Статья: История создания и развития дорожных катков.

Источник: журнал «Строительно-дорожная индустрия»

В 1885-1886 годах немцы К. Бенц и Г. Даймлер независимо друг от друга построили первые самодвижущиеся транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания — прототипы наших автомобилей. С этого момента началось развитие автомобилестроения. Эта новая отрасль промышленности стала расти бурными темпами, особенно начиная с первых годов XX века.

Появление автомобилей вызвало широкое строительство дорог. Скорости автомобилей продолжали непрерывно расти. Это обстоятельство установило повышение требований к качеству дорог. Изменился тип дорожных покрытий, появились усовершенствованные покрытия с применением битумных материалов и цемента. Для расширяющегося дорожного строительства необходимы были новые машины, которые обеспечивали бы увеличение производительности труда и повышение качества дорожных работ. Одними из таких машин стали дорожные катки.

В дореволюционной России объем дорожностроительных работ был мал, кроме того, почти все работы выполнялись вручную. В 1913 году парк оборудования для строительства дорог состоял всего из 332 единиц, в числе которых было 146 поливочных бочек, 49 снегоочистителей, 88 катков, 14 копров для забивки свай и 2 камнедробилки. Дороги с твердым покрытием находились преимущественно в западноевропейской части России. Их протяженность в 1913 году составляла лишь 24 300 км. Дорожное машиностроение начало развиваться только после Великой Октябрьской Социалистической революции. В 1926 году на Онежском заводе (Петрозаводск) было организовано производство первых советских дорожных машин: конных и тракторных утюгов, канавокопателей, конных и тракторных скреперов и других. В 1930 году дорожное машиностроение осуществлялось уже на четырех заводах, в том числе и на Рыбинском, который стал одним из ведущих заводов по производству дорожных катков в Советском Союзе.

Однако прообразы современных катков появились еще задолго до начала XX века. Конные катки. Известно, что первым дорожным конным катком в мире был двухдышловый одновальцовый каток, описание которого дал Якоб Лойпольд в 1725 году в своем шеститомном труде «Театрум Махинарум». Чтобы каток мог работать на узких дорогах и переулках, лошади впрягались одна за другой. Однако каток был скоро забыт, и в 1781 году «Саксонские инструкции» предписали опять трамбующее уплотнение (ручная работа) при покрытии земляного полотна камнем. Каток, сконструированный в Англии и описанный в 1757 году во Французской энциклопедии Д. Дидро и И.Б. Даламбером, также не смог пробить себе дорогу. Это была двухосная тележка с двумя дышлами. Но уже в 1789 году De Gessart впервые применил чугунный конный каток весом 3,5 тонны для укатки щебеночных россыпей при строительстве дорог.

Дальнейшее развитие и накопление опыта применения конных катков происходили во Франции, Англии и Германии. Во Франции первые конные катки были выпущены фирмой «Альбарэ» в 1818 году. Массовое же применение конных катков относится к 1830 году, когда по инициативе Polonceau катки были использованы при постройке шоссейных дорог значительного протяжения. Тогда применялись и деревянные катки, обшитые железом, а затем и каменные катки. Однако ни те, ни другие не оказались практичными.

Поэтому вскоре перешли на металлические, преимущественно полые чугунные конные катки, которые подвергались самым разнообразным конструктивным совершенствованиям и изменениям почти во всех странах Европы. Один из каменных катков имел барабан диаметром 106-128 см. В каменном цилиндре была прочно укреплена железная ось, которая поддерживала деревянную, окованную железом раму с дышлом. Вес такого катка составлял до 5 тонн. На каждую лошадь конного катка полагалось до 800 кг нагрузки.  

Одним из наиболее распространенных катков во второй половине XIX века был каток Шатенмана. Он состоял из чугунного цилиндра и рамы, на которой был установлен деревянный ящик для балласта в виде камней или песка. В улучшенном варианте этот каток был снабжен и тормозом

. В Германии были распространены катки, нагружаемые водой. Катки этого типа были удобны тем, что водой из катка можно было пользоваться для поливки укатываемой поверхности. Для увеличения массы катка применялись балластные ящики разной конструкции и с разным расположением.

В России еще при строительстве Москворецкой каменной набережной в 1934 году использовались деревянные катки из толстых сосновых бревен. Однако они уже выходили из употребления. По образцу французских катков инженером Полозовским в этом же году был спроектирован каток, чугунный цилиндр которого был соединен с железной осью посредством четырех чугунных спиц с каждой стороны. К раме катка прикреплялись два ящика для балласта из листовой стали. Из наиболее применявшихся в России в 40-х годах XX века конных катков были модели весом 2 и 4 тонны.

Паровые катки. В 1773 году выдающийся русский теплотехник И.И. Ползунов изобрел универсальный паровой двигатель, однако это замечательное изобретение не получило должной оценки в условиях отсталой крепостной России. В 1769 году английский изобретатель Джеймз Ватт получил патент на паровой двигатель, который с этого времени получает все большее распространение на фабриках, заводах, в шахтах и на транспорте. Неудобства конных катков вызвали попытки заменить при укатке шоссе силу живых «двигателей» силой пара.

Первая попытка состояла в том, что на обыкновенный конный каток была помещена паровая машина, поршень которой приводил во вращение ось чугунного цилиндра. Эта попытка была неудачна, каток оказался неустойчивым — паровой котел при движении катка наклонялся то вперед, то назад, несмотря на то, что к раме катка были приделаны спереди и сзади два небольших колеса. Первую попытку применения силы пара для укатки щебеночного слоя сделал Lemoine в 1859 году. Сознавая, что можно достичь более совершенного производства укатки шоссе, Ballaison в 1860 году продолжал не вполне удачные опыты с катком своей системы, соединяющим на общей раме как бы два конных катка с барабанами равного диаметра.

Барабаны приводились в движение зубчатыми колесами и цепью Галя с помощью установленной на раме паровой машины. Эту неудачную систему усовершенствовал француз Желлера, паровые катки которого применялись в 1864 году для укатки парижских шоссе. Однако эта машина не нашла себе широкого применения в силу большой массы и стоимости, а также конструктивных недостатков. В конце XIX века эти катки были вытеснены паровыми катками английского типа, напоминающим первый шоссейный паровоз с тяжелыми, широкими колесами. Взамен двух барабанов у катков французского типа в английских было четыре барабана, то есть две пары цилиндров. Причем диаметр задних цилиндров был больше передних.

Первой такие катки выпустила фирма Aveling and Porter в Рочестере примерно в 1870 году, а затем фирма Д. Фоулера. Катки этого типа изготовлялись массой 13 и 15 тонн, но по своим техническим характеристикам уступали английским моделям. В то время достаточно надежные паровые катки также выпускала и немецкая фирма Куна. Всего три модели массой 12,15 и 18 тонн.

Все вышеперечисленные катки были двухосными трехвальцовыми. Поворот ведомого переднего вальца осуществлялся при помощи цепи, прикрепленной с двух сторон к рамке вальца и намотанной на общий вал. Последний приводился во вращение вручную с помощью штурвала и червячной передачи, при этом одна ветвь цепи наматывалась, а другая — сматывалась, в результате чего валец поворачивался. Катки были оборудованы устройством для очистки вальцов и освещением.

Американские катки того времени, как и немецкие модели, отличались прочностью и практичностью.

В России к механизации дорожного строительства приступили вплотную лишь в конце XIX века. Паровые катки впервые нашли применение в Варшавском округе путей сообщения в 80-х годах XIX века. Сначала у нас в стране пользовались исключительно паровыми катками заграничных фирм, таких как «Симеон и Портер» в Лондоне, «Эвелинг и Портер» в Рочестере, «Джон Фоулер и Ко» в Лидсе, а также «Альбарэ» в Париже и других. Только в 1848-1900 годах у фирмы «Альбарэ» было куплено 18 паровых катков, которые работали в Кавказском, Киевском и Ковенском округах путей сообщения. Но вскоре русские заводы под руководством инженеров ведомства путей сообщения стали выпускать свои катки: завод Сен-Галли в Петербурге, изготовляющий катки типа Эвелинг и Портер, Брянский завод, изготовляющий катки французского типа, и Коломенский машиностроительный завод, изготовляющий катки по типу, разработанному на заводе братьев Гейслер в Варшаве с участием Гельфера. Коломенский завод начал выпуск паровых катков с 1902-1903 годов. Именно они считались наиболее совершенными с экономической и технической точки зрения. Особенно катки усовершенствованного типа, которые отличались простотой конструкции, легкостью, поворотливостью и приспособленностью для укатки щебня на больших подъемах и уклонах.

Парк дорожных механических машин в 1910 году в шоссейных округах Министерства путей сообщения состоял из 76 паровых и 248 конных катков и трех камнедробилок. Выпуск паровых катков в Советском Союзе продолжался и после первой мировой войны, пока не было налажено изготовление более современных моторных катков. Кулачковые катки. Наряду с паровыми катками история знает еще и про кулачковые машины. Первые кулачковые катки появились в конце XVIII века. Сходство работы этих катков с проходом по грунту стада овец предопределило их название — «овечьи ноги» — кулачковые катки. В отличие от гладковальцовых катков, в основном предназначенных для уплотнения материалов дорожных оснований и покрытий, кулачковые катки применяются при послойном уплотнении связных, комковатых, гравелистых и мерзлых грунтов. Кроме того, как показывает зарубежная практика, эти катки используются также для уплотнения бытовых отходов с обезвреживанием их на местах укладки и пакетирования сравнительно тонкого металлолома с большими габаритами.

Одна из первых моделей кулачковых катков серийного производства была создана в 1920 году в США. Поэтому началом развития кулачковых катков следует считать период с 1920 по 1925 год. Однако они не получили такого распространения в мире, как моторные катки. Моторные катки. Из-за того, что паровые машины были сложными и громоздкими установками, бурно развивающиеся промышленность и транспорт стали ощущать потребность в небольших, легких и дешевых двигателях. В 1860 году француз Э. Ленуар, использовав конструктивные элементы паровой машины, газовое топливо и электрическую искру для зажигания, сконструировал первый нашедший практическое применение одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания. Другие изобретатели усовершенствовали его конструкцию.

Новые двигатели, благодаря своим небольшим размерам и легкости, открыли новые возмож¬ности для конструирования самоходных машин, в том числе и дорожных катков. Первые попытки изготовления самоходных катков с двигателем внутреннего сгорания были предприняты во Франции, но эти конструкции не дали удовлетворительных результатов. В 1902 году в Англии был изготовлен первый годный моторный каток массой 16 тонн, снабженный керосиновым двигателем в 18,4 кВт (25 л.с).

Первый немецкий моторный каток с двигателем внутреннего сгорания, где в качестве топлива применялась натуральная нефть, был изготовлен фирмой «Якоб и Беккер» в Лейпциге. Он имел регулируемые ведущие вальцы, позволяющие укатывать профили с поперечным уклоном.

В России эти катки стали применять в дорожном строительстве с 1909 года. Например, Петербургское земство, являющееся наиболее крупным округом, имело в 1914 году четыре паровых катка и три импортных моторных. С началом первой мировой войны в 1914 году стало очевидным, что отсутствие в России необходимой сети шоссейных дорог, а также машин и механизмов для их постройки крайне отрицательно сказывается на транспортном обслуживании армии. Военные строители вынуждены были изготовлять собственными силами различные строительные орудия, в том числе и утюги и прицепные катки.

Большое количество строительных машин было завезено из за границы. В 1917 году парк строительных машин у военных строителей состоял из 276 паровых и моторных катков, 142 прицепных катков, 63 кирковщиков и 16 тракторов. В это же время на военно-дорожных работах было занято более 100 тысяч рабочих и свыше 18 тысяч конных подвод. То есть 99,4% работ выполнялось вручную.

Огромная отсталость в технике, доставшаяся молодому социалистическому государству в наследство от царской России, была преодолена не сразу. Количество строительных машин было ничтожно мало. Хотя общая протяженность дорог увеличивалась год от года. Все упиралось в технику и технологии для укладки направлений с твердым покрытием.

Развитие моторных катков с гладкими металлическими вальцами тесно связано и с развитием  шоссе и особенно асфальтобетонных покрытий. Строительство асфальтобетонных дорог в СССР началось с 1925 года.

Вначале его проводили под четким руководством иностранных специалистов. К этому периоду относятся первые в СССР исследования по уплотнению асфальтобетона и грунтов самоходными катками на гладких металлических вальцах.

Первые исследования по уплотнению материалов были чисто наблюдательного характера, и поэтому еще в 1930 году количество проходов катка по одному следу, последовательность катки и организация работ на различных стройках устанавливались исходя из личного опыта отдельных специалистов. Хотя в результате работ Хеббарда, Фильда, Пеппеля, Н.Н. Иванова были установлены некоторые правила уплотнения дорожно-строительных материалов катками, в те годы существовало только два метода укатки.