представителями этой группы пород
являются: известняки, доломиты, песчаники.
Осадочные рыхлые породы, с не меньшим успехом применяемые в
дорожном строительстве, включают в себя валуйно - гравийные материалы и
щебень. В свою очередь валуйно - гравийные материалы по происхождению
подразделяются на следующие основные виды:
 ледниковые, образовавшиеся в результате разрушения каменных
материалов при движение ледников;
 флювиальные, образовавшиеся в результате действия текущих речных
и ледниковых вод;
 морские и озерные отложения.
К природным каменным материалам относятся также и отходы
промышленного производства, отходы нерудной промышленности и отходы
при добыче руд. В свою очередь отходы нерудной промышленности могут
быть разделены на две основные группы: отходы при добыче горной массы и
отходы при ее переработке.
Отходы при добыче руд обычно представлены высокопрочными
горными породами. Это отходы асбестовой промышленности, дунитовые
«хвосты» - отходы при производстве платины, золоторудные «хвосты» песчаная и дробленая масса, получаемая из отходов при промывке золота,
флотационные
отходы
меднорудной
промышленности,
горелые
формовочные земли (пески) - отходы линейного производства, отходы
сахарных заводов - фильтропрессная грязь.
63
2) Искусственные каменные материалы.
В настоящее время искусственно приготовляют каменные материалы
из глин путем их спекания в виде щебня или гранул округлой формы. К
первому виду относят керамический щебень, ко второму – керамдор. Кроме
того, к искусственным каменным материалам относят шлаки
металлургической и химической промышленности и подобные им
материалы. Керамдор, основной вид искусственного каменного материала,
представляет собой разновидность керамзита, получаемого путем обжога
глинистых грунтов различного гранулометрического состава.
Шлаки металлургической промышленности представляет большую
группу материалов. В дорожном строительстве используются главным
образом
доменные,
а
также
мартеновские,
медеплавильные,
ферромарганцевые, электроплавильные, ваграночные, никелевые и другие
виды шлаков.
2. Требования к каменным строительным материалам.
К природным и искусственным каменным дорожно-строительным
материалам
предъявляются
определенные
требования,
которые
характеризуются их основными качественными показателями.
Так, основными качественными показателями каменных материалов
являются:
1)
механическая прочность, характеризуемая
величиной
изнашивания и пределом прочности при сжатии, которые имитируют
сопротивление каменного материала при воздействии проходящего по
дороге транспорта и механические воздействия в процессе
строительства дорожных покрытий;
2)
морозостойкость - величина потерь после установленного
количества циклов замораживания и оттаивания;
3)
форма и характер поверхности зерен каменного материала,
которые характеризуют содержание в материале плоских и игольчатых,
т. е. удлиненных зерен, длина которых в 3 раза и более превышает
толщину;
4)
степень загрязненности механическими примесями:
пылевато-глинистыми частицами, комовой глиной и глинистыми
частицами, находящимися в дисперсном состоянии;
5)
зерновой состав, т.е. содержание в каменном материале
тех или иных фракций, обеспечивающих плотность материала,
64
зацепление зерен между собой,
характеризующих
способность конструктивного слоя покрытия.
несущую
Помимо указанных основных требований к каменным искусственным
материалам предъявляются еще и дополнительные. Так шлаковый щебень по
крупности должен удовлетворять таким же требованиям, как и природный
щебень; кроме того, такой щебень не должен содержать посторонних
примесей; щебень, полученный из отвальных шлаков не должен содержать
боя огнеупорного кирпича и другие примеси более определенного %.
3. Основные физико-механические свойства каменных материалов и
методы их определения.
Текстурно-структурные
признаки
(однородность,
крупность
кристаллов, величина пор и их расположение) характеризуют основные
физико-механические свойства каменных материалов - прочность,
водопоглощение, морозостойкость, сцепление с бетоном и цементом, а также
технологические свойства: прочность при дроблении, получение щебня
кубовидной формы.
Испытание каменных материалов (определение основных физикомеханических свойств) проводят при разведке месторождений, производстве
и применении их в дорожном строительстве.
В процессе производства каменных материалов и использовании их в
строительстве дорожных покрытий производят их испытания по полному
комплексу свойств, указанных в стандартах и технических условиях на
соответствующий материал.
При
проведении
лабораторных
руководствоваться следующими указаниями:
испытаний
необходимо
1. Образцы и навески материалов взвешиваться с точностью до 0,1% от
их массы.
2. Материал высушивают до постоянной массы при температуре
105÷110оС до тех пор, пока разница результатов двух последних
взвешиваний будет не более 0,1% от массы образцов или навесок.
3. Линейные размеры образцов измеряют штангенциркулем с точностью
до 0,1 мм.
4. Для определения зернового состава применяют стандартный набор сит,
который должен включать сита с отверстиями диаметром: для щебня
(гравия) 3;5;15;20;25;40;70 мм; для песка 2,5;1,25;0,63;0,315;0,14мм.
65
Для определения размера кусков более 70мм применяют кольцакалибры.
5. Гидравлические прессы, применяемые при испытаниях, должны
отвечать требованиям соответствующих ГОСТов.
Методы определения таких свойств каменных материалов, как
удельная масса, объемная масса, пористость, влажность, водопоглощение,
зерновой состав, содержание пылеватых, илистых и глинистых частиц
идентичны методам определения таких же свойства грунтов. Здесь
рассмотрим только способы определения таких специфических свойств
каменных материалов, как морозостойкость и прочность.
Морозостойкость каменных материалов может быть установлена
двумя методами: методом непосредственного замораживания и ускоренным
методом в растворе сернокислого натрия.
При
определении
морозостойкости
непосредственным
замораживанием отобранные пробы тщательно промывают, высушивают до
постоянной массы и вновь взвешивают. Затем их насыщают водой в течение
48 часов, для чего материал насыпают в сосуд слоем не более максимальной
крупности испытываемой фракции и заливают водой. После этого воду
сливают, а сосуд со щебнем (гравием) помещают в холодильную камеру, в
которой должна быть температура минус 17 - 25оС. Продолжительность
замораживания - 4 часа. После замораживания сосуд с материалом помещают
в ванну с проточной или сменяемой водой при температуре 20 ± 5оС и
выдерживают в ней до полного оттаивания, но не менее 2 часов. Далее
циклы испытания щебня(гравия) повторяют столько раз, сколько указано в
требованиях.
После 15 и 25 и каждые последующие 25 циклов замораживания и
оттаивания навеску материала высушивают до постоянной массы,
просеивают сквозь контрольное сито, т.е. сито, на котором она полностью
оставалась, перед испытанием взвешивают остаток на сите и вычисляют
потерю в массе по формуле:
(9)
где
q - потеря в
морозостойкость, % по массе;
массе
после
испытания
- масса пробы (навески) до испытания, г;
покрытия
на
66
-масса остатка на контрольном сите после соответствующего
цикла замораживания и оттаивания, г.
Конечный показатель потерь после испытания на морозостойкость
определяют как среднеарифметическое значение нескольких определений с
точностью до 0,1%. Затем определяют количество циклов, которые выдержал
материал при испытании на морозостойкость, путем сравнения полученных
потерь с нормами.
Определение морозостойкости ускоренным методом в растворе
сернокислого натрия отличается только тем, что соответствующую пробу
испытываемого материала заливают при каждом цикле не водой, а раствором
сернокислого натрия, что значительно сокращает количество циклов и
ускоряет весь процесс испытаний.
Прочность каменных материалов устанавливается пределом
прочности при их сжатии, при растяжении и сдвиге. В связи с этим и
существуют два способа: определение предела прочности горной породы
(каменного) материала при сжатии и определение предела прочности
каменных материалов при растяжении и сдвиге.
Рассмотрим каждый из этих методов в отдельности.
1-й метод- определение предела прочности при сжатии.
Из монолитов горной породы с помощью бурильного и камнерезного
станка изготавливают пять образцов в виде цилиндра диаметром и высотой
40÷50мм или куба с ребрами 40÷50мм. Грани образцов, к которым
прикладывают нагрузку пресса, подшлифовывают на станке (круге), при
этом обеспечивают параллельность граней.
Перед испытанием производят контрольную проверку правильности
образцов и затем их насыщают водой. После чего их испытывают на прессе,
постепенно повышая давление до их разрушения.
Передел прочности образца вычисляют по формуле
,
где
Р- разрушающее усилие пресса, кН;
F-площадь поперечного сечения образца, см2.
(10)
67
Конечная прочность испытуемой горной породы (каменного
материала) вычисляют как среднеарифметическое по результатам испытаний
пяти образцов, при этом указывают верхний и нижний предел прочности
отдельных образцов.
2-й метод - определение предела прочности при растяжении и сдвиге.
Прочность при растяжении и сдвиге каменных материалов определяют
на образцах правильной формы. Наилучшие результаты испытаний при
растяжении получают на образцах, форма которых имеет плавный переход от
цилиндрических конусов к средней цилиндрической части, число которых
принимается 5 штук. Для испытания образцов принимают специальное
приспособление в виде клинового захвата с длинной подвеской к
сферическому шарниру, установленному на подвеске траверсы разрывной
машины.
При испытании образцы закладывают в данное приспособление и дают
нагрузку с такой скоростью, как при испытании на сжатие до полного
разрушения образца. Предел прочности при растяжении рассчитывают по
формуле
,
(11)
где Р - разрушающая нагрузка, кН;
F - площадь поперечного сечения разрываемого образца, см2.
Для определения прочности горной породы(каменного материала)
при сдвиге изготовляют цилиндрические образцы таких же размеров, что при
испытании на сжатие. Испытание их проводят на лабораторном прессе с
использованием специального приспособления. Число образцов принимается
также 5 штук.
68
ЛЕКЦИЯ 8
Тема: МИНЕРАЛЬНЫЕ И ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ
МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ.
Вопросы:
1. Минеральные вяжущие материалы. Их свойства и методы
лабораторных испытаний.
2. Органические вяжущие материалы. Их классификация, свойства и
методы лабораторных испытаний.
3. Протекающие процессы и необходимые условия укрепления грунтов
вяжущими материалами.
4. Виды грунтов, подвергаемых укреплению вяжущими материалами и
способы их введения
5. Полимерные вяжущие и особенности укрепления ими грунтов.
1. Минеральные вяжущие материалы. Их свойства и методы
лабораторных испытаний.
Минеральные
вяжущие
материалы
представляет
собой
порошкообразные вещества, которые при перемешивании с водой образуют
пластичную смесь, постепенно твердеющую и образующую камневидное
тело.
Минеральные вяжущие материалы подразделяются на воздушные
(твердеют и не снижают прочности на воздухе) и гидравлические (твердеют
и сохраняют прочность на воздухе и в воде).
К первым относятся: воздушная известь, строительный гипс,
каустический магнезит, каустический доломит, ангидритовый цемент.
Ко вторым относятся: портландцемент, глиноземистый цемент,
романцемент и гидравлическая известь.
Наиболее распространенными и важными минеральными вяжущими
материалами этих двух групп являются: строительная воздушная известь
(первая группа) и портландцемент (вторая группа). Рассмотрим свойства и
методы их лабораторных испытаний.
Известь строительная воздушная. В дорожном строительстве
известь применяется для укрепления грунтов в качестве самостоятельного
69
вяжущего и как активная добавка при укреплении грунтов с другими
вяжущими материалами(цементами и битумами).
Известь строительная воздушная - это вяжущее вещество, которое
получается при равномерном, не доходящем до спекания обжиге известняка,
известняковых доломитов и доломитов.
Строительная воздушная известь подразделяется на следующие виды:
 известь негашеная комовая, получаемая после обжига;
 известь негашеная молотая, получаемая в процессе тонкого помола
комовой извести;
 известь гидратная, получаемая в процессе гашения извести;
 известковое тесто, образующееся при гашении извести избытком
воды.
Для улучшения качества, регулирования сроков схватывания и
уменьшения расхода извести в процессе измельчения или после помола
могут вводиться тонкомолотые минеральные добавки: гипс, шлаки, золы,
трепелы, туфы и т.п.
Главной активной составляющей негашеной извести является
безводная окись кальция кальция CaO, второстепенной окись магния MgO.
По относительному содержанию окиси кальция и магния различают известь
кальциевую (до 5% MgO, магнезиальную (5 -20% MgO) и доломитовую (2040% MgO).
Основными свойствами извести строительной воздушной являются:
а)
б)
в)
г)
содержание активных составляющих(CaO и MgO) в %;
содержание не погасившихся зерен;
тонкость помола;
скорость гашения.
Определение содержания активных составляющих CaO и MgO
производится методами химического анализа (ГОСТ 9179-59.)
Определение содержания не погасившихся зерен. Приготовленное и
выдержанное в течение 24 ч. известковое тесто, состоящее из 1 кг негашеной
извести разбавляют водой до консистенции известкового молока, промывают
слабой непрерывной струей воды на сите с сеткой № 063, слегка растирая
кусочки стеклянной палочкой с резиновым наконечником. Остаток частиц
на сите высушивают до постоянной массы при температуре 105 -110оС.
70
Затем определяют процентное содержание массы полученного остатка, т.е.
не погасившихся зерен извести.
Определение тонкости помола. Через поставленные одно на другое
сито № 063 и № 009 просеивают пробу молотой порошкообразной извести в
количестве 50г. Просеивание считают законченным, если при
дополнительном просеивании в течение 1 мин. через эти сита проходит не
более 0,1г. Величина остатка на каждом сите в граммах, умноженная на 2,
соответствует остатку на сите соответствующих зерен в процентах.
Определение скорости гашения. Фарфоровый стакан емкостью 150 мл
помещают в сосуд с размерами на 40 -60 мл большими, чем размеры стакана.
Объем между стенками и днищами этих двух сосудов заполняют плотно
уложенным термоизоляционным
материалом (асбестовой мелочью,
минеральной ватой и др.). Навеску предварительно измельченной в ступке
извести в количестве 10г помещают в фарфоровый стакан, заливают в него
20мл воды при температуре 20оС и закрывают стакан с пробкой, через
которую пропущен термометр со шкалой до 150оС. Хвостовая часть
термометра должна иметь длину 100-150 мм, чтобы ртутный шарик был
погружен в смесь извести с водой.
После установки пробки с термометром смесь взбалтывают и
оставляют в покое. Через 30 сек, после заливания воды производится первая
фиксация температуры смеси. За показателями термометра необходимо
следить непрерывно, чтобы зафиксировать максимальную температуру и
начало ее падения. Время в минутах от момента приливания воды к извести
до начала падения температуры принимают за скорость гашения извести.
Портландцемент. В дорожном строительстве для приготовления
дорожных цементных бетонов и укрепления грунтов с успехом принимается
портландцемент и его разновидность.
Портландцемент получается путем совместного тонкого измельчения
цементного клинкера и гипса. Портландцемент представляет собой порошок
серо-зеленого цвета. Удельная масса его 3,10 -3,15 г/см3, объемная масса в
рыхлом состоянии 1200 кг/м3, в уплотненном состоянии 1400-1600 кг/м3.
Известны
следующие
разновидности
портландцемента:
пластифицированный гидрофобный, быстротвердеющий сульфатостойкий.
В дорожном строительстве кроме обычного портландцемента применяются
такие его разновидности, как пластифицированный и гидрофобный. По
механической прочности цементы подразделяют на марки: 300, 400, 500, 550,
71
600. Марка цемента определяется пределом прочности при изгибе и сжатии
образцов.
К важнейшим свойствам портландцемента относится: объемная
масса и тонкость помола. Методы определения таких свойств
портландцемента, как плотность и объемная масса подобны методам
определения данных свойств грунтов.
Тонкость помола портландцемента определяется остатками на ситах
№0,200 и №0,080 (размеры отверстий в свету соответственно 0,2 и 0,08 мм), а
также удельной поверхностью, определяемой на специальных приборах
(конструкции Торопова, ПСХ-2 и др.).
Тонкость помола портландцемента определяется ситовым анализом с
использованием стандартного набора сит и прибора для механического
просеивания.
Навеску (50г) портландцемента, предварительно высушенного в
сушильном шкафу в течение 1ч при температуре 105-110оС, высыпают на
механическое сито №008. Сито закрывают крышкой и устанавливают на
прибор для механического просеивания, которое продолжается примерно 20
минут, после чего вынимают сито из прибора и, осторожно сняв крышку и
поддон, вручную проводят контрольное просеивание над белой бумагой в
течение 1мин. Если при ручном просеивании сквозь сито проходит более
0,05г цемента, просеивание считают законченным. Тонкость помола
определяется с точностью до 0,1% от массы остатка на сите № 008,
выраженной в процентах к первоначальной массе просеиваемой пробы.
Изменение тонкости помола портландцемента влияет на такие его свойства,
как прочность, скорость твердения, морозостойкость. Обычные
портландцементы характеризуются остатком на сите № 0080 4 -8% (по массе)
и удельной поверхностью 2500 -3500 см2/г.
2. Органические вяжущие материалы. Их классификация, свойства и
методы лабораторных испытаний.
К органическим вяжущим, применяемые в дорожном строительстве в
качестве вяжущего или гидроизоляционного материала, относят битумные и
дегтевые материалы. Битумные материалы принято разделять на вязкие
(полутвердые и твердые) и
жидкие битумы, битумные эмульсии и
битумные пасты; дегтевые – на каменноугольные пеки, каменноугольное
масло, каменноугольные, буроугольные, сланцевые, торфяные и древесные
дегти, дегтевые эмульсии и пасты.
72
Битумы, применяемые в дорожном строительстве, могут быть:
природными, нефтяными и сланцевыми.
Природные битумы подразделяются на твердые (асфальтиты), вязкие
(мальты) и жидкие (тяжелые нефти).
Нефтяные битумы делятся две большие группы: вязкие и жидкие.
Дегти получают при перегонке без доступа воздуха каменного угля,
горючих сланцев, торфа и древесины. Каменноугольный пек-это твердый и
полутвердый остаток фракционной перегонки сырого каменного дегтя.
Битумные и дегтевые эмульсии применяют в качестве вяжущего при
строительстве, ремонте и обеспыливании дорожных покрытий. Эмульсии
представляют собой смесь вяжущих материалов (битума, дегтя),
эмульгаторов и воды.
Битумные эмульсии относятся к эмульсиям прямого типа, в которых
тонкодисперсный битум эмульгирован воде в количестве 30-70% по массе.
Эмульсии обратного типа, в которых вода диспергирована
вяжущими, могут быть битумными и дегтевыми. В этих эмульсиях вяжущие
содержатся в количестве 70-80% по массе. В зависимости от вида
эмульгатора прямые эмульсии могут быть щелочными и кислыми. В качестве
эмульгаторов используют поверхностно-активные вещества (ПАВ)- высшие
органические кислоты (жирные, смоляные, нафтеновые, сульфонафтеновые)
или их щелочные соли (мыла): мылонафты, окисленный петролатум,
сульфатное мыло, сосновая сырая смола и др.
Органические вяжущие материалы, применяемые в дорожном
строительстве, должны обладать комплексом свойств, обеспечивающих
необходимую работоспособность и долговечность дорожных покрытий и
оснований, устроенных на основе этого вяжущего:
а) хорошее сцепление с поверхностью минеральных материалов,
обеспечивающее водоустойчивость асфальтобетона;
б) пластичность
и
эластичность
при
низких
температурах,
обеспечивающие трещиностойкость дорожных покрытий в зимневесенний период;
в) прочность и теплоустойчивость при высоких температурах,
обеспечивающие сдвигоустойчивость покрытий в жаркие летние дни;
73
г) устойчивость против старения в условиях технологической
переработки (выпаривание, нагревание, смешение с горячими
минеральными материалами) и в период эксплуатации.
К важнейшим свойствам органических вяжущих материалов
относятся:
 для битумов: растяжимость, температура размягчения, температура
хрупкости, удельная масса, температура вспышки, абсолютная и
условная вязкость и др.
 для эмульсий: вязкость, скорость распада, однородность, устойчивость
и др.
 для дегтей: удельная масса, вязкость, температура размягчения,
фракционный состав и др.
 для определения основных свойств битумов применяются следующие
методы (приборы): для определения растяжимости битума применяется
прибор, получивший название дуктилометр (дуктилометрический
метод). Испытание заключается в определении максимальной нити, в
которую может растянуться без разрывов образец битума стандартного
размера при скорости растяжения 5 см/мин при температуре +25оС.
 удельная масса битума определяется пикнометрическим методом
(пикнометр) как отношение массы некоторого его объема при
температуре +20оС к массе такого же объема воды при температуре
+4оС;
 определение абсолютной вязкости в ротационном вискозиметре
(вискозиметр РВ-7 или РВ-8). Испытание заключается в изменении
скорости сдвига тонкого слоя битума, находящегося между двумя
коаксиальными цилиндрами, один из которых закреплен неподвижно, а
второй вращается под действием приложенного к нему постоянного
момента.
Определение условной вязкости стандартным вискозиметром.
Испытание заключается в измерении времени, в течение которого 50 мл
битума при температуре +60оС протекает через калиброванное отверстие
стандартного вискозиметра диаметром 5мм.
Для определения основных свойств битумных эмульсий применяются
следующие методы (приборы):
74
 вязкость определяется на приборе типа ВУМ (модифицированный
прибор Энглера) путем процеживания тщательно размешенной
эмульсии через металлическую сетку с размерами отверстий 0,63 мм;
 скорость распада эмульсий определяется с целью установления класса
их. Испытание заключается в определении времени комкования смеси
цемента с эмульсией;
 определение однородности эмульсий ситовым способом. Испытание
заключается в определении содержания в эмульсии частиц, не
прошедших через сита 0,63 и 0,14мм;
 определение основных свойств дегтей. Определение удельной массы
дегтя производится весовым методом (с помощью весов Морга Вестфаля). Испытание заключается в определении разницы в массе
цилиндрического груза в воздухе и дегте;
 вязкость дегтя определяется в стандартном вискозиметре так же, как и
жидкого битума, с изменениями: а) вязкость первых трех марок дегтя
определяют при +3оС, а 4 и 5 марок соответственно при +50оС;
б) вставочное дно стакана вискозиметра заменяется на другое,
имеющее диаметр сточного отверстия 10мм.
3. Протекающие процессы и необходимые условия укрепления
грунтов вяжущими материалами
Под искусственным укреплением грунтов следует понимать
совокупность мероприятий технологического и строительного порядка,
обеспечивающих в результате воздействия на грунт добавок вяжущих и
других веществ, высокую прочность и водоустойчивость последнего.
При введении вяжущих в грунте и в самом вяжущем протекают
различные сложные процессы.
К основным из них можно отнести
следующие:
химические, при которых образуются нерастворимые вещества в виде
соединения за счет полимеризации (синтез полимеров при взаимодействии
молекул мономеров без выделения побочных соединений) и конденсации
(переход вещества из газообразного состояние в жидкое или твердое);
физико-химические, к которым относятся такие процессы, как
ионообмен, необратимая коагуляция, микроагрегирование, обуславливающие
образование структуры, которая, в свою очередь влияет на качества
приобретаемые грунтом;
75
укрепление грунтов вяжущими материалами будет давать
положительный результат( улучшение таких качеств, как прочность,
водоустойчивость, устойчивую связность и погодоустойчивость) лишь при
соблюдении следующих условий:
1) гранулометрический и минералогический составы грунта должны
соответствовать химическому составу вяжущего;
2) размельчение грунта должно быть таким, при котором частиц крупнее
10 мм будет не более 10%,а частиц менее 2 мм - не менее 50%, т.е.
размельчение должно привести к распаду массы грунта до прочных
составляющих;
3) количество вносимого (вводимого) вяжущего должно соответствовать
составам грунта;
4) должно быть достигнуто
равномерное распределение вяжущего
материала в грунте с точным соблюдением установленной добавки его
(цемента, битума и т.д.).
5) достигнуть равномерного увлажнения грунта до оптимальной
влажности и уплотнения обработанного грунта до максимальной
плотности.
Кроме названных обязательных условий, которых следует
придерживаться при укреплении грунтов, необходимо учитывать также,
скорость твердения вяжущего, его химическую активность, вязкость и т.д. –
все это также будет влиять на конечный результат укрепления грунта.
Следовательно, перед вводом вяжущего надо знать об укрепляемом
грунте следующее: гранулометрический состав, число пластичности,
пористость, оптимальную влажность, максимальную объемную массу,
предел прочности при сжатии, модуль деформации оптимально влажных
грунтов, кислотность водной суспензии грунта и пр., а о вводимом вяжущем:
химический и компонентный состав, марку, химическую активность, срок
схватывания, температуру размягчения и др. показатели его свойств.
4. Виды
грунтов,
подвергаемых
материалами, и способы их введения.
укреплению
вяжущими
При укреплении грунт участвует не как инертная, а как активная среда,
поэтому при выборе способа укрепления и разработке технологии работ
необходимо учитывать физические и химические свойства грунтов.
Грунты,
подвергаемые
укреплению,
должны
удовлетворять
требованиям СН 25-64. Лучше всего укрепляются грунты оптимального
76
состава с наличием крупных фракций. В зависимости от вида вяжущего
материала предъявляются и особые специфические требования.
Например: песчаные грунты не рекомендуется укреплять цементом,
ибо не получается достаточной водо - и морозоустойчивости покрытия.
Тяжелые суглинки и глины с числом пластичности 27 и влажностью границы
текучести более 55 % также не рекомендуется укреплять цементом, известью
и жидким стеклом, потому что они очень плохо перемешиваются с
вяжущими.
Вместе с этим, цементом не разрешается укреплять гумусовые
горизонты почв, содержащие не более 6 % по массе гумусовых веществ.
Глины с числом пластичности от 17 до 27 и содержащие не более 45 %
частиц размером не менее 0,5 мм можно укреплять цементом и известью
лишь после введения гранулометрических (песчаных и гравийных) добавок с
применением химических веществ, уменьшающих смачиваемость глинистых
частиц и размокание крупных агрегатов (фракций).
Грунты, имеющие кислую реакцию (pH<5,5), допускается укреплять
цементом после добавки извести в количестве 1,5 + 2 % от массы грунта.
При укреплении цементом наибольшую прочность приобретают
грунты, содержащие до 25 % глинистых и 15 % пылеватых фракций.
При укреплении
ограничивается.
известью
количество
пылеватых
частиц
не
Для укрепления грунтов в лесных зонах наибольшее применение
находят нормальные и алитовые портландцементы марок 400, 500 со сроком
схватывания не менее 2 ч. Известь, используемая в качестве добавки, должна
быть первого или второго сорта.
Битумогрунты приготавливаются на основе нефтяных битумов и
эмульсий. В условиях
климатической зоны следует применять
преимущественно битумные эмульсии 30÷60 % -й концентрации,
приготовленные из битумов марок БНД-90/180 и БНД -60/90, а также
жидких класса СГ. По условиям удобообрабатываемости грунтов при
смешении фрезами и автогрейдерами для обработки супесей, песков и
гравийных смесей следует применять битумы марок СГ -25/40 или МГ 25/40, для обработки суглинистых грунтов – битумы марок СГ -15/25 и МГ25/40.
77
При смешивании грунтов передвижными смесителями для укрепления
песчаных и супесчаных грунтов следует применять вяжущие материалы
(битумы) марок СГ – 40/70 , МГ- 40/70 и для обработки суглинистых –
битумы марок СГ -25/40 , МГ -25/40.
При укреплении грунтов введение в них вяжущих материалов может
производиться следующими способами:
1) Смешение на месте. Этот способ применим для всех видов
вяжущих, в результате чего получил самое широкое распространение в
условиях лесного комплекса. Однако для него характерны такие недостатки:
трудно точно дозировать вяжущее и воду, сложно обеспечить достаточно
оптимальное измельчение и перемешивание, а также выдержать по участку
нужную толщину укрепляемого слоя;
2) Смешение в установке. Смешение грунта с вяжущими
материалами производиться в передвижной смесительной машине (
установке
).
При
этом
используются
вяжущие,
у которых
структурообразование наступает не сразу (например битум, известь) и для
которых можно выдержать точное дозирование и обеспечить качественно е
перемешивание;
3) Пропиткой вяжущих материалов. Для этого способа
характерным является использование вяжущих, способных самопроизвольно
проникать в грунт и активно взаимодействовать с ним (фурфурол, анилин,
фосфорная кислота, битумные и дегтевые эмульсии). Особенностью этого
способа является также и то, что перед введением вяжущего не требуется
разрыхления и измельчения грунта, а после разлива вяжущего –
перемешивание и уплотнение;
4) Инъекций вяжущих материалов. Способ применяется в условиях
отсутствия возможного нарушения грунтовой толщи, например при уже
существующем инженерном сооружении (действующей автомобильной
дороги), которое находиться на расслабленном грунте (основании). При этом
способе используют специальные иньекторы, в которое вяжущее подаѐтся
под давлением, а из них самопроизвольно проникает в толщу грунта
(фенольная и полимерная смолы, силикат натрия и т. п.)
При введении в грунты органических («черных») вяжущих материалов,
образуется структура с преобладанием структурных связей типа
коагуляционных. При этом структурообразование должно происходить в
период теплой сухой погоды (летом) в течение 5÷7 суток, а для упрочнения
78
структуры можно использовать дополнительные вяжущие (как добавки) в
виде цемента, фурфурола, анилина и др.
Порошкообразные минеральные вяжущие (цемент, известь, зола,
суперфосфат, фосфоритная мука и т.д.) можно вводить в грунт способом
смешения, а такие минеральные вяжущие, как силикат натрия, фосфорная
кислота по трем способам, а в некоторых случаях и по четырем.
5. Полимерные вяжущие и особенности укрепления ими грунтов.
Помимо минеральных и органических вяжущих материалов, широкое
распространение в настоящее время для укрепления грунтов получили
полимерные вяжущие (фурфуроланилиновая, карбамидоформальдегидная,
резорцинформальдегидная, лигнин, фенолоформальдегидная и фенольная
смолы, сульфитная барда и ее концентрат).
Полимерные вяжущие (полимеры) в дорожном строительстве могут
использоваться как основное вяжущее и как дополнительное. Способы
введения их в грунт можно применять все без исключения, что
обуславливается их высокой химической активностью. При введении
полимеров в грунт наблюдаются как адгезионные, так и когезионные
процессы.
Преобладание
адгезионных
процессов
обуславливает
гидрофобность укрепленного грунта. Совместное появление обоих
процессов способствует образованию высокотоксичной и хорошо
гидрофобизированной структуры грунта. Особо следует отметить, что
некоторые полимерные вяжущие весьма выгодно отличаются от других
вяжущих (минеральных и органических), так как используются
(применяются для укрепления грунтов) в очень небольших количествах,
например, фурфуроланилиновая смола.
Рассмотрим основные виды полимерных вяжущих и особенности
укрепления грунтов ими.
Фурфуроланилиновая синтетическая полимерная смола (ФАС)
получается в результате взаимодействия фурфурола и анилина при
соотношении 1:2 (1:3), т.е. 34% фурфурола и 66% анилина.
Фурфурол C4H2OCOH – ароматический альдегид, получаемый как
отход при переработке различного растительного сырья в бумажногидролизной и других промышленностях. Он имеет темно-коричневый цвет,
замерзает при -370С и имеет температуру кипения +1620С.
Анилин C6H5NH2 – ароматический амин, получаемый из бензола (по
реакции Н. И. Зинина) или из ацетилена (по способу Н. Д. Зелинского),
замерзает при -60С и имеет температуру кипения +1850С.
79
Полимер (фурфуроланилиновая смола) образуется из названных
компонентов при экзотермическом эффекте. На скорость взаимодействия
реагентов влияет температура воздуха: чем она выше, тем быстрее реакция.
Полимером (ФАС) можно укреплять почти все виды грунтов - от
песков до тяжелых суглинков. Дозировка вяжущего при этом в зависимости
от вида грунта может быть в пределах от 0,5 до 4% от массы последнего.
Реагенты, т.е. фурфурол и анилин, вносятся в предварительно
увлажненный грунт последовательно. При этом наблюдается быстрое
структурообразование, т.е. примерно через сутки возможно использование
укрепленного грунта. Укрепленный ФАС грунт приобретает хорошие
качества - достаточно высокую прочность и хорошую гидрофобность.
Карбамидоформальдегидная
(мочевиноформальдегидная
или
карбамидная) смола получается при поликонденсации мочевины (карбамида)
или ее производных с формальдегидом.
Для укрепления грунтов наиболее пригодны смолы: МФ
(мочевиноформальдегидная), МФФ (мочевинофурфуролформальдегидная) и
УКС (универсальная карбидная смола). МФФ имеет вид однородной
жидкости белого и светло-коричневого цвета с содержанием сухого остатка
до 70%, растворима в воде.
Вместе с этим - это сиропообразная жидкость светло-коричневого
цвета с содержанием 68÷70% сухого остатка и 5% фурфурола.
Укреплять карбидными смолами можно грунты различного
гранулометрического состава со слабокислой или нейтральной реакцией.
Лучшие результаты достигаются при укреплении супесей и песков, в том
числе и пылеватых.
Полимер (карбамидоформальдегидная смола) используется для
укрепления грунтов с отвердителем в виде соляной, фосфорной и щавелевой
кислот, а также хлорида аммония и хлорида железа.
Формирование структуры должно происходить в условиях сохранения
влажности.
Полимер (карбамидные смолы) можно вводить в воздушно-сухой и
переувлажненный грунт. В первом случае структурообразование идет за счет
когезионных процессов, которые обуславливают «склеивание» частиц и
агрегатов грунта.
Во втором случае, т.е. при укреплении переувлажненных грунтов,
происходит связывание воды студенеобразным продуктом-гелем смолы, с
последующим его твердением и закреплением частиц грунта.
Резорциноформальдегидная смола образуется при взаимодействии
резорцина с формальдегидом - продуктами химической промышленности.
80
Резорцин относится к группе фенолов, хорошо растворим в воде и имеет
повышенную химическую активность. Формальдегид - простейший альдегид.
Полимер (резорциноформальдегидная смола) образуется при
соотношении реагентов (строго выдержанном) 1:2.
Для отвердения смолы используются дополнительные вяжущие известь, силикат натрия, сернокислый анилин, соленая кислота.
Особенностью полимера является то, что при своем образовании он
может связывать (поглощать) воду в объеме в 2÷2,5 раза больше своего,
поэтому его используют для укрепления переувлажненных грунтов.
Помимо названных в дорожном строительстве, для укрепления грунтов
применяются и другие полимеры, а именно фенолоформальдегидная смола и
сульфитная барда.
Вводить в грунт все полимерные вяжущие лучше всего способами
смешения и пропиткой (в случае жидкого состояния вяжущего). При этом
необходимо помнить, что они химически активны. Поэтому при работах с
ними требуется строгое выполнение правил безопасности жизнедеятельности
и
точное
дозирование
компонентов,
т.к.
при
остатке
непровзаимодействующего (или неотвержденного) компонента нарушаются
нормы охраны окружающей среды и работающих людей.
ЛЕКЦИЯ 9
Тема: КЛАССИФИКАЦИЯ, СВОЙСТВА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
СМЕСЕЙ МИНЕРАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ВЯЖУЩИМИ.
Вопросы:
1. Асфальтобетон. Классификация, свойства и применения.
2. Цементобетон. Классификация, свойства и применение.
3. Местные дорожно-строительные материалы.
1. Асфальтобетон, Классификация, свойства и применения.
Асфальтобетоном (дегтебетоном) называется дорожно-строительный
материал, получаемый при уплотнении асфальтобетонных (дегтебетонных)
смесей.
Асфальтобетонные (дегтебетонные) смеси состоят из щебня, песка,
минерального порошка и битума (дегтя), перемешанных в определенных
пропорциях до полной однородности в подогретом состоянии.
Температура подогрева смешиваемых материалов зависит от вязкости
применяемого битума (дегтя): чем более вязок битум, тем до более высокой
температурой подогреваются составляющие материалы.
81
Соотношение составляющих материалов находят таким, которое
обеспечивало бы получение монолитного материала, обладающего
требуемой
плотностью,
прочностью,
сдвигоустойчивостью,
трещиностойкостью и водоустойчивостью.
Асфальтобетон (дегтебетон) классифицируется по следующим
признакам:
а) в зависимости от температуры укладки и вязкости применяемых
битумов они подразделяются на следующие виды:
 горячие, приготовляемые на основе вязких битумов марок БНД90/130, БНД-60/90, БНД-40/60, укладывают и уплотняют при
температуре 120÷160°С;
 теплые, приготовляемые на основе мало вязких битумов марок
БНД-200/300, БНД-130/200 и жидких битумов марок БГ-70/130,
СГ-130/200, укладывают и уплотняют при температуре 60÷80°С
или при температуре выпуска их из смесителя 80÷100о С;
 холодные, приготовляемые на основе жидких битумов марок СГ70/130, МГ-70/130, укладывают и уплотняют при температуре
окружающего воздуха, но не ниже +10°С, или при температуре
выпуска из смесителя 80÷100° С;
б) в зависимости от вида каменного материала:
 щебеночные, состоящие из щебня, песка, минерального порошка и
битума;
 гравийные, состоящие из гравия, песка или гравийно-песчаного
материала, минерального порошка и битума;
 песчаные, состоящие из природного или дробленого песка,
минерального порошка и битума;
в) по размеру зерен (фракций) входящих в состав каменных материалов:
 крупнозернистые с зернами до 40 мм;
 среднезернистые с зернами до 20 мм;
 мелкозернистые с зернами размером до 15(10) мм;
 песчаные с размерами зерен до 5 мм;
г) в зависимости от применения по плотности асфальтобетоны
подразделяются на:
 плотные, обладающие остаточной пористостью 3÷5% и
применяемые в верхних слоях покрытий с обязательным
содержанием минерального порошка;
 пористые, обладающие остаточной пористостью от 5 до 10% и
применяемые в нижних слоях покрытий, не содержащие
82
минерального порошка или содержащие до 4% фракций мельче
0,071 мм;
д) по величине коэффициента сцепления ведущих колес автомобиля с
поверхностью покрытия асфальтобетоны могут быть:
 шероховатыми с коэффициентом сцепления φ>0,40;
 скользкими с коэффициентом сцепления φ<0,40.
В условиях промышленных производств лесного комплекса
автомобильные дороги круглогодового действия с асфальтобетонными
покрытиями явление весьма редкое. С таким видом покрытия, как правило,
устраиваются магистральные дороги большой интенсивности движения
различного вида транспорта.
Свойства асфальтобетона (дегтебетона), уложенного в покрытие
должны соответствовать условиям движения транспортных средств,
климатическим и погодным воздействиям.
Несоответствие между свойствами асфальтобетона и воздействующими
на него факторами приводит к возникновению и развитию пластических
деформаций и хрупких разрушений.
Пластические деформации и хрупкие разрушения уменьшают
работоспособность асфальтобетонных (дегтебетонных) покрытий и их
долговечность.
Вместе с этим, существенным дефектом асфальтобетонных
(дегтебетонных) покрытий является их скользкость, снижающая
безопасность движения даже при малых скоростях и совершенно
исключающая возможность скоростного движения.
Для работы покрытий без деформаций и разрушений на протяжении
всего срока нормативной долговечности, а также для снижения скользкости
асфальтобетон (дегтебетон) должен обладать комплексом свойств,
главнейшими из которых являются:
а) сдвигоустойчивость, соответствующая условиям движения и
максимальным летним температурам;
б) деформативность при растяжении и изгибе в области отрицательных
температур;
в) релаксационная
способность,
соответствующая
максимальной
скорости понижения температуры в зимний период;
г) водостойкость, соответствующая климатическим условиям и
транспортным нагрузкам;
д) морозостойкость, соответствующая климатическим условиям.
83
Перечисленные свойства могут быть обеспечены только при получении
оптимальной структуры асфальтобетона (дегтебетона), различной для
разнообразных эксплуатационных условий.
2. Цементобетон. Классификация, свойства и применение.
Цементобетоном называют искусственный каменный материал,
получаемый в результате затвердения рационально запроектированных смеси
цемента, воды, заполнителей (песка, щебня или гравия) и различных добавок,
вводимых бетонную смесь с целью улучшения технических свойств
бетонной смеси и бетона.
Цементобетон классифицируется по следующим признакам:
1) в зависимости от его объемной массы на:
 особо тяжелые - объемная масса более 2500 кг/м3;
 тяжелые, с объемной массой в пределах 1800-2500кг/м3;
 легкие, с объемной массой в пределах от 500 до 1800 кг/м3;
 особо легкие, с объемной массой менее 500 кг/м3.
2) по крупности минерального заполнителя:
 мелкозернистые с наибольшим размером заполнителя по диаметру до
10мм;
 крупнозернистые с размером заполнителя до 150 мм;
Для дорожных покрытий применяют цементобетон с максимальным
размером заполнителя до 40 мм, для оснований под усовершенствованные
капитальные покрытия - до 70 мм;
3) по структурному составу:
 плотные, в которых до 94% пространства между зернами заполнителей
занято затвердевшим вяжущим;
 крупнопористые со значительно меньшим процентом заполнения;
 поризованные, в которых крупный заполнитель связан с поризованным
затвердевшим вяжущим;
 ячеистые, сплошь состоящие из поризованного затвердевшего
вяжущего кремнеземистого компонента.
4) по условиям твердения на:
 естественного твердения;
 подвергнутые тепловой обработке при атмосферном давлении;
 подвергнутые тепловой обработке при повышенном давлении (в
автоклавах).
Цементобетон (бетон), как дорожно-строительный материал, обладает
следующими
свойствами:
прочностью,
морозостойкостью,
84
истираемостью, усадкой, модулем упругости и коэффициентом
температурного расширения.
Основной контролируемой характеристикой бетона является его
прочность на сжатие, определяемая термином класс бетона.
Марку бетона по прочности на сжатие определяют испытанием
образцов - кубов размером 20х20х20 см после 28 дней твердения в
нормальных (стандартных) условиях, характеризуемых температурой 20±3оС
и относительной влажностью воздуха во время твердения не ниже 90%.
Морозостойкость
бетона
оценивается
количеством
циклов
замораживания бетонных образцов-кубов в водонасыщенном состоянии при
температуре -15оС и оттаиванием их в воде при температуре +15÷20оС.
Истираемость бетона - способность бетона длительное время
сопротивляться воздействию касательных и ударных сил, вызываемых при
проезде по нему различных транспортных средств, характеризуют
показатели истираемости бетона.
Усадка. При твердении бетона или цементного раствора на воздухе их
объем постепенно уменьшается. Это свойство бетона и раствора принято
называть усадкой.
Модуль упругости бетона является мерой его упругих свойств. Он
определяется при сжатии, растяжении при изгибе и осевом растяжении.
Коэффициент
температурного
расширения.
Изменение
геометрических размеров бетонного элемента (конструкции) при нагревании
или охлаждении характеризуются коэффициентом температурного
расширения (сжатия).
Дорожный цементобетон (бетон) относится к тяжелым бетонам. Его
применяют для устройства однослойных и верхнего слоя двухслойных
покрытий,
нижнего
слоя
двухслойных
покрытий,
оснований
усовершенствованных
капитальных
покрытий.
Для
строительства
искусственных сооружений применяют тяжелые и легкие бетоны или их
разновидность железобетон, т.е. армированный цементобетон. Для
армирования железобетонных конструкций применяют стержневую и
проволочную арматуру.
3. Местные дорожно-строительные материалы.
В дорожном строительстве предприятий лесного комплекса
целесообразно максимально использовать местные материалы, до минимума
сокращая при этом привозные.
Местные строительные материалы очень разнообразны и по
номенклатуре, и по своим свойствам.
85
К ним относятся различные отходы и побочные продукты местных
промышленных производств, т.е. производств, расположенных в
непосредственной близости к лесопромышленным предприятиям. Вяжущие
свойства у них, как правило, значительно ниже, чем в традиционно
используемых в дорожном строительстве материалах. Поэтому при
использовании местных строительных материалов в дорожном строительстве
к ним следует подбирать дополнительные вещества, которые будут
пробуждать их вяжущие и другие активные свойства. К таким материалам
можно отнести: доменные шлаки, отходы угольной промышленности,
отходы литейного производства, отходы производства сахара, фосфогипс,
нефтешлак, нефелиновый шлак, древесина и т.д.
Доменные шлаки являются в основном отходами при выплавке чугуна.
Выход их составляет от 8 до 80% количества выплавляемого чугуна. Шлаки,
в которых содержится более 45% оксида кальция, используют при получении
цемента, а шлаки с меньшим содержанием оксида кальция медленно
охлаждают, затем массу шлака взрывают (в отвалах) и фракционируют,
получая шлаковый щебень. Если огненно жидкие сплавы доменных шлаков
вспучивать путем нагнетания воздуха, можно получить такой материал, как
термозит, а если добавить в доменный шлак кварцевого песка и сульфата
натрия, то получится такой материал, как шлакосилат.
Отходы угольной промышленности - это породы, состоящие из
глинистых, песчаных сланцев, известняков, песчаников и других горных
пород, которые смешаны с отходами угля, горячих сланцев, серы. Под
воздействием кислорода отходы угля и серы самовозгораются, при этом
создается высокая температура (до 1000оС), вследствие чего порода
подвергается естественному обжигу. В результате, которого образуются так
называемые горелые породы, которые и используются как местный дорожностроительный материал.
В процессе литейного производства используемые для формования пески
приобретают свойства близкие естественным супесям и их с успехом
используют в строительстве дорог под названием горелые формовочные
земли.
Отходы сахарных заводов - это мелкая пыль из гидрофобного
минерального порошка, который состоит из углекислого кальция(84÷87%) и
органических примесей. Она хорошо смешивается с органическими
вяжущими, поэтому еѐ добавляют в них, тем самым уменьшая расход
последних.
Фосфогипс – двойной сульфат кальция (гипс) с примесями песка, глины
и неразложившихся фосфоритов является отходом производства
86
преципитата, двойного суперфосфата, аммофоса и других фосфорных
удобрений. В дорожном строительстве его можно использовать для
укрепления песчаных и суглинистых грунтов и как дополнительное вяжущее
к цементу.
Нефтешлак – отходы при переработке нефти, накапливающиеся в виде
слоистой эмульсии в специальных отстойниках. Применяют его в качестве
добавки при смешении с органическими вяжущими материалами, а за
неимением последних используют как основное органическое вяжущее.
Нефелиновый шлам – отходы алюминиевой промышленности.
Кремнезем, который при обжиге нефелиновой руды, переходит в
двухкальциевый силикат и остается в отходах, принято называть
нефелиновым шламом, так как нефелиновый шлам имеет вяжущее свойство,
то его используют совместно с известью или цементом при укреплении
супесчаных и легко суглинистых грунтов.
Лесоматериалы в дорожном строительстве используют для
строительства деревянных мостов и труб, изготовление деревянного
инвентарного покрытия колейных лесовозных дорог (щитов). Для
увеличения срока службы деревянных конструкций мостов, подверженных
воздействиям атмосферных осадков, поверхностных и грунтовых вод и
другим климатическим воздействиям, осуществляется антисентирование
древесины.
ЛЕКЦИЯ 10
Тема: КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ
ЧАСТИ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН
Вопросы:
1. Виды работ, выполняемых при строительстве лесных дорог
различного назначения.
2. Классификация дорожно-строительных машин.
3. Основные конструктивные части дорожно-строительных машин.
1. Виды работ, выполняемых при строительстве лесных дорог
различного назначения
При строительстве лесных дорог различного назначения в условиях
лесного комплекса можно выделить следующие виды основных работ:
подготовительные работы; земляные работы в дорожном строительстве;
работы по строительству дорожных покрытий; работы по строительству
87
искусственных сооружений; работы, связанные с эксплуатацией и ремонтом
дорог различного назначения.
В состав подготовительных работ, в дорожном, строительстве в
условиях лесного комплекса входят следующие операции: корчевка пней
большого диаметра или срезка их в уровень с землей; раскорчевка
(вычесывание корневых систем) на участках, подлежащих разработке
грунтов; срезка кустарника и подроста с уборкой валежника; снятие
растительного слоя и рыхление грунтов с удалением камней (валунов) и т.п.
Перед проведением подготовительных работ в действующих
лесопромышленных предприятиях на отведенных площадях, покрытых
лесонасаждениями выполняются лесозаготовительные операции силами
специализированных постоянно действующих бригад, оснащенных
необходимым лесозаготовительным оборудованием.
Земляные работы на строительстве лесных дорог различного
назначения в условиях лесного комплекса в общем объеме работ занимают
превалирующее значение. По своей специфике и особенностям, безусловно,
земляные работы на строительстве лесных дорог значительно отличаются от
земляных работ на строительстве дорог в обычных условиях.
При строительстве дорог земляные работы подразделяются на:
линейные и сосредоточенные. К линейным относятся такие земляные
работы, объемы которых сравнительно равномерно распределены по всей
длине строящейся дороги. К сосредоточенным относятся работы по
сооружению высоких насыпей, разработке глубоких выемок, устройству
дамб на подходах к мостам и прочим сооружениям при пересечении водных
преград, объем которых значительно превышает средний объем линейных
работ на единицу длины дороги.
В комплекс земляных работ по устройству земляного полотна (дороги
грунтового типа) в свою очередь входят подготовительные, основные и
отделочные работы.
 Подготовительные работы включают в себя: разбивочные
работы; устройство нагорных канав в местах разработки выемок;
устройство осушительных канав на заболоченных участках;
устройство уступов на крутых косогорах.
 В состав основных земляных работ входят: разработка грунта в
резерве, карьере или выемке и перемещение его в тело насыпи
или в отвал (кавальер); послойное разравнивание и уплотнение
88
грунта в насыпи.
 К отделочным работам относятся: планировка верха и откосов
земляного полотна; укрепление дна и откосов резервов
(кюветов), а также откосов земляного полотна при
необходимости.
Производство земляных работ обычно состоит из трех основных
операций: отделение от массива и захват грунта, его перемещение на
заданное расстояние, а затем укладка (отсыпка) в сооружение с послойным
уплотнением.
Все названные виды земляных работ в дорожном строительстве в
условиях лесного комплекса выполняются машинным способом. Машинный
способ предусматривает непосредственное взаимодействие рабочего органа
или оборудования дорожных машин с грунтом, в процессе которого он
(грунт) в той или иной степени разрыхляется и перемещается в нужном
направлении. Область применения каждой машины устанавливается с учетом
группы грунтов, особенностей конструкции земляного полотна и машины, ее
проходимости, маневренности, производительности, универсальности и
других факторов.
Работы по строительству дорожных покрытий, в зависимости от
типа и конструкции последних, могут быть следующих видов: работы по
устройству гравийных и щебеночных одежд; работы по устройству покрытий
из грунтов, укрепленных вяжущими материалами; работы по устройству
покрытий из железобетонных плит и деревянных щитов и т.д. Все виды
работ по устройству различных покрытий лесных дорог выполняются с
использованием необходимых дорожно-строительных машин.
Виды работы по строительству искусственных сооружений зависят,
прежде всего, от типа и конструкции последних, а также от условий места
дороги, где они (сооружения) устанавливаются. К ним могут относиться:
работы по устройству опор мостов, работы по устройству их пролетов;
работы по устройству водопропускных сооружений и укладке железобетонных труб. Выполнение названных работ также производится механизированным способом, т.е. с использованием соответствующих машин и
оборудования.
2. Классификация дорожно-строительных машин
Основным признаком классификации дорожно-строительных машин
является признак их технологического назначения. С учетом специфики
89
лесного хозяйства и лесной промышленности (лесного комплекса), а также
существующих типов лесных дорог по технологическому назначению дорожные машины можно подразделить на 10 основных групп.
Первая группа – машины для подготовительных работ – корчеватели,
корчеватели-собиратели, кусторезы, рыхлители и дорожно-строительные агрегаты (машины, созданные специально для условий лесного комплекса).
Вторая группа – машины для земляных работ, которые в свою очередь делятся на две подгруппы: землеройно-транспортные машины - бульдозеры, бульдозеры-рыхлители, скреперы, прицепные грейдеры, автогрейдеры и грейдер-элеваторы; землеройные машины - одноковшовые и многоковшовые экскаваторы и землеройно-фрезерные машины.
Третья группа – машины для уплотнения грунтов земляного полотна
и дорожно-строительных материалов дорожных покрытий. Это катки, вибрационные и трамбующие машины.
Четвертая группа – машины для добычи и переработки каменных
строительных материалов - бурильные машины и перфораторы, дробилки,
грохоты и дробильно-сортировочные, моечно-сортировочные машины (комплексы).
Пятая группа – это машины для строительства дорожных покрытий:
машины для распределения каменных строительных материалов и песка
(распределители), машины для доставки и распределения вяжущих строительных материалов (цементораспределители, цементовозы-распределители,
автобитумовозы, автогудронаторы), машины для смешения дорожностроительных материалов (дорожные фрезы и грунтосмесительные машины).
Шестая группа – машины для. строительства колейных покрытий лесовозных дорог (плитоукладчики, щитоукладчики, укладчики ленточных
деревянных покрытий).
Седьмая группа – машины для строительства лесовозных железных
дорог узкой колеи 750 мм (краны специализированные, путеукладчики,
строительно-ремонтные поезда, балластировочные и путеподъемные машины, а также путевой механизированный инструмент).
Восьмая группа – машины для строительства зимних лесовозных дорог (водополивочные и снегоуплотняющие машины, колеерезы, колееформирующие орудия).
90
Девятая группа – машины и механизмы для строительства искусственных сооружений (копры, молоты, вибропогружатели, сваевыдергиватели,
механизированный инструмент).
Десятая группа – машины для содержания и ремонта дорог (косилки,
ямобуры, подметально-уборочные и поливочно-моечные машины, маркировщики, снегоочистители, пескоразбрасыватели, льдоуборочные машины, дорожные ремонтеры, асфальторазогреватели и т.д.).
Кроме того, дорожные и мелиоративные машины могут быть
классифицированы:
а) по характеру исполнения рабочего процесса (машины
периодического действия и машины непрерывного действия);
б) по типу силового оборудования (двигателя) и его мощности;
в) по степени мобильности или тяговому признаку (прицепные, навесные, самоходные и стационарные);
г) по системам (конструкции) управления рабочим оборудованием
и т.д.
3. Основные конструктивные части дорожно-строительных машин
В конструктивном содержании в дорожно-строительных машинах в
зависимости от их типа, принято выделять следующие основные части: тяговые средства, силовое оборудование, трансмиссии (передачи), ходовое оборудование, рабочее оборудование и системы управления.
В качестве тяговых средств для дорожных и мелиоративных машин
широко применяют гусеничные и колесные тракторы, специальные унифицированные колесные шасси и шасси грузовых автомобилей.
Значительное количество дорожных и мелиоративных машин
представляют собой прицепное или навесное оборудование, работающее в
сцепе или установленное на базе гусеничных тракторов или колесных
тягачей (тракторов).
Достоинством гусеничных тракторов как общего назначения, так и
промышленных, является малое удельное давление на грунт и, следовательно, высокая проходимость по переувлажненным (заболоченным) грунтам и
пескам. И, самое главное, они имеют более высокий, чем у колесных машин,
коэффициент сцепления с грунтом, что позволяет им развивать более
высокое тяговое усилие.
91
Колесные тракторы и, особенно, тягачи получают все более широкое
распространение как в дорожном, так и в мелиоративном строительствах, так
как по сравнению с гусеничными машинами имеют следующие
преимущества: высокие транспортные и рабочие скорости, меньшая
металлоемкость, более высокая производительность, значительная
экономичность, более длительные межремонтные циклы.
Колесные специальные унифицированные шасси для дорожностроительных машин обладают высокими тяговыми свойствами и маневренностью и являются весьма эффективными средствами механизации
дорожного строительства. В результате мобильности и маневренности колесного хода производительность скреперов, погрузчиков, бульдозеров, грейдеров-элеваторов и других самоходных колесных машин в 1,5…2 раза выше,
чем у прицепных и навесных машин с гусеничными тракторами, при
одинаковых рабочих параметрах.
Автомобильные шасси широко применяют для монтажа на них различного дорожно-строительного и вспомогательного оборудования: кранов,
экскаваторов, бетономешалок, автобитумовозов, автогудронаторов, цементо и бетоновозов, поливочно-моечных и подметально-уборочных машин, снегоочистителей, ремонтеров и др.
Силовое оборудование - это комплекс, состоящий из двигателя и обслуживающих его систем, предназначенный для превращения какого-либо
вида энергии в механическую работу. Силовое оборудование принято
классифицировать по принципу преобразования энергии. По этому признаку
оно подразделяется на паросиловое (применяемое в первых конструкциях
дорожных и мелиоративных машин), двигатели внутреннего сгорания,
электрическое, гидравлическое и пневматическое.
Наиболее широкое распространение на дорожно-строительных
машинах получили двигатели внутреннего сгорания, в которых
вырабатываемая
при
сгорании
топлива
энергия
преобразуется
непосредственно в механическую работу. Двигатели внутреннего сгорания
разделяют на карбюраторные, работающие на легком жидком топливе
(бензине), и дизельные, работающие на тяжелом жидком топливе (дизельное
топливо).
Трансмиссии (передачи) - это механизмы, предназначенные для
передачи энергии от силового оборудования (двигателя) к исполнительным
органам машины. Применяемые в дорожно-строительных машинах передачи
92
разделяют:
а) по принципу действия: механические, гидравлические,
электрические,
пневматические
и
комбинированные
(электромеханические, электрогидравлические и т.д.);
б) по степени разветвления потока энергии: к одному, двум или нескольким исполнительным органам;
в) по режиму работы: непрерывно работающие и периодически
включенные.
Силовое оборудование (двигатель) и трансмиссия во взаимосвязи
образуют привод машины. Приводы дорожно-строительных машин
подразделяются на те же группы, что и трансмиссии. В данном случае
предпочтение отдается приводам, которые обеспечивают максимальное
использование установленной мощности при высоком КПД, хорошо
воспринимают динамические нагрузки, а также легко и просто управляются
и автоматизируются. Наибольшее распространение, исходя из этого, в
дорожных и мелиоративных машинах получил гидравлический привод.
Ходовое оборудование предназначено для перемещения машин. Оно
состоит из ходового устройства и механизма передвижения. Ходовые устройства (движители) предназначены для передачи нагрузок от машин на
опорную поверхность. Они передвигают машины и изменяют направление их
движения. Механизмы передвижения предназначены для привода ходовых
устройств при рабочем и транспортном передвижении.
Ходовое оборудование подразделяется на рельсовое и безрельсовое.
Для дорожных и мелиоративных машин более характерным является
безрельсовое ходовое оборудование, которое по конструкции делится на два
основных вида: гусеничное и колесное.
Гусеничное ходовое оборудование вследствие большой площади соприкосновения с грунтом может воспринимать значительные нагрузки при
сравнительно низком давлении на грунт (с успехом применяется на слабых и
переувлажненых грунтах), обеспечивает хорошую маневренность и большие
тяговые усилия. По конструкции оно может быть в виде жесткой рамной
многоопорной конструкции или быть гибким безрамным малоопорным. В
первом случае ведомое и ведущее колеса, а также опорные ролики
монтируются на специальной раме, а во втором случае такая рама
отсутствует. Имеется также промежуточный тип гусеницы – полужесткий.
Колесное ходовое оборудование может быть: на металлических колесах
93
и на колесах с пневматическими шипами. Первого типа (колеса с жестким
металлическим ободом) ходовое колесное оборудование сейчас практически
отсутствует. Колеса на пневматических шинах подразделяются на: высокого
давления, низкого и переменного (регулируемого).
Рабочее оборудование дорожно-строительных машин - это
конструктивные элементы машины, непосредственно взаимодействующие с
рабочей средой при выполнении соответствующих дорожно-строительных
работ. Рабочие органы у дорожно-строительных машин весьма
разнообразны, например, у землеройных машин - это отвал, ковш или зубья;
у уплотняющих машин - гладкие и кулачковые вальцы, пневматические
шины, трамбующие плиты и вибраторы; у сваебойного оборудования –
копры, молоты; и т.д.
Системы управления предназначены для периодического включения и
выключения различных механизмов дорожно-строительных машин (муфт,
тормозов, режимов работы двигателя и т.д.).
По назначению системы управления можно разделить на следующие: а)
управление силовым оборудованием; б) управление муфтами и тормозами; в)
рулевое управление; г) управление установкой рабочего оборудования. В
зависимости от конструктивного исполнения системы управления
разделяются на: механические (рычажные, штурвальные и редукторные);
канатно-блочные; гидравлические; электрические; пневматические и
комбинированные
(электрогидравлические,
электропневматические,
гидромеханические и др.).
94
ЛЕКЦИЯ 11
Тема: МАШИНЫ ДЛЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ.
НАЗНАЧЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ, КОНСТРУКЦИЯ
1.
2.
3.
4.
5.
Общая классификация машин для подготовительных работ.
Кусторезы. Назначение, классификация, конструкция.
Корчеватели. Назначение, классификация, конструкция.
Рыхлители. Назначение, классификация, конструкция.
Дорожно-строительные агрегаты. Особенности конструкции.
1. Общая классификация машин для подготовительных работ.
К подготовительным работам в дорожном строительстве в условиях
растущих насаждений предприятий лесного комплекса относятся: срезка
кустарника, мелколесья бурелома, снеголома, корчевка пней большого
диаметра, вычесывание корневых систем, рыхление грунтов, снятие
растительного слоя и т.п.
В основу общей классификации машины для подготовительных работ
также положен принцип их технологического назначения, т.е. тот вид
работы, для выполнения которого предназначена машина. В зависимости от
этого машины для подготовительных работ подразделяются на: кусторезы,
корчеватели, рыхлители и дорожно-строительные агрегаты.
2. Кусторезы. Назначение, классификация, конструкция
Кусторезы предназначаются для расчистки площадей, отведенных под
строительство, от кустарника и мелколесья.
Их применяют в дорожном и мелиоративном строительстве при
прокладке трассы дорог, а также при устройстве просек в лесных массивах,
освоении новых земель и мелиоративных работах. В зимний период времени
их с успехом используют для очистки дорог от снега, а также для
снегозадержания.
Кусторезы являются навесным оборудованием, смонтированным в основном на гусеничных тракторах. Они классифицируются по двум признакам:
а) по конструкции рабочего органа и способу его навески на
базовую машину (трактор);
б) по конструкции системы управления рабочим оборудованием.
95
По конструкции рабочего органа кусторезы бывают с пассивным и
активным рабочим органом. Пассивным рабочим органом является навешиваемый спереди трактора отвал клинообразной формы. В качестве активных рабочих органов, навешиваемых с правой стороны в задней части
трактора, используют аппараты типа горизонтальных зубчатообразных
ножей или дисковых фрез. Применения такие кусторезы в условиях строительства лесных дорог не нашли. Их используют при строительстве
осушительных каналов на заболоченных участках при срезке кустарника и
мелколесья ограниченного диаметра.
По конструкции системы управления кусторезы подразделяются на
машины с канатно-блочной системой управления и машины с гидравлической системой.
Кусторез с пассивным рабочим органом является передним навесным
оборудованием гусеничного трактора. Оборудование кустореза состоит из
универсальной подковообразной рамы, съемной шаровой головки, рабочего
органа - отвала треугольной формы, его привода, ограждения трактора
каркасного типа, а также заточного приспособления (рис. 9).
Отвал представляет собой сварную металлоконструкцию, состоящую из:
1) А-образной рамы, сваренной из уголков и усиленной накладками и
раскосами из листовой стали;
2) установленного на ней каркаса, также сваренного из уголков и
обшитого по бокам листовым прокатом. Этот каркас с обшивкой
образует двухотвальную поверхность, которая при движении кустореза
сваливает срезанные кустарники и деревья в валки по обе стороны
машины.
Срезание кустарника и деревьев производится ножами, которые с
помощью болтов прикреплены к нижним кромкам отвала. Ножи состоят из
отдельных секций и являются взаимозаменяемыми. Режущие кромки ножей
могут быть гладкими или пилообразными.
Спереди отвала укреплена лыжа, исключающая возможность в процессе работы заглубления отвала в грунт, а для предохранения ножей от
изгиба и поломок сверху к лыже и раме приварены отбойник и клин. Задние
концы рамы отвала снабжены также лыжами с загнутыми кверху концами,
наличие которых исключает возможность заглубления отвала в грунт при
движении кустореза задним ходом.
96
В средней части основной рамы в поперечной перемычке приварено
шаровое гнездо, предназначенное для соединения отвала с шаровой головкой
толкающей рамы. Такое соединение дает возможность устанавливать отвал
кустореза в любом положении, приспосабливая его к рельефу местности.
Для защиты кабины и двигателя трактора от падающих деревьев,
сучьев и кустарника кусторез оборудован ограждением, сваренным из труб и
покрытым стальным листом над кабиной.
Подъем и опускание отвала может осуществляться канатно-блочной и
гидравлической системами управления. В первом случае подъем, и опускание отвала производится с помощью однобарабанной приводной лебедки,
установленной на заднем мосту трактора. Перед радиатором трактора устанавливается П-образная стойка, на которой монтируется верхняя неподвижная обойма полиспаста, обоймы направляющих блоков и катушка запасного каната. Нижняя подвижная обойма полиспаста крепится к проушине,
имеющейся на толкающей раме позади шаровой головки.
Во втором случае опускание и подъем отвала осуществляется двумя
гидроцилиндрами, приводимыми в действие от гидросистемы трактора и
управляемыми с помощью гидрораспределителя.
На строительстве лесовозных дорог широкое применение нашли кусторезы: ДП-1 на базе гусеничного трактора Т-100М с канатно-блочной
системой управления; ДП-4 на базе трактора Т-100МГП и ДГТ-24 на базе
трактора Т-130Г с гидравлической системой управления.
б)
а - кусторез ДП - 4: 1 - ограждение; 2 - универсальная рама; 3 - съемная головка; 4 - отвал; 5 гидроцилиндр подъема рабочего органа; б - универсальная рама и отвал: 1 - левая полурама; 2 шаровая головка; 3 - правая полурама; 4 - проушина для штока гидроцилиндра; 5 - кронштейн; 6 проушина; 7 - проушина для подвижной обоймы блоков; 8 - носовой лист; 9 - ножи; 10 - рама; 11 шаровое гнездо; 12 - каркас; 13 - резиновый амортизатор; 14 - упорная коробка
Рис. 9 Общий вид кустореза ДП-4 с универсальной рамой и отвалом:
а)
97
98
3. Корчеватели. Назначение, классификация, конструкция
Корчеватели предназначены для корчевки пней, расчистки строительных площадей от корней и камней-валунов, уборки стволов и кустарника, срезанных кусторезом, сгребания валежника и сучьев.
Корчеватель представляет собой оборудование, навешиваемое на гусеничный трактор.
Корчеватели классифицируются по трем признакам: по назначению, по
конструкции и расположению рабочего органа и по конструкции системы
управления рабочим органом. По назначению корчеватели подразделяются
на корчеватели-собиратели, корчеватели-погрузчики и корчевательные
агрегаты.
По конструкции и расположению рабочего органа корчеватели разделяются на два типа: с передней навеской и с задней навеской. По конструкции
системы управления рабочим органом они могут быть с канатно-блочным и
гидравлическим приводами.
Конструкция. Рабочим органом корчевателей, навешиваемых на трактор спереди, является отвал, снабженный изогнутыми зубьями. Отвал монтируется на толкающей универсальной, подковообразной раме охватывающего типа, которая своими задними концами шарнирно крепится к лонжеронам трактора. Установка отвала на толкающей раме бывает двоякого типа:
жесткая и с возможностью поворота относительно рамы в вертикальной
плоскости. В последнем случае корчевка пней и камней может производиться
не только за счет тягового усилия трактора и подъема толкающей рамы, но и
с помощью поворота отвала (рис. 10).
У корчевателей с задней навеской рабочего органа последний устанавливается на заднем мосту трактора и состоит из вертикальной стойки,
трапециевидной толкающей рамы и двух массивных двуплечих рычагов
(клыков). Клыки жестко связаны между собой и установлены на общей оси
толкающей рамы, относительно которой они могут поворачиваться при
помощи канатного или гидравлического привода, производя таким образом
корчевку (рис. 11).
Из корчевателей с передним расположением рабочего органа в условиях лесного комплекса получили распространение такие машины, как: ДП-8
на базе трактора ДТ-75Б, ДП-13 на тракторе Т-4П, ДП-3 на тракторе Т100МГП, МП-13 на тракторе Т-130Г и ДП-25 на тракторе Т-130Г с
99
гидравлической системой управления, ДП-2 на базе трактора Т-100М с
канатно-блочной системой управления.
Из машин с задним расположением рабочего органа известны два типа:
ДП-20 на базе трактора Т-100М с канатно-блочным приводом и ДП-21 на
базе трактора Т-100МГП с гидравлическим приводом.
4. Рыхлители. Назначение, классификация, конструкция
Рыхлители предназначены для предварительного рыхления тяжелых,
каменистых или слежавшихся, а также мерзлых грунтов для облегчения
последующей работы землеройно-транспортных машин.
Рыхлители используются также для удаления из грунта корней, остатков пней и камней после работы корчевателей и для разрушения
(киркования) старых дорожных покрытий при ремонте дорог.
Современный рыхлитель представляет собой навесное оборудование к
тяжелым гусеничным тракторам и пневмоколесным тягачам с большой
глубиной рыхления.
Рыхлители классифицируют по следующим признакам:




по назначению;
по типу движителя базового трактора;
по конструкции и способу передвижения;
по виду системы управления рабочим оборудованием.
По назначению они подразделяются на две основные группы - рыхлители общего назначения для рыхления на глубину до 1 м и рыхлители
специального назначения для рыхления на глубину от 1 до 2 м.
По типу движителя базового трактора: на гусеничном ходовом оборудовании и на колесном.
По конструкции и способу передвижения они подразделяются на
прицепные машины и навесные. Машины прицепные в настоящее время
серийно не выпускаются.
По виду системы управления они также подразделяются на два вида:
машины с канатно-блочным приводом (прицепные рыхлители) и навесные
рыхлители с гидравлическим приводом.
100
а)
б)
Рис. 10
а) корчеватель ДП-8 на тракторе ДТ-75Б с поворачивающимся отвалом;
б) корчеватель ДП-2 на тракторе Т - 100М с канатным приводом
а)
– отвал; 2 – зубья; 3 – палец; 4 – толкающая рама; 5 – гидроцилиндр
поворота отвала; 6 – гидроцилиндр подъема толкающей рамы; 7 – задний
кронштейн; 8 – гидропроводы ; 9 – поперечная балка; 10 - кронштейн; 11 –
дополнительный масляный бак; 12 – передний кронштейн; 13 – угловой
рычаг; 14 – подъемная тяга.
б)
– приводная лебедка; 2 – передняя стойка; 3 – неподвижная обойма
полиспаста; 4 – канат; 5 – обойма направляющего блока; 6 – подвижная
обойма полиспаста; 7 – отвал с зубьями; 8 – универсальная рама
101
Рис. 11 Корчеватели с задней навеской рабочего органа:
а) - корчеватель ДП - 20 на тракторе Т - 100М с канатным приводом;
б) - корчеватель ДП — 21 на тракторе Т - 100МГП с гидравлическим
приводом; 1 - двуплечие рычаги; 2 - зубья-клыки рамы; 3 - рама; 4 сдвоенный угловой рычаг; 5 и 6 - канаты; 7 - гидроцилиндр привода
двуплечих рычагов; 8 - гидроцилиндры подъема рамы; 9 - стойка; 10 двухбарабанная лебедка
102
Конструктивно прицепные рыхлители представляли собой рабочее
оборудование, смонтированное на специальной одноосной тележке, снабженной колесным ходом, вначале представленное на колесах с жестким
металлическим ободом, а затем на колесах с пневматическими шинами (рис.
12).
Основными частями навесного рыхлителя являются: рабочий орган,
состоящий из рамы и зубьев с наконечниками; подвеска, с помощью которой
рабочий орган шарнирно сочленяется с базовым тягачом; привод,
предназначенный для подъема и опускания рабочего органа. Многие рыхлители, кроме того, снабжаются устройством, позволяющим им работать
толкачом (рис. 13).
По конструктивной схеме навесные рыхлители разделяются на рыхлители с трехточечной и четырехточечной (параллелограммной) подвесками
рабочего органа. Каждая из указанных типов подвесок обладает своими
достоинствами и недостатками. Трехточечная подвеска скреплением рамы
рыхлителя к заднему мосту тягача конструктивно
проста и имеет
сравнительно небольшой вес. Однако она снижает поперечную устойчивость
машины и не обеспечивает постоянства угла резания зубьев. Подвеска рамы
рыхлителя к лонжеронам гусеничных тележек тягачей улучшает боковую
устойчивость машины, но при этом увеличивается масса рабочего
оборудования и ухудшается проход разрыхленного грунта под рамой.
Четырехточечная, или параллелограммная подвеска рабочего органа
обеспечивает сохранение постоянства угла резания зубьев как в начале, так и
в конце их заглубления. Это позволяет придать наконечнику зуба
рациональный угол резания, при котором обеспечивается заглубление рабочего органа в грунт, увеличивается срок службы наконечника и снижается
энергоемкость процесса рыхления.
Принятый тип подвески определяет конструкцию рамы рабочего органа, которая может быть внутренней, охватывающей и комбинированной.
Наибольшее распространение получили внутренние рамы, отличающиеся
простотой устройства. Охватывающие рамы более удобны при работе
рыхлителя с толкачом.
Наиболее нагруженным элементом рабочего органа являются зубья,
которые бывают изогнутой или прямой формы. Число зубьев у рыхлителей
колеблется от 5 до 1. Крепление зубьев к раме рыхлителя бывает шарнирным
и жестким. Зубья рыхлителей снабжаются сменными наконечниками,
103
изготовляемыми из особо износостойких материалов. Обычно наконечники
устанавливаются на посадочных хвостовиках зубьев при помощи
специальных стопорных устройств, позволяющих легко и быстро производить замену наконечников.
Привод рабочего органа у современных рыхлителей выполняется
только гидравлическим, что позволяет обеспечить принудительное заглубление зубьев в грунт. Наибольшее применение в условиях лесного комплекса
нашли такие рыхлители, как ДП-18 на базе трактора Т-4П, ДП-5С на базе
трактора Т-100МГП с трехточечной подвеской и внутренней работой с тремя
зубьями, ДП-22С на базе трактора Т-180С с четырехточечной подвеской,
внутренней рамой и 3-мя зубьями.
В настоящее время серийно выпускаются рыхлители однозубьевые на
базе бульдозеров, такие машины получили название бульдозероврыхлителей. К ним можно отнести такие машины: ДЗ-116 на базе трактора Т130МГ, ДЗ-35Б на базе трактора Т-180КС, ДЗ-126А на базе трактора ДЭТ250М, ДЗ-141ХЛ на базе трактора Т-500.
Рис. 12 Рыхлитель прицепной Д- 162:
1 - тяговая рама; 2 - ручная лебедка; 3 - блоки; 4 - подъемная рама; 5 балластный ящик; 6 - рыхлительные зубья; 7 - колеса; 8 – трактор
104
Рис. 13 Рыхлитель ДП - 9С с четырехточечной подвеской на базе трактора
ДЭТ - 250М:
1 - бульдозер; 2 - рама рыхлителя; 3 - тяга; 4 - зуб рыхлителя; 5 гидроцилиндр; 6 - балка рыхлителя; 7 — буферное устройство; 8 –
флюгер
5. Дорожно-строительные агрегаты. Особенности конструкции
Специально для условий строительства дорог лесного комплекса были
созданы универсальные дорожные машины, имеющие два-три вида рабочего
оборудования, получившие название лесодорожных машин или дорожностроительных агрегатов. В настоящее время широко применяются такие
лесодорожные машины, как ЛД-4, ЛД-35 (ДМ-35), ЛД-30 и ДМ-15.
Агрегат ЛД-4 предназначен для выполнения комплекса подготовительных, земляных и снегоочистительных работ при строительстве и содержании лесовозных дорог. Он состоит из базового трактора Т-130МГ-1 и
рабочего навесного оборудования, включающего универсальный бульдозер и
корчеватель (рис. 14). Универсальный бульдозер (рис. 14, а) ЛД-10 агрегата
может заменить бульдозер с прямым и поворотным отвалом, одноотвальный
канавокопатель, профилировщик и автогрейдер при планировочных работах
и возведении земляного полотна из боковых резервов по продольно-круговой
технологической схеме.
Универсальный бульдозер навешивается спереди базового трактора и
состоит из рамы, бульдозерного отвала и гидрооборудования. Бульдозерный
отвал соединяется с рамой шарнирно-крестовой муфтой и тремя
105
гидроцилиндрами: гидроцилиндром, изменяющим угол установки отвала в
горизонтальной плоскости, гидроцилиндром для изменения угла установки
отвала в вертикальной плоскости (поперечного перекоса) и гидроцилиндром
изменения угла резания ножа отвала – и может фиксироваться ими в любом
положении.
Корчеватель ЛД-9 агрегата (рис. 14, б) предназначен для сплошной и
выборочной корчевки пней, удаления кустарника и мелколесья, снятия и
перемещения растительного слоя при строительстве лесовозных дорог. Он
состоит из рамы с зубьями, опорной плиты, гидроцилиндров опорной плиты
и гидрооборудования.
Рама сварная, П-образная, к поперечине которой, изготовленной из
толстостенной трубы, приварено 7 зубьев. В передней части рамы имеются
гнезда для монтажа гидроцилиндров опорной плиты и проушины для
крепления штоков гидроцилиндров подъема рамы. Опорная плита
предназначена для опоры корчевателя на грунт при корчевке крупных пней.
Она представляет собой сварную конструкцию, состоящую из несущей
трубчатой балки и приваренного к ней оребренного основания. На плите
укреплены проушины для соединения с гидроцилиндрами.
Модернизированный агрегат ЛД-4А предназначен для разработки
грунта (возведения насыпей земляного полотна поперечным надвиганием по
продольно-круговой технологии, разработки выемок, устройства водоотводных канав), корчевки пней, очистки дорог от снега. Он также состоит из
усовершенствованной конструкции бульдозерного оборудования и корчевателя, но за базовый трактор принят гусеничный трактор Т-170.
Для повышения надежности и снижения трудоемкости изготовления в
конструкцию универсального бульдозера внесены следующие изменения:
 гидроцилиндр установки отвала в плане выполнен телескопическим,
что позволило отказаться от шарнирно-крестовой муфты;
 изменена конструкция основной рамы – поперечная балка сваривается
из двух отрезков труб вместо трех;
 изменена разводка рукавов высокого давления гидросистемы;
 увеличена ширина наплавки ножей отвала твердым сплавом с 40 мм до
80 мм, уменьшено расстояние между балками крепления ножей на
отвале с 200 мм до 140 мм, что позволило ставить ножи от
неповоротных бульдозеров.
Увеличение давления в гидросистеме позволило при сохранении тех же
106
усилий корчевателя (490 кН) уменьшить диаметр гидроцилиндров опорной
плиты с 180 мм до 140 мм.
В результате увеличения давления и уменьшения диаметра
гидроцилиндров возросли скорости подъема и опускания опорной плиты
корчевателя: подъема с 0,25 до 0,41 м/с, опускания с 0,04 до 0,094 м/с, а это
привело к сокращению цикла корчевания пня в целом и повышению
производительности машины.
Агрегат ЛД-35 (ДМ-35) предназначен для строительства временных
дорог (усов): возведения насыпей по продольно-круговой (продольночелночной) технологии в узких просеках, устройства полувыемок (террас) на
горных склонах, прокладки зимников, а также для подготовки освоенных
лесосек под посадку лесных культур, устройства погрузочных площадок и
других работ.
Рабочее оборудование агрегата состоит из универсального бульдозера,
аналогичного ЛД-4А, и рыхлительного трехзубового рабочего оборудования,
навешиваемого на заднем мосту трактора Т-170.01 (рис. 15). Агрегат
выпускается в двух вариантах (имеет различное рыхлительное оборудование)
для работы в равнинных условиях (ЛД-35) и горных (ЛД-35-1).
Рыхлительное оборудование навешивается сзади базового трактора на
специальный кронштейн, устанавливаемый на посадочные места крепления
прицепной скобы. В проушинах кронштейна подвешивается рама рыхлителя,
подъем, и опускание ее осуществляется двумя гидроцилиндрами. На раме
рыхлителя закрепляются три зуба со съемными наконечниками или
коронками с открылками, которые полуавтоматически с помощью
фиксаторов и пружин закрепляются в транспортном или рабочем положении.
Подобная конструкция рыхлителя позволяет производить рыхление грунтов
одним, двумя или тремя зубьями в любом сочетании. Наибольшая ширина
полосы рыхления при этом составляет 1,8 м.
В горном исполнении рыхления ЛД-35-1 к кронштейну подвешивается
каждый из трех зубьев с индивидуальной рамой и управляющим гидроцилиндром, что обеспечивает полное независимое управление каждым зубом в
отдельности.
107
Рис. 14 Дорожно-строительный агрегат ЛД - 4А:
а) - универсальный бульдозер ЛД - 10: 1 - отвал; 2 - гидроцилиндр;
3 -базовый трактор; 4 - толкающая рама; 5 – шаровой шарнир;
б) - корчеватель ЛД - 9:
1- базовый трактор; 2 - толкающая рама; 3 - опорная плита; 4 -поперечная
балка; 5 - корчующий зуб; 6 - гидроцилиндр опорной плиты; 7 гидроцилиндр подъема рамы
108
Помимо увеличения производительности и расширения сферы
применения, навесное рыхлительное оборудование обоих вариантов
способствует более равномерному нагружению ходового оборудования
базового трактора и увеличению сцепной силы тяги.
Агрегат позволяет работать на склонах 25° в продольном направлении
(спуск или подъем) и до 15° в поперечном.
Управление всеми видами навесного
осуществляется оператором из кабины трактора.
рабочего
оборудования
Рис. 15 Лесодорожный рыхлительный агрегат ЛД - 35:
1- трактор; 2 - кронштейн; 3 - рама; 4 - гидроцилиндр; 5 - рыхлительный зуб
109
Лесодорожная машина ЛД-30 предназначена для расчистки дорожной
полосы от кустарника и растительного слоя, возведения насыпей на сухих
участках местности по продольно-круговой и продольно-челночной
технологическим схемам или поперечным надвиганием грунта, рыхления
плотных и мерзлых грунтов и т.д.
Рабочее оборудование, навешенное на колесном тракторе К-703, состоит из отвала, толкающей рамы, стрелы, рукоятки с опорным колесом,
рыхлителя и гидропривода (рис. 16).
Стрела и толкающая рама с отвалом универсального бульдозера и
рыхлителем установлены шарнирно на задней полураме базового трактора.
Толкающая рама на двух гидроцилиндрах, которые служат для подъема и
опускания отвала, подвешена к стреле.
Вместе с этим, к стреле посредством шарнира и двух гидроцилиндров
присоединена рукоять, на свободном конце которой установлено опорное
колесо. Рукоять с опорным колесом можно поворачивать относительно
стрелы в вертикальной плоскости. В развернутом и зафиксированном
положении стрела и рукоять образуют как бы раму грейдера, вследствие чего
машину иногда называют «грейдером». При этом передний ее конец
опирается на колесо, находящееся при работе перед отвалом.
Перевод рабочего колеса из транспортного положения в рабочее или
обратно занимает 10 с. Управление колесом в горизонтальной плоскости
сблокировано с механизмом поворота полурам.
Стрела с рукоятью и опорным колесом может поворачиваться в
горизонтальной плоскости на 23 ° в обе стороны от продольной оси машины,
что позволяет колесу при выполнении планировочных работ, а также
разравнивании при гравийно-песчаной смеси двигаться сбоку от оси машины
по ровной ранее спланированной поверхности.
Отвал соединен с толкающей рамой бульдозера посредством
шарнирно-крестовой муфты, смещенной вправо относительно продольной
оси машины, и трех гидроцилиндров.
Однозубный
рыхлитель
со
сменными
наконечниками
и
гидроцилиндром подъема и опускания зуба размещен на поперечной балке
толкающей рамы. Для удобства работы оператора органы управления
машиной перенесены с передней на заднюю панель кабины трактора.
Машина работает в режиме работы автогрейдера, когда опорное колесо
110
опущено на грунт, и в режиме бульдозера, если опорное колесо поднято в
транспортное положение и закреплено на стреле.
Лесодорожная машина ДМ-15 предназначена для строительства, содержания, ремонта лесовозных снежных и ледяных автомобильных дорог.
Она служит для удаления снега, устройства оснований зимних и простейших
грунтовых дорог, разработки, перемещения и распределения дорожностроительных материалов и древесных отходов. Вместе с этим она может
также использоваться на планировке площадей, профилировании земляного
полотна, устройстве и очистке канав и кюветов, рыхлении ремонтируемых
участков покрытий и грунтов III—IV категорий.
Машина состоит из базового колесного трактора К-7ОЗ и навесного
оборудования: универсального, бульдозерного отвала с боковой опорной
плитой и съемными уширителями, толкающей рамы, шарнира, рыхлителя и
гидросистемы (рис. 17).
Конструкция отвала, аналогичная отвалу агрегата ЛД-4, но
дооборудуется с обеих сторон специальными креплениями для установки
съемных уширителей.
Толкающая рама, состоящая из толкающих брусьев и поперечной
балки, проходит внутри между колесами трактора и крепится к задней
полураме его (трактора). А отвал крепится к толкающей раме универсальным
шарниром и тремя гидроцилиндрами, с помощью которых можно изменять и
жестко фиксировать соответственно углы установки отвала в плане,
поперечного перекоса и резания. Управление ими, как и гидроцилиндрами
подъема и опускания отвала, осуществляется из кабины трактора.
Особенностью системы гидравлического управления отвалом является
наличие специального механизма, который придает ему (отвалу) плавающее
положение, подобное положению отвала на гибкой (канатной) подвеске, что
обеспечивает более ровную поверхность дороги после планировки или
снегоочистки. Машина снабжена однозубым -рыхлителем, который крепится
к поперечной балке и управляется также гидроцилиндром из кабины.
Рыхление производится при движении трактора передним ходом.
Рулевое оборудование и сидение оператора переоборудуются для
работы бульдозерным отвалом при движении трактора задним ходом, а,
чтобы сохранить рабочие и транспортные скорости переднего хода, оба
моста трактора перевернуть на 180° (передние скорости стали задними и
наоборот).
1 – задняя полурама трактора К-703; 2 – стрела; 3 – гидроцилиндр толкающей рамы; 4 –
рукоять опорного колеса; 5 – опорное колесо; 6 – овал универсального бульдозера; 7 –
гидроуправляемый рыхлительный зуб; 8 – горизонтальная толкающая рама
Рис. 16 Лесодорожная машина ЛД-30:
111
1 – трактор; 2 – гидроцилиндр подъема рамы; 3 – отвал; 4 – рыхлительный зуб; 5 – толкающая рама;
6 – кронштейн
Рис. 17 Машина для строительства и содержания лесовозных дорог ДМ-15:
112
113
ЛЕКЦИЯ 12
Тема: МАШИНЫ ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ. НАЗНАЧЕНИЕ,
КЛАССИФИКАЦИЯ, КОНСТРУКЦИЯ
Вопросы:
1. Назначение и общая классификация машин для земляных работ.
2. Бульдозеры. Назначение, классификация, конструкция.
3. Тягово-эксплуатационный расчет бульдозеров.
4. Скреперы. Назначение, классификация, конструкция.
5. Особенности тягово-эксплуатационного расчета, скреперов.
6. Грейдеры. Назначение и общая классификация.
7. Прицепные грейдеры, автогрейдеры. Назначение, классификация,
конструкция.
8. Грейдер – элеваторы. Назначение, классификация, конструкция.
9. Тягово-эксплуатационные расчеты грейдеров.
1. Назначение и общая классификация машин для земляных работ
В общем объеме дорожных и мелиоративных работ в условиях лесного
комплекса земляные работы имеют преимущественное значение. Выполняются они, как правило, машинным способом, который предусматривает
взаимодействие рабочего органа и оборудования землеройных машин с
грунтом, в процессе которого он в той или иной степени разрыхляется и
перемещается в нужном направлении.
Машины для земляных работ, в общем, по характеру рабочего процесса можно разделить на два вида: землеройные машины, которые отделяют
грунт от массива и перемещают его за счет энергии своего силового привода.
При этом расстояние, на которое перемещается грунт, определяется
размерами конструктивных элементов машин. Они также подразделяются по
принципу действия на: машины прерывного (циклического) действия
(одноковшовые экскаваторы) и машины непрерывного действия
(многоковшовые экскаваторы).
Землеройно-транспортные машины, разрабатывающие грунт под действием тягового усилия, т.е. только во время движения. Дальность пере-
114
мещения грунта при этом не зависит от размеров конструкций машин и
определяется технологическим и технико-экономическим соображениями.
Этот вид машин для земляных работ самый многочисленный и распространенный. К нему относятся бульдозеры, скреперы, грейдеры, автогрейдеры, грейдер - элеваторы.
В свою очередь машины этой группы, в общем, подразделяются по
двум признакам: по характеру выполнения технологического процесса и по
способу агрегатирования с тягачом в зависимости от конструкции рабочих
органов.
По характеру выполнения технологического процесса землеройнотранспортные машины делятся на две группы: машины циклического действия и машины непрерывного действия.
По способу агрегатирования с тягачом они разделяются на навесные,
прицепные и самоходные (в том числе полуприцепные или седельные).
В зависимости от конструкции рабочих органов землеройно-транспортные
машины подразделяются на ковшовые (скреперы), ножевые (бульдозеры,
грейдеры и грейдер-элеваторы) и фрезерные (землеройно-фрезерные).
2. Бульдозеры. Назначение, классификация, конструкция
Бульдозеры предназначены для копания (резания) грунта и перемещения его на сравнительно небольшие расстояния (50…100 м максимально
до 150 м). Они применяются для возведения невысоких насыпей, разработки
выемок, разравнивания и грубой планировки грунта и других сыпучих
материалов, засыпки рвов, траншей и ям, подсыпки грунта к искусственным
сооружениям, расчистки территорий от снега, камней, деревьев,
строительного мусора и других работ. Возможность применения бульдозеров
на разнообразных работах является причиной их наиболее широкого
распространения среди землеройно-транспортных машин.
Бульдозеры классифицируются по назначению, по типу ходового оборудования, по номинальному тяговому усилию и мощности, конструкции
отвала и по конструкции системы управления рабочим оборудованием (типу
привода управления).
По назначению бульдозеры разделяются на машины общего назначения, предназначенные для выполнения различных работ, и машины специального назначения, выполняющие определенные виды работы, например,
работы на торфяных разработках, работы под землей в шахтах, работы под
115
водой и т.д.).
По типу ходового устройства базовой машины бульдозеры разделяются на гусеничные и колесные. Основным видом бульдозеров являются
гусеничные машины, как наиболее эффективно развивающие тяговое усилие.
Классификация бульдозеров по номинальному тяговому усилию и
мощности двигателя является условной и будет изменяться с течением
времени в связи с тенденцией повышения единичной мощности машины.
По номинальному тяговому усилию гусеничные машины подразделяются на пять классов - сверхтяжелые (свыше 300 кН), тяжелые (200…300
кН), средние (140…200 кН), легкие (30…140 кН) и малогабаритные (менее 30
кН). Колесные бульдозеры подразделяются по мощности двигателя также на
пять классов - сверхтяжелые (более 200 кВт), тяжелые (110…120кВт),
средние (55…110 кВт), легкие (25…55 кВт), малогабаритные (менее 25 кВт).
По конструкции отвала различают бульдозеры с неповоротным и с
поворотным отвалами. Последний тип машин получил название универсальных бульдозеров.
По типу (конструкции) систем управления рабочим оборудованием
бульдозеры различают с канатно-блочным (в настоящее время не выпускаются, т.к. не обеспечивают принудительное заглубление отвала в грунт) и с
гидравлическим управлением.
Конструкция. Основными частями бульдозерного оборудования являются отвал, толкающая рама, передающая усилие тягача на отвал и механизмы привода отвала. Отвал у всех типов бульдозеров выполняется, как
правило, сварным, криволинейного сечения, на нижней его части крепятся
съемные режущие ножи. Посредством толкающей рамы отвал соединяется с
базовым тягачом. У неповоротных бульдозеров соединение отвала с
брусьями рамы бывает жестким или шарнирным. В последнем случае
возможен небольшой поворот отвала в вертикальной плоскости, что
позволяет несколько изменить величину угла резания (рис. 18).
У поворотных (универсальных) бульдозеров толкающая рама выполняется П-образной, охватывающей формы, и ее передняя часть с помощью
шарового соединения соединяется с серединой отвала. Это дает возможность
поворачивать отвал в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Толкающая рама своими задними концами шарнирно соединяется с лонжеронами базового тягача (рис. 19).
116
Конструктивно отвал бульдозера состоит из лобового изогнутого отвального листа, козырька (для предохранения от пересыпания грунта через
верх отвала), нижней и верхней коробок жесткости, ребер жесткости, боковых стенок, проушин и других крепежных элементов соединения с толкающим устройством и гидроцилиндрами. К лобовому листу внизу крепятся
болтами сменные режущие ножи (обычно два крайних и средний), которые
имеют двустороннюю заточку. На боковых щеках отвала могут
устанавливаться уширители для повышения производительности при разработке легких грунтов.
Основными параметрами отвала бульдозера являются: угол, резания  ,
который у существующих машин находится в пределах от 40° до 75°, угол
опрокидывания  (от 30° до 80°); угол наклона  (от 70° до 90°); угол
установки козырька (угол опрокидывания грунта)  к ; радиус крутизны
отвальной поверхности r; высота отвала Н; высота отвала с козырьком H1 и
длина отвала по режущему ножу L.
Главные рабочие движения бульдозера состоят из опускания и подъема
отвала. Эти операции осуществляются при помощи механизмов привода
(системы управления рабочим оборудованием). Наибольшее распространение получил гидравлический привод, при котором подъем и принудительное опускание отвала производится с помощью гидроцилиндров одного или двух, приводимых в действие от гидросистемы базового тягача.
Вместе с этим у бульдозеров старой конструкции еще сохранился и
действует канатный привод. Подъем и опускание отвала у них осуществляют
с помощью канатно-блочной системы, приводимой в действие от
однобарабанной лебедки, установленной на заднем мосту трактора.
Недостатком канатного привода является невозможность принудительного
заглубления отвала в грунт.
На предприятиях лесного комплекса, как в дорожном строительстве,
так и других сферах производства нашли применение следующие бульдозеры: с неповоротным отвалом - ДС-54С на базе трактора Т-100МГП, ДЗ27С на базе трактора Т-130, ДЗ-24 на базе трактора Т-180ГП и ДЗ-35С на базе
этого же трактора; с поворотным отвалом - ДЗ-18 на базе трактора ТД180ГП, а
также бульдозеры-рыхлители - ДЗ-116В на базе трактора Т-130 МГ, ДЗ-35Б
на базе трактора Т-180 КС, ДЗ-126А на базе трактора ДЭТ-250М, ДЗ141ХЛ на базе трактора Т-500 (рис. 20).
117
3. Тягово-эксплуатационный расчет бульдозеров
Тяговый расчет дорожно-строительных машин производится с целью
определения мощности их силового оборудования. Он может выполняться на
стадии проектирования машины и на стадии подбора машины для
конкретных условий ее применения.
Для определения потребной мощности силового оборудования (двигателя) любой дорожно-строительной машины для конкретных условий ее
эксплуатации необходимо знать все действующие сопротивления на рабочее
оборудование этой машины. Рассмотрим тяговый расчет на примере такой
землеройно-транспортной машины, как бульдозер.
Необходимая для работы бульдозера сила тяги (потребная мощность
силового оборудования) расходуется на преодоление следующих сопротивлений:
1) сопротивление резанию грунта - W1;
2) сопротивления перемещению грунта вверх по отвалу – W2;
3) сопротивления перемещению грунта перед отвалом (в призме волочения) – W3;
4) сопротивления перемещению грунта вдоль отвала в сторону (по косо
установленному отвалу) – W4;
5) сопротивления перемещению бульдозера как тележки – W5.
Суммарное сопротивление движению бульдозера с неповоротным отвалом, установленным по углам 90° к продольной оси машины будет
W  W
1
 W2  W3  W5 .
(12)
Для бульдозера с поворотным отвалом, установленным под каким-то
острым углом к продольной оси машины в ту или иную сторону, будет
W  W
1
 W2  W3  W4  W5 .
(13)
118
б
Рис. 18 Бульдозер с неповоротным отвалом ДЗ - 109 - 1:
а - общий вид машины; б - схема - рисунок: 1 - отвал; 2 - раскос; 3 толкатель; 4 – универсальная рама; 5 – трактор
119
Рис. 17 Бульдозер ДЗ - 25 с поворотным отвалом и гидравлическим приводом
на тракторе Т - 180Г:
1 - отвал; 2 - раскос; 3 - гидроцилиндры поворота отвала в плане;4 шароваяголовка; 5 - толкающая рама; 6 - гидроцилиндры перекоса
отвала; 7 - крышка; 8 - гидроцилиндры подъема и опускания отвала
120
Рассмотрим в отдельности каждую составляющую суммарного сопротивления.
1) Сопротивление грунта резанию будет определяться по формуле
W1  K p  F ,
где
(14)
Кр - удельное сопротивление грунта резанию;
F – площадь поперечного сечения вырезаемой стружки, м2.
Для бульдозера с неповоротным отвалом
W1  K p  F  K p  b  h ,
где
(15)
b – длина отвала по режущему ножу, м;
h - глубина резания или толщина вырезаемой пласта грунта, м.
Для бульдозера с косо установленным отвалом
W1  K p  b  h  sin  ,
(16)
где  - угол (острый) установки отвала в плане, т.е. по отношению к
продольной оси машины.
2) Сопротивление подъему грунта вверх по отвалу соответственно будет
W2  Gг  f г  f с  sin   cos  ,
(17)
W2  Gг  f г  f с  sin   sin   cos  ,
где Gг - масса грунта, перемещаемого перед отвалом в призме волочения,
зависящая от угла естественного откоса грунта и объемной массы его;
fг - коэффициент трения грунта о грунт;
fс - коэффициент трения грунта о стальную поверхность отвала;
 - угол резания грунта отвалом.
3) Сопротивление перемещению грунта в призме волочения перед отвалом, соответственно, будет
W3  Gг  f г и W3  Gг  f г  sin  .
(18)
4) Сопротивление перемещению грунта вдоль отвала, т.е. в ту или иную
сторону в зависимости от его установку в плане будет
W4  Gг  f г  f с  sin   sin 
(19).
121
а
б
Рис. 20 Бульдозер – рыхлитель ДЗ - 117А:
а - общий вид; б - схема - рисунок: 1 - отвал с толкателями; 2 -универсальная
рама;3 - трактор Т - 130МГ-1; 4 - опорная рама; 5, 9 - верхняя и нижняя тяги; 6 гидросистема рыхлительного оборудования; 7 - рабочая балка; 8 – зуб
122
5) Сопротивление от перемещения бульдозера, как тележки зависит от
массы машины в целом (трактор вместе с навесным оборудованием),
массы перемещаемого грунта и от уклона местности. Оно может быть
определено по формуле
W5  (Gm  G0 )  ( f 0  i)  Gг  i ,
(20)
где (Gm + G0) - масса машины в целом, т.е. масса базового трактора плюс
навесное рабочее оборудование;
f0 - коэффициент сопротивления передвижению машины, зависящий
от типа движителя;
i - дополнительное
тысячных долях.
сопротивление
от
уклона
местности
в
Необходимая (потребная) мощность Nn будет определяться по формуле
Nn 
где
W  V
1000 
(кВт),
(21)
V- рабочая скорость машины, м/с;
 - коэффициент полезного действия силовой передачи машины, принятой равным 0,75...0,90.
Для установления правильности подбора машины необходимо определить коэффициент использования машины по мощности, который определяется по формуле

Nn
N
или   n  100% ,
Ne
Ne
(22)
где Nе - номинальная мощность силового оборудования, принятая для
производства работ машины.
6) Определение производительности бульдозера.
Производительность бульдозера при резании и транспортировании
грунта в зависимости от вида выполняемых работ и от технологической
схемы их производства может быть определена по формулам:
123
 при резании и перемещении грунта, например, из резерва в насыпь при
отсыпке земляного полотна
Пч 
3600  g  k n  k b
(м3/ч),
Tц  k p
(23)
 при выполнении планированных работ, например, при разравнивании
отсыпанного грунта в теле насыпи
Пч 
где
3600  а( В  sin   а)  k b
(м3/ч)
L
(  2t )  n
V
(24)
g- объем грунта в призме волочения, м3;
kn - коэффициент потерь (0,9-0,95);
kb - коэффициент использования рабочего времени (0,85-0,9);
kp- коэффициент разрыхления грунта (1,1-1,3);
Тц - продолжительность одного рабочего цикла бульдозера, с.
Время одного рабочего цикла может быть определено как
Тц 
lp
Vp

ln
l
 0  tn  t0 ,
Vn V0
(25)
где lp, ln, l0- длина пути резания, перемещение грунта и обратного хода
машины, м;
Vp, Vn и V0 - соответствующие скорости движения машины м/с;
tn - время, затрачиваемое на переключение передач, с ;
t0 - время на опускание отвала в рабочее положение, с;
L - длина планируемого участка (захватки), м;
V- средняя рабочая скорость машины, м/с;
а-величина перекрытия последующих проходов (0,3-0,5 м);
t- время, затрачиваемое на один поворот машины, с;
п- количество проходов по одному следу (1-3).
124
4. Скреперы. Назначение, классификация, конструкция.
Скреперы являются ковшовыми землеройно-транспортными машинами, предназначенными для послойного срезания грунта с поверхности разрабатываемой полосы, перемещения его и послойной отсыпки при возведении насыпей, разработке выемок, а также для различных планировочных и
других видов земляных работ.
Скреперы используют в дорожном, промышленном и гидротехническом строительствах, на вскрышных работах, в карьерах. Для облегчения
работы скреперов в грунтах III и IV категорий (тяжелые грунты) их предварительно разрыхляют.
Рабочий процесс скрепера состоит из операций копания грунта, во
время которой происходит набор грунта в ковш, транспортирования груженого скрепера, разгрузки грунта из ковша и транспортирования порожнего скрепера назад в забой.
Транспортирование грунта прицепными скреперами целесообразно на
расстоянии до 500 м, а самоходными скреперами до 5-8 км.
Операция разгрузки скрепера сочетается с операцией разравнивания
грунта, поэтому применения для разравнивания специальных средств, как
правило, не требуется.
Скреперы принято классифицировать по емкости ковша, способу их
передвижения, способу загрузки, способу разгрузки, схеме подвески ковша,
по количеству осей, по виду заслонки и по конструкции системы управления.
В зависимости от емкости ковша скреперы бывают малой до 5 м3,
средней от 6 до 15 м3 и большой емкости более 15 м3.
По способу передвижения скреперы разделяют на прицепные, полуприцепные и самоходные. Прицепные скреперы чаще всего работают в сцепе
с гусеничными тракторами. Полуприцепные скреперы, как правило,
рассчитываются для работы с одноосными тягачами. В таких машинах часть
нагрузки передается тягачу.
Самоходные скреперы — колесные машины на специальных шасси, в
которых масса самой машины и масса грунта в ковше полностью передаются
на опорную поверхность через колеса машины. Эти скреперы при
одинаковой общей массе имеют большую сцепную массу, чем полуприцепные и прицепные.
125
По способу загрузки различают скреперы, у которых наполнение ковша
грунтом происходит от силы тяги трактора под давлением срезаемой
стружки, и скреперы с элеваторной загрузкой, когда заполнение ковша
грунтом производится специальным скребковым конвейером, установленным в передней части ковша.
По способу разгрузки скреперы разделяются на машины с принудительной, полупринудительной и свободной разгрузкой ковша. В первом
случае грунт выталкивается перемещающейся задней стенкой ковша, что
обеспечивает наилучшую очистку его. При полупринудительной разгрузке
днище ковша вместе с задней стенкой поворачивается вокруг своей передней
части, что обеспечивает хорошую очистку боковых стенок ковша, но само
днище и задняя стенка при связных грунтах очищается неудовлетворительно.
В связи с этим, если первый тип машины рекомендуется для разработки
связных грунтов, то второй малосвязных. При свободной разгрузке ковш
скрепера шарнирно укрепляется к раме и разгружается от грунта путем
опрокидывания вперед (или назад). Такого типа машины применяются при
разработке несвязных грунтов.
По схеме подвески ковша различают скреперы рамной и безрамной
конструкции. У первых ковш шарнирно подвешен к специальной раме, у
вторых рамой, опирающейся на ось ходового оборудования, является сам
ковш.
По количеству осей ходового оборудования скреперы могут быть одноосными и двухосными.
Прицепные скреперы, работающие с гусеничными или двухосными
тракторами, как правило, являются двухосными машинами (очень в редких
случаях одноосными).
Полуприцепные скреперы обычно устраиваются одноосными и рассчитываются в основном на работу с одноосными тягачами, хотя в отдельных
случаях для этой цели могут применяться также и двухосные тягачи.
Самоходные скреперы - это преимущественно двухосные колесные
машины, в них тяговое и рабочее оборудование представляет собой одну
машину и поэтому в отличие от прицепных тягач (базовое шасси) отдельно
использован быть не может.
По виду (конструкции) заслонки ковша скреперы могут быть двух
видов: машины с плавающей, самооткрывающейся заслонкой ковша и ма-
126
шины с управляемой заслонкой ковша. Самооткрывающаяся заслонка устроена и подвешена к ковшу так, что она самопроизвольно поднимается под
влиянием усилия, действующего на нее со стороны призмы волочения
грунта. Подъем и фиксирование в определенном положении управляемой заслонки производится при помощи специального механизма с гидравлическим
или канатно-блочным приводом.
По системе управления различают скреперы с канатно-блочным и
гидравлическим управлениями рабочим оборудованием. При канатноблочном управлении подъем ковша осуществляется натяжением каната, а его
опускание и заглубление ножа в грунт осуществляется за счет соответственной массы. Гидравлическое управление позволяет осуществлять
принудительное заглубление ковша в грунт, что улучшает работу скрепера на
твердых грунтах и сокращает путь и время загрузки его.
Основными частями скрепера являются тяговая рама с хоботной
балкой, ковш с передней заслонкой, задняя рама, колесный ход и привод
ковша и заслонки.
Посредством тяговой рамы, представляющей собой сварную конструкцию коробчатого сечения, тяговое усилие тягача передается на нож
ковша. Ковши скреперов изготовляются сварными, их конструкция зависит
от способа разгрузки грунта.
У скреперов со свободной разгрузкой ковш крепится к задней раме при
помощи шарниров, что позволяет ему поворачиваться относительно рамы и
таким образом разгружаться.
У скреперов с полупринудительной разгрузкой боковые стенки ковша
жестко соединяются заодно, а к ним днище с задней стенкой крепится
шарнирно. Разгрузка ковша здесь осуществляется при повороте днища с
задней стенкой вперед по ходу движения. При этом грунт разгружается перед
подножевой плитой или в щель, образующуюся за ней.
У скреперов с принудительной разгрузкой боковые стенки и днище
ковша выполняются заодно с рамой, а подвижной частью является задняя
стенка. При разгрузке она перемещается по направляющим ковша (на боковых стенках) и выталкивает из него грунт.
Днища ковшей скреперов в передней части оснащаются сменными
режущими ножами, которые имеют двухстороннюю заточку и состоят из
нескольких секций. В передней части ковша устанавливается заслонка,
127
препятствующая выпадению грунта из ковша во время его транспортировки.
При загрузке и выгрузке грунта заслонка поднимается.
У скреперов с механической загрузкой вместо заслонки устанавливается ковшовый (скребковый) элеватор с механическим или гидравлическим
приводом (рис. 21).
Привод ковша заслонки, а также задней стенки может быть гидравлическим или канатно-блочным. Узлы привода монтируются на основной
раме. Пневмоколесный ход скрепера бывает одно- и двухосным. В первом
случае тяговая рама скрепера своей передней частью (хоботом) опирается на
сцепное устройство тягача, во втором случае - сочленяется с ним при
помощи дышла.
Большинство конструкций скреперов имеет буферное устройство,
монтируемое на задней раме и позволяющее скреперу работать с толкачом, в
качестве которого, как правило, используется бульдозер.
Управление скрепером при его работе состоит в опускании и поднимании ковша и, соответственно, открытии и закрытии заслонки, а также
приведения в движение механизма разгрузки ковша. Эти операции осуществляются гидравлическим или канатно-блочным приводом, в первом
случае с помощью гидроцилиндров, приводимых в действие от гидросистемы тягача, во втором случае - посредством канатно-блочной системы, которая приводится в действие от специальной двухбарабанной лебедки, устанавливаемой, как правило, на заднем мосту трактора-тягача (рис. 22).
Самоходный скрепер представляет собой машину, состоящую из тягача
и рабочего оборудования, соединенных между собой в единое целое
седельносцепным устройством и тяговой рамой (рис. 23).
Основными узлами и системами тягача являются силовая установка,
трансмиссия, ходовая часть, рулевое управление, кабина и седелъно-сцепное
устройство. К рабочему оборудованию относятся тяговая рама, ковш,
механизмы загрузки и разгрузки, передняя заслонка и привод управления
ковшом и механизмами машины.
Наибольшее распространение в дорожном строительстве в условиях
лесного комплекса нашли скреперы:
Прицепные - ДЗ-33 с емкостью ковша 3 м3 , ДЗ-20 с емкостью ковша 7
м3 , ДЗ- 12с емкостью ковша 8 м3 и ДЗ-46 с емкостью ковша 10 м3.
128
Рис. 21 Прицепной скрепер ДЗ - 49 с элеваторной загрузкой ковша:
1 - гидросистема; 2 - сцепное устройство; 3 - вертикальная ось; 4 –
тяговая рама; 5 - гидроцилиндр подъема; 6 - отжимное устройство; 7 элеватор;8 - ковш; 9 - силовая рама; 10 - гидроцилиндр ковша
129
Самоходные - ДЗ-11 на базе одноосного тягача МАЗ-529М с емкостью
ковша 15 (18) м3 , ДЗ-13 на базе одноосного ковша БелАЗ-531 с емкостью
ковша 15(18) м3.
5. Особенности тягово-эксплуатационного расчета скрепера.
Сопротивления, возникающие при работе скрепера, в сильной степени
зависят от той операции, которую выполняет машина.
Максимальное сопротивление развивается в момент наполнения ковш
грунтом и, особенно, в конце процесса наполнения, а минимальное
сопротивление
обычно
соответствует
перемещению
машины
в
порожняковом состоянии.
Если мощность силового оборудования (двигателя) скрепера выбирать
для максимального значения суммарной составляющей всех сопротивлений,
т.е. для операции резания грунта и набора им ковша, то остальные операции
будут выполняться машиной с большим недоиспользованием этой мощности,
что является очень невыгодным.
Поэтому для преодоления развивающихся в момент наполнения ковша,
хотя и очень больших, но кратковременных сопротивлений, рекомендуется
применять
специальные
тракторы-толкачи
или
устанавливать
дополнительный двигатель, воздействующий на заднюю ось скрепера.
Данная специфическая особенность работы скрепера сказывается на
выделении двух режимов его работы (транспортного и рабочего), для
которых и производят раздельное определение суммарной составляющей
всех сопротивлений, а затем и потребной мощности силового оборудования.
Сопротивление перемещению груженого скрепера (транспортный режим) может быть определено по формуле
Wm  (Gc  Gг )  ( f  i) ,
где
Gс - масса скрепера, кг;
Gг - масса грунта находящегося в ковше скрепера, кг;
f- коэффициент перемещению скрепера;
i- уклон местности по которой движется машина.
(26)
130
Масса грунта в ковше скрепера определяется по формуле
Gг  q  k н   г ,
(27)
где q - геометрическая емкость ковша, принимаемая по технической
характеристике, м3 ;
kн - коэффициент наполнения ковша скрепера, который принимается
равным 0,8-1,0 ;
 г - объемная масса грунта, разрабатываемого машиной, принимается
1300-1600 кг/м3.
Сопротивление, возникающее при рабочем режиме , определяется как
суммарное значение всех действующих сопротивлений, т.е.
Wр  W
1
где
 W2  W3  W4  W5
(28)
W1 - сопротивление грунта резанию, определяемое по формуле
W1  k 0  b  h ,
(29)
как и для бульдозера;
W2 - сопротивление силы тяжести пласта грунта проникающего в ковш,
определяемое по формуле
W2  b  h  H   г ,
где
(30)
Н - высота наполнения или высота ковша, м.
W3 — сопротивление грунта, находящегося в ковше, проникновению в
ковш пласта грунта, или сопротивление преодоления сил трения между
пластом грунта движущемся вверх, и грунтом, находящимся по обе стороны
его в ковше
W3  2Р  f г  х  Н 2   г
(31)
где 2Р — давление боковых призм, располагающихся по обе стороны
вклинивающегося пласта грунта, кг;
fг- коэффициент трения грунта о грунт;
х - переменная экспериментальная величина, достигающая максимума
в момент, когда наклон поверхности грунта в ковше достигает величины угла
131
внутреннего трения и зависит от вида грунта (для глины она принимается от
0,25 до 0,30, для суглинков от 0,35 до 0,45 и для супесей и песков от 0,45 до
0,50.
W4 - сопротивление перемещению призмы волочения перед режущим ножом ковша, определяемое по формуле
W4  m  Vn   г  f г ,
где
(32)
Vn - объем грунта в призме волочения, м ;
m - коэффициент, определяющий объем призмы волочения в долях от
общей емкости ковша, принимаемый равным: 0,2-0,3 для несвязных грунтов
и 0,1 для связных;
W5 - сопротивление перемещению скрепера как тележки определяется
как W5=Wm.
Потребная мощность силового оборудования скрепера принимается
между двумя значениями потребной мощности с учетом мощности толкача.
Определения производительности скрепера. Часовая производительность скрепера может быть определена по формуле
Пч 
60  g  k n  k b
(м3/ч),
Tц  k p
(33)
1 - промышленный трактор Т-500; 2 - сцепка; 3 - упор; 4 - передняя рама; 5 - шкворень; 6 - указатель
глубины копания; 7 - колесо; 8 - тяговая рама; 9 - гидросистема; 10 - заслонка; 11 - ковш; 12 - задняя
стенка; 13 – задняя рама; 14-электрооборудование; 15 –бампер
Рис. 22 Прицепной скрепер ДЗ - 137:
132
133
Рис. 20 Скрепер самоходный ДЗ – 11П:
1 - одноосный тягач МАЗ-529Е; 2 - седельно-сцепное устройство; 3 - рама
скрепера; 4 - гидравлические цилиндры подъема и опускания ковша; 5 заслонка ковша; 7 - задняя стенка ковша; 8 - гидравлические цилиндры
подъема заслонки; 9-задние колеса; 10 гидравлические цилиндры задней
стенки ковша
где
g - геометрическая емкость ковша машины, м3;
kn - коэффициент наполнения, 0,8-1,0;
kb - коэффициент использования рабочего времени 0,85-0,9;
kp - коэффициент разрыхления грунта;
Тц - продолжительность рабочего цикла, зависящая от технологической
схемы производства работ
Тц 
l
l1 l 2
l

 3  4  t n  t nb , (мин)
V1 V2 V3 V4
(34)
134
где l1, l2, l3, l 4- длины
путей заполнения ковша грунтом,
транспортирование грунта к месту отсыпки, разгрузки (отсыпки) грунта и
перемещения машины в забой, м;
V1, V2 ,V3,V4 - соответствующие скорости движения машины м/мин;
tn - время, затрачиваемое на переключение скорости движения, мин;
tnb- время, затрачиваемое на повороты машины, мин.
6. Грейдеры. Назначение и общая классификация
Грейдеры - это универсальные, землеройно-транспортные, дорожностроительные машины.
Грейдеры предназначены главным образом для профилирования и
отделки земляного дорожного полотна. Кроме того, их применяют для
возведения невысоких насыпей из боковых резервов, устройства террас на
косогорах, устройства корыта в дорожном полотне, срезки и планировки
откосов выемок и насыпей, общей планировки участка, перемешивания
гравия (щебня) с вяжущими материалами при строительстве дорожных покрытий.
Наконец, грейдеры находят широкое применение при летнем содержании и ремонте грунтовых и гравийных дорог, а в зимнее время используются для расчистки дорог и строительных участков от снега.
Грейдеры, в общем, классифицируются по двум признакам: по принципу действия и по способу передвижения в процессе выполнения работ.
По принципу действия они подразделяются на машины циклического
действия - это прицепные грейдеры и автогрейдеры (самоходные машины) и
машины непрерывного действия – грейдер - элеваторы.
По способу передвижения в процессе выполнения рабочих операций
они подразделяются на прицепные машины - это прицепные грейдеры и
некоторые типы грейдер - элеваторов; самоходные машины - это автогрейдеры и грейдер - элеваторы.
135
7. Прицепные грейдеры, автогрейдеры. Назначение, классификация,
конструкция
Прицепные грейдеры работают в комплекте с гусеничными или колесными тракторами. Эти машины в настоящее время практически вытеснены самоходными грейдерами - автогрейдерами.
Прицепные грейдеры принято классифицировать: по длине рабочего
органа (длине отвала по режущему ножу) и по конструкции системы
управления рабочим оборудованием.
По первому признаку они разделяются: на легкие машины с длиной
отвала по режущему ножу от 2500 до 3100 мм без удлинителя и от 3300 до
3700 мм с удлинителем и на тяжелые машины с длиной отвала по режущему
ножу от 3500 до 4000 мм без удлинителя и от 4300 до 5300 с удлинителем.
По второму признаку (по конструкции системы управления рабочим
оборудованием) они разделяются на три типа машин: грейдеры с ручным
управлением - сейчас таких машин практически нет; грейдеры с механической
системой управления и грейдеры с гидравлической системой управления
рабочим оборудованием.
В конструктивном отношении прицепной грейдер состоит из следующих основных конструктивных элементов: основной рамы, тяговой рамы, рабочего органа - отвала с режущим ножом, механизма поворота отвала
в горизонтальной плоскости, ходовой части, состоящей из передней и задней
оси с колесами с жестким металлическим ободом или на пневмошинах,
механизмов наклона передних и задних колес, механизма выноса отвала в
сторону, дышла, площадки грейдериста с органами управления рабочим
оборудованием.
Основная рама сварной конструкции состоит из двух продольных
изогнутых балок швеллерного проката, соединенных под острым углом в
передней части. Основная рама несет на себе рабочее оборудование: отвал с
ножом, поворотный круг, тяговую раму, площадку грейдериста и механизмы
управления. Отвал с ножом при помощи двух кронштейнов подвешен к
поворотному кругу (полукругу), прикрепленному к тяговой раме.
Тяговая рама спереди соединена с передней осью шарнирным звеном, а
сзади подвешена с помощью двух телескопических тяг к рычагам механизма
подъема. Такая конструкция позволяет менять положение отвала в
вертикальной и горизонтальной плоскостях и, кроме того, благодаря
136
специальному механизму, выдвигать отвал в сторону и выносить его за раму.
Ходовое оборудование такой машины состоит из передней и задней
осей, на которых на роликовых подшипниках установлены металлические
колеса с гладкими ободами (устаревшая конструкция) или колеса на
пневмошинах. При отсутствии передней оси прицепной грейдер может быть
превращен в полуприцепной, в таком случае передняя часть основной рамы
будет опираться на специальное устройство заднего моста тягового трактора.
К наиболее известным в лесном комплексе можно отнести прицепные
грейдеры таких типов, как ДЗ-6 - легкая машина с длиной отвала 3057 мм,
работающая в сцепе с трактором Т-74; ДЗ-1-тяжелая машина с длиной отвала
3616 мм, работающая в сцепе с трактором Т-100м, и ДЗ-58 новая
модификация этой машины, имеющая гидравлическую систему управления и
колеса на пневмошинах (рис. 24).
Автогрейдеры принято классифицировать по трем основным признакам: по массе и мощности силового оборудования; по ходовому оборудованию (колесной формуле); по конструкции системы управления рабочим
оборудованием.
По первому признаку они подразделяются на:
1) легкие машины с общей массой до 9 т и мощностью 37…55 кВт
(50…75 л.с);
2) средние машины с общей массой от 13 до 15т и мощностью 66…92
кВт (90…125 л.с);
3) тяжелые с массой от 13 до 15 т и мощностью 110…185 кВт (150…250
л.с);
4) сверхтяжелые с массой от 17 до 26 т и мощностью 177…260 кВт
(240…350 л.с).
По колесной формуле, которая записывается как АхБхВ, где А -число
осей с управляемыми колесами; Б - число осей с ведущими колесами и В общее число осей машины. По этому признаку они подразделяются также на
четыре вида:
а) легкие машины с колесной формулой 1x2x3 и 1x2x2;
б) средние машины- 1x2x3 и 2x2x2;
в) тяжелые и свертяжелые-1x2x3, 1x3x3 и 3x3x3.
137
Рис. 24 Прицепной грейдер ДЗ - 6:
1 - механизм наклона колес; 2 - механизм подъема и опускания отвала; 3 - штурвал
механизма управления дышлом; 4 - основная рама; 5 - тяговая рама; 6 - механизм наклона
передних колес; 7 - механизм управления дышлом; 8 - дышло; 9 - передние колеса; 10 отвал с ножом; 11 - поворотный круг; 12 - механизм выноса ножа в сторону; 13 - задние
колеса; 14 - механизм выноса тяговой рамы в сторону; 15 - амортизаторы механизма
подъема отвала
По системе управления рабочим оборудованием они могут быть:
а) с механическим приводом;
б) с гидравлическим приводом;
в) с комбинированным приводом.
Автогрейдеры имеют сходную с прицепными грейдерами конструкцию
и представляют собой самоходную с однодвигательным приводом машину,
состоящую из следующих главных частей: основной рамы, являющейся
основой машины и несущей на себе все остальные ее узлы, тяговой рамы со
смонтированным на ней поворотным кругом, отвала с ножом,
дополнительного рабочего оборудования, двигателя внутреннего сгорания,
пневмоколесной ходовой части, механизмов трансмиссии и управления,
кабины автогрейдериста с системами, обеспечивающими комфортные
138
условия работы.
С целью обеспечения возможности выполнения автогрейдером различных работ подвеска основного рабочего органа отвала осуществлена так,
что возможны самые разнообразные его установки как в вертикальной, так и
в горизонтальной плоскостях. Обеспечивается также его вынос в стороны.
Изменение положения отвала в горизонтальной плоскости осуществляется поворотом (вращением) поворотного круга вокруг его вертикальной
оси, а в вертикальной плоскости - подъемом или опусканием правого или
левого краев тяговой рамы.
У автогрейдеров с ведомыми колесами последние обычно снабжаются
механизмом наклона колес, при помощи которого они могут устанавливаться
под углом к вертикали, что увеличивает боковую устойчивость машины.
У автогрейдеров со всеми ведущими колесами механизма наклона
колес обычно не предусматривают, и поперечная устойчивость машины
здесь достигается за счет поворота колес относительно оси автогрейдера.
Управления рабочими органами автогрейдеров осуществляется посредством механической или гидравлической системы управления. Для
обеспечения работы автогрейдериста в некоторых машинах органы управления снабжаются пневматическими сервомеханизмами.
В условиях дорожного строительства на предприятиях лесного комплекса широкое распространение получили автогрейдеры: из машин легкого
типа ДЗ-40 и ДЗ-40Б с мощностью двигателя 75 л.с. и колесной формулой
1x2x3 и с гидравлическим приводом; из машин среднего типа ДЗ-99-1-4
мощностью 66 кВт, ДЗ-122А мощностью 99 кВт и ДЗ-143-1 мощностью 100
кВт; из машин тяжелого типа - ДЗ-14 и ДЗ-14С мощностью 165 л.с. и из
машин сверхтяжелого типа - ДЗ-98Б мощностью 184 кВт и ДЗ-143
мощностью 185 кВт (рис. 25).
8. Грейдер - элеваторы. Назначение, классификация, конструкция
Грейдер-элеватор представляет собой землеройно-транспортную машину непрерывного действия. Рабочими органами грейдер - элеватора являются нож, вырезающий грунт и ленточный транспортер, перемещающий этот
грунт в отвал или в транспортные средства. Вырезание грунта и его
транспортирование производятся непрерывно и одновременно при непрерывном же поступательном движении самой машины.
139
а)
б)
в)
г)
д)
Грейдер-элеваторы классифицируются по следующим признакам:
по способу агрегатирования с тягачом;
по конструкции режущего рабочего органа;
по конструкции и расположению транспортирующего рабочего органа;
по приводу транспортирующего рабочего органа;
по типу (конструкции) системы управления.
По способу агрегатирования с тягачом грейдер-элеватор разделяют на
прицепные (устаревшая конструкция), полуприцепные и самоходные.
По типу (конструкции) режущего рабочего органа на машины с
дисковыми ножами и машины с системой прямых и полукруглых ножей.
По расположению и конструкции транспортирующего рабочего органа
они подразделяются на машины поперечным расположением транспорта;
машины с диагональным расположением его и машины с поворотным
транспортирующим рабочим органом.
По приводу транспортера: машины с приводом от заднего колеса
(устаревшая конструкция), машины с приводом от вала отбора мощности
тягача и машины с собственным двигателем внутреннего сгорания.
По типу привода управления они подразделяются на машины: с механическим, гидравлическим и комбинированным (электрогидравлическим)
приводом рабочих органов.
Конструкция. Основными узлами современного грейдера-элеватора
являются несущая рама, плужная балка с режущими рабочим органом,
транспортирующий рабочий орган, силовая установка, механизмы трансмиссии, ходовая часть, сцепное устройство, гидропривод, электро - и пневмооборудование.
Рама служит для установки всех узлов грейдер - элеватора и представляет собой сварную, сложной конфигурации конструкцию коробчатого
сечения. Передней частью рама при помощи опорно-сцепного устройства
сочленяется с базовым тягачом, а задней частью опирается на полуоси
ходовых пневмошинных колес. В средней части рамы монтируются рабочие
органы машины - плужная балка с дисковым или совковым ножом и
ленточный транспортер плоский или желобковый. Установка рабочих органов грейдер - элеватора в рабочее и транспортное положение осуществляется при помощи гидроцилиндров двойного действия, работающих либо от
гидросистемы базового тягача, либо от гидросистемы, установленной на
самой машине.
1 - рыхлитель-кирковщик; 2 - подмоторная рама; 3,16- кронштейн фар; 4 - гидробак; 5 - крыло; 6 капот;7 - аккумуляторный ящик; 8 - задний мост; 9 - топливный бак; 10 - кабина; 11 - механизм
фиксации рычага;
12 - гидроцилиндр выноса тяговой рамы; 13 - гидроцилиндр подъема отвала; 14 - тяговая рама; 15
- хребтовая балка;17 - бульдозерное оборудование; 18 - передний мост; 19 - поворотный круг; 20 грейдерный отвал;21 – гидроцилиндр изменения угла резания отвала; 22 - подножка; 23 - коробка
передач; 24 - карданный вал
Рис. 25 Автогрейдер ДЗ - 143:
140
1 - одноосный тягач БелАЗ - 531 мощностью 375 л.с; 2 - несущая рама; 3-трансмиссия; 4плужная балка;
5 – ходовые колеса; 6 - гидроцилиндры подъема плужной балки; 7 - питатель; 8 гидроцилиндр выдвижения колеса; 9 - пневмооборудование; 10 - совковый нож; 11 гидроцилиндры подъема транспортера; 12 – трехсекционный ленточный желобчатый
транспортер
Рис. 26 Самоходный грейдер - элеватор ДЗ - 503:
141
Привод в движение транспорта, его очистных устройств, а также питателя на грейдер - элеваторе обеспечивается с помощью механической
трансмиссии, состоящей из редукторов и карданных передач и работающей
или от двигателя базового тягача или от отдельных двигателей, устанавливаемых на грейдер - элеваторе.
При строительстве лесных дорог различного назначения находят
применение грейдер - элеваторы полуприцепного типа: ДЗ-501 с базовым тягачом Т-100М, дисковым режущим рабочим органом и ленточным плоским
142
транспортером и электрогидравлической системой управления ими, с
собственным двигателем внутреннего сгорания; ДЗ-502 с базовым тягачом Т180ГП, дисковым ножом, ленточным транспортером желобкового типа и
электрогидравлической системой управления ими (рис. 26).
9. Тягово-эксплуатационные расчеты грейдеров
Тяговый расчет автогрейдера. При работе автогрейдера по вырезанию
и одновременному перемещению грунта необходимая сила тяги может быть
найдена как суммарное значение всех сопротивлений
W  W
1
где
 W2  W3  W4  W5  W6 ,
(35)
W1 - сопротивление грунта резанию (см. бульдозер);
W2 - сопротивление перемещению призмы волочения перед отвалом
(см. там же);
W3 - сопротивление от перемещения грунта вверх по отвалу, которое
может быть определено по формуле:
W3  Gг  f с  sin   cos 2  ,
где
(36)
Gг - масса грунта в призме волочения перед отвалом;
fг - коэффициент трения грунта о сталь;

- угол резания грунта;
 - угол установки отвала в плане;
W4 - сопротивление от перемещения грунта вдоль отвала находится по
формуле:
W4  Gг  f г  f с  cos  ,
(37)
W5-сопротивление перемещению автогрейдера, как тележки находится
по формуле:
W5=Gа(f±i).
(38)
W6 - сопротивление сил инерции при трогании с места определяется
W6  x 
где
Gа - масса машины;
Ga V

g t
,
(39)
143
V - скорость машины (автогрейдера) рабочая;
t- время разгона машины до данной скорости;
х - коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся масс трансмиссии и двигателя.
Для обеспечения работы машины необходимо, чтобы сила тяги на
ведущих колесах превышала общее сопротивление, т.е.
Рк  W
(40)
Для реализации этого тягового усилия должно соблюдаться неравенство
Рк < Gц   су ,
где
(41)
Gц - масса автогрейдера, т.е. Gц= Gа.
 су - коэффициент сцепления движителя машины (колес).
Производительность автогрейдера на возведении земляного полотна
дороги определяется по формуле
П см 
где
Т  L  Fн k b
(м3/см),
n
n
n
2t
2L
p
(  n  0 )  nb (n p  nn  n0 )
1000 V p Vn V0
60
Т - продолжительность смены в часах;
L - длина участка производства работ ( длина захватки), м;
Fн - поперечное сечение насыпи, м2;
kb - коэффициент использования рабочего времени машины;
np - число проходов по резанию грунта;
nn - число проходов по перемещению грунта;
n0 - число проходов по отделке земляного полотна;
Vp,Vn, V0 - соответствующие скорости движения машины км/ч;
tnb- время , затрачиваемое на один поворот машины, мин.
(42)
144
Часовая эксплуатационная производительность грейдер - элеватора при
работе в отвал из двухсторонних резервов
Пэ 
где
60  L  b  h  k n  k ф  k b
(м3/г),
L
 t nb
V
(43)
L - длина разрабатываемого участка (длина захватки);
b- ширина полосы резания грунта;
h - глубина резания;
V- средняя рабочая скорость;
kn- коэффициент потери грунта;
kф - коэффициент поправочный на формулу вырезаемой стружки;
kb - коэффициент использования рабочего времени машины.
ЛЕКЦИЯ 13
Тема: Машины землеройные. Одноковшовые и многоковшовые
экскаваторы. Назначение, классификация, конструкция
Вопросы:
1. Экскаваторы. Назначение и общая классификация.
2. Одноковшовые экскаваторы. Назначение, классификация, конструкция.
3. Многоковшовые экскаваторы. Назначение, классификация,
конструкция.
4. Статический расчет одноковшовых экскаваторов.
5. Определение эксплуатационной производительности одноковшовых и
многоковшовых экскаваторов.
1. Экскаваторы. Назначение и общая классификация
Экскаватором называется землеройная машина. Экскаваторы предназначены для разработки грунтов при сосредоточенных объемах земляных
работ с перемещением грунта в отвал или транспортные средства, разработки
котлованов, траншей, канав и каналов, планировки откосов насыпей
(высоких), выемок и выполнения других работ в промышленном,
гидротехническом, транспортном и гражданском строительстве.
145
На строительстве дорог в условиях лесного комплекса применяются
одномоторные с дизельным двигателем полноповоротные экскаваторы с
гибкой подвеской рабочего органа и гидравлические экскаваторы на
пневмоколесном и гусеничном ходу.
Общая классификация экскаваторов производится по принципу
действия. В зависимости от этого экскаваторы подразделяются на две
группы: первая - машины прерывного (циклического) действия - все виды
одноковшовых экскаваторов; вторая - машины непрерывного действия многоковшовые экскаваторы, а также машины с рабочим органом специальной конструкции (землеройные, фрезерные машины и др.).
Характерным для работы одноковшовых экскаваторов является
последовательная сменяемость отдельных операций за цикл. За рабочим
ходом ковша (его наполнением) следует подъем и горизонтальное перемещение наполненного ковша к месту разгрузки, разгрузка ковша, горизонтальное перемещение порожнего ковша в исходное положение для
следующего цикла.
У экскаваторов непрерывного действия все операции по резанию
(копанию) грунта и его перемещению непрерывны. В связи с этим производительность экскаваторов циклического действия значительно ниже, а
удельный расход энергии на 1 м3 выемки на 20…40 % выше, чем у машин
непрерывного действия. Но, несмотря на это, область их применения в
строительном производстве ограничена работами линейного характера
(траншеи, канавы и т.д.) при однородных грунтах без крупных каменистых
включений.
Одноковшовые экскаваторы копают стоя на месте, тогда как
многоковшовые работают только в процессе непрерывного передвижения.
2. Одноковшовые экскаваторы. Назначение, классификация,
конструкция
Одноковшовый экскаватор - это самоходная землеройная машина с
рабочим органом в виде ковша. Их относят к числу наиболее распространенных (после бульдозера) дорожно-строительных машин.
Одноковшовые экскаваторы можно классифицировать по следующим
признакам: по назначению и емкости ковша, по степени универсальности, по
типу силовой установки, по виду ходового оборудования, по исполнению
опорно-поворотных устройств и по системам управления.
146
По назначению и емкости ковша экскаваторы можно разделить на
следующие группы: а) строительные экскаваторы с ковшами емкостью от
0,25 до 4,0 м3; б) карьерные экскаваторы с ковшами емкостью от 4 до 8 м3; в)
вскрышные экскаваторы с ковшами емкостью от 4 до 10 м3; г) шагающие
экскаваторы - драглайны с ковшами емкостью от 4 до 100 м3.
По степени универсальности или по количеству видов рабочего
оборудования экскаваторы подразделяются на следующие виды: неуниверсальные машины, имеющие, как правило, один вид рабочего оборудования; полууниверсальные, имеющие два-три вида рабочего оборудования
и универсальные машины, имеющие более трех видов рабочего оборудования.
По роду (типу) силовой установки одноковшовые экскаваторы могут
быть: с дизельным приводом (двигатель внутреннего сгорания с
электрическим приводом от внешней сети и с дизель-электрическим.
По виду ходового оборудования различают экскаваторы на гусеничном,
пневмоколесном, шагающем и специальном ходу.
По исполнению опорно-поворотных устройств одноковшовые экскаваторы подразделяются на полноповоротные и неповоротные. Полноповоротными являются те экскаваторы, у которых рабочее оборудование
крепят к поворотным платформам, имеющими возможность поворачиваться
на 360°. Неполноповоротные такой возможности не имеют.
По системам управления различают экскаваторы с рычажномеханическим, пневматическим, гидравлическим, электрическим и комбинированным (электропневматическим, электрогидравлическим) управлением.
Конструкция. Конструктивно одноковшовый экскаватор состоит из
следующих основных частей: рабочего оборудования (ковш, стрела и рукоять для прямой и обратной лопат и ковш и стрела для драглайна), силовой
установки (силового оборудования), поворотной платформы с установленными на ней механизмами и кабиной экскаваторщика, опорной
(нижней) рамы, воспринимающей массу поворотной платформы с механизмами, силовым оборудованием, кабиной и рабочим оборудованием и
ходового оборудования на гусеничном, пневмоколесном или шагающем
ходу.
По характеру связи ковша со стрелой можно выделить две группы
147
рабочего оборудования: ковш с жесткой связью (прямая и обратная лопаты,
струг, планировщик и т.п.) и ковш с гибкой связью (драглайн, грейфер, кран и
т.п.).
Основным видом рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов
является оборудование - прямая лопата. В таком случае ковш закрепляется
на рукояти, которая обеспечивает его перемещения по забою при разработке
грунта. Рукоять может быть однобалочной и двухбалочной. Рукоять с
ковшом монтируется на стреле, которая при однобалочной рукояти имеет
двухбалочную конструкцию, а при двухбалочной рукояти однобалочную.
Стрелы экскаваторов выполняются сварными коробчатого сечения из
листовой стали или штампованных и гнутых профилей, а также сварными
решетчатыми из профильного проката.
Ковши экскаваторов изготовляются сварные, сварно-литые или
комбинированные. Наибольшее распространение получили сварные ковши
со сменными козырьками, которые изготовляют из высокомарганцевой
стали.
Рабочее оборудование экскаваторов размещается на поворотной
платформе в передней ее части. Платформы изготовляют сварными или
сварно-литыми, они должны обладать высокой прочностью, так как на них
действуют значительные переменные по величине и направлению нагрузки.
Поворотная платформа вращается относительно вертикальной оси с
помощью ведущей шестерни, установленной на ней. При этом шестерня
защепляется с венцом, закрепленным на раме ходового оборудования.
Венцы, замкнутые по кругу, изготовляют с наружными и внутренним
зацеплением.
При строительстве лесных дорог и других объектов в обычных
грунтовых условиях лесного комплекса нашли применение также полууниверсальные экскаваторы с канатно-блочной системой управления: ЭО3211Е-1 (мощность двигателя 44,4 кВт и вместимость ковша 0,45 м), ЭО-33
ИГ (соответственно 37 кВт и 0,4 м3), ЭО-4111Г (60 кВт, 0,65 м3) и ЭО-5111Б
(103 кВт, 1,0 м3) и универсальные гидравлические экскаваторы: ЭО-3221 на
гусеничном ходовом оборудовании, мощностью 55 кВт и вместимостью
ковша 0,63 м3, ЭО-4321Б на пневмоколесном ходу, мощностью 73,6 кВт и
вместимостью 0,8 м3 и другие машины (рис. 27).
При строительстве дорог на сырых и заболоченных участках, а также
при сочетании строительства дорог с устройством мелиоративной сети
148
используются экскаваторы с уширенно-удлиненной гусеничной ходовой
частью, такие, как МТП-71 (мощность силового оборудования 95 кВт и
вместимостью основного ковша 1,0 м3) и МТП-72 (соответственно 95,6 кВт и
0,65; 1,0; 1,25 м3).
Рис. 27 Экскаваторы одноковшовые:
а - экскаватор Э-10011Д: 1 - гусеничный ход; 2 - поворотная платформа; 3 кузов с кабиной; 4 - рукоять; 5 - ковш; 6 - стрела; 7 -опорно-поворотное
устройство;
б - экскаватор ЭО-4121: 1-гусеничный ход; 2 - противовес; 3 - силовая
установка; 4 - капот; 5 - поворотная платформа; 6 - кабина; 7 - базовая часть
стрелы; 8 - верхняя часть стрелы; 9, 11 и 13 - гидроцилиндры; 10 -рукоять; 12
- ковш; 14 - опорно-поворотное устройств
149
3. Многоковшовые экскаваторы. Назначение, классификация,
конструкция
Многоковшовые экскаваторы принято классифицировать по следующим признакам:
 по конструкции рабочего оборудования они разделяются на цепные - с
многоковшовой цепью, на которой с определенным интервалом
расставлены ковши, и роторные, у которых ковши через определенный
шаг закреплены на колесе (роторе) большого диаметра;
 по способу разработки грунта они разделяются на машины
продольного копания (траншейные экскаваторы), которые копание
грунта производят вдоль или параллельно продольной оси машины, и
машины поперечного копания, которые копание грунта производят в
плоскости перпендикулярной продольной оси машины;
 по типу привода: с двигателями внутреннего сгорания и механической
трансмиссией; с электродвигателями, питаемыми от сети, и с дизель
электрической силовой установкой;
 по типу ходового оборудования: на гусеничном, пневмоколесном,
рельсовом и специальном ходу;
 по размерам траншейные экскаваторы различают по глубине
траншеи, карьерные цепные - по емкости ковшей и роторные - по часовой
производительности.
Конструкция. Цепные многоковшовые экскаваторы могут быть с
наклонной или вертикальной ковшовой рамой. Рабочее оборудование вместе
с рамой монтируется на модернизированном гусеничном или колесном
тракторе и представляет собой сварную раму решетчатой конструкции. Цепи
с ковшами огибают поддерживающие ролики, натяжные колеса и ведущие
звездочки, установленные на ковшовой раме. При этом нижняя ветвь цепей
является рабочей. Она может двигаться по жестким направляющим или
свободно провисать. Рабочее оборудование цепных экскаваторов
выполняется или в виде закрепленных на цепях ковшей или в виде
закрепленных ножей и скребков.
В машинах продольного копания рабочий орган располагается либо по
центральной оси, либо параллельно ей сбоку машины, а в некоторых даже
может перемещаться поперек траншей.
150
В машинах поперечного копания рабочий орган монтируется в
плоскости, перпендикулярной продольной оси машины, и может быть
поворотным и неповоротным.
К цепным многоковшовым экскаваторам, нашедшим применение в
лесной промышленности и лесном хозяйстве, можно отнести такие машины,
как БТМ-ТМГ-2 - траншейный экскаватор, ЭТЦ-354 А и ЭТЦ-402траншейные машины и ЭМ-201А-карьерный цепной экскаватор (рис.28).
Роторные многоковшовые экскаваторы конструктивно представляют
собой рабочее оборудование в виде ротора (большое колесо), к наружным
граням которого жестко прикреплены ковши с зубьями, смонтированное как
навесное на модернизированном гусеничном или колесном тракторе (тягаче).
В роторном экскаваторе помимо ротора с ковшовыми имеется
транспортирующий рабочий орган (транспортер), который может быть
двухсторонний и односторонний. Резание грунта и подъем его из траншеи
производится ковшами ротора, а из ковшей грунт пересыпается на
поперечный ленточный транспортер, который выносит грунт в отвал или в
транспортные средства. Такие многоковшовые экскаваторы устраиваются
преимущественно продольного копания, почему они получили название
траншейных. Из таких машин в условиях лесного комплекса можно
встретить: ЭТР-132А, ЭТР-133, ЭТР-161 и БТМ-ТМГ (рис. 29).
151
Рис. 28 Экскаватор ЭТЦ-354 А:
I-гусеничный ход; 2- лебедка; 3 - коробка передач; 4 - двигатель; 5 кабина; 6 - турасный вал; 7-откосообразователи; 8 -рабочий орган; 9 верхняя рама; 10 – конвейер
1-тягач; 2 и 3-механизмы подъема задней и передней частей рабочего оборудования; 4-рама тягача; 5шарнирная цепная передача; 6-привод конвейера; 7-конвейер; 8-рама рабочего оборудования; 9поддерживающий ролик; 10-рама ротора; 11-зачистное устройство; 12-направляющий ролик; 13-ротор;
14-ковш; 15-вал привода ротора; 16-редуктор привода ротора; 17-муфта предельного момента; 18раздаточный редуктор; 19-бортовой редуктор; 20-ведущая звездочка
Рис. 27 Экскаватор ЭТР-204:
152
153
4. Статический расчет одноковшовых экскаваторов
Целью статического расчета одноковшового экскаватора является
определение условий уравновешивания поворотной платформы, проверка
устойчивости машин и определение реакций опорных катков, катковзахватов и центрирующей цапфы.
Для уравновешивания поворотной платформы служит противовес,
который выбирают из условия, согласно которому равнодействующая всех
сил, действующих со стороны ее, не должна выходить за пределы опорноповоротного круга. Однако полностью уравновесить поворотную платформу
нельзя, поэтому предполагается, что неуравновешенная часть нагрузки будет
восприниматься катками-захватами. Руководствуясь этим соображением,
массу противовеса следует выбирать по условным расчетным схемам,
отражающим реальное условия работы экскаватора. Как правило, масса
противовеса рассчитывается для прямой лопаты и проверяется для других
видов рабочего оборудования (обратная лопата, драглайн). При этом
определяют два значения силы тяжести противовеса: одно соответствует
возможности опрокидывания поворотной платформы вперед, т.е. в сторону
рабочего оборудования, а другое значение определяется исходя из
возможности опрокидывания поворотной платформы назад, т.е. в сторону
противовеса.
Выбранная сила тяжести противовеса не должна быть меньше того
значения, которое соответствует опрокидыванию платформы вперед и вместе
с тем не должна превышать того значения, которое соответствует
опрокидыванию ее назад.
При оборудовании «прямой лопаты» сила тяжести противовеса при
опрокидывании поворотной платформы «вперед» определяется при наклоне
стрелы, равном 35-40°. При этом предполагается, что ковш груженый,
рукоять горизонтальна и выдвинута на 2/3 своего хода в случае малых и
средних машин (рис. 30) и полностью выдвинута в случае машин большой
мощности. Сопротивление грунта копанию не учитывается, так как
предполагается, что оно воспринимается роликами-захватами.
Масса противовеса в этом случае найдется из уравнения равновесия
относительно переднего катка (точка В) нагруженного экскаватора, как
154
Gn1 
где
Gк  г (rк  Г  a)  G p (rp  a)  Gc (rc  a)  Ga (ra  a)
rn  a
,
(44)
Gк+г- масса ковша с грунтом;
Gр - масса рукояти;
Gс - масса стрелы;
Gа - масса всех агрегатов, находящихся на поворотной платформе;
rк  Г , rp , rc , ra , rn - расстояние до оси вращения центров тяжести
ковша с грунтом, рукояти, стрелы, поворотной платформы и противовеса
соответственно.
Рис. 30 К расчету массы противовеса при опрокидывании «вперед»
Расчетная схема для определения силы тяжести противовеса при
опрокидывании поворотной платформы назад принимается, когда стрела
расположена под углом к горизонту 55…600 , ковш разгружен, оперт на
грунт и находится у пяты стрелы (см. рис. 31).
Сила тяжести противовеса из уравнения моментов всех сил относительно заднего опорного катка (точка А)
155
Gn 2 
Gc (rc  a)  Ga (ra  a)
.
rn  a
(45)
Если в результате окажется, что Gn2>Gn1, то силу тяжести противовеса
следует выбирать между этими значениями, поближе к Gn1. Соответственно
определяется сила тяжести противовеса при оборудовании экскаватора
ковшом обратная лопата и драглайн, но с учетом их конструктивных
особенностей.
Устойчивость экскаватора характеризуется коэффициентом устойчивости Ку, который определяется по следующей формуле:
Ку 
где
Му
М0
,
(46)
Му - момент сил, удерживающих экскаваторов от опрокидывания;
М0 - момент сил, способствующий опрокидыванию экскаватора.
Рис. 31 К расчету массы противовеса при опрокидывании «назад»
Нормальная устойчивость экскаватора характеризуется, когда Ку=1,1…
1,2. Если же этот коэффициент имеет меньшее значение - это указывает на
возможность опрокидывания экскаватора, а больше этого значения - на
имеющие место недоиспользуемые резервы устойчивости при проектировании рабочего оборудования.
156
Различают два вида устойчивости экскаватора — это:
а) устойчивость в направлении рабочего оборудования;
б) собственная устойчивость или устойчивость в направлении
противовеса.
Как правило, устойчивость в рабочем положении определяется для
случая, когда рабочее оборудование располагается поперек к гусеничному
ходу.
Устойчивость в транспортном положении проверяется на
максимальных уклоне и подъеме, которые определяются тяговым расчетом.
5. Определение эксплуатационной производительности
одноковшовых и многоковшовых экскаваторов.
Одноковшовые экскаваторы. Эксплуатационная производительность
одноковшовых экскаваторов с учетом реальных грунтовых условий может
быть определена по формуле:
П э  q  n  kн
где
1
3
 kT  kb , м /ч,
kp
(47)
q- емкость ковша в м3;
п - число рабочих циклов в течение часа, выполненное экскаватором,
n
где
3600
,
Тц
Тц= tк + tn + t'nb + tp+ t "nb+t0 (с);
tк - время копания и набора грунта в ковш, с;
tn - время подъема ковша из забоя, с;
t'nb - время поворота груженного ковша, с;
tp - время разгрузки грунта из ковша, с;
t "nb - время поворота порожнего ковша к забою, с;
t0 - время опускания ковша в забой;
кн- коэффициент наполнения ковша;
кр- коэффициент разрыхления грунта;
(48)
157
kТ - коэффициент влияния трудности разработки;
кb - коэффициент использования экскаватора по времени;
кн,, кр,, kТ - коэффициенты, учитывающие конкретные грунтовые условия, т.е. их можно заменить коэффициентом грунта k г  k н
1
 kT , который
kp
принимается для грунтов I категории равным k г = 1,0, для II категории - k г
=0,9, для III категории k г = 0,7 и для грунтов IV категории k г =0,5.
Эксплуатационная производительность многоковшовых экскаваторов определяется по формуле:
П э  0,06q  z  k г  k в ,м3/ч,
где
(49)
q - емкость единичного ковша в л;
z - число разгружений ковша в 1 мин, которое зависит от скорости
движения ковша Vк и шага их расположения Т и определяется по формуле
z
60 V k
;
T
k г - коэффициент грунта, так же, как и для одноковшовых экскаваторов
принимаемый для грунтов I категории k г =0,9, П категории k г =0,8, для
грунтов III категории k г =0,6 и для IV категории k г =0,45;
kв- коэффициент использования рабочего времени.
ЛЕКЦИЯ 14
Тема: МАШИНЫ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВ.И ДОРОЖНОСТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ. НАЗНАЧЕНИЕ,
КЛАССИФИКАЦИЯ, КОНСТРУКЦИЯ
Вопросы:
1. Процесс уплотнения, способы уплотнения. Назначение и общая
классификация уплотняющих машин.
2. Катки. Назначение, классификация, конструкция.
3. Трамбующие машины. Назначение, классификация, конструкция.
4. Вибрационные машины. Назначение, классификация, конструкция.
5. Технология производства работ и определение эксплуатационной
производительности катков.
158
1. Процесс уплотнения, способы уплотнения. Назначение и общая
классификация уплотняющих машин
Уплотнение является важнейшей операцией технологического процесса при строительстве лесовозных дорог. От качества выполнения работ по
уплотнению земляного полотна зависит устройство и долговечность дороги в
целом.
Уплотнение грунта (или материалов покрытия) заключается в давлении на него и манипулировании им с целью вытеснения воздуха или
избыточной влаги и заполнении пустот соседними частицами грунта,
сдавленными до состояния близкого контакта.
Уплотнение увеличивает несущую способность, понижает проницаемость и сводит к минимуму усадку, набухание, дальнейшую осадку и
эрозию.
Уплотнение производится
трамбованием, вибрированием.
следующими
способами:
укаткой,
Уплотнение укаткой происходит в результате давления, создаваемого вальцами или колесами, перекатывающимися по поверхности грунта
(рис. 32).
Рис. 32 Способ укатки
Уплотнение трамбованием осуществляется ударом рабочих органов
трамбующей машины (см. рис.33).
Рис. 33 Способ трамбования
159
Уплотнение вибрированием осуществляется путем передачи грунту
колебательных движений вибратора, в результате которых происходит
взаимное перемещение твердых частиц и уплотнение грунта (рис.34).
Рис. 34 Способ вибрации
В зависимости от этого уплотняющие машины, в общем, принято
классифицировать по принципу действия на катки, уплотняющие грунт и
строительные материалы укаткой; трамбующие машины, осуществляющие
ударное уплотнение; вибрационные машины, осуществляющие уплотнение
вибрацией рабочего органа, находящегося в непосредственном контакте с
уплотняемым материалом; комбинированные уплотняющие машины, сочетающие в себе два способа уплотнения (вибрационные катки).
Вместе с этим уплотняющие машины в общем можно разделять по роду
используемой энергии: с двигателями внутреннего сгорания, электрического
и взрывного действия.
2. Катки. Назначение, классификация, конструкция
Катки являются наиболее распространенными и простыми уплотняющими машинами. По сравнению с другими машинами, служащими для
уплотнения грунтов и строительных материалов, катки являются не только
наиболее простыми, но и наиболее производительными и экономичными.
Поэтому они получили весьма широкое применение как в строительстве
лесовозных дорог, так и вообще в дорожном строительстве.
Катки как основной вид уплотняющих машин принято подразделять: 1)
по массе и удельному давлению; 2) по способу передвижения; 3) по виду и
конструкции уплотняющего рабочего органа.
По массе и удельному давлению катки разделяются (таблица 2)
160
Таблица 2
Тип Катков
Легкие
Средние
тяжелые
Кулачковые катки
(ребристые, решетчатые)
8…9т
16…18 т
28…30 т
Катки на пневмошинах
прицепные
4…12,5
8…25
16…50
самоходные
10
20
30
Самоходные
катки с
гладкими
вальцами
0,6…4
6…8
10…18
По способу передвижения катки бывают: прицепные, полуприцепные и
самоходные.
По виду и конструкции уплотняющего рабочего органа они бывают:
а) с кулачковым ребристым и решетчатым вальцом;
б) с вальцами, имеющими гладкую поверхность;
в) катки на пневматических колесах.
Вместе с этим катки прицепные могут буксироваться тракторами на
гусеничном и колесном ходовом оборудовании. Самоходные катки с
гладкими вальцами, кроме того, различают по числу вальцов и их взаимному
расположению.
Прицепные катки. Прицепные катки могут быть с гладкой поверхностью вальца, кулачковые, решетчатые и ребристые, а также и
пневмоколесные.
Прицепные катки с гладкими вальцами малоэффективны, и в настоящее время промышленность их не выпускает.
Кулачковые катки предназначены для послойного уплотнения связных
грунтов при сооружении насыпей, плотин, дамб, земляного полотна,
оснований автомобильных и железных дорог. Решетчатые катки особенно
эффективны при уплотнении комковатых грунтов.
Пневмоколесные катки применяют для окончательного уплотнения
свежеотсыпаемого грунта после предварительного уплотнения кулачковыми
или решетчатыми катками, а также для самостоятельного послойного
уплотнения дорожных оснований и покрытий, сооружаемых методом
смешивания грунта или каменных материалов с вяжущими материалами.
161
Пневмоколесные катки хорошо уплотняют как связные, так и несвязные грунты.
Конструктивно прицепной кулачковый каток состоит из рамы с
очистительными устройствами, вальца с кулачками и двух дышл со
сцепными устройствами. К наружной поверхности обечайки вальца в
шахматном порядке приварены стальные кулачки, имеющие форму усеченного конуса. Внутренняя полость вальца заполнена балластом (песком)
через имеющиеся овальные люки с литыми крышками, выполненные в
боковых стенках вальца. Ось вальца смонтирована в ступицах в центре
боковых стенок и зафиксирована винтами. Концы оси установлены на
роликоподшипниках в специальных корпусах, закрепленных болтами на
планках, приваренных к продольным балкам рамы (рис. 35).
К поперечным балкам рамы приварены гребенки-очистители, предназначенные для очистки кулачков и вальца от налипающего грунта. Для
реверсирования работы катки имеют по два дышла, которые снабжены
вращающимися сцепными серьгами и прикреплены к раме с помощью
болтов. На каждом дышле приварена монтажная проушина.
Пневмоколесные прицепные катки выпускаются четырех типов: легкие,
средние, тяжелые и особо тяжелые. По способу подвески прицепные
пневмоколесные катки разделены на катки с жесткой и независимой
(свободной) подвеской колес.
Пневмоколесный каток с жесткой подвеской колес имеет шесть
пневматических колес, установленных попарно в один ряд. На раме катка
установлена для балласта металлическая платформа с откидными бортами. К
продольным брусьям рамы прикреплены оси спаренных колес. Для
устойчивости катка в отцепленном состоянии, а также для монтажа шин
каток имеет откидные домкраты. Основным недостатком катков такой
конструкции является перегрузка отдельных колес при движении катка по
неровной поверхности, вследствие чего укатываемая полоса уплотняется по
ширине неравномерно.
При независимой подвеске каждое колесо имеет собственную
качающуюся балластную секцию, обеспечивающую свободное перемещение
колеса в вертикальной плоскости, что устраняет возможность его перегрузки
и создает равномерное уплотнение грунта всеми колесами. В настоящее
время выпускаются легкие и средние прицепные пневмоколесные катки
только с независимой подвеской. Такой каток состоит из пяти балластных
162
секций - бункеров, дышла с передней балкой, задней балки с механизмом
стопорения средних бункеров и электрического оборудования. Крайние
секции с помощью балок передней и задней соединены между собой, образуя
жесткую раму. Внутри рамы к передней балке шарнирно прикреплены три
средние секции, благодаря чему имеют возможность независимо
перемещаться в вертикальной плоскости. Направляющие задней балки
входят в пазы средних секций для их фиксации от бокового смещения.
Бункер каждой секции имеет сверху и снизу люки с крышками для
загрузки и выгрузки балласта. К нижним швеллерам каркасов секций
приварены кронштейны, в которых с помощью рычагов закреплены оси
колес. Крайние колеса оборудованы пневматическими тормозами,
необходимыми для безопасного транспортирования катка. В систему
электрооборудования катка входит световая сигнализация - указатели
поворотов, стоп-сигнал и габаритные огни. Наиболее известны такие
пневмоколесные прицепные катки с независимой подвеской, как ДУ-30
легкий к колесному трактору Т-150К и ДУ-39А средний к гусеничному
трактору класса и колесному К-700А (рис. 36).
Полуприцепные (седельные) и самоходные пневмоколесные катки
отличаются хорошей маневренностью и транспортабельностью, обеспечивают высокое качество уплотнения и большую производительность.
Полуприцепные катки по конструкции полностью унифицированы с
прицепными катками соответствующего типоразмерного ряда. В прицепном
варианте их оборудуют дышлами со сцепным устройством, в полуприцепном
варианте - хребтовой балкой, опирающейся на седельное сцепное устройство
тягача. К полуприцепным каткам, наиболее часто встречающимся в условиях
строительства лесовозных дорог, относятся: легкий каток ДУ-37Б к
колесному трактору Т-15 ОК; средний - ДУ-16В к одноосному колесному
тягачу МоАЗ-546П и тяжелый Д-599 к одноосному тягачу БелАЗ-531, (рис.
37).
163
а
б
Рис. 35 Каток прицепной кулачковый ДУ – 26:
а – общий вид катка; б – чертеж катка: 1 – валец с кулачками; 2 - рама; 3 –
заднее дышло; 4 – переднее дышло
164
а
б
Рис. 36 Каток пневмоколесный прицепной ДУ-39А:
а - общий вид катка; б - чертеж катка: 1 - дышло; 2 - левый бункер; 3 средний бункер; 4 - правый бункер; 5 - задняя балка; 6 электрооборудование; 7 - колеса; 8 - пневмосистема
165
Самоходный пневмоколесный каток состоит из рамы, силовой установки, трансмиссии, ходовой части, кабины, пневмосистемы, электрооборудования, смачивающей системы и системы управления. Каток имеет
металлический балласт и ящик для песка. Нагрузка на колеса от всей массы
распределена равномерно. Подвеска колес независимая, колеса в плане
расположены в шахматном порядке, обеспечивая полное перекрытие
уплотняемой полосы. Наибольшее распространение получили самоходные
пневмоколесные катки: ДУ-31А среднего типа и ДУ-29 тяжелого типа (рис.
38).
Основным направлением в развитии прогрессивных универсальных
самоходных катков явилось создание гаммы комбинированных катков
специальной конструкции. Комбинированные катки с различными уплотняющими органами могут быть использованы для уплотнения связных,
несвязных, комковатых грунтов, дорожных оснований, гравийнощебеночных, облегченных и асфальтобетонных покрытий. В настоящее
время наибольшее распространение получили комбинированные самоходные
катки: ДУ-57-1 с гладким вибровальцом; ДУ-57-2 с кулачковым вальцом и
ДУ-57-3 с решетчатым вальцом.
Для уплотнения различных дорожных оснований и покрытий применяют самоходные катки с гладкими вальцами.
По числу вальцов, их взаимному расположению к приводу различают о
дно-двух — и многовальцовые катки.
По виду двигателя катки разделяют на карбюраторные и дизельные.
Рис. 37 Каток полуприцепной на пневматических шинах ДУ-16В:
1 - тягач; 2 - дышло; 3 - левый бункер; 4 - средний бункер; 5 - правый
бункер; 6 - электрооборудование; 7 - задняя балка; 8 - колеса;9 пневмосистема
166
Рис. 38 Каток самоходный статический на пневматических шинах ДУ-31 А:
1-рама;2-двигатель;3-повышающий
редуктор;4,14-карданный
вал;
5гидравлический привод; 6-кабина;7-электрооборудование; 8-рулевой привод;
9-тормозной привод; 10 - капот; 11-смачивающая система; 12-передний мост;
13-коробкапередач;15-раздаточный редуктор; 16-нижний карданный вал;17задний мост; 18-пневмооборудование
Самоходные катки с гладкими вальцами (статические и вибрационные)
предусматривают трех типов: тип I - легкие вибрационные массой 0,6; 1,5 и 4
т; тип II-средние вибрационные и статические массой 6…8 т; тип III-тяжелые
статические массой 10…12 и 15…18 т.
Конструктивно такие катки имеют следующие основные узлы и
механизмы: рамы, силовое оборудование (двигатели), муфты сцепления,
механическая или гидромеханическая трансмиссия, коробок передачи
обычно с реверсивными механизмами фрикционного типа, ведущие и
ведомые вальцы, а также кабина оператора с элементами системы
управления, электрооборудования и пр. Наибольшее распространение в
дорожном строительстве получили катки: двухвальцовые - двухосные ДУ-54,
ДУ-47 с механической трансмиссией; трехвальцовые - двухосные ДУ-50, ДУ48Б первый с механической, второй с гидромеханической трансмиссией и
трехвальцовый - трехосный ДУ -49ДА гидромеханической трансмиссией
(рис. 39). Перспективными в настоящее время являются катки комбинированного типа пневмоколесно-гладковальцовые с вибрационным
механизмом основного рабочего оборудования (гладкого вальца). Это: ДУ57А масса 20,5 т ширина уплотняемой полосы 2400 мм; ДУ-62 -масса 13 т
ширина уплотняемой полосы 2200 мм.
167
Рис. 39 Каток самоходный трехвальцовый статический ДУ-49А:
1 - рама; 2 - устройство для очистки и смачивания вальцов; 3 -гидроцилиндр;
4 - топливный бак; 5 - сигнал; 6 - тент; 7 - рычаг управления катком; 8 двигатель; 9 -подмоторная рама; 10 - коробка передач; 11 - редуктор; 12 задний валец; 13 - передний валец; 14 -дополнительный валец
3. Трамбующие машины. Назначение, классификация, конструкция
Трамбующие машины, в отличие от катков и в особенности на
строительстве дорог в условиях лесного комплекса, получили
незначительное применение. Такие машины предназначены для уплотнения
насыпных связных грунтов, отсыпаемых слоями значительной толщины
(0,8…1,5 м) и грунтов с ненарушенной поверхностью на дне и откосах
каналов и открытых водоемах (прудов, водохранилищах).
По конструкции трамбующие машины можно разделять на две группы:
трамбующие плиты и грузы на экскаваторах и навесные на тракторах;
многосекционные и самоходные трамбующие машины.
Трамбующие машины на экскаваторах применяют с узким фронтом
работ (сосредоточенные земляные работы при отсыпке земляного полотна
дорог, пазухи насыпей в мелиоративном строительстве после обратной
засыпке у оснований мелиоративных сооружений), а цилиндрические грузы
(вальцовые трамбовки) – для уплотнения откосов с ненарушенной
структурой грунта на дне и откосах осушительных каналов.
168
Плиты могут быть чугунными и железобетонными массой 0,8…1,5 т и
более с ударной поверхностью, имеющей форму круга или квадрата.
Цилиндрические грузы изготавливают массой 1,5…2,5 т при наружном
диаметре цилиндра 0,6…1,0 м. Они подвешиваются к подъемному канату на
трех – четырех цепях и на вспомогательном канате с легким оттяжным
грузом для предотвращения поворота и закручивания подъемного каната.
Для нанесения удара плита (цилиндрический груз) поднимается
лебедкой экскаватора на высоту 0,8…2,0 м, а затем свободно падает под
действием собственной массы. Высоту подъема плиты (груза) принимают
такой, чтобы необходимая плотность уплотняемого грунта достигалась за
3…6 ударов.
Многосекционные трамбующие машины (рис. 40) предназначены для
послойного уплотнения тяжелых связных и несвязных грунтов слоями
толщиной до 1,2 м на горизонтальных участках земляных сооружений.
Рис. 40 Трамбующая машина:
1 - редуктор; 2 - кривошип; 3 - полиспаст; 4 - пружинным компенсатор; 5 рама: 6 - канат; 7 - направляющая; 8 - рабочий орган; 9 - крюк
Рабочий орган 8 имеет от двух до шести трамбующих плит,
расположенных в ряд поперек (перпендикулярно) продольной оси базового
169
шасси (трактора). Каждая плита подвешена на канате 6, огибающем
направляющие блоки рамы 5, запасованном в полиспаст 3 и закрепленном в
пружинном компенсаторе 4. Блоки подвижных полиспастов смонтированы в
обоймах кривошипов 2, присоединенных обгонными муфтами к консолям
ведомого вала редуктора 1. Последний приводится во вращение от
коленчатого вала двигателя трактора. При вращении кривошипа 2 в период
удлинения ветвей полиспастов 3 плита поднимается, а в период ускорения
опускается. Уплотнение грунтов ведется при медленном движении машины
(на первой передачи) поочередными ударами плит, которые поднимаются
канатами 6 и свободно сбрасываются на уплотняемую поверхность. От
боковых и продольных смещений при подъеме и опускании каждая плита
удерживается трубчатыми направляющими 7. При перемещении машины с
одного объекта на другой уплотняющие плиты подвешиваются на крюках 9.
4. Вибрационные машины. Назначение, классификация,
конструкция
Вибрационные машины предназначены, так же как и трамбующие,
для послойного уплотнения несвязных песчаных и галечных грунтов, гравия
и щебня на незначительных площадях по протяженности. По конструкции
рабочего оборудования их принято подразделять на: вибрационные
прицепные и самоходные катки (катки комбинированного действия), которые
были рассмотрены ранее; вибрационные плиты; многосекционные
виброуплотнители и глубинные вибраторы.
Вибрационные
плиты,
в
свою
очередь,
могут
быть
самопередвигающиеся, прицепные, крановые, ручные. Они предназначены
для уплотнения слабосвязных и несвязных грунтов, отсыпаемых толщиной
1,2…2,0 м.
Самоходная плита (рис. 41) имеет нижнюю вибрирующую и верхнюю
подрессоренную часть. Вибрирующая часть – плита 9 с двухдебалансовым
вибратором 8 является рабочим органом машины. Вибратор укреплен на
плите шарнирно и в рабочем положении колебание его происходит строго в
вертикальной плоскости. Для самопередвижения машины вибратор
наклоняется, создавая колебания под углом к вертикали. Под действием
наклонно направленных колебаний виброплита перемещается на новую
позицию, где вибратор снова устанавливается в рабочее положение. В
передней части плиты 9 установлен кабестан 1 для самовытаскивания
машины при помощи каната, закрепляемого на якорь. Транспортируют вибро
плиту на двух пневмоколесах, смонтированных на специальных кронштейнах
170
плиты 9 путем присоединения к буксирному крюку тяговой единицы
(автомобиля или трактора).
Прицепные и крановые виброплиты имеют принципиально такую же
конструкцию, как и самоходные, а отличаются от последних тем, что
вибратор создает направленные колебания только в вертикальной плоскости.
Такие вибро плиты перемещаются с одной позиции на другую с помощью
трактора или крана (экскаватора).
Рис. 41 Самоходная вибрационная плита:
1 - кабестан; 2 - пружинная подвеска; 3 - двигатель; 4 - шкив; 5 - рама;
аккумулятор; 7 - бак для топлива; 8 - вибратор; 9 - литая плита
6-
Виброуплотнитель (вибрационный многосекционный уплотнитель)
представляет собой самоходное шасси с подвешенными тремя вибро
плитами, расположенными в ряд перпендикулярно его продольной оси.
Предназначен такой виброуплотнитель для послойного уплотнения
гравийных и щебеночных материалов, а также несвязных грунтов на глубину
до 0,6 м. Принцип работы такой же, как и самоходной виброционной плиты.
171
Виброуплотнители глубинные предназначены для уплотнения
несвязных грунтов на глубину до 10 м в насыпях и под водой гидро вибрационным методом (сочетанием работы водной струи, подаваемой под
давлением, с вибрацией).
Для уплотнения дна и откосов оросительных каналов глубиной до 3 м,
шириной по верху до 7,5 м и по дну 1,2…2,5 м с заложением откосов от 1:1
до 1:1,5 применяют машину на специальном гусеничном шасси или на базе
модифицированного
гусеничного
трактора
с
виброударным
(вибротрамбующим) рабочим органом. Рабочий орган представляет собой
плиту с установленными на ней двумя электродвигателями в виброударном
исполнении, которая подвешивается к рукояти. При помощи тяговых канатов
и
гидроцилиндров
стрелы
и
самой
рукояти
(расположенных
перпендикулярно продольной оси машины) рабочий орган машины
устанавливается на уплотняемую поверхность (дна или откоса канала). В
процессе уплотнения машина перемещается на одной из берм вдоль оси
канала, уплотняя полосу шириной до 1,5 м по поверхности откосов и дна.
5. Технология производства работ и определение эксплуатационной
производительности катков
Работу по уплотнению грунта желательно производить в период, когда
естественная влажность грунта приближается к оптимальной. В противном
случае уплотнять грунт трудно, а иногда и невозможно. Грунт надо
уплотнять сразу вслед за его отсыпкой слоями заданной толщины.
Уплотнение свежеотсыпанной насыпи следует осуществлять вдоль оси
дороги от края насыпи к середине во избежание сдвига грунта в сторону
откосов. Для предотвращения обрушения откосов и сползания катков под
откос во время их прохода кромка вальца не должна быть ближе 0,3 м от
бровки земляного полотна.
При укатке земляного полотна шириной 8-10 м катками на
пневмоколесном ходу первый и второй проходы катка следует выполнять на
расстоянии 2-2,5 м от бровки насыпи, а затем, смещая ходы на 1/3-1/4
ширины катка в сторону бровки, уплотняют края насыпи. После этого укатку
продолжают круговыми проходами от края к середине насыпи с таким же
перекрытием каждого прохода катка.
Для достижения большей равномерности уплотнения грунта давление в
шинах катка должно быть одинаковым во всех колесах. Наиболее
равномерное уплотнение грунта обеспечивается секционными катками с
172
независимой подвеской колес. Рекомендуется следующее давление в шинах
катков на пневмоколесном ходу: для песков - 0,2, супесей - 0,3…0,4,
суглинков и глин - 0,5…0,6 МПа.
Скорости движения катка по ходам различны, причем первый и два
последних хода совершаются на малых скоростях (0,4...0,7 м/с), а все
остальные (промежуточные) ходы - на больших (2,2...3,0 м/с). При таком
скоростном режиме производительность катков увеличивается в 2 раза, а
стоимость работ сокращается до 50 %.
Число проходов пневмоколесных катков при уплотнении связных
грунтов обычно составляет 6...8, а для несвязных грунтов 3...4.
Глубину активной зоны уплотнения можно определить по формуле
h0  1,8
где
ф
0
Gk Pb
,
1 
(51)
ф , 0 - фактическая и оптимальная влажность грунта, %;
Gк - масса приходящаяся на колеса катка, кг;
Рb - давление воздуха в шинах, МПа;

- коэффициент жесткости шины, который изменяется в зависимости
от давления воздуха в шинах:
Рb - 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
 - 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,15
К преимуществам пневмоколесных катков по сравнению с гладкими и
кулачковыми катками относятся:
а) большая продолжительность времени действия нагрузки вследствие
эффекта сжатия шин;
б) большие площади контакта шин с грунтом, обеспечивающие
уплотнения грунта на большую глубину;
в) возможность регулирования передаваемого на грунт напряжения путем
изменения давления воздуха в шинах;
г) они не подвергают дроблению такие строительные материала как
щебень и гравий и не ухудшают качество слоя покрытия.
173
2
Производительность катков (м /ч), рассчитывают по формуле:
Пч 
где
3600  L( В  а)  H 0  k b
L
(  t nb )  n
V
(52)
L - длина укатываемого участка ( длина захватки), м;
В - ширина укатываемой полосы, м;
а - величина перекрытия, м ( а = 0,2 м);
Н0— оптимальная толщина грунта в плотном теле, м;
kb - коэффициент использования рабочего времени (Кb =0,85);
V - рабочая скорость катка, м/с;
tnb - время, затрачиваемое на поворот катка в конце участка, с
(tnb=0...50c);
n - необходимое число проходов катка по одному и тому же месту.
ЛЕКЦИЯ 15
Тема: МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ
КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Вопросы:
1.
2.
3.
4.
Процесс, способы и степень дробления.
Назначение и общая классификация дробилок.
Классификация и конструкция дробилок,
Грохоты. Назначения, классификация, конструкция.
1. Процесс, способы и степень дробления
Дробление - процесс разделения породы на части, механическим путем
преодолеваются силы сцепления между частицами породы и образуются
новые поверхности ее.
Процесс дробления состоит из следующих элементов: упругой и
пластической деформации дробимого тела и образования новых поверх-
174
ностей его; преодоление внешнего и внутреннего трения и преодоление
разных потерь.
Механическое дробление каменной породы осуществляется следующими способами: 1. Раздавливанием путем сближения дробящих поверхностей (см. рис. 42а); 2. Раскалыванием острыми гранями рабочих
поверхностей (см. рис 42б); 3. Излом, при котором куски породы разрушаются в результате изгиба (см. рис. 42в); 4. Разрушением кусков каменной
породы ударом специальных бил (см. рис. 42г); 5. Истиранием кусков камня
скользящей поверхностью машины (см. рис 42д ).
Материал, поступающий в дробильную машину, принято назвать
исходным материалом или кусками питания, обработанный материал
дробления – готовым продуктом.
Рис. 42. Способы дробления каменной породы
Степень измельчения больших кусков камней (кусков питания) на
мелкие (готовый продукт) определяется отношением поперечного размера
исходного материала, поступающего на дробление, к поперечному размеру
готового продукта и определяется по формуле
i=
где
Д
д
(53)
Д- диаметр кусков питания (в поперечнике);
d- диаметр кусков готового продукта.
Величина i показывает, во сколько раз уменьшается первоначальный
размер куска камня в результате дробления.
В зависимости от размера фракций готового продукта, применяемого в
строительстве, различают следующие виды дробления:
175
 крупное дробление - 40...70 мм и выше;
 среднее дробление-20...40 мм;
 мелкое дробление - 5.. .20 мм.
2. Назначение и общая классификация дробилок
Машины для дробления каменных материалов получили название
дробилок. Дробилки предназначены для разделения каменных пород на более
мелкие куски, пригодные для строительных нужд.
В дробильных машинах обычно применяют различные сочетания
рассмотренных способов механического дробления с учетом физикомеханических свойств дробимой породы и крупности дробления.
В зависимости от физико-механических свойств материалов и применяемых способов дробления различают следующие типы дробилок:
щековые (см. рис. 43а), конусные (см. рис. 43б), валковые (см. рис. 43в),
молотковые - роторные (см. рис. 43г).
Рис. 43. Схемы типов дробилок по классификации
В щековых дробилках процесс дробления заключается в раздавливании
и раскалывании материала. Раздавливание происходит вследствие
периодического нажатия подвижной дробящей щеки на не подвижную.
Одновременно камни раскалываются зубьями на рифленой поверхности
плит.
В конусных или гирационных дробилках процесс дробления также
заключается в раздавливании и раскалывании. Внутренний конус дробилки
насажан эксцентрично относительно корпуса (внешнего конуса). При
вращении внутренний конус непрерывным нажатием раздавливает, а его
рифленая поверхность раскаливает материал.
176
В валовых дробилках камень дробится двумя валками (рифлеными или
гладкими), вращающимися в разные стороны (навстречу друг другу).
Процесс дробления заключается в раздавливании камней и их истирании.
В молотковых дробилках дробление происходит при помощи молотков, насажанных на ротор. При вращении роторов молотки быстро
чередующимися ударами дробят камни.
И, наконец, комбинированные дробилки: Это дробилки практикуются в
основном за рубежом. В них обычно имеются два, а иногда и три дробящих
рабочих органа: щеко-валковый, щеко-молотковый, двойной щековой,
двойной молотковый, тройной щековый и т.д. Обычно эти рабочие органы
установлены один за другим.
Мельницы применяются для размельчения материала до порошкообразного состояния. Они в зависимости от принципа действия и конструкции
рабочего органа бывают следующих типов:




барабанные шаровые и стержневые;
кольцевые роликовые;
бегунные (катки-бегуны);
вибрационные (шары и вибрация).
Наибольшее распространение получили мельницы барабанного типа и,
особенно, шаровые.
В таких мельницах материал дробится в результате ударов, которые он
получает от падения металлических шаров, находящихся внутри барабана.
Истирание происходит за счет движения шаров и вращения барабана.
3. Классификация и конструкция дробилок.
Щековые камнедробилки
Щековые дробилки предназначены для крупного и среднего дробления
каменного материала. Щековые дробилки можно разделить на группы по
следующим признакам:
а)
по характеру движения подвижной дробящей щеки с простым и
сложным качанием;
б)
по конструкции приводного механизма - с шарнирно-рычажным
механизмом, с эксцентрированным приводом, с кулачным механизмом
(роликовые дробилки);
177
в)
по степени подвижности - передвижные, полустанционарные и
стационарные.
Вместе с этим в зависимости от конструкции рабочего органа щековые
дробилки могут быть: с одной подвижной щекой и с двумя подвижными
щеками. И, наконец, все щековые дробилки классифицируются по размеру
загрузочного отверстия, чем определяется максимальный размер
загружаемых кусков.
В щековых дробилках с простым движением (качанием) щеки (Рис.44а)
рабочими органами являются щеки - неподвижная (станина) и подвижная, на
которых закреплены дробящие плиты. Качание подвижной щеки
обеспечивается шарнирно-рычажным механизмом, который состоит из
эксцентрированного вала с установленным на нем шатуном и двух распорных плит. При вращении эксцентрированного вала происходит подъем и
опускание основания шатуна. При этом распорные плиты изменяют угол
наклона, вследствие чего происходит качание подвижной щеки вокруг оси,
на которой она подвешена. Подвижная и неподвижная щеки дробилки
образуют зону дробления, в которой камень подвергается измельчению. Для
уравновешивания дробилки и равномерной ее работы на концах
эксцентрированного вала смонтированы два маховика, один из которых
служит ведущим шкивом. Расстояние между дробящими плитами в нижней
части зоны дробления называется выходной целью, ширина которой
регулируется специальным клиновым механизмом и длиной распорных плит.
Щековая дробилка со сложным движением щеки (Рис. 44б ) состоит из
двух основных узлов: станины и эксцентрированного вала с подвешенной на
нем подвижной дробящей щекой. К передней стенке станины с внутренней
стороны прикреплена неподвижная дробящая плита. Подвижная дробящая
плита закреплена на подвижной щеке клиньями с болтами, подвешена
верхним концом на главном эксцентриковом валу, от которого получает
движение. Характерной особенностью дробилки со сложным движением
щеки являются траектории движения точек рабочей поверхности подвижной
дробящей плиты: в нижней части они имеют вид сильно вытянутых
эллиптических кривых, а в верхней части приближаются к окружности. При
таком движении щеки происходит раздавливание камня с истиранием и
скалыванием и, кроме того, ускоряется продвижение материала вниз.
178
Рис. 44 Кинематические схемы щековых дробилок:
а- спростым; б- сложным движением подвижной щеки;
1- станина; 2- неподвижная и 3- подвижная дробящие плиты; 4- ось
подвижной щеки; 5- подвижная щека с простым движением; 6- передняя
распорная плита; 7- задняя распорная плита; 8- шатун; 9- эксцентриковый вал
шатуна; 10- механизм регулирования размера выходной щеки; 11- устройство
силового замыкания звеньев механизма подвижной щеки; 12- распорная
плита; 13- подвижная щека со сложным движением; 14- эксцентриковый вал
подвижной щеки со сложным движением
Дробилки с простым качанием щеки ЩДП: СМД-13, СМД-58 (ЩДП9х12), СМД-59А (ЩДП-12х15), СМД-60А (ЩДП-15х21).
Дробилки со сложным движением щеки ЩДС: СМД-115, СМД31(ЩДС-011-2,5x4), СМД-108 (ЩДС-1-2,5x9), СМД-28(ЩДС-1-4x9), СМД6А(ЩДС-11-6x9).
В последнее время появились более совершенные щековые дробилки,
оснащенные вибрирующими устройствами. Такие дробилки называются
виброщековыми.
Схема виброщековой дробилки (ВЩД) показана на (рис. 45)
179
Рис. 45. Виброщековая дробилка:
1- корпус; 2- упругий элемент; 3- амортизатор; 4- подвижная щека; 5дебалансный вибратор (стрелками показаны направления вращения
вибраторов и качания щек).
Конусные камнедробилки. Конусные дробилки благодаря более
экономному расходованию энергии (по сравнению со щековыми дробилками) имеют широкое распространение. Они применяются для крупного,
среднего и мелкого дробления. Недостатком конусных дробилок является их
относительно сложная конструкция.
В зависимости от назначения и характера процесса дробления конусные
дробилки бывают с крутым конусом - для крупного и среднего дробления и с
пологим конусом - для среднего и мелкого дробления. (Рис.46 и Рис. 47)
180
Рис. 46 Конусная дробилка с
конусом
Рис.47 Конусная дробилка с крутым
пологим конусом
По конструкции вала дробилки конусные могут быть с валом,
подвешенным в верхней части на шарнире, с консольным валом и с валом,
закрепленным в станике.
Конструктивно конусная дробилка состоит из станины, неподвижного
дробящего конуса (корпуса), подвижного дробящего конуса, который
расположен внутри неподвижного конуса и закреплен на собственном валу, и
привода состоящего из электродвигателя и клиноременной передачи.
Главный вертикальный вал подвешен при помощи шарнира, воспринимающего одновременно нагрузку на дробящий конус от раздавливания
и массу самого конуса и вала. Нижняя часть главного вертикального вала
свободно входит в эксцентриковый стакан, опирающийся на подпятник,
состоит из трех дисков. Выходная щель регулируется подъемом и
опусканием вертикального вала, а, следовательно, и дробящего конуса. При
подъеме выпускная щель будет уменьшаться, при опускании - увеличиваться.
Для выхода раздробленного материала из камеры дробления служит
спускной желоб, имеющий футеровку из отбеленного чугуна.
В связи с большими динамическими нагрузками конусные дробилки
монтируются на армированном фундаменте. Управление конусной
дробилкой осуществляется с центрального пульта.
181
По сравнению со щековыми дробилками конусные работают более
спокойно, производительность их больше вследствие непрерывности
процесса, энергоемкость меньше, степень измельчения больше, срок службы
рабочей поверхности выше.
Известны следующие конусные дробилки: среднего дробления - КСД600Гр, КСД-900Гр, КСД-1200Т, КСД-1200Гр; мелкого дробления - КМД1200Гр и КМД- 1750Гр.
Наиболее современными конструкциями конусных дробилок,
отвечающим в достаточной степени всем принципам рационального
разрушения измельчаемых материалов, являются конусные инерционные
дробилки (КИД). Схема КИД показана на (рис. 48)
Рис. 48. Конусная инерционная дробилка:
1- наружный корпус; 2- броня наружного корпуса; 3- гидродомкрат; 4внутренний корпус; 5- сферическая опора; 6- корпус; 7- неуравновешенный
ротор- вибратор; 8- подшипник ротора- вибратора; 9- эластичная муфта; 10резиновые амортизаторы; 11- металлическая опора; 12- клиноременная
передача; 13- электродвигатель.
182
В такой дробилке при вращении вибратора 7 генерируется
центробежная сила, заставляющая внутренний конус 4 совершать
гирационное движение на сферической опоре 5,который так же приобретает
центробежную силу, зависящую от его амплитуды.
По технологическим параметрам и по надежности конусные
инерционные дробилки существенно превосходят эксцентриковые конусные
дробилки.
Валковые дробилки. В валковых дробилках измельчают камень небольших размеров, поэтому их используют для вторичного дробления
материала. В зависимости от конструкции рабочего органа валковые
дробилки бывают с гладкими и негладкими (зубчатыми, рифлеными и
ребристыми) валками. В большинстве своем валковые дробилки изготовляются с двумя валками, но и могут быть с одним валком.
В то же время они могут быть с самостоятельным приводом каждого
валка и с приводом только к одному валку (в этом случае вращение ко
второму валку передается цепной или зубчатой передачей).
В двух валковых дробилках камень измельчается между двумя параллельными валками, вращающимися навстречу один другому. Один из
валков установлен на подвижных подшипниках, упирающихся корпусами в
пружины. Такое устройство дает возможность регулировать зазор между
валками, а также предотвращает поломки дробилки при попадании в нее
недробимых предметов. Захват дробимого материала валками зависит от
соотношения валков, размеров кусков, зазора между валками и
коэффициента трения между камнем и поверхностью валков.
Конструктивно любая валковая дробилка состоит из следующих
основных частей: станины, корпуса, рабочего органа (вальцов), привода
вальцов и трансмиссии. Станины дробилок цельнолитые из чугуна или стали,
а также сварные из листовой стали. Валки отливают из чугуна: рабочей
поверхностью их являются сменные бандажи из марганцовистой стали.
Схемы приводов валковых дробилок показаны на рисунке 49.
183
Рис. 49. Схемы приводов валковых дробилок:
а) – с установкой подвижного предохранительного валка; б) –
кинематическая схема дробилки с валками, связанными один с другим
шестернями с удлиненными зубцами; в) – с приводом валков от отдельных
электродвигателей; г) – через редуктор и карданные валы; 1- ведущий валец;
2- ведомый валец; 3- пружина; 4- опора с горизонтальным перемещением; 5шестерни с удлиненными зубцами; 6- карданный вал; 7- редуктор.
К дробилкам такого типа относятся: дробилка дискозубчатая СМД-153 и
дробилка двухвалковая зубчатая CMД- 175 А. (Рис.50)
Рис.50 Дробилка валковая дискозубчатая
184
Дробилки ударного действия (молотковые) (рис.51). Наиболее
распространенными дробилками ударного действия являются роторные
дробилки. Их применяют для дробления малоабразивных материалов и
горных пород с пределом прочности при сжатии до 150 МПа.
Рис. 51. Основные схемы молотковых и роторных дробилок:
а) – однороторные; б) – двухроторные одноступенчатого дробления; в)
двухроторные двухступенчатые; г) – реверсивные; 1 – молоток; 2 – ротор; 3 –
била; 4 – отражательные плиты; 5 – механизм регулирования зазора между
билами и плитами
По конструкции основного рабочего узла - ротора - дробилки разделяются на две основные группы: роторные и молотковые.
Роторные дробилки имеют массивные роторы, на которых жестко
закреплены сменные била из износостойкостной стали. Они делятся на
185
дробилки крупного дробления (ДРК) и дробилки среднего и мелкого
дробления (ДРС).
По конструкции роторные дробилки бывают одно- и двух роторные.
Первая имеет один ротор с двумя билами, а вторая - два ротора, один из
которых имеет два била, другой - четыре. В зависимости от исходного
материала, поступающего на дробление, роторные дробилки бывают
центробежно-ударные и инерционно-ударные. В первых дробилках с
помощью ротора дробимый материал разгоняется за счет центробежных сил
и дробится, во вторых - дробимый материал без предварительного разгона
сразу дробится ударами вращающихся деталей ротора. Принцип действия
роторных дробилок одинаков, по конструкции они отличаются еще
размерами ротора и количеством отражательных плит. Дробилки ДРК имеют
ротор, диаметр которого больше длины, у ДРС эти размеры одинаковы.
Камера дробления образуется ротором и отражательными плитами: у ДРК двумя, у ДРС - тремя. В отличие от роторных, вал молотковых дробилок
оснащается дисками с отверстиями, в которые устанавливают оси с
шарнирно-закрепленными молотками. К роторным дробилкам крупного
дробления относятся СМД-85 (ДРК 8x6), СМД-86 (ДРК 12x10), СМД-87
(ДРК 20x16), среднего и мелкого дробления -СМД-75 (ДРС 10x10), СМД-94
(ДРС 12x12).
К молотковым дробилкам относятся: СМД-98А, СМД-97А, СМД-102 и
др.
4. Грохоты. Назначение, классификация, конструкция.
Исходное сырье производства строительных материалов представляет
собой неоднородную по крупности смесь, содержащую различные примеси и
включения. В процессе переработки сырье необходимо разделить на сорта по
крупности, удалить из материала примеси и включения.
Сортирование производят на плоских или криволинейных
поверхностях с отверстиями определенного размера. Такой процесс
называется грохочением, а машины и устройства для этого - грохотами.
Просеивающей поверхностью грохотов является колосниковая
решетка, решето или сито, которые располагаются горизонтально или под
углом к горизонту и приводятся в колебательное состояние.
Различают сухой и мокрый способы грохочения. При мокром способе
исходный материал поступает на грохот в виде пульпы или в сухом виде и на
186
грохоте орошается водой. При таком грохочении материал не только
разделяется по крупности, но и промывается.
По принципу действия грохоты делятся на плоские и барабанные
(рис. 52).
Рис. 52. Схемы грохотов:
а, б – плоские; в, г – барабанные;
1- сито; 2- подвески; 3- эксцентрик; 4- шатун; 5- вибратор.
Плоские грохоты в зависимости от характера движения делятся на
качающиеся (рис. 52, а) и вибрационные (рис.52, б). Они состоят из
нескольких расположенных одно под другим плоских сит с различными
размерами отверстий. Качающиеся грохоты, в свою очередь, подразделяют
на грохоты с прямолинейными и грохоты с вибрационными (круговыми)
качаниями по окружности (эксцентриковые). Качающиеся грохоты с
прямолинейным движением сита - тихоходные, вибрационные быстроходные.
Барабанные грохоты могут быть цилиндрическими (рис. 52,в) и
коническими (рис. 52,г). Они представляют собой полое тело длиной 2-5 м и
диаметром 0,8-1,0 м состоящее из отдельных секций - сит, с наклоном к
горизонтали 3-7°, в сторону увеличивающихся отверстий в ситах. Вращение
187
барабану передается через зубчатую цилиндрическую шестерню, надетую на
него или зубчатую коническую пару с торца барабана. При вращении
барабана щебень или гравий поднимается на некоторую высоту, а затем под
действием собственного веса падает вниз, совершая в то же время
поступательное движение вдоль барабана вследствие его наклонного
положения, и проваливается в отверстия сит, соответствующие размерам
частиц и рассортировывается.
Рабочая часть грохотов выполняется в виде сит, или решет и
колосников. Сита предназначены для тонкой, мелкой и средней сортировки
материала. В плоских грохотах сита установлены под углом к
горизонтальной плоскости. С их помощью гравий или щебень разделяется на
фракции (5-10; 2-10; 2-40 и 40-70 мм) колосниковые решета применяют для
крупной сортировки. Их изготавливают из стальных полос (колосников) или
использованных рельсов.
ЛЕКЦИЯ 16
Тема: МАШИНЫ ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ, УКЛАДКИ И СМЕШЕНИЯ
ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И
АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ
Вопросы:
1. Назначение и общая классификация.
2. Распределители каменной мелочи и песка. Классификация, конструкция.
3. Распределители минеральных вяжущих материалов. Классификация,
конструкция.
4. Распределители органических вяжущих материалов. Классификация,
конструкция.
5. Распределители асфальтобетонных смесей. Классификация,
конструкция.
6. Способы смешения дорожно-строительных материалов.
7. Назначение и общая классификация машин для смешения дорожностроительных материалов.
8. Дорожные фреза. Классификация, конструкция.
9. Грунтосмесительные машины. Классификация, конструкция.
188
1. Назначение и общая классификация
Распределители дорожно-строительных материалов и готовых смесей
предназначены для распределения слоем заданной толщины или установленной нормы каменных строительных материалов, песка,
минеральных и органических вяжущих, а также готовых асфальтобетонных
смесей при строительстве различных покрытий лесовозных дорог.
В зависимости от вида дорожно-строительного материала и технологического назначения распределительные машины подразделяются на
следующие группы:
 машины для распределения каменных дорожных материалов (щебня,
гравия) и песка;
 машины для доставки и распределения минеральных вяжущих
материалов (цемента и различных его отходов, извести и т.п.);
 машины для доставки и распределения органических вяжущих
материалов (битума, битумных эмульсий и т.п.);
 машины для распределения слоем заданной толщины готовых
дорожных смесей (асфальтобетонов).
2. Распределители каменной мелочи и песка. Классификация,
конструкция
Различают распределители каменной мелочи и универсальные распределители дорожно-строительных материалов. Распределители каменной
мелочи обеспечивают распределение мелких фракций каменных материалов
(щебня, гравия, каменных высевок) и песка при строительстве покрытий. Их
применяют также для рассеивания песка на дорогах в зимний период при
гололеде.
Распределители каменной мелочи и песка принято классифицировать:
по способу передвижения и по конструкции дозирующего рабочего органа.
По способу передвижения распределители подразделяются на прицепные, навесные и самоходные.
Прицепные распределители рассчитывались на совместную работу с
автосамосвалами, тракторами и автогрейдерами как тяговыми средствами.
189
По конструкции ходовой части прицепные распределители подразделялись на: ползунковые, в которых в качестве ходового оборудования
служили лыжи (полозья) и колесные (колеса с жестким металлическим
ободом и на пневмошинах). В настоящее время прицепные распределители
не применяются как устаревшие и не оправдавшие себя в эксплуатации.
Вместо них широко используются самоходные и навесные распределители.
По типу (конструкции) дозирующего рабочего органа различают
распределители: со щелевыми, тарельчатыми дозаторами и дозаторами
барабанного типа.
Конструктивно навесные распределители представляют собой бункер,
который подвешивается к кузову самосвала и какого-то другого шасси.
Например, распределитель каменной мелочи Д-336 представляет собой
навесное оборудование к автосамосвалу и крепится к кузову двумя
винтовыми зажимами сверху и двумя упорами снизу. Бункер распределителя
имеет внизу горловину, перекрытую барабаном питателя. Барабан питателя
служит для ускорения высыпания каменного материала из бункера и
равномерного его распределения по дороге. Барабан имеет привод от заднего
колеса самосвала с помощью обрезиненного приводного ролика, который
прижимается к колесу. От ролика вращение передается редуктору и далее
цепью барабану. Выход материала из бункера регулируется заслонками в
виде стельных гребенок. Величина открытия заслонок изменяется винтовым
механизмом.
Самоходный распределитель состоит из следующих основных узлов:
двигателя, трансмиссии, рамы с ленточным конвейером, переднего бункера
с распределительным винтовым конвейером, заднего загрузочного бункера,
кабины, погрузочного мостика и ходового оборудования, состоящего из
переднего управляемого и заднего ведущего мостов, рабочей площадки и
системы управления. (Рис. 53)
190
Рис.
53
Распределитель
каменной
мелочи
ДС-49:
1 — сменный орган пескоразбрасывателя; 2 — передний распределительный
бункер; 3 — передний мост; 4 — рама транспортера; 5 — гидросистема; 6 —
кабина; 7 — задний мост; 8 — задний приемный бункер; 9 — погрузочный
мостик; 10 — транспортер; 11 — распределительный шнек
Передний бункер является основным рабочим органом машины. Он
состоит из собственного бункера, механизма распределения материала,
выдающего барабана, пятнадцати заслонок, механизма открывания заслонок
и редуктора привода рабочих органов. Выдающий барабан является
дозирующим органом и в сочетании с заслонками определяет норму высева,
которая зависит от расстояния между заслонкой и барабаном. Задний бункер
предназначен для приема каменной мелочи при разгрузке самосвалов.
Ленточный конвейер служит для передачи материала из приемного (заднего)
бункера в расходный (передний) бункер.
191
Наибольшее распространение получили самоходные распределители:
ДС-49 - самоходная пневмоколесная машина с вместимостью приемного
3
бункера 4,5 м и мощностью силового оборудования (двигателя) 37 кВт с
пескоразбрасывателем и ДС-54 - самоходная гусеничная машина с
вместимостью приемного бункера 9000 кг и мощностью силового оборудования (двигателя) 29 кВт.
Универсальные распределители дорожно-строительных материалов
являются самоходными гусеничными машинами со сменным рабочим
оборудованием. Они обеспечивают распределение и укладку щебня, гравия,
стабилизированных грунтовых смесей, асфальто - и цементобетона с
предварительным их уплотнением.
3. Распределители минеральных вяжущих материалов.
Классификация, конструкция
При устройстве дорожных оснований из укрепленных грунтов
возникает необходимость в дозировании и распределении минеральных
вяжущих материалов (цемента, извести и т.д.). Для этой цели служат
специальные распределители (дозаторы), принимающие такие вяжущие из
специальных транспортных средств и распределяющие их с заданной нормой
в нужном месте или машины доставляющие цемент к месту строительства и
распределяющие его (цементовоз - распределитель).
Распределители минеральных вяжущих материалов могут быть
прицепными, навесными и самоходными на пневмоколесном и гусеничном
ходовом оборудовании. (Рис.54)
Распределители состоят из следующих основных частей: базового
шасси, бункера с дозирующим устройством, привода дозатора, вспомогательных систем загрузки и устройств для выгрузки. Бункер сверху должен
иметь герметичную крышку для загрузки, входной патрубок для подачи
цемента пневматическим способом и воздушный фильтр для выпуска
воздуха. Внизу бункер имеет щель, которая является окном в дозирующее
устройство.
192
Рис. 54 Прицепной распределитель цемента
Распределительное дозирующее устройство (рис. 55) этих машин
состоит из шнекового или роторного дозатора, представляющего собой вал 4
с резиновыми лопастями 3 и сошником 5, размещенными в специальном
корпусе (бункере 1).
В верхней части бункер, как правило, имеет ворошитель 2, предназначенный для размешивания слежавшегося минерального вяжущего
(цемента).
Рис. 55 Принципиальная схема рабочего органа дозатора цемента
193
Наибольшее распространение при строительстве покрытий лесовозных
дорог из укрепленных цементом оптимальных грунтов (цементогрунты)
получил прицепной распределитель цемента ДС - 9 к гусеничному трактору
Т - 74. (Рис. 54) Машина представляет собой закрытый бункер прямоугольной формы на одноосном колесном ходовой оборудовании. Колеса
на пневмошинах. Сцепка с тяговым трактором выполняется за счет жесткого
сцепного устройства - дышла. Емкость бункера 3,5 м
3
, ширина
2
распределяемого слоя 2450 мм, норма распределения цемента 15-50кг/м .
Не меньшее распространение в дорожном строительстве имеет цементовоз - распределитель ДС - 72, который состоит из базового тягача
(трактор колесный Т - 158), компрессорной установки, цистерны - полуприцепа с седельно-прицепным устройством для соединения с базовым
трактором, колесного ходового оборудования с рамой, рукава для перегрузки
цемента из цистерны в бункер, бункера - накопителя, дозатора с приводом,
сошников, гидросистемы, электрооборудования. Цикл технологической
операции по распределению цемента выполняется машиной за один проход,
при этом последовательно осуществляются загрузка цистерны цементом из
автоцементовоза, перегрузка цемента из цистерны в бункер, его дозирование
и внедрение в разрыхленный грунт через сошники. Вместимость основной
3
3
цистерны 6,8 м , а расходного бункера 3,5 м , ширина распределения 2400
2
мм, норма дозирования цемента от I до 50 кг/м , скорость движения рабочая
до 0,96 км/ч.
4. Распределители органических вяжущих материалов. Классификация, конструкция
Для получения покрытия методом пропитки, поверхностной обработки
или смешения на месте (на трассе строящейся дороги) используются вместе с
минеральными и органические вяжущие материалы, такие. как различные
битумы и битумные эмульсии. При устройстве таких покрытий органические
вяжущие должны быть равномерно распределены по поверхности каменных
материалов, предварительно доставленных к месту распределения. Все эти
виды работ выполняются специальными распределительными машинами для
органических вяжущих материалов – гудронаторами или машинами для
доставки битума – автобитумовозами (Рис. 56)
194
Гудронаторы предназначены для доставки и распределения органических вяжущих материалов (битумов, дегтей, эмульсий) по поверхности
дорожного покрытия строящихся лесовозных дорог. (Рис.57)
Рис. 56. Автобитумовоз:
1 – автомобиль- тягач; 2 – огнетушитель; 3 – полуприцеп-цистерна; 4 –
люк; 5 – термометр; 6 – указатель уровня битума; 7 – горелки; 8 – шибер; 9 –
опорное устройство; 10 – бак для керосина; 11 – лоток для рукавов; 12 –
битумный насос
Рис. 57. Схема автогудронатора:
1 – базовый автомобиль; 2 – термометр; 3 – цистерна; 4 – люк; 5 –
фильтр; 6 – клапан; 7 – указатель уровня битума; 8 – стационарная горелка; 9
– рычаг большого крана; 10 – большой кран; 11 – механизм подъема; 12 –
битумный насос; 13 – распределитель; 14 – огнетушитель; 15 – привод
битумного насоса; 16 – коробка отбора мощности
195
Гудронаторы классифицируются по следующим признакам: по способу
перемещения, по способу нагнетания и разлива материала, по роду привода
битумного насоса и емкости цистерны для органических вяжущих.
 По способу перемещения гудронаторы разделяются на прицепные,
полуприцепные и самоходные (автогудронаторы).
 По способу нагнетания и разлива органического вяжущего на насосные
и компрессорные.
 По роду привода битумного насоса: от двигателя базового шасси
(автомобиля) и от отдельного специального установленного двигателя.
 По емкости цистерны на три группы: малой емкости 200 -400 л,
средней емкости 3500-5000 л и большой емкости 7000 - 18000 л и
более.
 Прицепные гудронаторы в настоящее время серийно не выпускаются.
Сейчас серийно выпускаются полуприцепные и самоходные гуд.
ронаторы.
Автогудронатор конструктивно состоит из следующих основных узлов:
цистерны, системы обогрева, системы перекачки и распределения битума.
Все это смонтировано на шасси автомобиля, в котором изменена выпускная
линия (глушитель установлен под передним буфером рамы).
Цистерна сварной конструкции, в поперечном сечении имеющей
форму овала, большая часть которого расположена горизонтально. Внутренняя полость цистерны разделена волнорезом, установленным для
смягчения гидравлических ударов. Волнорез разделяет цистерну на два
сообщающихся отсека. Наверху переднего отсека имеется горловина с
сетчатым фильтром для наполнения цистерны битумом. Для поддержания
температуры битумных материалов цистерна термоизолирована слоем
стекловолокна. Внутри цистерны проходит циркуляционная труба,
соединяющая полость цистерны с трубопроводом циркуляцией. В цистерне
установлен указатель уровня поплавного типа для определения количества
битумного материала.
Топливная система (система обогрева) автогудронатора состоит из
топливного бака, топливопровода, воздухопровода, двух стационарных и
одной переносной горелок. Стационарные горелки предназначены для
разогрева битума, находящегося внутри цистерны. Переносная горелка- для
разогрева застывшихся битумных материалов внутри трубопроводов или
насоса.
196
Распределитель автогудронатора состоит из центрального, левого и
правого распределителей. Центральная распределительная трубы квадратного сечения имеет патрубки на концах. Левым патрубком, в котором
установлен фильтр, распределительная труба подсоединена к напорному
трубопроводу, правым - к трубопроводу возврата. В нижней части полости
центрального распределителя имеются отверстия для установки форсунок на
расстоянии 190 мм одна от другой.
Форсунка состоит из корпуса, закрепленного на распределительной
трубе двумя шпильками, и пробки с завихрителем и соплом.
Битумный насос приводится от двигателя шасси через коробку
передач, трехскоростную коробку отбора мощности и карданную передачу
(или от специально установленного для этой цели двигателя внутреннего
сгорания на специальной рамной конструкции в конце цистерны).
В настоящее время серийно выпускаются автогудронаторы ДС - 39Б,
ДС - 53А.
Автогудронатор ДС-39А самоходная машина с цистерной емкостью
4000 л на базе автошасси ЗИЛ - 130 с шириной разлива 4м и нормой от 0,5 до
3 л/м 2 .
Автогудронатор ДС-53А полуприцепная машина к седельному автотягачу ЗИЛ- 130В1, с емкостью цистерны 6000л, шириной разлива 4 м и
нормой разлива от 0,5 до 3 л/м2.
Автогудронатор ДС - 142А самоходная машина, базируемая на автомобиле КАМАЗ-53213 с цистерной емкостью 7000 л, шириной разлива 4,5
м и нормой разлива от 0,5 до 3,5 л/м 2 .
5. Распределители асфальтобетонных смесей. Классификация,
конструкция
Машины для распределения асфальтобетонных смесей (асфальтоукладчики) являются самоходными дорожно-строительными машинами. Они
предназначены для укладки и предварительного уплотнения асфальтобетонных смесей на подготовленное и уплотненное основание при строительстве автомобильных дорог.
197
Асфальтоукладчики классифицируют по назначению, способу приема
смеси и по типу ходового оборудования.
По назначению различают асфальтоукладчики общего назначения и
специальные (например, для уширения дорожного полотна, устройства
тротуаров).
По способу приема смеси асфальтоукладчики подразделяются на
бункерные и безбункерные.
По типу ходового оборудования асфальтоукладчики разделяются на
гусеничные, колесные и комбинированные.
Асфальтоукладчик в процессе работы выполняет следующие операции:
прием смеси из транспортных средств на ходу без остановки работ;
транспортирование смеси к рабочим органам; распределение смеси по
ширине укладываемой полосы покрытия; разравнивание и предварительное
уплотнение смеси с автоматическим обеспечением заданной ровности
покрытия в продольном и поперечном направлениях с высокой точностью;
выглаживание и отделка верхнего слоя покрытия. (Рис.58)
Широкое распространение при строительстве асфальтобетонных покрытий получили асфальтоукладчики ДС-1, ДС-48, ДС-94, ДС-126 и ДС126А. Все эти машины самоходные гусеничные, кроме ДС-48, который
создан на колесном шасси. Наиболее современным, который выпускается
серийно, в настоящее время является асфальтоукладчик ДС-126А. Его
применяют для укладки однослойного и многослойного покрытия горячими,
теплыми и холодными смесями. Он обеспечивает укладку односкатного и
двухскатного профилей покрытий с шириной полосы укладываемого слоя 3;
3,5; 3,75 м.
Вместимость приемного бункера 7000 кг, толщина укладываемого слоя
от 30 до 200 мм, скорость движения рабочая 1,58-33,9 м/мин.
198
Рис. 58. Асфальтоукладчик
199
6. Способы смешения дорожно-строительных материалов
При постройке оснований и покрытий лесовозных дорог применяются
следующие способы перемешивания дорожно-строительных материалов.
1) Способ смешения на дороге, при котором материалы перемешиваются
непосредственно на полотне дороги последовательными проходами
смесительных машин. При этом некоторые материалы (щебень, гравий
и т.п.) укладываются по ширине проезжей части слоем заданной
толщины или в виде валика по оси дороги.
2) Способ смешения в передвижной установке, при котором грунт,
гравий или щебень, предварительно отсыпанные валиком по оси
дороги, подаются смесительным агрегатом в движущееся смесительное
устройство, где они смешиваются с вяжущими материалами и
распределяются слоем заданной толщины на полотне дороги.
Наиболее эффективен способ обработки дорожно-строительных материалов (грунта, гравия, щебня и т.п.) органическими или минеральными
вяжущими в условиях лесопромышленных предприятий непосредственно на
полотне дороги.
При укреплении дорожно-строительных материалов на полотне дороги
важнейшей технологической операцией является их качественное
смешивание, осуществляемое свободным или принудительным методами.
Свободное смешивание выполняется машинами ножевого типа - грейдерами
и автогрейдерами. Следует отметить, что для получения необходимого
качества работ ножевые машины должно сделать очень большое число
проходов по одному месту, вследствие чего такая работа имеет невысокую
производительность и мало эффективна. Принудительное смешивание
производится дорожными фрезами и грунтосмесительными машинами,
которые применяют совместно с автогудронаторами при использовании для
укрепления органических вяжущих, с распределителями цемента при
укреплении минеральными вяжущими материалами.
7. Назначеиие и общая классификация машин для смешения
дорожно-строительных материалов
Смесительные машины предназначены для выполнения операции по
смешению каменных строительных материалов и оптимальных грунтов с
органическими и минеральными вяжущими при строительстве оснований и
покрытий лесовозных дорог.
200
В основу общей классификации машин для смешения дорожностроительных материалов положены их технологические особенности по
выполнению операции по смешению, а именно число проходов по одному
месту до полного смешения. В зависимости от этого смесительные машины
подразделяются на две группы: многопроходные - дорожные фрезы,
необходимое число проходов которых для полного перемешивания
материалов обычно составляет от 20 до 30; однопроходные грунтосмесительные машины, конструкция рабочего оборудования которых
позволяет полностью перемешивать дорожно-строительные материалы за
один проход.
8.
Дорожные фрезы. Классификация, конструкция
Дорожные фрезы предназначены для измельчения грунта и смешивания его с вяжущими материалами за несколько проходов. Фрезы оборудуются системой распределения и дозирования битума и воды при
обработке грунта цементом. (Рис.59)
Рис. 59. Схема дорожной фрезы
Дорожные фрезы подразделяются на: прицепные и навесные и
применяются при выполнении небольших объемов работ.
Прицепные фрезы буксируются, как правило, гусеничными тракторами
среднего класса.
Навесные фрезы агрегатируются на гусеничных тракторах такого же
класса, автогрейдерах и на специальных двухосных колесных шасси.
201
Фреза представляет собой вал с коготками (лопатками), который
благодаря вращательному движению производит измельчение грунта и
смешивание его с вяжущими.
Движение фрезы, как машины, является сложным, состоящим из
вращения коготков (лопаток) относительно оси с окружной скоростью V 0 и
поступательного движения оси рабочего органа вместе со всей машиной со
скоростью Vтр (рис. 60).
При работе фрезы с принудительными вращением ротора в сторону
поступательного движения и при V 0 >V mp величина подачи S равна
S=
где
60  VТР
n  zk
(54)
z k - количество коготков (лопаток) фрезы;
n-число оборотов ротора фрезы.
Рис. 60 Схема работы фрезы
Из данной формулы следует, что чем меньше отношение
VTP
V
(т.е. TP ),
n
V
тем меньше подача, т.е. толщина стружки.
При постоянной скорости Vmp толщина стружки уменьшается с
увеличением числа оборотов ротора и установкой на нем большего количества коготков (лопаток). Толщина стружки также уменьшается с
понижением поступательной скорости.
202
Таким образом, рабочим органом фрезы является ротор с насаженными
на него лопастями, в которые вставлены ножи, коготки, лопатки. Кожух
рабочего органа образует рабочую камеру, в которой грунт измельчается и
перемешивается с вяжущими материалами. В дорожных фрезах направление
вращения ротора может осуществляться по ходу движения (против часовой
стрелки) или наоборот. При вращении ротора против часовой стрелки
достигается плавность и устойчивость передвижения фрезы, а при вращении
по часовой стрелке обеспечивается лучшее измельчение, обволакивание
частиц вяжущим и перемешивание материала. Поэтому большинство
современных фрез выпускается с вращением ротора по часовой стрелке.
Привод, рабочего органа фрез может быть боковой (одно- и двусторонний) или центральный.
При боковом приводе рабочая часть ротора находится между боковыми
кронштейнами рамы, и полная ширина обработки грунта соответствует
ширине ротора.
При центральном приводе ротор состоит из двух половин (левый и
правый), закрепленных на одном валу, между которыми располагается
редуктор, поэтому в середине обрабатываемой полосы получается разрыв,
что является существенным недостатком.
По конструкции роторы бывают с жесткими, упругими и шарнирноподвешенными лопастями (лопатами). При этом в поперечном сечении
ротора (в каждом ряду) может быть две, три или четыре лопасти. Лопасти
каждого последующего поперечного ряда смещены относительно лопастей
предыдущего на 12-14°.
Наибольшую известность в условиях строительства лесовозных дорог
получила ранее выпускаемая прицепная дорожная фрезы Д-272,
предназначенная для работы в сцепе с гусеничным трактором ДТ-54А.
Фреза имеет собственный двигатель внутреннего сгорания, предназначенный для привода ее рабочего оборудования. Рабочим органом фрезы
является барабан (ротор) с набором лопаток, расположенных в шахматном
порядке. Барабан разделяется на две симметричные половины приводным
редуктором, соединенным с двигателем карданным валом. Для рыхления
промежутка между половинами барабана служит плужок, который
поднимает нетронутую полосу грунта и отводит ее в стороны под лопатки
барабана.
203
Фреза опирается на два колеса, присоединенных к ее раме на
кривошипах, которые могут поворачиваться относительно основной рамы
посредством гидроцилиндра и, таким образом, поднимают раму и
выглубляют лопатки фрезы из грунта, уменьшая глубину обработки, и наоборот.
Навесная дорожная фреза ДС -18 является навесным оборудованием к
гусеничному трактору Т-130ГП, снабженным ходоуменьшителем. Она
состоит из ротора, его рамы, кожуха, главного редуктора с конической
парой, карданного вала, бортового редуктора, системы дозирования
вяжущих материалов и воды и гидравлической системы управления. Ротор
фрезы представляет собой барабан с закрепленными на нем лопастями.
Лопасти ротора сменные для грунта и для гравия - щебня. Кожух имеет
опорно-поддерживающие лыжи с обеих сторон, на которых он
перемещается во время работы фрезы. Подъемом и опусканием ротора
фрезы управляют из кабины трактора с помощью гидросистемы. Ширина
обрабатываемой полосы 2500 мм, глубина обработки 200 мм, скорость
передвижения рабочая от 0,10 до 0,87 км/ч.
Дорожная фреза ДС-74 представляет собой навесное оборудование на
колесном тягаче Т-158. Эта фреза имеет преимущества перед предыдущей в
мобильности, маневренности и не портит укрепляемую поверхность
проезжей части дороги. Она конструктивно состоит из следующих узлов:
основная рама, главный редуктор, боковой редуктор, рама фрезы с ротором
и кожухом, система дозирования и гидросистема. Вращение ротора
осуществляется от вала отбора мощности тягача через редукторы и
карданную передачу. Ширина обрабатываемой полосы 2400 мм, глубина
обработки 250 мм, скорость передвижения рабочая от 0,11 до 0,96 км/ч.
Производительность фрезы на различных операциях (рыхление,
измельчение, перемешивание) определяется по формуле
Пч 
где
1000Vp  B  h  T  k в
m(T  t nв )
м 3 /ч
V p - рабочая скорость движения, км/ч;
B -ширина полосы, обрабатываемой за один проход, м;
h - глубина обработки, м;
m -потребное число проходов по одному месту;
(55)
204
T - продолжительность рабочего хода фрезы, мин;
t nв - время, затрачиваемое на поворот в конце участка, мин
Кв - коэффициент использования рабочего времени, включая время
технологических простоев (например, время ожидания распределения
цемента), принимается от 0,65 до 0,75.
9. Грунтосмесительные машины. Классификация, конструкция.
К грунтосмесителям относятся самоходные многороторные машины,
выполняющие технологические операции по рыхлению, измельчению,
дозированию и распределению вяжущих материалов, а также смешиванию
их с грунтом или с другими строительными материалами (гравий, щебень) за
один проход.
Грунтосмесительные машины классифицируются по способу передвижения на: прицепные, полуприцепные и самоходные. Прицепные смесительные машины сейчас уже не применяются.
Грунтосмесителъная машина ДС-162 выполнена в виде полуприцепа
на пневмоколесном ходу, шарнирно-соединенного с рамой колесного
трактора К-701, на котором установлен ходоуменьшатель, имеющий
независимый гидропривод, позволяющий иметь плавную регулировку
рабочих скоростей движения машины. Машина оснащена автоматическими
следящими системами продольного и поперечного профилей и
полуавтоматической системой движения по курсу. (Рис. 61)
Рама полуприцепа представляет собой металлоконструкцию, к которой
крепятся рабочий орган, установлены виброплиты, колесный ход. Рама
соединена через седельное устройство с трактором.
Подвеска рабочего органа на раме с помощью параллелограмных тяг
обеспечивает подъем и поперечный перекос его. Перемещения рабочего
органа осуществляется двумя гидроцилиндрами.
Рабочий орган конструктивно представляет собой ротор, снабженный
лопастями и съемными лопатками, которые крепятся в держателях клиньями,
позволяющими провести их быструю замену.
Сзади на раме с помощью шарнирных тяг, позволяющих менять
поперечный уклон, подвешен вибробрус. Подъем вибробруса в транспортное
205
положение и опускание в рабочее осуществляется гидроцилиндрами через
круглозвенную цепь. Вибробрус представляет собой сварную конструкцию,
днищем которой является выглаживающий лист, и служит для уплотнения
смешанных дорожно-строительных материалов.
Рабочий орган (ротор) осуществляет перемешивание грунта и
строительных материалов с минеральными и органическими вяжущими за
один проход машины.
Ширина обрабатываемой полосы 3300 мм, толщина обрабатываемого
слоя 220 мм, рабочая скорость движения от 1,5 до 15 м/мин.
Рис. 61. Схема самоходной грунтосмесительной машины:
1 – пульт управления; 2 – двигатель; 3 – топливный бак; 4 – цистерна
для воды и битуминозных материалов; 5 - форсунка для подогрева
битуминозных материалов ; 6 - задние ведомые поворотные колеса; 7 –
задняя планирующая стенка кожуха; 8– смесительные роторы; 9 – фрезерный
ротор; 10 – рыхлительный ротор; 11 –распределительная труба цемента; 12 –
распределительная труба битума; 13 - передние ведущие колеса
Самоходный колесный грунтосмеситель ДС-16Б имеет раму, которая
опирается на два ведущих передних пневмоколеса и шесть задних ведомых
поворотных пневмоколес, смонтированных на задней оси по всей ширине
обрабатываемой полосы, предназначенных для предварительного уплотнения
материалов. В передней части машины для лучшего обзора находится место
оператора и пульт управления, рядом с которым расположен двигатель
машины.
Рабочий орган, машины - открытая снизу смесительная камера, внутри
которой установлены четыре ротора. Первый ротор с винтовыми лопатками
предназначен для глубокого рыхления грунта, второй ротор с фрезерными
206
лопатками - для измельчения грунта и два ротора со смесительными
лопастями - для смешивания измельченного грунта с вяжущими
материалами. Перед роторами расположены распределительные трубы
цемента и битуминозных материалов. Сзади роторов находится планирующая и выглаживающая обработанную смесь стенка кожуха.
На машине установлена цистерна для воды и битуминозных материалов. Она термоизолирована, оборудована поплавковыми показателями
уровня жидкостей и обогревательной системой, работающей на керосине,
хранящемся в специальном баке. Дозирование вяжущего материала и воды
производится шестеренчатыми насосами (грубое) и дозатором (точное),
установленным на насосе и управляемым вручную с помощью маховика.
Распределительная труба установлена на раме рабочих органов, к ней
прикреплены (ввернуты) сопла со щелевидными отверстиями, через которые
вытекают жидкий вяжущий материала и вода.
Система распределения сыпучих вяжущих материалов (цемента)
состоит из подводящего резинометаллического рукава, бункера с указателями уровня, рукавных фильтров со встряхивающим устройством, шнекаворошителя и роторного дозатора.
Гидравлическая система служит для подъема и опускания рабочих
органов, для привода дозатора сыпучих вяжущих материалов и для рулевого
управления. Ширина обрабатываемой полосы 2400 мм, глубина обработки до
250 мм, норма разлива битума от 10 до 50 л/м 2 , норма дозирования цемента
от 15 до 60 кг/м 2 , рабочая скорость передвижения от 0,1 до 0,7 км/ч.
В настоящее время освоен отечественной промышленностью выпуск
комплекта ДС—150, состоящего из двух самоходных машин: профилировщика ДС-151 и грунтосмесительной машины ДС-152, на унифицированном двухгусеничном базовом шасси.
Производительность однопроходной грунтосмесительной машины
может быть определена по формуле
Пч  1000  Vp  B  h  k в , м 3 /г
(56)
Здесь все составляющие те же, что и в предыдущей формуле производительности для фрез, а m=1 и tпв=0.
207
ЛЕКЦИЯ 17
Тема: МАШИНЫ ДЛЯ ПОСТРОЙКИ КОЛЕЙНЫХ ПОКРЫТИЙ
ЛЕСОВОЗНЫХ ДОРОГ
Вопросы:
1. Виды лесовозных дорог с колейными покрытиями.
2. Назначение машин для постройки колейных покрытий и их
классификация.
3. Машины для постройки колейных деревянных покрытий. Особенности
конструкции.
4. Машины для постройки колейных железобетонных покрытий.
Особенность конструкции.
1. Виды лесовозных дорог с колейными покрытиями
На вывозке древесины автопоездами наряду с обычными сплошными
дорожными покрытиями применялись и применяются колейные покрытия из
железобетонных плит, деревянных щитов и деревянных лент.
Колейные железобетонные покрытия находят широкое применение
обычно при строительстве лесовозных дорог с большими грузооборотами
при вывозке древесины большегрузными лесовозными автопоездами, т.е.
магистральных участков лесотранспортных сетей лесопромышленных
предприятий. Колейные покрытия из железобетонных плит устраиваются в
районах, где ощущается недостаток в каменных строительных материалах.
При годовом объеме вывозки до 250 тыс. м 3 такие дороги строят
однополосными с разъездами, при большем объеме вывозки - двухполосными.
Вместе с магистральными лесовозными дорогами колейные покрытия
из железобетонных плит могут устраиваться и на временных лесовозных
дорогах, т.е. на ветках и усах.
Колейные покрытия из деревянных щитов и деревянных лент обычно
устраиваются на временных лесовозных дорогах.
Выбор конструкции временной лесовозной дороги осуществляется в
зависимости от типа обращающихся автопоездов, типа местности, наличия
необходимых строительных материалов, периода года и других факторов.
208
Основными конструкциями временных колейных лесовозных дорог
являются:
 колейные из железобетонных плит на грунтовом основании;
 колейные из деревянных щитов на шпальном или грунтовом основании;
 колейные из деревянных лент;
 колейные лежневые на шпальном основании.
Железобетонные плиты в колейное покрытие магистральных участков
лесовозных дорог укладываются по следующей технологии. На
подготовленное (отсыпанное) земляное полотно по требуемым техническим
условиям, производится отсыпка подстилающего песчаного слоя.
Толщина подстилающего песчаного слоя на магистралях лесовозных
дорог с колейным железобетонным покрытием зависит от типа грунтов
земляного полотна и от вида подвижного состава, применяемого на вывозке
древесины.
На ветках песчаный подстилающий слой не всегда отсыпается и
особенно если земляное полотно отсыпано из дренирующих грунтов. В этом
случае плиты укладываются на хорошо уплотненное, спланированное
земляное полотно. На насыпях из не дренирующего грунта в отдельных
случаях отсыпается подстилающий слой песка, но значительно меньшей
толщины, чем на магистралях.
На усах плиты железобетонных колейных покрытий укладываются
непосредственно на подготовленное грунтовое основание.
Для устройства колейных деревянных покрытий временных лесовозных дорог (веток и усов) разработаны различные конструкции сборноразборного покрытия из деревянных щитов, которые отличаются друг от
друга способом скрепления бревен или брусьев в щите и соединением щитов
между собой в колесопроводе.
В настоящее время в отрасли применяются щиты с металлическими
оголовниками JIB-11, деревянные щиты с нагельным и с болтовым
скреплением брусьев, гибкие ленты и др.
2. Назначение машин для постройки колейных покрытий и их
классификация
209
Машины для постройки колейных покрытий лесовозных дорог
предназначены для доставки" и укладки железобетонных плит, деревянных
щитов и гибких деревянных лент на заранее подготовленное земляное
полотно с песчаным подстилающим слоем необходимой толщины или
непосредственно на подготовленное земляное основание, а также для
разборки таких покрытий и погрузки элементов их на транспортные средства
для доставки их к месту последующей повторной укладки в полотно дороги.
Машины для постройки колейных покрытий принято подразделять в
зависимости от технологического назначения на следующие группы:




машины для укладки железобетонных плит;
машины для укладки деревянных ленточных покрытий;
машины для укладки деревянных щитов;
машины для укладки железобетонных плит и деревянных щитов.
3. Машины для постройки
Особенности конструкции.
колейных
деревянных
покрытий.
Щитоукладчик ЛД - 17. Машина предназначена для укладки, разборки и транспортировки на небольшие расстояния инвентарного сборноразборного покрытия временных лесовозных автомобильных дорог деревянных нагельных щитов и щитов JIB-11 шириной 1 м и длиной 6 м,
подготовки оснований временных дорог, механизации вспомогательных
работ. (Рис. 62)
Машина изготовлена на базе трелевочного трактора ТБ-1, с которого
снят щит и установлена кассета, усовершенствована конструкция грейфера,
заменены рукоять и механизм поворота грейфера.
Навесное оборудование щитоукладчика ЛД-17 включает грейфер,
рукоять стрелы, механизм поворота грейфера и кассету. Челюсти грейфера
имеют эллипсовидную форму с просветом у сомкнутых челюстей 0,25 м,
благодаря чему можно захватывать не только щиты, но и круглые
лесоматериалы. Замена рукояти позволила увеличить вылет стрелы
щитоукладчика с 5 до 5,5 м. Установка на тракторе кассеты позволила
перевозить на щитоукладчике 5-6 щитов. Кассета состоит из рамы и
приваренных к ней четырех стоек. Аварийно-запорное устройство предохраняет падение стрелы или груза в случае разрыва трубопровода или
шлангов гидросистемы. Привод всех элементов гидроманипулятора и
210
кассеты гидравлический. Управление гидроманипулятором и кассетой
осуществляется из кабины трактора.
Рис. 62 Щитоукладчик ЛД – 17:
1 – трактор; 2 – гидроцилиндр поворота манипулятора; 3 – гидроцилиндр
стрелы; 4 – стрела; 5 – гидроцилиндр рукояти; 6 – рукоять; 7 – механизм
поворота грейфера; 8 – грейфер; 9 – кассета для щитов
Техническая характеристика щитоукладчика ЛД-17.
Базовый трактор-ТБ-1;
Мощность силового оборудования - 58,8 кВт;
Вылет стрелы манипулятора- 1,6-5,2 м;
Грузоподъемность манипулятора при вылете:
а) 5 м- 1200 кг;
б) 1,7м-2200 кг.
5) Наибольшая высота подъема груза -5 м;
6) Опускание ниже опорной поверхности - 1 м;
7) Максимальное раскрытие челюстей грейфера - 1,3 м;
8) Скорость подъема (опускания) груза-0,5 - 1,5 м/с;
9) Угол поворота, град:
а) Гидроманипулятора в плане -173;
1)
2)
3)
4)
211
б) Грейфера
-230.
10) Рабочее давление в гидросистеме - 10 МПа;
11) Производительность при укладке шестиметровых щитов - 29 пог. м/ч.
Щитоукладчик ДМ-16. Машина предназначена для укладки и
разборки покрытий колейных временных лесовозных дорог из деревянных
инвентарных щитов.
Конструктивно щитоукладчик состоит из машины для бесчокерной
трелевки древесины ДП-18А, клещевого захвата и грузовой площадки.
Захват обеспечивает зажим как цельного щита, так и отдельных бревен.
Он поворачивается в плане при помощи гидроцилиндра.
Грузовая площадка представляет собой раму с передними неподвижными и задними откидывающимися стойками.
Привод гидроманипулятора, подъема площадки и задних стоек
гидравлический. Управление производится из кабины машины.
Техническая характеристика щитоукладчика ДМ-16.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Базовое шасси - машина ЛП - 18А;
Мощность силового оборудования (двигателя) — 81 кВт;
Грузоподъемность
-5000 кг;
Вылет стрелы
-2,0....5,0м;
Угол поворота клещевого захвата в плане -230 град;
Масса конструктивная - 14600 кг.
Укладчики ленточного деревянного покрытия (ДТУ-1 и ДТУ-2).
Для укладки деревянных лент ЛД -5, их съема и перевозки на новое место
укладки применяются дорожные транспортеры-укладчики ДТУ-1 и ДТУ-2.
Основой ДТУ - 1 является грузовой барабан (катушка) большого
диаметра, приводимый в движение (вращение) тросом лебедки трелевочного
трактора ТДТ-55 или ТДТ-75. Перед работой трос перематывается с
расторможенной лебедки трактора на привод барабана, расположенный на
этом же валу.
212
Для сборки (намотки) конец ленты колесопровода соединяется со
сторонами грузового барабана. При включении лебедки трактора грузовой
барабан начинает вращаться и наматывать на себя ленту ЛД-5.
При укладки (размотке) барабан ДТУ вращается в обратную сторону
под воздействием массы звеньев укладываемой ленты колейного покрытия.
Одновременно с укладкой трос лебедки наматывается на приводной шкив
барабана укладчика.
ДТУ -2 отличается от ДТУ - 1 тем, что его грузовой и приводной
барабан, а также другие конструктивные части монтируются на самом
трелевочном тракторе, на месте снятого трелевочного щита, а специальная
двухосная тележка с катушкой отсутствует. Самоходный вариант ДТУ-2 изза лучшей проходимости и маневренности полностью вытеснил ДТУ-1.
4. Машины для постройки колейных железобетонных покрытий.
Особенности конструкции.
Плитоукладчики ДПУ - 2М и ДПУ- 2 МА. Плитоукладчики
предназначены для укладки, разработки и перевозки колейных сборноразборных покрытий лесовозных автодорог из железобетонных плит любой
конструкции при ширине их до 1,2 м и длине до 3 м. Они производят
погрузку плит на себя и на прицепы - роспуски (специально созданные для
этой цели), перевозку и укладку плит на полотно дороги, разборку колейного
покрытия с погрузкой их на себя и на прицеп, транспортировку плит и их
укладку в другом месте. (Рис. 63)
Конструктивно плитоукладчики указанных типов состоят из базового
шасси (МАЗ - 503, МАЗ - 503 А) укладочного крана двухконсольного,
прицепа-роспуска, электрогенератора, механизма подъема груза, механизма
передвижения груза, грузовой тележки и других приспособлений.
213
Рис. 63. Схема плитоукладчика ДПУ-2М:
1 – базовый автомобиль; 2 – ферма плитоукладочного крана; 3 – тележка с
механизмом подъема и передвижения; 4 – привод механизма подъема и
передвижения; 5- платформа для перевозки плит
Укладочно - транспортная машина ДМ - 17. Машина предназначена
для перевозки, укладки и разборки элементов колейных покрытий
автомобильных лесовозных дорог - магистралей, веток и усов
(железобетонных плит длиной 3 м и деревянных щитов длиной 6 м).
Конструктивно машина состоит из базового колесного трактора К-703
и технологического оборудования, включающего гидроманипулятор, кассеты
для элементов сборно-разборного покрытия, седельное сцепное устройство,
систему гидроуправления с выносным пультом, аутригеры и седельный
полуприцеп на базе роспуска ГКБ-9383. Гидроманипулятор состоит из
колонны, стрелы, рукояти, захватного устройства. Он крепится к передней
полураме трактора К-703. Захватное устройство выполнено в виде двух
шарнирно-сочлененных
челюстей,
связанных
управляющим
гидроцилиндром.
Техническая характеристика укладочно - транспортной машины ДМ-17.
1. Базовый трактор-К-703;
2. Мощность силового оборудования-158 кВт;
3. Грузоподъемность:
а) Машины - 16000 кг;
б) Боковых кассет - 6000 кг;
в) Гидроманипулятора при максимальном вылете- 1300 кг.
4. Вылет гидроманипулятора - 2,5 - 7,5 м;
5. Угол поворота манипулятора в плане - 360 град;
214
6. Максимальная высота" подъема груза-6 м;
7. Производительность на разборке, транспортировке
элементов покрытия за 1 ч. чистого времени - 42 м.
и
укладке
Плитоукладчик ДМ - 19. Машина предназначена для укладки и
разборки покрытий автомобильных лесовозных дорог из железобетонных
плит и деревянных щитов длиной 6 м. Машина используется на строительстве дорог и выборочном ремонте покрытий, позволяет перевозить
сортименты и другие длинномерные грузы. Плитоукладчик включает базовый автомобиль МАЗ-509А, гидроманипулятор с аутригерами и прицепроспуск.
Техническая характеристика плитоукладчика ДМ-19.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Базовое шасси - автомобиль МАЗ-509А;
Мощность силового оборудования - 132 кВт;
Грузовой момент манипулятора-120 КН-м;
Вылет манипулятора- 1...8,8 м;
Угол поворота манипулятора в плане - 360 град;
Производительность по чистому времени работы на укладке при
транспортировании на 3 км - 14,8м/ч. (Рис. 64)
Рис. 64. Плитоукладчик ДМ - 19
Для укладки (разборки) железобетонных плит и деревянных инвентарных щитов, элементов искусственных сооружений при строительстве как
постоянных, так и временных дорог повсеместно используют выпускаемые
отечественной промышленностью автомобильные краны, такие, как КС2561К-1, КС-2571А-1 и КС-357А.
215
ЛЕКЦИЯ 18
Тема: МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЛЕСОВОЗНЫХ
ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ УЗКОЙ КОЛЕИ
Вопросы:
1. Преимущества и особенности лесовозных железных дорог УЗК.
Назначение и общая классификация машин и механизмов.
2. Классификация и конструкция путеукладчиков и строительноремонтных поездов.
3. Классификация и конструкция путевых балластировочных машин.
4. Классификация и конструкция путевого механизированного инструмента.
1. Преимущества и особенности лесовозных железных дорог УЗК.
Назначение и общая классификация машин и механизмов.
Многолетний опыт эксплуатации узкоколейных лесовозных железных
дорог определил целый ряд преимуществ этого вида транспорта по
сравнению с автомобильными дорогами круглогодового действия и
железными дорогами широкой колеи. К таким преимуществам относятся
следующие.
1) Низкая стоимость строительства и особенно в районах, где ощущается
недостаток в гравийно-щебеночных материалах;
2) Незначительный рост себестоимости перевозок при увеличении
расстояния вывозки от 30-50 км до 150-200 км;
3) Круглогодовая работа, независимо от времени года и погодных
условий, в то время как большинство автомобильных лесовозных дорог
можно называть дорогами круглогодового действия лишь условно, так
как все гравийные дороги необходимо закрывать на определенное
время в осенний и весенний период;
4) Сравнивая эффективность вывозки леса по УЖД и автомобильным
транспортом, нельзя забывать об одном из важнейших в настоящее
время факторов - топливно-энергетической экономичности этих видов
транспорта;
5) Сравнительно более простое и менее трудоемкое решение вопроса
механизации содержания и строительства магистральных и, что
особенно важно, временных путей (усов);
216
6) Почти полный возврат в переплавку металла по мере замены
изношенных рельсов;
7) Более значительный срок службы подвижного состава, как тягового,
так и прицепного.
Железнодорожный узкоколейный путь представляет собой конструкцию, состоящую из нижнего и верхнего строения.
К нижнему строению относится земляное полотно и искусственные
сооружения.
К верхнему строению пути относятся: балластный слой, шпалы, рельсы
со скреплением, стрелочные переводы, противоугоны.
Особенностью лесовозных железных дорог является наличие временных безбалластных путей (усов), которые укладываются без устройства
балластной призмы непосредственно на спланированное земляное полотно.
Эти пути служат от полугода до года и при окончании эксплуатации
перекладываются в новое место для последующего использования.
Путевые машины и механизированный инструмент предназначены для
строительства верхнего строения пути.
В зависимости от технологического назначения по строительству
верхнего строения пути путевые машины, в общем, принято подразделять на
три группы: первая - машины для строительства шпально-рельсовой решетки
- путеукладчики, строительно-ремонтные поезда; вторая -машины для
создания балластной призмы и укладки на нѐе путевой решетки балластировочные, путевые машины; третья – путевой механизированноэлектрофицированный инструмент.
2. Классификация и конструкция путеукладчиков и строительноремонтных поездов
Путеукладчики предназначены для укладки верхнего строения пути на
балластную призму или непосредственно на земляное полотно.
Путеукладчики в зависимости от способа укладки пути, а, следовательно, от состояния подаваемых к месту укладки материалов верхнего
строения пути подразделяются на три основные группы: первая группа путеукладчики, или точнее, шпально - рельсоукладчики, собирающие
рельсовый путь на месте укладки из отдельных элементов, вторая группа -
217
звеньевые путеукладчики, укладывающие путь отдельными готовыми
прогонами или звеньями, третья группа - путеукладчики плетьевые, укладывающие в путь собранные заранее плети длиной до 1 км.
Конструктивно рельсоукладчики или путеукладчики первой группы
представляют собой специализированные консольные краны на железнодорожном ходу, имеющие поворотную консоль и предназначенные для
раздельной укладки на балластную призму шпал и рельсов при незначительных объемах работ. На строительстве лесовозных железных дорог такие
путеукладчики не нашли применения.
Звеньевые путеукладчики или путеукладчики второй группы применяются на строительстве лесовозных узкоколейных железных дорог при
звеньевом способе укладки пути, при котором предварительно собранные на
звеносборочной базе рельсовые звенья укладывают на земляное полотно.
При этом высокая производительность укладки верхнего строения пути
достигается беспрерывной подачей готовых звеньев к укладочному агрегату.
Качество укладки пути звеньями, собранными на звеносборочной базе выше,
чем при других известных способах укладки верхнего строения пути. (Рис.
65)
Рис. 65. Общий вид звеньевого путеукладчика
В свое время широкое применение на строительстве лесовозных
железных дорог УЗК нашли звеньевые путеукладчики, такие, как ППР-2 и
ППK гипролеспрома.
Путеукладчик ППР-2 предназначен для укладки рельсовой колеи 750
мм и представляет собой специализированный поезд, в состав которого
входят:
1) электрифицированный головной двухконсольный кран, снабженный
механизмами для проведения рабочих операций при укладке
собранных звеньев;
218
2) четыре специализированные платформы для транспортировки пакетов
звеньев;
3) самоходная электростанция, которая является тяговой единицей поезда
и источником электроэнергии для всех механизмов путеукладчика.
Путеукладчик ППК Гипролеспрома смонтирован на обычной тормозной железнодорожной платформе колеи 750 мм, на которой укреплен
портал с монорельсом в виде двухконсольной кран-балки. В комплект его
входят также специальные тележки для транспортировки рельсовых звеньев.
Передвижка путеукладчика осуществляется тросом, один -конец которого
крепится на барабане лебедки, а другой снабжается специальным захватом.
Захват (при передвижке) крепится за торцы рельсов уложенного звена и при
наматывании троса на барабан лебедки путеукладчик передвигается вперед.
Энергоснабжение путеукладчика ППК осуществляется от электростанции
ПЭС- 12-50.
С целью большей степени механизации строительных работ и с учетом
недостатков данных путеукладчиков взамен создаются строительноремонтные поезда, в состав которых входят мотовоз с установленной на нем
электростанцией, вагон-кладовая для инструмента и перевозки рабочих,
платформы для рельсовых звеньев и путеукладчик портального типа с
двухконсольной кран-балкой. Такой строительно-ремонтный поезд был
разработан ЦНИИМЭ - это СРП-2.
В настоящее время на строительстве лесовозных железных дорог УЗК
применяется строительно-ремонтный поезд ТУ 6СПА (СРП-3). Он
предназначен для комплексной механизации строительства и перекладки
лесовозных железнодорожных путей колеи 750 мм, для ремонтных работ
(сплошная или частичная смена рельсов и шпал, резка и сверление рельсов,
перекладка блочных и обычных стрелочных переводов, подбивка пути
электрошпалоподбойками,
устройство
простейших
искусственных
сооружений).
В состав строительно-ремонтного поезда ТУ6СПА входят следующие
сборочные единицы (Рис. 66):
 энергосиловой агрегат на базе тепловоза - дрезина ТУ6Д с дополнительным
оборудованием
электрогенератором
и
электроприводом на технологическое передвижение; выполняет роль
тяговой единицы и электростанции для питания потребителей
электроэнергии;
219
 путеукладчик портальный двухконсольный с лебедкой и электрифицированными механизмами подъема и передвижения груза;
служит для передвижения отдельных звеньев и пакетов звеньев,
укладки в путь или снятие с пути и погрузки звеньев путевой решетки,
пакетов шпал, рельсов, лаг и других материалов; создан на базе
узкоколейной платформы, имеет сварные форму и кран-балку; в
качестве механизмов подъема и передвижения используются
электротали;
 платформы промежуточные узкоколейные (5 шт.), оборудованные
роликами для перемещения пакетов звеньев, рельсозажимами для I
фиксирования нижнего звена и приспособлениями для закрепления
пакетов; служат для погрузки и транспортировки звеньев путевой
решетки, I рельсов и других путевых материалов;
 комплект: путерасшиватель для отрыва рельсов от шпал при
раздельной разработке пути, триангель-салазки для перемещения
пакетов звеньев по платформам, тормозные башмаки (4 шт.) для
останова и удержание поезда на уклонах, электрорельсовый станок,
электросверлильный станок, электроишалоподбойки (2 шт.).
Рис. 66. Общий вид строительно- ремонтного поезда ТУ6СПА
Управление строительно-ремонтным поездом осуществляется из кабины энергосилового агрегата, а в процессе укладки и разборки путидистанционное с выносного пульта, подключаемого к путеукладчику.
3. Классификация и конструкция путевых балластировочных машин
Балластировочные машины являются машинами непрерывного действия. Они предназначены для механизации основных работ при подъемке
верхнего строения пути на балластную призму.
220
Основной операцией балластировочной машины является вывешивание путевой решетки (подъем). В зависимости от ее выполнения
(конструкции подъемного механизма) балластировочные машины подразделяются на два вида:
1-й - машины, имеющие рельсозахватное и подъемное устройство,
смонтированное на специальной шарнирной подъемной поворотной стреле
или подвешенное к стреле автокрана, установленного на железнодорожной
платформе;
2-й - машины, имеющие для подъемки путевой решетки специальной
конструкции прицепной щит, действующий по принципу клина, протаскиваемого под путевой решеткой.
Балластировочные машины производят следующие операции:
 дозировку балласта (переваливание предварительно выгруженного
балласта с обочин на путь и распределение его слоем заданной высоты
по ширине пути);
 вывешивание путевой решетки;
 передвижки (рихтовки) пути;
 оправки, планировки и профилирования балластного слоя с засыпкой
балластом шпальных ящиков.
Кроме того, балластировочная машина может производить:
 вырезку загрязненного балласта из под путевой решетки;
 планировку грунта;
 подъемку пути при возведении земляного полотна, а также подъемку и
раздвижку мостовых ферм небольших пролетов и стрелочных
переводов.
При создании балластировочных машин для лесовозных железных
дорог колеи 750 мм за основу была принята конструкция балластировочных
машин для железных дорог нормальной колеи. Так была создана
балластировочная машина конструкции ЦНИИМЭ и Главстроймеханизации,
относящаяся к машинам первого вида, а затем машина ПМ-ЦНИИМЭ с
подъемными устройством клинового типа.
В настоящее время на строительстве лесовозных железных дорог колеи
750 мм широко используется путевая (балластировочная) машина ДМ-7. Она
предназначена для механизации балластировочных работ при строительстве
221
ремонте и содержании узкоколейных железных лесовозных дорог; может
быть использована при разравнивании балласта, подъемке рельсошпальной
решетки на заданную толщину балластного слоя, засыпке шпальных ящиков,
оправке балластной призмы, очистке шпал и рельсов от балласта. (Рис.67)
Рис. 67. Путевая машина ПМ-7
Машина работает в сцепе с тепловозом, и обслуживают ее два человека.
Путевая машина ПМ-7 состоит из рамы в виде балки коробчатого
сечения, на которой смонтированы основные рабочие узлы.
Балка, ходовые тележки, ударно-упряжное устройство унифицированы
с аналогичными узлами валка-сцепа ЦНИИМЭ-ДВЗ. Рельсовый захват
клещевого типа с гидромеханичеким управлением состоит: из четырех пар
рельсовых клещей, шарнирно подвешенных к раме, четырех ходовых и
четырех рихтовочных роликов. Рельсовые клещи раскрываются с помощью
гидроцилиндров, закрываются под действием пружин.
Шарнирная подвеска позволяет придавать раме захвата необходимый
поперечный и продольный уклоны.
Дозатор предназначен для засыпки шпальных ящиков балластом и
оправки балластной призмы. Он состоит из двух крыльев и ножа, шарнирно
прикрепленных к колоннам. Независимая подвеска элементов дозатора
позволяет регулировать высоту подъема крыльев и ножа в соответствии с
требуемой толщиной засыпки.
Спереди и сзади рельсового захвата на откидных стойках устанавливаются балластные струнки, которые при движении машины подрезают
балласт в шпальных ящиках и разравнивают его под рельсошпальной
решеткой.
Шпальные и рельсовые щетки служат для очистки рельсошпальной
решетки от балласта.
222
Подъем и опускание рабочих органов осуществляются с помощью
электроприводов, двигатели которых питаются от бензоэлектрического
агрегата мощностью 4 кВт.
4. Классификация
инструмента
и
конструкция
путевого
механизированного
Путевой механизированный инструмент предназначен в основном для
ремонта и содержания лесовозных узкоколейных железных дорог.
В основу классификации путевого механизированного инструмента
также положено его технологическое назначение, но более узкое. Это
рельсорезный станок (механизм), механизм для сверления рельсов,
рельсосварочный агрегат, шпалоподбивочная машина, гидравлический механизм для одиночной смены шпал, тележка ручная путеподъемная и т.д.
Рассмотрим конструкцию некоторых из названных машин и механизмов.
Шпалоподбивочная машина ЛД-22 с выправочно - рихтовочным
устройством.
Предназначена для сплошной или выборочной подбивки шпал с
выправкой пути в вертикальной плоскости, добавки костылей, довертывания
гаек у стыковых болтов, резки и сверления рельсов. (Рис. 68)
В состав машины входят следующие узлы: экипажная часть, электростанция, шпалоподбивочный механизм, механизм для подъемки путевой
решетки, механизм передвижения и устройство для съема машины с пути.
Экипажная часть состоит из рамы, колесных пар, тормозной системы и
крыши.
Электростанция предназначена для питания электродвигателей передвижения машины и шпалоподбивочного механизма, а также придаваемых
машине электроинструментов (гайковерта, костылезабивщика, рельсорезного
и рельсосверлильного станков).
223
Рис. 68. Шпалоподбивочная машина ЛД- 22
Шпалоподбивочный механизм закреплен на подвижной раме, соединенной с четырьмя вертикально расположенными гидроцилиндрами,
которые перемещаются по неподвижно закрепленным штокам; штоки
гидроцилиндров в нижней части опираются на поднятники, а в верхней части
удерживаются опорными стойками. В верхней части подвижной рамы
установлен электродвигатель шпалоподбивочного механизма с двумя
концами валов, на которые надеты центробежные муфты; крутящий момент
электродвигателя передается с помощью клиноременной передачи на
дебалансовые шкивы, создающие вибрацию.
В нижней части подвижной рамы шпалоподбировочного блока на осях
закреплены восемь подбивочных лопаток, расположенных симметрично
относительно головок рельсов.
Механизм для подъема путевой решетки расположен перед шпалоподбивочным механизмом и состоит из двух пар клещевых захватов,
расположенных над рельсами, и двух гидроцилиндров, конструктивно
связанных с захватами.
Рельсовый агрегат «Искра» предназначен для механизации и автоматизации процесса сварки рельсов в полевых условиях. Агрегат
смонтирован на базе трелевочного трактора АТЗ, на котором установлены
224
синхронный генератор тока, сварочная головка машины К-555, гидравлический подъемный кран, коробка отбора мощности, гидравлическая
аппаратура, система водяного охлаждения, кузов, электрическая аппаратура
питания и управления. Сварочная головка (подвесная) - основной рабочий
орган агрегата, она перемещается с помощью гидравлического крана,
установленного за кабиной трактора. Краном управляют с выносного пульта,
установленного на сварочной головке, или со стационарного,
расположенного в кабине трактора. (Рис. 69)
Рис. 69. Рельсосварочный агрегат для контактной сварки рельсов
«Искра»
Гидравлический механизм для одиночной смены шпал. Он
предназначен для механизации работ по одиночной (выборочной) смене
шпал. Конструктивно представляет собой несамоходную рельсовую тележку,
на трубчатой раме которой смонтированы насосная станция и
гидравлическое оборудование. Насосная станция укомплектована двигателем
внутреннего сгорания от бензопилы МП-5 «Урал-2», одноступенчатым
редуктором и насосом НШ-10. (Рис. 70)
225
Рис. 70. Гидравлический механизм для одиночной смены шпал.
Основными рабочими органами механизма являются гидроцилиндры
вертикальной ориентации, шпалозахвата и перемещения шпалы, шар- нирно
соединенные между собой и с рамой тележки. Систему гидроцилиндров
можно развернуть под углом к горизонтальной плоскости более 30° для
удаления косолежащих шпал.
Механизм для резки рельсов ВО-90. Механизм В0-90 предназначен
для абразивной резки узкоколейных рельсов типа Р-15, Р-18 и Р-24 при
проведении ремонтно-путевых работ. (Рис. 71)
Конструктивно механизм для абразивной резки рельсов состоит из
трубчатой рамы, опирающейся на четыре ходовых колеса, два из которых
закреплены шарнирных рычагах. На раме установлен двигатель с редуктором
от бензопилы МП-5 «Урал-2». В качестве рабочего режущего органа
принимается абразивный диск, закрепленный на ведомом валу
клиноременной передачи, который установлен на балансирном кронштейне.
Для крепления механизма к рельсу при производстве работ на раме его
имеются два винтовых зажима.
226
Рис. 71. Механизм для образивной резки рельсов ВО- 90.
Механизм для сверления рельсов ВО-93. Механизм предназначен
для сверления болтовых отверстий в рельсах типа Р-15, Р-18 и Р-24 при
проведении ремонтно-путевых работ. (Рис. 72)
Конструктивно механизм для сверления узкоколейных рельсов выполнен в виде сварной рамы, на которой установлены двухступенчатый
редуктор, механизм подачи, рельсовый зажим и сменный кондуктор.
Крутящий момент на сверло передается через двухступенчатый редуктор от
двигателя бензопилы МП-5 « Урал-2». Механизм крепится на рельсе
зажимом в виде прямоугольной пластины, которая поджимает подошву
рельса к сменному кондуктору, закрепленному на раме механизма. Прижим
осуществляется за счет поворота рукояти эксцентрикового вала.
227
Рис. 72. Механизм для сверления рельсов ВО- 93
Подъемная ручная тележка ВО-81. Она предназначена для подъемки
рельсошпальной решетки при строительстве пути и проведении ремонтнопутевых работ. Тележка конструктивно состоит из рамы, ходовых колес,
зубчатых реек с упорами, ручных приводов, самозажимных рельсовых
захватов. (Рис. 73)
Все узлы и детали смонтированы на раме сваренной из уголкового
проката. К нижней части рамы приварены трубчатые оси, на которых на
бронзовых втулках вращаются ходовые колеса. Для подъемки
рельсошпальной решетки служат зубчатые рейки, на нижнем конце которых
имеются упоры. Зубчатая рейка приводится в движение приводом, состоящим из рукояти, системы зубчатых колес и щек. Рельсошпальная
решетка поднимается самозажимными рельсовыми захватами, которые
шарнирно соединены со щеками ручных приводов.
228
Рис. 73. Тележка ручная путеподъѐмная ВО- 81
229
ЛЕКЦИЯ 19
Тема: МАШИНЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЗИМНИХ ЛЕСОВОЗНЫХ
ДОРОГ
Вопросы:
1. Виды зимних лесовозных дорог, особенности их строительства и общая
классификация машин.
2. Машины для строительства дорог со снежно-уплотненным покрытием.
Классификация, конструкция.
3. Машины для строительства ледяных колейных дорог. Классификация,
конструкция.
1. Виды зимних лесовозных дорог, особенности их строительства и
общая классификация машин
Для лесопромышленных предприятий, расположенных в районах с
устойчивым и длительным зимним периодом времени отрицательных
температур зимние лесовозные дороги имеют большое значение и, особенно,
для освоения труднодоступных участков лесосырьевой базы, расположенных
на заболоченных площадях.
Строительство зимних лесовозных дорог зависит главным образом от
типа дорог круглогодового действия, месторасположения лесосек зимнего
освоения и других местных условий и производится путем расчистки
проезжей части от снега с последующим перемещением снежных масс, их
уплотнением и обледенением, с нарезкой колеи на снежном и земляном
основании и обледенением ее.
Себестоимость перевозки 1м 3 древесины на 1км (1м 3 км) по зимним
дорогам в 2...2,5 раза ниже, чем по летним дорогам, поэтому строительство
зимних лесовозных дорог необходимо планировать так, чтобы максимально
использовать низкие температуры и обеспечить интенсивную вывозку и
продление срока эксплуатации зимних дорог.
Лесовозные дороги зимнего периода времени по устройству пути и
типу применяемого подвижного состава делятся: со снегоуплотненным
покрытием и колейные ледяные. В свою очередь дороги первого типа могут
быть двух видов: снегоуплотненные и бесколейные ледяные,
снегоуплотненные политые водой (обледенелые). Дороги второго типа также
230
могут быть двух видов: поливные с колеей на снежном основании и
поливные с колеей на земляном основании. В то же время они могу быть
одноколейные и двухколейные.
При строительстве зимних лесовозных дорог помимо операций общего
характера (прорубка просеки, корчевка пней или срезка их в уровень с
землей, срезка кустарника, подроста, мелколесья и т.д.), выполняются
операции специального назначения, т.е. такие, в результате которых будет
сделана зимняя дорога того или иного типа (сдвижка и формирование на
проезжей части снежных масс, их уплотнение до плотности заданной
величины, обливка уплотненного снежного покрытия водой, нарезка колеи
на снежноуплотненном основании и на земляном, поливка нарезанной колеи
водой, обледенение, формирование проезжей части колеи и т.д.).
В зависимости от этих операций, т.е. в зависимости от технологического назначения, дорожные машины для строительства зимних лесовозных дорог в общем разделяются на следующие группы:




снежноуплотняющие машины и оборудование;
водополивочные средства и машины;
машины и агрегаты для нарезки колеи;
колееформирующее оборудование.
2. Машины для строительства дорог со снежноуплотненным
покрытием. Классификация, конструкция
Снежные уплотненные дороги могут быть построены следующими
способами:
 уплотнение снежного покрова без предварительного перемешивания;
 уплотнение предварительно перемешанного и разрыхленного снега;
 уплотнение предварительно перемешанного, разрыхленного и подогретого снега;
При этом в качестве покрытия применяют уплотненный снег или
уплотненный снег, политый водой. Необходимость перемешивания снега для
достижения прочности снежного покрытия обусловлена разницей в
содержании паров воды, различием в температуре и первоначальной
плотности верхних и нижних слоев снежного покрова. При перемешивании
231
снега при низких температурах воздуха получается более однородная по
плотности и составу зерен снежная масса.
Процесс измельчения и перемешивания снега должен длиться не более
30 мин, так как при удлинении этого процесса эффект перепада температур у
частиц снега уменьшается.
Для усиления прочностных свойств покрытия и продления сроков
эксплуатации дороги со снежноуплотненным покрытием в весеннее время
поливают водой.
Технико-экономическое сравнение типов покрытий из уплотненного
снега с поливной водой и без поливки показывает, что себестоимость
кубокилометра вывозки древесины по дорогам с поливкой ниже на 15-20 %,
поэтому такие покрытия являются наиболее рациональными.
В зависимости от выполняемой операции (технологическое назначение) машины и оборудование для строительства дорог со
снежноуплотненным покрытием подразделяются на три основные группы:
первая - механизмы и машины для рыхления и перемешивания снежного покрова; вторая - машины и агрегаты для уплотнения снежного покрова;
третья - водополивочные средства.
Для рыхления и перемешивания снежного покрова применяют
сельскохозяйственные обычные культиваторы, специальные бороны и катки
(ребристые пустотелые) и приводные фрезы.
Бороны являются наиболее простым орудием для перемешивания
снега. Борона может быть легко изготовлена в каждом лесопромышленном
предприятии, для чего нужны такелажная проволока и жерди. Конструктивно
борона состоит из рамы с закрепленными на ней зубьями из жердей
диаметром 100 мм, расположенных с наклоном по ходу движения бороны.
Для утяжеления бороны к раме крепятся балластные ящики и засыпаются
балластом.
Ребристые катки. Для перемешивания снега сравнительно небольшой
плотности применяют специальные ребристые катки. Конструктивно каток
состоит из трех-четырех круглых дисков диаметром 1500 мм, на поверхности
которых приварены пустотельные ребра треугольной формы длиной 24002600 мм. Ось катка крепится к раме посредством подшипников скольжения.
При движении трактора (обычно гусеничного) по снежной целине ребра
погружаются под тяжестью массы катка, извлекают пазухами с нижних слоев
232
снег и при качении катка высыпают его на поверхность. Такой каток может
быть легко изготовлен в мастерских любого лесопромышленного
предприятия. Масса такого катка должна быть в пределах 1000-1300 кг.
Зубовые фрезы. Для измельчения и перемешивания снега большой
плотности целесообразно использовать зубовые приводные или обычные
грунтовые фрезы.
Фреза (снежная) состоит из вала с укрепленными на нем зубьями и
механизма привода. Для тщательного измельчения и перемешивания снега
зубья располагают в шахматном порядке. Для привода их необходимо иметь
специальный двигатель мощностью около 100 л.с. и специальную
трансмиссию. В качестве трансмиссии чаще всего используют цепь Галля и
реже карданный вал.
Наиболее приемлемыми размерами такой фрезы являются: диаметр (по
концам зубьев) 700-800 мм и длина 2600-2800 мм. Скорость вращения фрезы
при глубине снега до 1500 мм должна составлять 300- 400 об/мин.
Для уплотнения снежного покрова (предварительно разрыхленного и
перемешенного) применяются обычные дорожные катки (особенно
различные пневмокатки) и специализированные вибрационные плиты и
снегоуплотняющие машины.
Катки. Измельченный и перемешанный снег уплотняют катками при
проходе три-четыре раза по одному следу. Наибольшее распространение
получили деревянные катки типа КТ-3, соединенные в плане по схеме: один
впереди, два по бокам сзади с перекрытием полос уплотнения.
Конструктивно они представляют собой пустотелый барабан, заполненный
балластом. Иногда для уплотнения снега используют грунтовые
металлические катки с некоторой реконструкцией их. Параллельно оси катка
устанавливают брусья толщиной 40-50 мм и укрепляют их на барабане
двумя-тремя металлическими бандажами, выступающими над поверхностью
брусьев на 30-40 мм для предупреждения смещения барабана в осевом
направлении.
Вибрационные плиты. Для уплотнения снега используют вибрационные плиты типа трамбовочной плиты. Масса плиты равен 1,6 кг, ширина
захвата 2,4 м. Приводится в действие 16 - сильным двигателем, который
позволяет обеспечить амплитуду вибраций 2,5 мм. Вибрация производится
эксцентрическими дисками, смонтированными на горизонтальной оси
уплотнителя.
233
Снегоуплотняющие машины СУМ-2, СУМ-3 ЦНИИМЭ. СУМ-2
конструктивно состояла из гусеничного трактора Т-100, на который вместо
бульдозерного оборудования навешивается ребристый каток (снегомешалка)
диаметром 1500 мм и шириной захвата 2400 мм, имеющий 18 пустотельных
зубьев, которые черпали снег из нижних слоев снежного покрова и
перемешивали его с верхними слоями.
Основным агрегатом снегоуплотняющей машины является прицеп,
представляющий собой сочетание гладилки с виброуплотнителем. Гладилка
предназначена для выравнивания и предварительного поверхностного
уплотнения снега. Конструкция ее сварная, пустотелая, изготовлена из
листовой стали, толщиной 3 мм, внутри установлены ребра жесткости и
кронштейны для крепления двигателя и кабины. Для уменьшения
сопротивления движению радиус закругления выбран так, чтобы снег перед
гладилкой не скапливался, а подминался.
В передней части гладилки смонтирован силовой привод и кабина
оператора. Связь тракториста и оператора машины была осуществлена
звуковая через кабель, соединяющий трактор с машиной. К гладилке при
помощи швеллеров присоединяется вибратор, который состоит из рабочей
плиты, редуктора, дебалансного вибратора и рамы с балластным ящиком.
Масса рамы и балласта передается на виброплиту при помощи восьми
пружинных амортизаторов. Вибратор имеет восемь дебалансов,
установленных на четырех валах по обе стороны относительно центра
виброплиты редуктора. Валы дебалансов вращаются на двухрядных
роликовых подшипниках. Каждый вал приводится во вращении от
редуктора- через кулачковую муфту с резиновыми амортизаторами.
Снегоуплотняющая машина присоединяется к тяговому трактору при
помощи жесткого дышла сварной конструкции. (Рис. 74)
234
Рис. 74. Общий вид снегоуплоняющей машины СУМ- 2
СУМ-3 по конструкции не имеет особых принципиальных отличий.
Небольшие конструктивные изменения заключаются в следующем.
Увеличена ширина обрабатывающей полосы с 2400 мм до 2800 мм, соответственно произведено уширение гладилки и вибратора. Для сохранения
величины возмущающей силы при тех же положениях дебалансов
произведен перерасчет массы дебалансов. Усилены пружины вибратора. Роль
балласта вместо чугунных болванок выполняет чугунная плита, которая
закрепляется на направляющих стержнях вибратора, Сзади вибратор
закрывается металлическим листом, препятствующим попаданию снега в
вибратор при осадке машины назад. На передней площадке сделаны боковые
люки, которые обеспечивают доступ к двигателю снизу. Для улучшения
работы оператора, уменьшения шума и загазованности кабины, а также
улучшения доступа двигатель вынесен из кабины.
Снегоуллотняющая машина СевНИИП СУМ-300. Она представляет
собой агрегат, буксируемый трактором Т-100 при глубине снежного покрова
до 60 см и двумя тракторами Т—100 при большей глубине снега.
Машина СУМ-300 состоит из трех основных узлов: рыхлителя снега
типа зубовой фрезы, теплового оборудования для частичного оплавления
разрыхленного снега и виброуплотнителя. Эта узлы, а также двигатель и
трансмиссия смонтированы на одной общей раме, опирающейся спереди на
235
гладилку и сзади на вибробрус. Гладилка и вибратор подобной конструкции,
что и у предыдущих машин.
При работе машина СУМ-300 прицепляется к трактору цепью, что
обеспечивает большую маневренность трактора, но не снегоуплотняющей
машины.
Снегоуллотняющая машина СУМ ГПИ 39-40. Она состоит из
трактора Т-100, головного агрегата и вибратора, соединяющихся между
собой дышлами. Вместе с этим машина имеет фрезу и тепловой агрегат,
состоящий из двух подогревателей МП-300, установленных между
двигателем (ЯАЗ-204В) и фрезой.
В кабине головного агрегата установлен пульт управления двигателем,
фрезой и подогревательной установкой. При движении агрегата
слежавшийся снежный покров дробится фрезой и отбрасывается на поток
горячих газов, выпускаемых через распределитель подогревательной
установки. Здесь проходит оплавление, а частично и испарение снежных
частиц, которые затем осаждаются и уплотняются виброплитой.
Водополивочные средства предназначены для поливки водой уплотненных снежных покрытий, т.е. для их обледенения. Для этих целей при
наличии в вооружении лесопромышленного предприятия обычные серийно
выпускаемые водополивочные машины типа ВМ-6Б и ЛД-21. (Рис. 75)
Рис. 75. Водополивочная машина ЛД- 21:
1 – автомобиль МАЗ-509 А; 2 – вакуум- насос РВН-40/350; 3 –
газораспределительный клапан; 4 – цистерна; 5 – заборный шланг; 6 –
сливное устройство
236
При отсутствии серийного автополивщика (вакуум-поливщика) можно
в условиях любого предприятия изготовить поливщик, установив на
автомобиль цистерну с герметически подсоединенными двумя патрубками
разрежения и всасывания. Патрубок разряжения одним концом
подсоединяют к верхней передней части цистерны, а второй крепят к
раструбу всасывания карбюратора (в месте расположения дроссельной заслонки). Патрубок всасывания крепят к днищу задней стенки цистерны в
верхней ее части. На конце патрубка забора устанавливают решетку,
предупреждающую засасывание в цистерну снега и других загрязнений. При
работе двигателя воздух из цистерны высасывается посредством патрубка
разряжения и создается вакуум, способствующий подъему воды из водоема
на высоту до 6 м.
Гипролесмаш сконструировал подобного типа автополивщик Т—108
емкостью 7,5 м3 на базе автомобиля ЗИЛ-157. В кабине водителя установлен
указатель уровня наполнения цистерны. Приемное и сливное отверстие
поливщика обогреваются специальными горелками.
3. Машины для строительства ледяных колейных дорог. Классификация, конструкция
В зависимости от типа подвижного состава, применяемого на вывозке
древесины, колейные ледяные лесовозные дороги могут быть двух типов:
одноколейные и двухколейные.
При строительстве колейных ледяных дорог нарезку колеи магистральных путей и веток производят в грунтовом основании. На усах колею
нарезают в уплотненном снежном основании. Для магистралей и веток
нарезка колеи в снегу допускается только при хорошо уплотненном снежном
основании. Обычно это делают в середине зимы. На участках, пересекающих
хорошо промерзающие болота, колею нарезают так же, как в грунте.
В зависимости от выполняемых специальных операций (нарезка колеи
и ее формирование) оборудование для строительства ледяных колейных
дорог подразделяется на две группы: первая - агрегаты, машины и
оборудование для нарезания колеи; вторая - агрегаты для формирования
колеи до и после поливки водой.
В свою очередь оборудование для нарезки колеи и ее формирования
делится: в зависимости от конструкции рабочего органа, способа
237
передвижения в процессе выполнения рабочей операции и по числу выполняемых операций, при этом.
а) Агрегаты, машины и оборудование для нарезки колеи.
Нарезка колеи под санный подвижной состав производится как в
грунте, так и на снежном (покрове) основании специальными орудиями колеерезами. В производстве нашло применение несколько конструкций
колеерезов. Наиболее удачными из них являются:
 грунтовый колеерез ГК системы Вздорных (конструкция ЦНИИМЭ);
 колеерез снегоочиститель Штаркера;
 колеерез-струг конструкции Плесецкого леспромхоза (Архангельская
область);
 навесной колеерез к отвалу бульдозера;
 навесной колеерез к гусеничным тракторам типа Т-75, Т-100 МГП
(конструкции СевНИИП);
 агрегат Витковского.
Колеерез ГК системы Вздорных (ЦНИИМЭ). Конструктивно
грунтовый колеерез представляет собой нож, закрепленный непосредственно
на тракторе Т-100 МГП со стороны заднего моста и изготовленный из
изогнутого узкоколейного рельса Р—18. На ноже установлена подвеска с
закрепленными на ее краях стремянками. Буксировку ножа колеереза
обеспечивают два коротких каната, один конец троса прикреплен к
стремянке, другой присоединен к трактору. Глубина нарезания колеи
регулируется перестановкой болтов в отверстиях концов ножа. В комплект
колеереза
входит
колееочиститель,
прицепляемый
к
трактору
непосредственно за колеерезом, с помощью которого производится удаление
из колеи вырезанного ножом грунта (или уплотненного снега).
Колееочиститель состоит из полоза с лемехом в передней части, крыльев и
дышла с регулировочным винтом.
Колеерез - снегоочиститель Штаркера. Конструктивно он представляет собой металлический фуганок с угольником. Им можно нарезать
колеи как в грунтовом, так и снежноуплотненном основании, а также убирать
вырезанный снег и грунт с полотна дороги.
В конструктивном отношении данный колеерез состоит из короба,
режущего устройства, рамы, угольника и тягового дышла. В работе колеерез
238
обычно буксируется самостоятельным трактором-тягачом
буксироваться водополивочным автомобилем.
и
может
Колеерез-струг Плесецкого леспромхоза. Колеерез Плесецкого
леспромхоза также представляет собой металлический фуганок с боковыми
отвалами в виде угольника. В конструкции колеереза можно выделить такие
основные узлы, как механизм подъема, режущее устройство, боковые
отвалы, раму, сцепное устройство и балластную площадку. Колеерез при
работе также может буксироваться как автомобилями, так и тракторами.
Колеерез к отвалу бульдозера. В отличие от других этот тип колеереза представляет собой навесное орудие плужного типа, которое
крепится по центру к отвалу бульдозера в промежутке между режущими
ножами таким образом, чтобы режущая его часть выступала ниже кромок
режущих ножей бульдозера на требуемую глубину колеи. Заглубление ножей
бульдозера ограничивается по бокам специальными лыжами, которые
установлены на опорных кулачках с помощью шарнирного соединения.
Благодаря наличию такого устройства достигается хорошее планирование
полотна дороги и за один проход нарезается колея полного требуемого
профиля, а вынутый грунт и снег планируются равномерно на полотне
дороги.
Колеерез навесного типа. Данный колеерез выполнен, как навесное
оборудование к гусеничному трактору Т-100М (Т-100 МГП) и монтируется
на тяговой плите (секторе) к задней стенке картера заднего моста трактора.
Конструктивно он состоит из фасонной рамы (кронштейна), шарнирно
монтируемой на заднем мосту и тяговой плите трактора; режущего органа;
направляющих отвалов, отводящих вырезанный грунт в сторону от колеи и
разравнивающих его и регулирующего устройства.
Агрегат Витковского. Этот агрегат является наиболее совершенным
типом дорожного орудия для строительства колейных ледяных дорог. Им
можно выполнять одновременно до восьми операций: нарезать колею,
удалять из нее основную массу снега, восстанавливать ее профиль после
обильной поливки, а также срезать с поверхности колеи полуразрушенные
слои льда, снимать спрессованный снег с ее поверхностей, выметать из нее
снег и ледяную крошку, сдувать снежную пыль, взрыхлять и удалять
излишний снег с поверхности полотна дороги.
239
б) Агрегаты для формирования колеи до и после поливки водой.
Формирование колеи после поливки ее водой выполняется
специальными формирующими машинами (формовщиками). Такая машина
предназначена для придания колее правильной геометрической формы
(заданной).
Это достигается заглаживанием снега и грунта, смоченных водой,
разлитой поливочной машиной, проходящей впереди формирующей машины.
Условия работы этих машин в осенний и зимний периоды времени
неодинаковы, поэтому и конструкция различна.
Формовщик для первоначального формирования колеи в осенний
период времени делается из пригнанных бревен (брусьев), соединенных
между собой шпонками. Нижнюю поверхность серединного более толстого
бревна (бруса) располагают ниже поверхности, образуемой соседними
бревнами (брусьями) на величину, равную глубине колеи. Поэтому
серединное бревно (брус), работающее как полоз, должно иметь форму колеи
(поперечное сечение). Другие бревна (брусья) с нижней поверхности
фугуются заподлицо, благодаря чему образуемая ими плоскость планирует
полотно дороги.
Конструкция формовщика для зимнего формования колеи в процессе
ее эксплуатации представляет собой усеченный треугольник, в средней части
которого размещен формовочный полоз, который шарнирно соединяется с
тягачом цепью, а с треугольником - болтом. Треугольник при помощи
крестообразных растяжек также прицепляют к тяговой плите тягача.
Отдельные, не связанные между собой соединения полоза и бревен с тягачом
обеспечивают более высококачественную формовку и очистку как колеи, так
и дорожного полотна.
240
ЛЕКЦИЯ 20
Тема: МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОСТРОЙКИ
ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ И ДЛЯ СОДЕРЖАНИЯ И
РЕМОНТА ЛЕСОВОЗНЫХ ДОРОГ
Вопросы:
1. Искусственные сооружения на лесовозных дорогах и особенности их
строительства.
2. Виды работ, проводимых при строительстве искусственных сооружений и общая классификация машин и оборудования.
3. Машины и оборудования для свайных работ. Назначение,
классификация и конструкция.
4. Значение своевременного содержания и ремонта лесовозных дорог и
общая классификация машин.
5. Машины для летнего содержания и ремонта лесовозных дорог.
6. Машины для зимнего содержания лесовозных дорог.
1. Искусственные сооружения на лесовозных дорогах и особенности
их строительства
Всякая лесовозная дорога встречает на своем пути препятствия в виде
рек, каналов, ручьев, оврагов, суходолов, долин и др. При переходе через эти
препятствия для сохранения непрерывности движения строятся
искусственные сооружения, такие, как мосты, лотки, трубы, эстакады,
путепроводы и т.д.
Названные искусственные сооружения должны обеспечивать не только
бесперебойность движения лесовозного транспорта, но и безопасность его, и
пропуск высоких вод. Мосты в необходимых случаях должны удовлетворять
требованиям судоходства и лесосплава и обеспечивать пропуск ледохода и
карчехода.
Стоимость искусственных сооружений составляет в равнинной местности около 10 %, в горной и сильнопересеченной местности до 25 % общей
стоимости строительства дороги.
Одним из основных видов искусственных сооружений на лесовозных
дорогах являются различные мосты и водопропускные трубы. Работы по
строительству мостов и труб выполняют в соответствии со СниП 3.06.-85.
241
Трубы, малые и средние мосты рекомендуется возводить до отсыпки
земляного полотна силами передвижных колонн. Строительство особо
сложных средних и больших мостов должно осуществляться специализированными мостостроительными организациями.
В былые времена искусственные сооружения на лесовозных (лесных)
дорогах делали главным образом из дерева, как наиболее доступного
материала для лесопромышленных предприятий. В настоящее время мосты и
трубы проектируются и строятся преимущественно из сборного
железобетона и бетона. Взамен однопролетных мостов стремятся применять
сборные железобетонные трубы.
Однако до сих пор в глубинных районах, удаленных от баз строительной индустрии, дерево еще остается одним из основных видов
строительного материала при возведении искусственных сооружений. На
ветках со сроком службы менее 5 лет, усах и пожарных дорогах в лесу строят
простейшие мосты на свайных опорах и на клетках и деревянные
безнапорные трубы.
2. Виды работ, проводимых при строительстве искусственных
сооружений, и общая классификация машин и оборудования
При строительстве искусственных сооружений на лесовозных дорогах
производятся следующие виды работ:
а)
подготовительные работы (перевозка и хранение сборных конструкций, подготовка к монтажу на объекте, разбивка сооружений на месте и
т.д.;
б)
постройка опор (забивка свай, обстройка свайных опор, устройство рамных опор и т.п.;
в)
постройка деревянных мостов и труб;
г)
монтаж сборных железобетонных мостов и сборных железобетонных труб и т.д.
Строительство мостов как наиболее значимого типа искусственного
сооружения, включает подготовительные и разбивочные работы, возведение
фундамента, сооружение (монтаж) опор, монтаж пролетных строений. Во
время подготовки расчищают основную и строительную площадки от
поваленных
деревьев,
препятствующих
разбивке,
производству
242
строительных работ и складированию материалов, завозят необходимые
машины и оборудование и готовят их к работе.
Для проведения подготовительных и основных работ по возведению
искусственных сооружений применяют различные машины, механизмы,
оборудование, станки и инструменты. Значительная часть этого
оборудования (машины и механизмы) рассматривается в других изучаемых
курсах по данной специальности («Подъемно-транспортные машины»,
«Основы строительного дела», «Механизация лесоразработок и лесных
складов») и в этой дисциплине (корчеватели, бульдозеры, экскаваторы).
Поэтому здесь будут рассмотрены специальные механизмы и оборудование,
которые используются для выполнения таких специфических операций, как
забивка свай, выдергивание свай и т.д.
В общем, они подразделяются по технологическому назначению на
следующие группы: оборудование для установки свай и подвески сваебойных механизмов - копры и копровое оборудование на других машинах;
механизмы, применяемые для забивки различных свай – сваебойное
оборудование; механизмы и инструмент для выполнения различных
вспомогательных операций (сваевыдергиватели, станки для резки арматурной стали, механизированный инструмент на базе бензиномоторных пил
и т.д.).
3. Машины и оборудование для свайных работ. Назначение,
классификация и конструкция
Свайное оборудование применяется для погружения в грунт свай с
целью увеличения несущей способности грунтов как оснований под различными искусственными сооружениями (в том числе и мостами) и передачи нагрузки на нижележащие плотные слои грунта.
Сваи при строительстве искусственных сооружений погружают в
грунт при помощи копров и свайных молотов.
Копры - это деревянная или металлическая конструкция, предназначенная для: а) установки сваи на место перед забивкой; б) установки
свайного молота на сваю и направления молота; в) перестановки оборудования на новое место работы. В зависимости от конструкции различают
два типа копров: башенные и крановые.
243
В зависимости от условий работы применяют башенные копры
следующих конструкций: простые копры с неподвижными стрелами
стандартного типа; наклонные; маятниковые и универсальные копры полуповоротные.
Стандартные деревянные копры, изготовляемые на площадке свайных
работ, предназначены для забивки вертикальных свай механическими
молотами.
Наклонные копры используют при возведении береговых устоев мостов
арочной конструкции, так как в этих случаях возникает необходимость в
забивке свай под углом к вертикали.
Маятниковые копры также служат для забивки наклонных свай. Стрела
маятникового копра может поворачиваться в вертикальной плоскости на
необходимый угол в обе стороны.
Поворотные копры применяют на свайных работах при забивке свай
расположенных кустами, требующих частых поворотов копра. В копрах
этого типа имеется поворотное устройство, при помощи которого стрела
поворачивается вокруг вертикальной оси на 360°.
Универсальные копры используют при больших объемах работ и
различных способах погружения свай.
Конструкция копра позволяет, устанавливать стрелу под некоторым
углом к вертикали для забивки наклонах свай и допускает перемещение в
двух взаимно перпендикулярных направлениях. (Рис. 76)
Крановые копры характеризуются тем, что они являются сменным
оборудованием стреловых кранов или экскаваторов. Копры могут передвигаться на катках, на колесных и гусеничных тележках и на рельсах.
Конструктивно универсальный металлический копер представляет
собой сварную ферму из уголкового проката треугольной формы. Копер
установлен на тележке и перемещается по рельсам вдоль фронта работ.
Ферма копра вместе со стрелой при помощи двух винтовых домкратов
может наклоняться для забивки наклонных свай, а также может поворачиваться в горизонтальной плоскости на поворотной платформе. Наибольшее распространение в условиях лесной промышленности получили
одностреловой копер СП-13Б (наибольшая длина погружаемых свай 4,5 м),
универсальный копер на рельсовом ходу СП -69 (наибольшая длина
244
погружаемых свай 16 м) и навесное копровое оборудование на тракторе Т130БГ-1 (наибольшая длине погружаемых свай 12 м).
245
Свайные молоты. Свайные молоты применяют для погружения в
грунт свай и тем самым увеличения несущей способности грунтов как
оснований под мостами и передачи нагрузки на ниже лежащие плотные слои
грунта.
В зависимости от типа привода свайные молоты разделяются на
четыре группы: механические, приводимые в действие при помощи лебедки и
каната; паровоздушные, приводимые в действие силой пара или сжатого
воздуха; дизель - молоты, работающие по принципу двигателей внутреннего
сгорания; вибромолоты и вибропогружатели, использующие принципы
вибрации для уменьшения сопротивления грунта.
По характеру работы различают молоты простого и двойного действия.
В молотах простого действия рабочий ход (удар по головке сваи) происходит
под действием массы ударной части, а для подъема ударной части
используется энергия пара, сжатого воздуха и сгоревших газов.
У молотов двойного действия энергия пара или сжатого воздуха
используется не только для подъема ударной части, но и для осуществления
рабочего хода.
К первой категории относятся механические молоты, дизель-молоты и
часть паровоздушных молотов, а ко второй - паровоздушные молоты
двойного действия.
Механический молот конструктивно состоит из литой ударной части
(бабы), подвешенной на канате, перекинутом через блок в верхней части
копра. Другой конец каната при подъеме ударной части наматывается на
барабан лебедки. По достижении высоты 3—4 м ударная часть падает под
действием собственной массы и ударяет по головке сваи.
Механические молоты обладают низкой производительностью и в
настоящее время практически не применяются.
Паровоздушный молот простого действия представляет собой чугунный корпус, одновременно являющийся паровым (воздушным) цилиндром и ударной частью. Внутри цилиндра находится поршень со штоком.
Паровоздухораспределительное устройство выполнено в виде трехходового
пробкового крана. Распределение пара (воздуха) осуществляется вручную,
путем поворота крана. При впуске пара или сжатого воздуха в подпоршневое
пространство цилиндр поднимается. Переключением крана пар или воздух
выпускается в атмосферу, и цилиндр падает, нанося удар по головке сваи.
246
Это устаревшая конструкция. Вместо нее сейчас
паровоздушные молоты с полуавтоматическим управлением.
применяются
Недостатком молотов простого действия является малое число ударов
(до 40 ударов в минуту).
Молоты двойного действия в сравнении с молотами простого действия
отличаются большей производительностью и несколько меньшими
габаритами.
Кроме того, у молотов двойного действия удобно регулировать силу
удара.
Из многочисленных конструкций паровоздушных молотов двойного
действия рассмотрим устройство и работу молота средней мощности.
В этой системе поршень имеет два массивных цилиндрических
прилива, из которых нижний является ударником. Удары наносятся по
шаботу (плита) лежащей на головке сваи. Направление движения пара или
сжатого воздуха в верхнюю или нижнюю полость цилиндра изменяется
четырехдисковым золотником, двигающимся в золотниковой коробке,
причем он передвигается автоматически; верхнему положению поршня
соответсвует нижнее положение золотника и наоборот.
К достоинствам молотов двойного действия относится большая частота
ударов, обеспечивающая высокую производительность и возможность
забивки наклонных свай и под водой.
Дизель - молоты работают по принципу двухтактового дизеля. Ударная
часть молота при рабочем ходе сжимает заключенный в цилиндре воздух и
повышает его температуру; подаваемое в этот период топливо взрывается и
отбрасывает цилиндр вверх, совершая холостой ход; при последующем
падении ударной части рабочий цикл повторяется. Для подачи горючего
применяют насосы высокого и низкого давления; при высоком давлении
распространение получили штанговые дизель-молоты, при низком трубчатые.
Штанговый молот состоит из поршневого блока, служащего основанием молота, ударного цилиндра, открытого снизу, и из двух направляющих штанг, скрепленных сверху траверсой. Поршневой блок состоит из
цилиндрического поршня и нижней кольцевой уширенной части. Внутри
поршня, по его оси, расположена трубка, подающая горючее от топливного
247
плунжерного насоса высоко давления к форсунке. Поршневой блок
опирается на сферическую опору, состоящую из верхней пяты и нижней,
являющейся наголовником сваи. Такая сферическая пята обеспечивает
центральный удар по головке сваи даже при некотором несовпадении осей
молота и сваи. Цилиндровый блок - ударная часть движется по
направляющим штангам. Для запуска молота ударная часть лебедкой
поднимается в верхнее положение и закрепляется на специальном
устройстве (кошка). При резком освобождении крюка устройства, ударная
часть (цилиндр) падает на поршень. При этом воздух во внутренней полости
цилиндра сжимается, а температура его быстро повышается. В это же время
через форсунку подается топливо в виде мельчайших капель и взрывается во
внутренней полости цилиндра, образовавшиеся газы отбрасывают его вверх.
При этом он быстро теряет скорость и под влиянием собственной массы
опять падает вниз, вновь повторяется взрыв и, таким образом, работа молота
автоматически продолжается до тех пор, пока не будет выключен топливный
насос. (Рис.77)
Трубчатый дизель-молот, устроен так, что у него цилиндр неподвижен,
а ударной частью служит тяжелый подвижный поршень. Цилиндр молота
представляет собой длинную трубу, открытую сверху, а в нижней части
заканчивающуюся шаботом, вставленным в цилиндр внатяг. Снизу в шабот
ввинчивается штырь, входящий в головку сваи (вместо штыря может быть
обыкновенный плоский наголовник).
Внутри цилиндра помещен длинный поршень со сферической головкой
в нижней части, который является ударной частью молота. Размер и форма
сферической головки соответствует выемке в шаботе цилиндра: топливо из
резервуара, расположенного в верхней части цилиндра, подается насосом,
которым управляет падающий поршень нажимающий на специальный рычаг.
Для запуска молота, поршень поднимается лебедкой копра вверх. При
этом в цилиндр через специальные патрубки засасывается воздух. Из
крайнего верхнего положения поршень падает под действием силы тяжести.
Падение поршня сопровождается выходом разбавленных продуктов
сгорания через специальные патрубки.
248
Рис. 77. Схема штангового дизельмолота:
1 – верхняя пята; 2 – нижняя
уширенная кольцевая часть; 3 –
поршневой блок; 4 – направляющие
штанги; 5 – крюк; 6 – траверса; 7 –
рычаг; 8 – подвижный захват; 9 –
палец; 10 – цилиндр; 11 – штырь; 12
– форсунка; 13 – поршень; 14 –
топливопровод; 15 – рычаг; 16 –
топливный насос; 17 – нижняя пята;
18 – трос лебедки.
Поршень, падая, нажимает на рычаг топливного насоса, и порция
топлива из бака выпрыскивается в среду не сжатого еще воздуха и сливается
в шаровую выточку пяты (шабота). Затем поршень, двигаясь вниз, своим
корпусом перекрывает окна (отверстия) и сжимает находящийся в камере
сгорания воздух. В конце сжатия сферическая головка поршня наносит удар
по пяте, разбрызгивая топливо, которое, соприкасаясь с горячим сжатым
воздухом, воспламеняется. Образовавшиеся горячие газы, расширяясь,
подбрасывают поршень вверх. Трубчатый дизель-молот проще по своему
устройству, так как не требует насоса высокого давления. Он эффективнее и
более долговечен, чем штанговый. (Рис. 78)
249
Рис. 78. Схема трубчатого
дизель- молота:
1 – топливный насос; 2 – рычаг
топливного
насоса;
3
–
резервуар для топлива; 4 –
масляная камера; 5 – цилиндр; 6
– поршень; 7 – выхлопной
патрубок; 8 – пята; 9 – штырь
Дизель - молоты компактнее, чем паровоздушные молоты, но труднее
запускаются на слабых грунтах, где нет отдачи ударной части. Кроме того,
они чувствительнее к низким температурам.
Наибольшее применение при строительстве искусственных сооружений на лесовозных дорогах нашли следующие дизель - молоты:
Штанговые: СП-60 с массой ударной части 240 кг и массой забиваемой сваи 250 кг;
СП-6Б с массой ударной части 2500 кг и массой забиваемой сваи от
1200 до 5000 кг.
Трубчатые: СП-77 с массой ударной части 2500 кг и массой забиваемой сваи от 1800 до 5000 кг; СП-78 соответствен но~3 500 кг и от 3500 до
8000 кг; СП-79 соответственно -5000 кг и от 5000 до 10000 кг.
250
4. Значение своевременного содержания и ремонта, лесовозных дорог
и общая классификация машин
Сеть, лесовозных дорог лесопромышленных предприятий России в
целях нормального функционирования производства должна находиться в
состоянии, отвечающем условиям безопасности движения лесовозного
транспорта в течение всего года. Большое разнообразие климатических,
почвенно-грунтовых условий, типов лесовозных дорог, рост скоростей
движения лесовозного транспорта и повышение нагрузки на него (увеличение грузоподъемности) предъявляют к содержанию и ремонту дорог ряд
особых требований, что, в свою очередь, обязывает лесопромышленные
предприятия иметь специальные машины и оборудование для содержания и
ремонта дорог как в весенне-летний, так и в осенне-зимний периоды, помимо
тех дорожных машин, которые применяются при строительстве дорог
(бульдозеры, скреперы, грейдеры, автогрейдеры, грейдера-элеваторы, катки,
рыхлители и т.д.).
Машины для содержания и ремонта дорог можно разбить на следующие группы:
 машины для летнего содержания и ремонта грунтовых и улучшенных
лесовозных дорог. Машины этой группы предназначены как для
профилактического ухода, так и для ремонта дорог. Они в основном
используются для заравнивания колеи, выглаживания поверхности
дороги, исправлений поперечного профиля, очистки обочин, кюветов,
исправления откосов и т.д.
 машины для летнего содержания и ремонта автомобильных лесовозных
дорог с твердыми покрытиями. К этой группе относятся подметальноуборочные для очистки покрытий от пыли и грязи, поливочно-моечные
машины для поливки и мойки покрытий, оборудование для сушки и
нагрева поверхности покрытий, машины для ямочного ремонта,
передвижные битумные котлы-гудронаторы, дорожные ремонтеры и
др.
 машины для летнего содержания и ремонта лесовозных узкоколейных
железных дорог. К этой группе относятся рельсосварочный агрегат
«Искра», крановая узкоколейная установка ЛТ-110, механизм для
подсыпки балласта под шпалы, путеподъемник и др. (Эти машины и
оборудование было рассмотрено ранее в лекции 18).
251
 машины для зимнего содержания лесовозных дорог. К этой группе
следует отнести машины для снегоочистки, снегоуборки, распределители песка и др.
5. Машины для летнего содержания и ремонта лесовозных дорог
Машины, оборудование и механизмы для летнего содержания и
ремонта лесовозных дорог подразделяются в свою очередь на три группы:
 машины для летнего содержания и ремонта грунтовых и улучшенных
дорог;
 машины для летнего содержания и ремонта дорог с твердым покрытием;
 машины, оборудование и механизмы для летнего содержания и
ремонта узкоколейных железных дорог.
Для содержания и ремонта в летний период времени грунтовых и
улучшенных лесовозных дорог (веток и усов), прежде всего, применяются
дорожно-строительные машины общего назначения, такие, как грейдеры,
автогрейдеры, грейдер-элеваторы, уплотняющие машины (катки), машины
для распределения дорожно-строительных материалов и др. (все эти машины
были рассмотрены ранее).
Помимо указанных машин, для наиболее тщательного выглаживания
дорог и придания поперечному профилю надлежащего очертания применяют
многоножевые и одноотвальные навесные планировщики, машины для
укрепления откосов, кюветовосстановители и др.
Прицепной многоножевой планировщик состоит из основной рамы,
тяговой рамы, задней рамы, разглаживающих ножей, ходового оборудования
и системы управления (механизмы управления).
Многоножевой планировщик имеет три пары неподвижных ножей и
один подвижный профилирующий нож. Неподвижные ножи устанавливают
под углом 45° к оси машины, при этом первая пара ножей направляет
материал от краев к середине машины, вторая пара - от середины к краям и
третья пара снова направляет материал от краев к середине. Задний нож
можно устанавливать под различными углами к горизонтальной плоскости,
чем обеспечивается необходимый профиль дороги.
252
Для одерновки откосов насыпей и выемок применяется специальная
машина для укрепления откосов ДЭ-16.
В качестве базы для машины используются поливочно-моечная
машина КДМ-130 на шасси автомобиля ЗИЛ-150. Шасси оборудовано
цистерной объемом 4000 л с лопастной мешалкой; гидрометателем с
различными насадками; фекальным насосом, смонтированным под цистерной; трансмиссией, состоящей из коробки отбора мощности, карданных
передач и редуктора, осуществляющего привод насоса. Машина имеет
трубоповодные коммуникации, рабочий мостик для операторов и ящики для
хранения семян и других исходных материалов. Гидропосев производится с
помощью гидрометателя смесью из семян многолетних трав, минеральных
удобрений, мульчирующего и пленкообразующего материалов и воды.
Производительность машины достигает 800 м 2 /ч; полив мульчи
осуществляется за 2 раза; дальность вылета струи до 40 м.
Применяется для качественного восстановления первоначального
профиля водоотводных канав и кюветов, а также очистки их от ила и
растительности.
Кюветовосстановитель ДЭ-9. Базовой машиной является автогрейдер
среднего типа. Ковшовый рабочий орган роторного типа имеет несущую
трубу, внутри которой проходит ленточный транспортер, сбрасывающий
грунт в отвал, Сварной ротор состоит из пяти ковшей, форма которых
соответствует профилю отрываемого (очищаемого) кювета и свободно
насажен на трубу, вокруг которой он вращается на роликовых опорах. Труба
смонтирована на раме, шарнирно прикрепленной с помощью четырех
параллелограмных тяг к кронштейну, закрепленному на раме автогрейдера.
На этой раме установлены противовес, бак для масла и два гидроцилиндра
для подъема рабочего органа в транспортное положение. Привод ротора и
транспортера - гидравлический. Производительность кюветовосстановителя
120-140 м/ч, в зависимости от состояния кюветов. Восстановленный кювет
имеет глубину до 700 мм, ширину по дну 400 мм и заложение откосов 1:1,5.
Для содержания и ремонта лесовозных дорог с твердым покрытием в
летний период времени помимо дорожных машин общего назначения
применяются: поливочно-моечные и подметательно-уборочные машины для
ликвидации пыли и грязи на покрытиях дорог, передвижные битумные
котлы-гудронаторы, дорожные ремонтеры, фрезерные машины и др.
253
Поливочно-моечные машины имеют цистерну для воды, центробежный насос, напорный трубопровод с регулируемыми насадками для
мойки покрытий под напором водяной струи, а также устройство для
наполнения цистерны водой из водоема или водопроводного (пожарного)
стояка. Цистерны вместимостью 3-4 тыс. л обычно монтируют на
автомобильном шасси, а вместимостью 1000-1500 л - на одноосном прицепе
к колесным тракторам.
Подметально-уборочные машины более сложные по своей конструкции, разделяют на щеточные и вакуумные. Обычную щеточную
машину используют для подметания проезжей части дорог и вывозки
собранного мусора. В качестве подметального устройства применяют обычно
цилиндрическую щетку, с помощью» которой подметают проезжую часть
дороги и перемещают мусор в зону лотковой круглой щетки. Лотковая щетка
подметает смещенный мусор и забрасывает его в заборное устройство.
Для обеспыливания такая машина перед щетками имеет систему
водяного орошения.
Вакуумные уборочные машины обычно монтируют на шасси
грузовых автомобилей. Назначение этих машин - беспыльная уборка мусора
с улиц, автодорог и взлетно-посадочных полос аэродромов.
При текущем и среднем ремонте гравийных, щебеночных, улучшенных
и асфальтобетонных покрытий помимо машин общего назначения
применяют специальные машины: передвижные битумные котлы гудронаторы, дорожные ремонтеры, фрезерные машины и др.
Передвижные битумные котлы-гудронаторы. При текущем ремонте
отдельных участков лесовозных магистралей возникает потребность в
разогреве битума, необходимого для заделки трещин и выбоин,
подгрунтовки основания и других работ. Для этих целей применяют передвижные битумные котлы - гудронаторы, в которых битум разогревается
до рабочей температуры (130-160°). Битум разливают в жидком состоянии с
помощью переносного шланга и сопла.. Вместе с этим котлы- гудронаторы
вместимостью 500-1500 л оборудованы битумным насосом, мешалкой и
системой жидкостного подогрева битума обычно с помощью форсунок
испарительного типа.
Дорожные ремонтеры обеспечивают комплексную механизацию
работ по текущему ремонту битумоминеральных и асфальтобетонных
покрытий и осуществляют следующие технологические операции:
254
 очистку поврежденных мест от пыли и грязи с помощью воздуха;
 разогрев битумоминеральных и асфальтобетонных покрытий нагревательными устройствами для выравнивания или удаления
материала;
 разрыхление и удаление некачественного материала ударными
средствами;
 укладывание новой горячей или холодной черной смеси, ее разравнивание и уплотнение;
 ремонт трещин и покрытий с применением жидких вяжущих
материалов.
Для выполнения перечисленных операций в комплект оборудования
ремонтеров входят устройства для разогрева битумных и асфальтобетонных
покрытий, бункера и емкости для хранения материалов, компрессор,
электростанция, набор различных пневмо - и электроинструментов, кабина
для перевозки людей и др.
Типичным универсальным дорожным ремонтером была машина
ДЭ-5. Она выполнена в виде специального кузова с рабочим оборудованием,
смонтированным на шасси автомобиля ГАЗ-5ЭА. В передней части кузова
предусмотрена кабина для ремонтных рабочих. В кузове машины
размещены бензоэлектрический агрегат АБ - 4 - Т - 23 ОМ, компрессор СО7А, бункер-термос для асфальта, бак для эмульсии, газовое оборудование,
ручной и электрифицированный инструмент. Основным рабочим
оборудованием являются четыре блока газовых горелок ВИГ-1
инфракрасного излучения, бункер-термос, виброкаток и тележка.
Газовое оборудование включает балоны со сжиженным пропан-бутаном, снабженные регуляторами давления и соединенные с блоками горелок. Оборудование машины позволяет очищать покрытие сжатым воздухом, окрашивать дорожную обстановку и различные сооружения краскораспылителем, подавать энергию к ручному механизированному инструменту.
6. Машины для зимнего содержания лесовозных дорог
Зимнее содержание лесовозных дорог включает в себя следующие
работы: очистку проезжей части от снега, которая должна производиться
немедленно после снегопада, до образования накатанной корки; транспортирование снега к специально отведенным местам свалки, при необходимости; борьбу с гололедом и снежно-ледяным накатом.
255
Для поддержания лесовозных дорог в зимнее время в проезжем
состоянии применяют различные типы снегоочистителей, снегопогрузчики,
пескоразбрасыватели и машины для удаления снежно-ледяных накатов.
Снегоочистители. Они предназначены для удаления снега с поверхности дороги снегосдвиганием его с проезжей части или отбрасыванием
в сторону. В зависимости от принципа действия снегоочистители можно
подразделять на: плужные, роторные и газоструйные (не нашли
применения в лесном комплексе). В зависимости от типа лесовозной дороги
они подразделяются на две основные группы:
 снегоочистители для автомобильных дорог круглогодового действия и
зимних;
 снегоочистители для узкоколейных лесовозных дорог.
В соответствии с базовой машиной (шасси), на которой монтируется
снегоочиститель различают автомобильные, тракторные и локомотивные.
Плужные снегоочистители. Принцип работы плужных снегоочистителей заключается в резании снега горизонтальным клинообразным ножом с
последующим удалением вырезанного снега в сторону. Они в основном
предназначены для несения патрульной службы во время снегопадов и
метелей. (Рис. 79)
Рис. 79. Плужный снегоочиститель одноотвальный
256
Плужные снегоочистители в свою очередь подразделяются на
одноотвальные и двухотвальные.
Отвал одноотвального снегоочистителя установлен под углом 40- 45°
к направлению движения машины, что обеспечивает передвижение по
отвалу сдвигаемого снега в сторону обочины. Отвал имеет криволинейную,
обычно конусную форму, развернутую в верхней части для лучшего
отбрасывания снега. Двухотвалъный снегоочиститель представляет собой
снежный плуг, состоящий из двух сваренных между собой отвалов под
углом 90°, также конического профиля.
Плужные одноотвальные снегоочистители монтируются обычно на
автомобилях или колесных тракторах и применяются для очистки дорог от
свежевыпавшего снега толщиной 20-30 см. Они весьма эффективны на
больших скоростях (30—40 км/ч) при значительной дальности отброса
снега (6-10 м).
Двухотвальные снегоочистители монтируются на тяжелых колесных
и гусеничных тракторах. Они применяются для расчистки снежных отложений толщиной 1-1,2 м при обильных снегопадах и метелях.
При движении плужного снегоочистителя вперед очищаемый снег
укладывается валами по одну (одноотвальный снегоочиститель) или по обе
(двухотвальный снегоочиститель) стороны дороги. Для уширения
очищаемой полосы (при легком снеге) и для срезания вершины снежного
вала на обочине дороги, некоторые снегоочистители имеют боковые
крылья.
Для зимнего содержания лесовозных автомобильных дорог широкое
применение находят такие плужные снегоочистители, как ДЭ-215 на базе
гусеничном тракторе Т-130; ДЭ-214С на колесном тракторе К-700А.
Роторные снегоочистители выполняют при работе две основные
операции: вырезают снег из массива забоя и отбрасывают его ротором в
сторону на расстояние 25-30 м, не образовывая боковых валов. Их также
широко применяют для отбрасывания (рассеивания) снега из снежных
валов, образуемых плужными снегоочистителями.
Роторные снегоочистители подразделяются на плужно-роторные,
шнекороторные, фрезернороторные и фрезерные.
257
Плужно-роторный снегоочиститель разрабатывает снежный забой
ротором путем подгребания снега плугом-ножом при поступательном
движении машины и отбрасыванием снега направляющей улиткой.
Поэтому плужно-роторные снегоочистители применяют в легких
условиях - на сухом и рыхлом снеге небольшой плотности.
Шнекороторные снегоочистители разрабатывают забой шнеками,
расположенными один на другим. Они имеют значительную производительность, но не могут эффективно разрабатывать слежавшийся плотный
снег. Питание ротора в этом снегоочистителе осуществляется в значительной степени также путем поступательного движения машины.
Фрезернороторный снегоочиститель имеет рабочий орган, представляющий собой комбинацию фрезерного питателя, выполняемого
обычно в виде безбарабанного многозаходного ленточного шнека и одного
или двух роторов-метателей.
Фрезерный снегоочиститель имеет совмещенный рабочий орган в
виде барабана с наваренными винтовыми лопастями, который одновременно разрабатывает забой и с помощью улитки отбрасывает снег в
сторону. Обладая высокой режущей способностью, снегоочиститель имеет,
однако, малую производительность и небольшую дальность отбрасывания
снежной массы в связи с малой окружной скоростью барабана. Этих
недостатков не имеет фрезерно-роторный снегоочиститель.
Опыт эксплуатации роторных снегоочистителй в нашей стране с
учетом климатических условий и физико-механических свойств снега
показывает, что наиболее универсальными для очистки не только лесовозных дорог являются автомобильные шнекороторные снегоочистители, а
для расчистки горных дорог при большой плотности слежавшегося снего трактортные фрезерно-роторные снегоочистители.
Шнекороторные снегоочистители имеют три различные кинематические схемы: с приводом шнекороторного устройства от двигателя базовой
машины; с приводом рабочего органа и трансмиссии автомобиля от
отдельно установленного двигателя в кузове машины (одномоторная); с
приводом только рабочего органа от отдельно установленного двигателя в
кузове машины (двухмоторная).
Наибольшее распространение в условиях лесного комплекса получили
шнекороторные снегоочистители ДЭ-204А и ДЭ-210А соответственно на
шасси автомобилей ЗИЛ-157КЕ и ЗИЛ - 131 и фрезернороторный
258
снегоочиститель ДЭ - 212С, смонтированный на базе гусеничного
трелевочного трактора ТДТ-55.
Снегоочистители для узкоколейных лесовозных дорог в зимний
период времени также имеют очень большое значение. Однако конструкции
их не имеют такого большого спектра, как для автомобильных лесовозных
дорог круглогодового действия.
Наибольшую известность получили плужный снегоочиститель ЛД- 24
и роторный ТУ-7Р. (Рис.80)
Рис.80.плужный снегоочиститель ЛД- 24
Навесной плужный снегоочиститель ЛД-24 был разработан взамен
морально устаревшего снегоочистителя плужного типа СОД-750. Он
предназначен для скоростной очистки путей лесовозных железных дорог при
снежных заносах до 0,5м.
Комплект навесного оборудования его представляет собой два
двухотвальных плуга, которые навешиваются по концам рамы тепловоза
(ТУ7, ТУ6А) на специальные кронштейны. Тепловоз при движении в любую
сторону включает в работу передний по направлению движения плуг и
очищает пути от снега.
259
Эффективное отбрасывание снега от отвалов плуга начинается со
скорости движения 20 км/ч.
Наиболее эффективно его использование при скоростях движения от
25 до 50 км/ч, при этом дальность отбрасывания снега может доходить до 7
м.
Роторный снегоочиститель ТУ7Р предназначен для очистки путей
железных дорог колеи 750 мм от снежных заносов высотой до 2 м.
Снегоочиститель работает в сцепке с тепловозами ТУ7, ТУ6А. Он оснащен
двигателем 1Д12 - 400 мощностью 294 кВт. Для разворота необходимо
предусмотреть на дороге поворотный треугольник. Основной рабочий орган
- ротор диаметром 2 м, вращающийся со скоростью до 290 об/мин.,
производительность роторного снегоочистителя 2200 т/ч. (Рис.81)
Рис.81. Роторный снегоочиститель ТУ7Р
Пескоразбрасыватели. При борьбе с гололедом на лесовозных
дорогах их посыпают мелким песком (снижающим скользкость). Для
разбрасывания песка и различных противогололедных смесей используются
пескоразбрасыватели, а в последнее время комбинированные дорожные
машины КДМ. Летом это поливочно-моечная машина с цистерной для воды,
260
устанавливаемой на шасси автомобиля, и с круглой щеткой, монтируемой
под рамой. Зимой вместо цистерны применяют металлический бункер со
скребковым транспортером, подающим песок и противогололедную смесь к
кольцевому дисковому разбрасывателю. Впереди на толкающей раме
устанавливают отвал для отбрасывания снега. Наибольшее применение в
условиях леса нашел пескоразбрасыватель ДМ-12.
261
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Основная литература
1. Тюрин, Н.А. Дорожно-строительные материалы и машины [Текст]:
учебник / Н.А. Тюрин, Г.А. Бессараб, В.Н. Язов, - М.: Академия, 2009.
– 299 с.
2. Макеев, В.Н. Курсовое и дипломное проектирование дорожностроительных машин [Текст]: Рекомендовано УМО в качестве
учебн.пособие / В.Н. Макеев, С.И. Сушков; ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». –
Воронеж, 2015.- 187 с.
Дополнительная литература
3. Макеев, В.Н. Практикум по дорожно-строительным материалам и
машинам [Текст]: учебн.пособие / В.Н. Макеев; ФГБОУ ВО «ВГЛТУ»,Воронеж, 2016.- 177 с.
4. Макеев, В.Н. Дорожные и мелиоративные машины [Текст]: тексты
лекций / В.Н. Макеев; Фед.агенство по образов., ГОУ ВПО «ВГЛТА», Воронеж, 2007. – 140 с.
5. Макеев, В.Н. Дорожно-строительные машины и материалы [Текст]:
тексты лекций, / В.Н. Макеев; ГОУ ВПО «ВГЛТА», - Воронеж, 1999. 147 с.
6. Матвеенко, Л.С. Строительство лесовозных автодорог [Текст]: обзорн.
информ./ Л.С. Матвееенко, Е.И. Миронов, Ф.А. Железняк, Ю.Н.
Потапов, В.П. Симаков. – М.: ВНИПИЭИлеспром, 1987, - 60 с.
7. Васильев, А.А. Дорожные машины [Текст]: учебн. / А.А. Васильев, М.: Машиностроение, 1987. 416 с.
8. Добронравов С.С. Строительные машины и оборудование [Текст]:
справочник для строит. спец. вузов и инж.-технич, работников / С.С.
Добронравов. – М.: Высш. Школа, 1991. - 456 с.
9. Захарчук, Б.З. Бульдозеры и рыхлители [Текст]: производств.изд. /
Захарчук, В.Д. Телушкин, Г.А. Шлойдо, А.А. Яркин. – М.:
Машиностроение, 1987.- 240 с.
10.Бондаков, Б.Ф. Автогрейдеры [Текст]: учебн. / Б.Ф. Бандаков / М.:
Транспорт, 1988. -301 с.
11.Матвеенко, Л.С. Автомобильные лесовозные дороги [Текст]:
справочник / Л.С. Матвеенко, - М.: Лесная промышл., 1981.- 265 с.
12.Беркман, И.Л. Одноковшовые строительные экскаваторы [Текст]:
учебн. / И.Л. Беркман, А.В. Раннев, А.К. Рейш.- М.: высш.школа, 1986.
-272 с.
262
13.Гаркави, Н.Г. Машины для земляных работ [Текст]: учебн. / Н.Г.
Гаркави, В.Н. Аринченков, В.В. Карпов, А.И. Батулов, В.М. Донской. _
М.: Высшая школа, 1982. -335 с.
14.Гоберман, Л.А. Теория, конструкция и расчѐт строительных и
дорожных машин [Текст]: учебн. / Л.А. Гоберман, К.В. Степанян, А.А.
Яркин. – М.: Машиностроение, 1979, -404 с.
15.Хархута, Н.Я. Дорожные машины. Теория, Конструкция и расчет
[Текст]: учебн. / Н.Я. Хархута, М.Н. Капустин, В.П.Семенов, И.М.
Ивенков. – Л.: Машиностроение, 1976. -471 с.
16.Машины для землеройно-транспортных работ [Текст]: отраслевой
каталог. – М.: ЦНИИТЭстрой маш, 1989.-208 с.
17.Дорожные машины [Текст]: каталог-справочник. – М.: ЦНИИТЭстрой
маш, 1972. -481 с.
18.Дорожные машины [Текст]: каталог-справочник. –М.: ЦНИИТЭстрой
маш, 1976.-461 с.
19.Дорожные машины [Текст]: каталог-справочник, - М.: ЦНИИТЭстрой
маш, 1981. -494 с.
20.Зеленин, А.Н. Машины для земляных работ [Текст]: учебн.пособие /
А.Н. Зеленин, В.Н. Баловнев, И.П. Керов. – М.: Машиностроение, 1975.
-424 с.
21.Лозовой,
Д.А.
Землеройно-транспортные
машины
[Текст]:
учебн.пособие / Д.А. Лозовой, А.А. Покровский, - М.:
Машиностроение, 1973,-253 с.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
93
Размер файла
9 294 Кб
Теги
лекция, материалы, дорожной, текст, машина, строительная
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа