Асфальтовые дорожные катки

Асфальтовый дорожный каток предназначен для послойного уплотнения асфальтобетонной смеси с целью придания ей прочности водо­непроницаемости и ровности, оговоренных техническими услови­ями на автодорожные и аэродромные асфальтобетонц_ые покры­тия. Общим конструктивным признаком всех катков, независимо от назначения, размера и технических характеристик является использование движителя не только по прямому назначению но одновременно, и для уплотнения опорной поверхности, в принци­пе, любое ходовое устройство, опираясь на поверхность, уплотня­ет ее, но в катках этот побочный, и, часто, нежелательный эффект стал основным достоинством и потребительским свойством Ос­новное требование, предъявляемое к асфальтобетонному покры­тию - его ровность, поэтому для уплотнения асфальта использу­ются только катки гладковальцевые и пневмоколесные с гладким протектором.

Машины, уплотняющие дорожно-строительные материалы ис­пользуют два физических процесса: статическое и Динамическое (или вибрационное) уплотнения. Статическое уплотнение материала происходит в результате медленного (почти статического) по­вышения напряжения в слоях материала, прилегающих к зоне кон­такта с движителем катка. При этом частицы, сближаясь, соприка­саются друг с другом, что увеличивает несущую способность по­крытия и уменьшает его пористость.

Эффективность статического уплотнения зависит от величины напряжения (которое, впрочем, не должно превышать несущую способность покрытия на момент уплотнения) и от площади кон­такта, и распространяется относительно недалеко от зоны прило­жения нагрузки, поэтому толщина уплотняемого слоя невелика У катков с гладкими металлическими вальцами этот не­достаток в первой фазе уплотнения усугубляется большой разни­цей между жесткостями вальца и асфальтобетонной смеси В ре­зультате погружения вальца в рыхлую смесь сопротивление пере­катыванию возрастает, а перед вальцем образуется волна дефор­мируемой по мере его движения смеси с нарушенной структурой  На границах полосы уплотнения возникает резкий перепад напря­жений в уплотненной и неуплотненной смеси, в дальнейшем при­водящий к образованию трещин.

В меньшей степени эти недостатки свойственны эластичным шинам пневмоколесных катков, большое и Плоское пят­но контакта которых создает обширную зону уплотнения не сдви­гает верхний слой покрытия при перемещении и обеспечивает плав­ный перепад напряжений на границах уплотненного участка Пнев­моколесные катки обеспечивают лучшее уплотнение слоя по всей глубине, препятствуют волнообразованию и, благодаря мой подвеске колес, позволяют добиваться более равномерной плотности по ширине укатываемой полосы.

Но те же особенности мешают получить с помощью пневмоколесных катков ровную поверхность, поэтому на завершающей ста­дии уплотнения, когда покрытие уже мало деформируется под же­стким вальцем,, гладковальцевые катки используют для отделки поверхности.

Серьезным резервом повышения степени уплотнения является интенсификация процесса с помощью вибрации. На пневмоколес-ных катках применение вибрации бессмысленно, так как пневмо-колеса - хорошие виброизоляторы, но катки с жесткими вальцами обязательно оборудуются дебалансными вибраторами с регулиру­емыми амплитудно-частотными характеристиками. В большинстве случаев используются двухрежимные вибровозбудители, но извес­тны конструкции катков, располагающие пятью и более режима­ми колебаний. Амплитуда, частота и вынуждающая сила подбира­ются с учетом назначения и массы катка.

Попытки совместить преимущества жестковальцевых и пневмо-колесных катков, избавившись от присущих им недостатков, реа­лизовались в катках комбинированной компоновки (рис. 8.20), у которых одна ось оборудована пневматическими колесами с глад­ким протектором, а другая - одним сплошным или разрезным глад­ким металлическим вальцем. Для уплотнения грунтовых и щебе­ночных оснований также используются комбинированные катки, но их пневматические колеса оснащены шинами с развитым про­тектором и используются не столько для уплотнения, сколько для создания тягового усилия. У комбинированного асфальтового кат­ка зазоры между пневмоколесами невелики, поэтому зоны уплот­нения, возникающие под каждым из них, смыкаются на небольшой глубине, образуя область повышенного напряжения по всей шири­не уплотняемой полосы.

Катки с жесткими вальцами и комбинированные катки монти­руются в зависимости от принятой компоновочной концепции на моноблочных и шарнирно-сочлененных рамах. Моноблочная рама с двумя управляемыми вальцами обеспечивает изменение направ­ления движения поворотом переднего или заднего вальца или од­новременным поворотом обоих. Она также позволяет увеличить ширину уплотняемой полосы при движении катка «крабом». Тем же преимуществом обладают конструкции, в которых расшире­ние полосы уплотнения достигается осевым сдвигом одного из вальцев.

Шарнирно-сочлененная рама состоит из передней и задней полурамы, поворачивающихся относительно друг друга в горизонталь­ной плоскости на угол до 30... 35° и в поперечной - на угол ±(8... 12)°. Она изменяет набор способов поворота (добавляется «излом» рамы, устраняется поворот заднего вальца) и, кроме того, увеличивая маневренность машины в целом. Каждая из полурам снабжена балластным водяным баком, выполняющим также функ­ции резервуара оросительной системы. Вода, поступая через рас­пределительную трубку, охлаждает поверхность вальца и препят­ствует налипанию асфальтовой смеси. Налипшая смесь счищается с вальцев и пневмоколес скребками, так как только чистая поверх­ность вальца позволяет получить ровное покрытие без вмятин и задиров.

Вальцы катков подвергают чистовой механической обработке, чтобы повысить гладкость уплотняемого покрытия, а их кромки закругляют, что позволяет избежать резких перепадов напряжения в соседних полосах и ярко выраженной границы между ними, про­воцирующих образование трещин. Вальцы средних и тяжелых кат­ков оснащаются обрезными роликами, отделяющими остатки ас­фальта по бокам полосы уплотнения, от укатанного покрытия и прикатывающими края уплотняемой полосы, что повышает ее прочность.

В рабочем положении ролик прижимается своей торцевой по­верхностью к кромке вальца в месте его контакта с покрытием, а заостренная кромка ролика опускается ниже поверхности вальца и прорезает на всю толщину уплотняемого покрытия щель, отде­ляющую уплотненный асфальт от смеси, не попавшей под валец. Из рабочего положения в транспортное и наоборот ролик перево­дится гидроцилиндром.

При поворотах части вальца, удаленные от оси поворота, мо­гут повреждать покрытие, проскальзывая по нему из-за разницы линейных скоростей. Поэтому широкие жесткие вальцы делают разрезными. Фактически вместо одного вальца на валу или оси размещают два прижатых друг к другу вальца. Щель между ними настолько узка, что не сказывается на текстуре покрытия. Полови­ны ведущего вальца соединены между собой дифференциалом, а ведомого вальца - свободно вращаются на оси и на поворотах дви­жутся с разной линейной скоростью.

Ходовая гидрообъемная трансмиссия жестковальцевых и ком­бинированных катков состоит из одного (при одном ведущем валь­це) или двух контуров. Гидрообъемный ходовой привод ведущего вальца включает в себя насос регулируемой производительности, гидромотор и конечный редуктор. При выходе из строя одного из контуров другой способен обеспечить нормальную работу катка. Ведущие пневмоколеса комбинированных асфальтовых катков монтируются на неразрезном мосту попарно (обычно их число рав­но четырем). Момент на каждую из пар подается через дифферен­циал.

Гидрообъемный рулевой механизм следящего типа управляет «изломом» рамы с помощью двух гидроцилиндров двойного дей­ствия, питаемых шестеренчатым насосом. Гидросистема рулевого управления имеет приоритет перед другими контурами, т.е. пре­доставляемая в ее распоряжение мощность не зависит от уровня нагрузки других агрегатов.

Комбинированные катки с поворотом пневмоколес при рабо­те маневрируют, не прибегая к «излому» рамы, поэтому эти две системы маневрирования могут быть независимыми друг от дру­га. В таких конструкциях гидропривод «излома» рамы не связан с гидравлической рулевой системой следящего типа. Вибровоз­будители, установленные на одном или обоих вальцах, как пра­вило, приводятся гидромоторами, соединенными с аксиально-пор­шневыми насосами постоянной или переменной производитель­ности.

Пневмоколесные асфальтовые катки отличаются от пневмоколесных катков для уплотнения грунтов только отсутствием рисун­ка на протекторе пневмоколес. Во всем остальном их конструкции идентичны. Они имеют жесткую раму, опирающуюся на ходовое оборудование в трех точках (одна впереди, две сзади), с отсеком для балласта в средней части. При загрузке балласта в виде песка или металлических грузов рабочая масса катка увеличивается на 70... 100%. Ведущие пневмоколеса задней оси расположены на не­разрезном мосту. В качестве ходовой трансмиссии используется гидрообъемный привод. Небольшой зазор между ведущими коле­сами диктует применение в качестве конечной передачи цепного редуктора. Управляемые передние пневмоколеса качаются в попе­речной плоскости и крепятся к раме в одной точке, что гарантиру­ет равномерное распределение массы катка по уплотняемой поверх­ности.

Количество передних и задних колес разное (при четном числе ведущих колес), благодаря чему их колеи перекрывают друг друга,

: и после прохода катка не остается неуплотненных полос. Каждое из пневмоколес снабжено скребком, очищающим его поверхность от налипающего асфальта, что предотвращает появление неров­ностей на готовом покрытии. Рулевое управление оснащается гид­рообъемным усилителем, позволяющим преодолеть сопротивления блока передних колес повороту.

Современные модели пневмоколесных катков оборудуются цен­трализованной системой регулировки давления в шинах, позволя­ющей регулировать площадь контактного отпечатка и напряжение

. в зоне уплотнения в соответствии с типом и состоянием уплотняе­мой смеси.

Для увеличения срока, в течение которого асфальт сохраняет способность к уплотнению, пневмоколеса и жесткие вальцы могут закрываться «тепловыми» фартуками, замедляющими остывание пневмоколес, вальцев и материала в зоне уплотнения .

В качестве рабочего тормоза используется гидрообъемная хо­довая трансмиссия, останавливающая машину при падении давления в контурах гидросистемы ходового привода. Торможение на­чинается при переводе рычага реверса в нейтральное положение и прекращается после включения заднего или переднего хода.

В раде случаев ходовой гидропривод дополняется пропорцио­нальным электроприводом, который задает темп торможения и разгона, исключающий повреждение покрытия при реверсирова­нии катка.

Многодисковые стояночные (они же аварийные) тормоза нор­мально замкнутого типа устанавливаются в ступицах вальцев и колес либо на валах коробки передач. Они включаются операто­ром с пульта управления либо автоматически - при падении давле­ния в гидросистеме или остановке двигателя.

При необходимости автоматические тормоза могут быть меха­нически разблокированы. Иногда в целях повышения безопасно­сти катки, как и другие дорожные машины, оборудуются блоки­ровкой запуска двигателя при включенной передаче.

Производительность катка во многом зависит от эффективно­сти работы машиниста, средства повышения которой хорошо из­вестны. Хорошая видимость зоны работ достигается увеличением площади остекления кабины, низкопрофильными скругленными и обуженными корпусными деталями, приданием дополнительных степеней свободы рабочему креслу оператора (вращение и сдвиг во все стороны).

Машинистам катков с жестким вальцем необходимо видеть край вальца. Этого добиваются выносом рабочего места за боко­вой габарит катка (в кабинах для этой цели делают специальный смотровой фонарь), осевым смещением вальца, наклоном опорных вилок вальца и устройством смотровых проемов в корпусе катка.

Кабина современного катка оборудуется вибро и звукоизоля­цией, комплектом аудиовизуальных индикаторов и приборов, информирующих о состояния систем и агрегатов катка.

В список оборудования кабины также могут входить систе­мы автоматического управления рабочими процессами и конт­роля состояния агрегатов, защитная конструкция ROPS/FOPS, климатическая установка (от простого вентилятора до кондици­онера с очисткой забортного и увлажнением циркулирующего воз­духа), дополнительное освещение зоны работ, проблесковый маяк и т.д.