Выбираем оборудование для уплотнения материалов и грунта
Рассмотрим некоторые типы полноразмерных дорожных катков и сферы их применения.
Пневмоколесные самоходные и прицепные катки
Эти катки оснащены пневматическими колесами (обычно нечетное количество), расположенными в шахматном порядке на двух или трех осях. Такое расположение позволяет при уплотнении перемешивать материал в слое по вертикали. В результате получается гладкая, ровная, плотная воздухонепроницаемая поверхность. При работе с материалами различного типа и состава для получения заданной толщины и плотности слоя обеспечивается централизованное автоматическое регулирование давления воздуха в шинах.
Пневмоколесные катки обычно используются на несвязных сыпучих или смешанных грунтах и редко применяются на связных грунтах. Их можно использовать и для уплотнения асфальта, обычно на участках малого или среднего размера, чаще всего при отделочном, финишном уплотнении, чтобы выровнять и обеспечить воздухонепроницаемость уплотненной поверхности участка после работы виброкатка.
У прицепных пневмокатков колеса обычно имеют независимую подвеску, которая помогает сохранить катку устойчивость, если колеса проваливаются в выбоины и при наезде на неровности. Прицепные катки могут буксироваться тракторами и автогрейдерами и использовать гидропривод и рычаги рыхлителя грейдера для увеличения давления на грунт. Благодаря этому им не нужен балластный груз и одна машина с одним оператором может выполнять одновременно две работы.
Прицепные пневмокатки применяются главным образом для уплотнения гравийных дорог. При содержании и ремонте дорог 99% используемых катков, в том числе и прицепных, относятся к типу пневмоколесных. Прицепные катки – бюджетное оборудование, обеспечивающее высокое качество уплотнения.
Грунтовые кулачковые катки статического действия
Как известно, гладковальцовые статические катки практически не используются для уплотнения грунтов земляного полотна дороги из-за образования высокой сдвиговой волны на поверхности укатки. Грунты уплотняются катками с кулачковыми вальцами статического действия. Они оснащаются двумя двухсекционными стальными вальцами (как бы четырьмя «колесами») или тремя вальцами на трех осях, на вальцах имеются кулачки конической формы. Вальцы не оснащаются вибромеханизмом, они оказывают на уплотняемый материал статическое воздействие своим весом, имеют большие размеры и работают на высоких скоростях, чтобы развить энергию, достаточную для уплотнения.
Грунтовые кулачковые катки статического действия лучше работают на связных грунтах с мелкозернистой структурой, илистых отложениях, глине и др. Их обычно используют на участках, имеющих достаточную площадь для того, чтобы эти большие машины могли свободно маневрировать, развивать высокие скорости и работать с высокой производительностью. Машины этого типа обычно используются для подготовки участков под строительство крупных объектов и насыпей.
Самоходные одновальцовые виброкатки (гладковальцовые и кулачковые)
Грунтовые виброкатки могут иметь различные размеры и оснащаются одним вибровальцом (гладким для сыпучих несвязных грунтов или кулачковым для связных, а также средне- и слабосвязных), установленным на качающейся утяжеленной раме. Вибрация и собственный вес этого узла являются источником энергии, которая помогает уплотнить частицы грунта.
В современных катках конструкция и система управления обеспечивают возможность выбора оптимального сочетания частоты и амплитуды вибраций для уплотнения и толстых, и тонких слоев различных материалов и грунтов. Подавляющее большинство выпускаемых в мире виброкатков (кроме некоторых малогабаритных) имеют три режима нагружения уплотняемого асфальтобетона: статический, со слабой вибрацией и сильной вибрацией.
В качестве примера необычных конструкций грунтоуплотняющих машин приведем грунтовый каток Bomag BW 332, который является на сегодняшний день самым большим комбинированным катком в мире. Благодаря своему весу в 32 т он может уплотнять грунт до 4 м. Этот каток объединил максимальную мощность на единицу поверхности с минимальными издержками на 1 м3. Валец этого катка имеет форму многоугольника, благодаря чему уплотняющее усилие воздействует на грунт вертикально и без потерь. С помощью вальца такой конструкции достигается оптимальное тяговое усилие при незначительном сопротивлении качению. Еще одной особенностью является то, что многоугольный валец самоочищается, что уменьшает энергозатраты при работе катка. Машина не требует постоянного смазывания, что также является большим плюсом при уходе за ней.
Самоходные виброкатки с кулачковыми и гладкими вальцами и иногда пневмоколесные катки используются при прокладке новых магистралей. Они же могут применяться в качестве катков для первоначального уплотнения асфальтовой смеси. Такие катки имеют преимущество при работе на больших открытых площадях, где достаточно места для маневрирования. Поскольку они имеют более высокие скорости движения, то могут обработать большие площади быстрее, чем виброплиты, и это делает их высокоэффективными в дорожном строительстве.
Грунтовые виброкатки несколько более предпочтительны для подготовки стройплощадок и возведения насыпей по сравнению с кулачковыми катками статического действия, так как более универсальны, проще транспортируются (обычно имеют меньшие размеры и массу) и способны быстрее создать нужную степень уплотнения грунтов большинства типов за счет вибрации.
Для связных материалов, таких как глина, применяют катки с кулачковыми вальцами. Кулачковый валец способен уплотнять грунты такого типа за счет боковых сдвиговых деформаций. Для уплотнения асфальта производители обычно предлагают к таким каткам гладкие вальцы опционно.
При вибрационном уплотнении достигаются более высокая плотность и больший глубинный эффект, чем при статическом уплотнении, и полное уплотнение достигается при меньшем числе проходов. Все это объясняет, почему вибрационное оборудование является более эффективным и экономичным почти во всех случаях. Вибрация может быть использована при трамбовании всех типов материалов, и вибрационное оборудование занимает сейчас около 70% рынка.
Осцилляторные катки
При выборе катков приходится учитывать окружающие условия. Например, при работе в исторической части города, вблизи коммуникационных линий, в зонах плотной жилой застройки или на мосту, в зоне многоуровневой автостоянки и т. п. местах часто запрещается применять оборудование, которое как-либо может повредить сооружениям и доставить беспокойство жителям. Для таких ситуаций некоторые производители предлагают осцилляторные катки.
Конструктивно возбудитель осцилляции представляет собой такие же два дебалансных вала, как и у вибровозбудителя, но вращаются они в одном направлении и вместе с вальцом, удерживая его в постоянном контакте с поверхностью. При этом не происходит значительного усложнения конструкции катка. Напомним, что при вибрации воздействие направлено на уплотняемый материал по вертикали. При осцилляции силы воздействуют в тангенциальном направлении, то есть по касательной к окружности вальца, либо в некоторых катках угол воздействия сил при осцилляции можно регулировать. Система управления катка автоматически в течение 10 миллисекунд подстраивает параметры осцилляции под тип грунта, выбирая необходимую амплитуду. Например, амплитуда уменьшается при повышении степени уплотнения.
Что достигается за счет этой технологии? Осцилляция способствует быстрому и непрерывному увеличению уплотнения при укатке асфальтобетона, снижая при этом колебания материала вокруг бандажа, увеличивая диапазон рабочих температур смеси и уменьшая дробление зерен в материале. Нежелательные воздействия (не создающие полезного действия) при осцилляции, по словам разработчиков, составляют всего 10% от величины, подобной «нежелательно воздействующей энергии» при вибрации, то есть намного большая часть энергии при осцилляции используется для уплотнения материалов. Существенно уменьшается и уровень шума при работе. Эта технология позволяет каткам работать там, где недопустимо использование традиционной вибрации, так как режим осцилляции дает возможность достичь высоких показателей уплотнения, не оказывая разрушающего воздействия на сами конструкции и не мешая шумом жителям окрестных домов.
Еще одно преимущество: вибрацию нельзя использовать, когда температура асфальта упадет ниже определенного значения. То же самое и с осцилляцией, однако за счет более мягкого воздействия на уплотняемую поверхность температурный порог снижается в среднем на 20% (зависит от марки асфальта).
Производители обычно совмещают в одном вальце системы вибрации и осцилляции. Оператор может включать по своему усмотрению режим вибрации или осцилляции даже во время движения. Наиболее часто применяют подобные катки в городских условиях, вблизи зданий, в сложных условиях на песочных грунтах.
Осцилляторный способ целесообразен при укатке в основном асфальтобетонных покрытий и щебеночных оснований при небольшой толщине слоев. Для каждого материала должно подбираться свое оптимальное отношение горизонтальной осциллирующей силы к вертикальной постоянно действующей силе веса вальца и оптимальная частота крутильных колебаний осцилляторного вальца. Для наилучшей передачи уплотняемому материалу горизонтальных усилий поверхность вальца катка должна иметь высокий коэффициент сцепления с поверхностью качения, иначе будет происходить проскальзывание вальца с его абразивным износом и значительным снижением эффективности уплотнения, что, кстати, относится не только к осцилляторным моделям, но и к обычным виброкаткам с изменяемым направлением вектора центробежной силы для регулировки вертикального силового воздействия.
Однако, как и в любом деле, у осцилляции имеются определенные недостатки. Специалисты отмечают: цена катка с дополнительной системой осцилляции выше цены обычного катка, дороже и чаще приходится его ремонтировать, так как быстрее изнашивается обечайка и надежность механизма пониже.
Применением одного только режима осцилляции не всегда удается достичь должной степени уплотнения покрытия. На мостах и путепроводах вслед за осцилляторным обязательно должен использоваться тяжелый статический каток с надлежащим контактным давлением вальца, чтобы в конечном итоге получить требуемое качество уплотнения асфальтобетона.
Тандемные виброкатки
Двухвальцовые (тандемные) виброкатки оснащены двумя стальными вальцами, каждый из которых оказывает на грунт вибрационное действие (могут быть оснащены каждый отдельным вибратором либо одним общим). Такие катки комплектуются различными вибросистемами, которые могут генерировать колебания с различными значениями частоты и амплитуды в разнообразных сочетаниях для того, чтобы обеспечить наиболее эффективное уплотнение.
Процесс укладки асфальта по требованию к точности расчета можно сравнить с жонглированием. Очень важно правильно соблюсти временной график с момента изготовления смеси до ее доставки, укладки и уплотнения.
После того, как асфальтоукладчик уложит слой асфальта, каток, выполняя первичное уплотнение, вытесняет большую часть воздуха из полостей в асфальтовом слое. Именно поэтому необходимо использовать уплотняющую машину соответствующего типа и размера, которая могла бы равномерно уплотнить весь поверхностный слой асфальтового покрытия. Выбор катка для первичного уплотнения часто делают на основе ширины вальца и оптимизации равномерной обработки всего участка. Например, если ширина участка равна 3660 мм, то каток с вальцом шириной 2000 мм обработает его за два прохода и с достаточным перекрытием кромок полос.
Специалисты рекомендуют применять для первоначального уплотнения тандемные катки или два катка, движущиеся «поездом». Они должны быть одного размера, веса и иметь схожие характеристики вибрации, чтобы уплотнение было максимально одинаковым и равномерным и по длине, и по ширине покрытия. Второй каток обычно дает возможность всей паре двигаться быстрее и развить более высокую производительность, которая может с избытком окупить стоимость второго катка для первоначального уплотнения. Обеспечиваются высокая однородность значений плотности и ровности покрытия. И поскольку катки не должны двигаться с чрезмерно высокими скоростями, чтобы следовать за асфальтоукладчиком, новое покрытие получается превосходным.
Катки больших типоразмеров используются на строительстве магистралей и автострад, городских улиц и больших объектов коммерческого строительства. Катки малых типоразмеров предназначены для строительства подъездных путей, разъездов, велосипедных дорожек, для коммунальных работ и другого коммерческого строительства.
Комбинированные катки
Самоходный комбинированный каток оснащается гладким вибровальцом на одной оси и пневматическими колесами на другой и поэтому сочетает преимущества вибрационных и пневмоколесных агрегатов. Использование шарнирно-сочлененной рамы и тракторных колес, совмещенных с вальцами разной ширины и уплотняющей силы, превышает возможности более специализированной техники, например вибрационных катков.
Такой вид дорожных катков отличается большой массой и низкой скоростью передвижения. Они подразделяются на вибрационные и статические, которые в свою очередь различаются типом и количеством вальцов и осей.
Это позволяет использовать данную машину для послойного уплотнения конструктивных слоев нежесткой дорожной одежды из асфальтобетонных смесей, а также гравийных, шлаковых, щебеночных и других материалов не только на горизонтально расположенных строящихся трассах, но и на подъемах полотна дороги до 15°. Чем тяжелее каток, тем большую степень уплотнения он способен создавать.
Следует заметить, что компании – производители дорожных катков иногда дают не совсем верные сведения о возможностях своих машин в части толщины уплотняемого слоя, поэтому рекомендуется при выборе незнакомой модели или бренда проконсультироваться у специалистов, имеющих опыт работы с данной моделью, или провести эксплуатационные испытания данной машины.
Виброплиты AMMANN работают в любых условиях
Компания AMMANN предлагает широчайшую линейку моделей виброплит эксплуатационной массой от 54 до 825 кг, которые оснащаются бензиновыми и дизельными двигателями. Виброплиты AMMANN универсальны и легко приспосабливаются к различным, даже самым тяжелым условиям работы. К тому же, обладая отличными ходовыми качествами, они способны работать на самых крутых склонах. Некоторые из этих высокопроизводительных машин движутся со скоростями, сравнимыми со скоростью грунтового катка. Все виброплиты AMMANN отличаются простотой и невысокой стоимостью эксплуатации, а также компактными размерами, все это очень удобно для строительных, коммунальных и арендных компаний.
Виброплиты AMMANN имеют различные системы управления, но общим для всех является простота управления, в том числе изменение направления движения и работа на склонах. Рукоятки изолированы от вибрации, могут складываться и сниматься – это немаловажное преимущество, когда работать приходится в условиях тесноты или при транспортировке. По заказу на некоторых моделях может устанавливаться рукоятка запатентованной конструкции «с повышенной защитой от вибрации».
Виброплиты AMMANN подразделяются на несколько серий.
APF – виброплиты прямого хода. Модели эксплуатационной массой от 54 до 117 кг, по выбору потребителей могут комплектоваться двигателями, работающими на бензине или дизтопливе разных экологических классов. Долговечный надежный вибровозбудитель приводится от двигателя через центробежную муфту и защищенную от внешних воздействий клиноременную передачу.
APR – виброплиты реверсивные. Модели эксплуатационной массой от 100 до 475 кг, также могут комплектоваться бензиновыми или дизельными двигателями. В конструкции применяется двухвальный вибровозбудитель, благодаря которому смена направления движения происходит плавно, а удерживать и направлять машину не представляет труда. Виброплиты серии APR отличаются высокой эффективностью уплотнения в нужной точке, а также способностью работать на уклонах до 30–35%. Это самые быстрые машины в своем классе, в том числе и при работе на сложном грунте.
APH – виброплиты гидростатические реверсивные, двух- и трехваловые. Виброплиты с гидростатическим приводом (масса от 383 до 825 кг) не нуждаются в клиноременной передаче. Валы вибратора приводятся гидромотором, за счет чего скорость вращения регулируется плавно и плавно изменяется направление движения.
Компания AMMANN разработала трехвальный вибровозбудитель для виброплит серии APH. Новый агрегат упрощает работу с виброплитой и в то же время увеличивает ее мощность и эффективность уплотнения. Благодаря новой конструкции плита движется равномерно и плавно даже по вязкому грунту, легко преодолевает крутые подъемы. Машины серии APH способны преодолевать подъемы даже по рыхлому, увлажненному грунту, недоступные для аналогичных моделей других марок. Масса этих моделей составляет от 520 до 825 кг.
Виброплиты AMMANN комплектуются уникальной гидравлической системой управления, обеспечивающей простоту управления, точность, быстродействие и безопасность работы при минимальных усилиях оператора.
Система безопасности мгновенно останавливает машину, как только оператор отпускает рукоятку. Когда оператор вновь опустит руку на рукоятку, машина возобновит работу.
Виброплиты серии APH могут оснащаться хорошо известной системой контроля степени уплотнения ACE, которая разработана для более крупных уплотняющих машин AMMANN. Система постоянно отслеживает степень уплотнения и автоматически регулирует уплотняющее усилие, там самым уплотняемая поверхность защищается от повреждения слишком высокой силой и повышается экономичность работы, так как исключается переуплотнение материала.
На выставке Bauma 2016 компания AMMANN представила опытный образец виброплиты с «автопилотом», работающей без оператора.
