По полученному значению мощности и существующим базовым аналогам принимается базовый двигатель.

6.11.Автоматизация дорожных катков

6.11.1.Системы автоматизации дорожных катков российского производства

Для повышения эффективности использования дорожных катков большое внимание уделяется их автоматизации. Современные дорожные катки с гидравлической системой управления для автоматической настройки на оптимальный режим работы оснащаются электронной системой с микропроцессорной техникой. Применение бортового микропроцессора позволяет в зависимости от требуемой плотности и толщины укатываемого слоя выбирать и автоматически поддерживать постоянную скорость передвижения катка, а ее изменение производить, плавно, равномерно и качественно уплотняя материал. Эта система обеспечивает не только соответствие между направлением движения машины и вращением вала вибровозбудителя, но и автоматический разгон и торможение, а также изменение частоты колебаний в зависимости от плотности укатываемой поверхности, включение и отключение вибровозбудителя при изменении направления движения катка [51].

Система электронного автоматического управления вибрационным катком состоит из силовой (гидравлической) части и электронного блока управления (ЭБУ) с операционным усилителем. Силовая часть содержит регулируемые реверсивные акси- ально-поршневые насосы, аксиально-поршневые регулируемые и нерегулируемые гидромоторы, насосы систем управления и подпитки, а также редукционные клапаны с пропорциональным электрическим управлением.

Вибровозбудитель дорожного катка приводится в работу с помощью объемного гидропривода. При этом для предотвращения образованиянаплывовгрунтаив особенности асфальта приизменении направления движения или при остановке катка происходит автоматическое отключение вибровозбудителей (в связи с

187

уменьшением скорости катка ниже допустимой), при достижении заданной скорости они вновь включаются в работу.

Всистеме автоматики используются переключатели выбора частотывибрации и отключения одногоиз вибровозбудителей, а также задатчик изменения частоты вибрации, постоянно контролирующий плотность покрытия. При этом требуемая частота вибрации задается независимо от направления и скорости движения машины.

Вкомбинированных катках задние пневматические колеса приводятся во вращение попарно отдельными гидродвигателями. Это позволяет при движении катка на поворотах осуществлять автоматическую регулировку скорости качения одной пары колес относительно другой. Во время работы с горячей асфальтобетонной смесью смачивание и охлаждение вальцов выполняется автоматически путем периодического включения насоса для подачи воды под давлением.

Вкатках на пневматических колесах при работе с материалами различного вида и состава, требуемыми толщиной уплотнения и плотностью обеспечивается централизованное автоматическое регулирование давления воздуха в шинах. Наряду с автоматическим управлением вибровозбудителя и катка возможно их переключение на ручное. Благодаря использованию в катках чувствительной электронной системы, насосы и гидродвигатели работают в оптимальном режиме, что значительно увеличивает срок их службы.

Автоматизация управления рабочим процессом дорожных катков позволяет оптимизировать процесс уплотнения с учетом физико-механических свойств уплотняемого материала и ведет к повышению производительности и качеству выполняемых работ, снижению времени уплотнения и расхода топлива, а также улучшает условия работы машиниста.

Контроль качества уплотняемых дорожно-строительных материалов делится на контроль прочности, плотности, влажности и толщины покрытия. Эти виды контроля осуществляются различными методами, к которым относятся механический, электронномеханический, электромагнитный, низкочастотный, СВЧ-метод (сверхвысокие частоты), ультразвуковой и радиоизотопный.

Механический метод или метод отбора проб уплотненного материала сопряжен с необходимостью разрушения дорожного покрытияис дальнейшимисследованиемихв лабораторныхусловиях.

Всвязи с ограниченным количеством отобранных проб полученные

188

данные не будут отличаться достаточной достоверностью и не смогут (по истечении затрат времени, требуемых на исследование) повлиять на качество уплотнения уже готовых покрытий. При этом в некоторых случаях, например на покрытиях автомобильных мостов и эстакад, такой отбор проб может привести и к нарушению прочности несущих конструкций.

Электромагнитный, низко- и высокочастотные методы контроля зависят от внешних источников энергии и по своей сложности не всегда удовлетворяют специфическим требованиям, предъявляемым дорожным строительством к таким приборам.

Ультразвуковой метод для работы с дорожно-строительными материалами также не вполне эффективен. Это объясняется тем, что в средах, обладающих вязкостью, происходит потеря энергии при распространении ультразвуковых волн. При этом величина поглощения их в грунте и асфальтобетоне довольно значительна. Одновременно к недостаткам следует отнести возможность работы приборов при температуре окружающего воздуха в незначительном диапазоне (от –5 до +35 °С).

Впрактике известны и другие методы непрерывного контроля дорожно-строительных материалов при послойном их уплотнении машинами динамического воздействия. Одним из устройств, устанавливаемых на катках, является динамический индикатор для автоматического контроля качества уплотнения в процессе трамбования или вибрирования [51].

Вкатках с вибровозбудителем (рис. 6.44, а) на вибровальце устанавливается вибродатчик 1, сигналы от которого поступают по кабелю в преобразователь и орган сравнения 2, усиливаются и подаются в исполнительные органы. Одновременно данные измерений поступают в постоянное запоминающее устройство и на панель индикации в кабине машиниста.

Впроцессе работы катка на уплотняемой площадке приборы по показаниям вибродатчиков регистрируют изменяемые физические и динамические свойства уплотняемого материала. При повышении плотности и одновременном увеличении модуля упругости материала на приборе фиксируются возрастающие показания.

На экране дисплея или индикаторе счетчика высвечиваются цифры средних значений за период измерения от 5 до 30 с. Прибор настраивается на показания, соответствующие требуемой степени плотности, которые устанавливаются после стандартных испытаний.

189

Превышение заданной плотности регистрируется световым или звуковым сигналами, которые оповещают одостижении нормативного уровня укатываемой поверхности. Каток может комплектоваться дополнительным печатающим устройством для выдачи на бумажную ленту данных за время работы машины.

В трамбующих машинах (рис. 6.44, б) автоматическое устройство включает в себя подобные элементы и состоит из индукционного вибродатчика 3, установленного на трамбующей плите, и прибора 4, размещенного в кабине машиниста, регистрирующего сигнал датчика и соединенного с ним кабелем. Перед началом работ определяют показания индикатора (тарировку), соответствующие требуемой плотности материала при заданной толщине слоя. Степень уплотнения при работе машин динамического действия обратно пропорциональна скорости их движения. Поэтому следует стремиться к поддержанию той скорости, которая получена при тарировке.

Рис. 6.44. Автоматизация контроля качества уплотняемых дорожно-строительных материалов: 1, 3 – вибрационные датчики; 2 – орган сравнения сигнала; 4 – регистратор

Использование динамических индикаторов плотности повышает производительность уплотняющих машин и качество уплотнения материала.

В связи с тем, что не все указанные методы способны обеспечить контроль всех видов качества уплотненных дорожно-строительных материалов, возникла необходимость в разработке нетрадиционных методов измерений.

Для оперативного неразрушающего контроля грунтовых оснований, бетонных и асфальтобетонных покрытий используют контрольно-измерительные радиометрические приборы (рис. 6.45). Их

190

работа основана на применении источников γ-излучения, быстрых нейтронов или на их совместном действии. В приборах используются свойства высокой проникающей способности γ-лучей и снижения интенсивности их излучения при прохождении через исследуемый материал. Поэтому, зная интенсивность излучения, исследуемый материали заданную толщинууплотняемогослоя, можно,оттарировав приборы, определять степень уплотнения укладываемого материала. Содержание влаги в контролируемом материале определяется по замедлению нейтронного излучения атомами водорода, а содержание связующего в асфальтобетонной смеси – по количеству углеводородных соединений в битуме.

Рис. 6.45. Схема работы прибора оперативного неразрушающего контроля уплотняемых и укладываемых дорожно-строительных материалов:

1 – источник; 2 – дисплей; 3 – приемник; 4 – траектории фотонов

Эти автономные приборы состоят из встроенного микропроцессора, цифрового дисплея на жидких кристаллах, переключателя положения зонда с фиксацией через каждые 5 см и кнопки управления для задания требуемых параметров. При работе они переставляются по готовой поверхности.

191

Навесные приборы подобного типа устанавливаются на дорожных катках и предназначены для непрерывного контроля плотности укладываемого и укатываемого асфальтобетона в процессе работы уплотняющей машины. Такой прибор состоит из корпуса, закрепленногонанижнейсторонерамы катка междувальцами. Внутри корпуса в двойных герметизированных капсулах из нержавеющей стали помещен источник излучения, отвечающий требованиям температурного класса и хранения радиоактивных материалов. Дополнительную термическую и механическую изоляцию обеспечивают конструкция и материал корпуса (рис. 6.46) [51].

Источник излучения и приемное устройство расположены в корпусе прибора таким образом, что γ-лучи проникают в исследуемый материал, рассеиваются в нем, преломляются и возвращаются к детектору. Отсюда данные непрерывных измерений передаются с помощью соединительного кабеля на бортовой микрокомпьютер, где происходят обработка и сравнение результатов измерений с заданным значением параметров.

Идикаторно-регулирующий блок, соединенный с компьютером и установленный на приборной панели кабины перед машинистом, подает информацию на устройство визуального отображения информации – дисплей. На блоке управления катка устанавливаются также цветные сигнальные лампы, а при необходимости может подключаться и звуковая сигнализация.

Степень уплотнения асфальтобетона определяется в течение нескольких секунд в процессе работы катка. Перевод катка на

смежную полосу укатки производится только после получения требуемой плотности материала, фиксируемой на дисплее с одновременным включением сигнальной лампы.

После перемещениякатканановыйучастокработыопределяется и степень предварительного уплотнения, достигнутая асфальтоукладчиком. Полученные значения плотности асфальтобетонного покрытия можно ввести в запоминающее устройство и получить

192

результаты измерений в распечатанном виде за любой промежуток времени с указанием участков измерений.

Все приборы надежно защищены от воздействия вибрации, перепада температур и пылевлагонепроницаемы. Изоляция изотопов обеспечивает практически естественный уровень радиации. Доза излучения при работе с приборами не превышает 4 % от предельно допустимого значения. Для полной безопасности с помощью быстроразъемных соединений прибор по окончании работы снимается с катка и автоматически переводится в положение транспортировки или хранения, а перед началом смены вновь устанавливается.

Рис. 6.47. Автоматическое устройство режима работы катков

К достоинствам радиометрическогометода контроля уплотнения дорожно-строительных материалов следует отнести возможность проводить замеры на горячем асфальте и в непосредственной близости от рабочих органов катков, асфальто-, бетоно- и бордюроукладчиков, контролировать возрастание степени уплотнения при каждом проходе катка и определять оптимальное число проходов, а также быстро, надежно и с высокой степенью точности производить измерения состояния материалов. Все сказанное необходимо для достижения требуемых параметров дорожных покрытий и оптимального использования катков.

Современное устройство, устанавливаемое на катках и обеспечивающее его автоматический режим работы, состоит из трех основных блоков (рис. 6.47). К ним относятся блок задания условий работы (БЗУР), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и блок

193

условиях уплотнения или когда необходима «тонкая подстройка» под нетиповые условия работы.

времени осуществлять мониторинг и коррекцию процесса уплотнения. Система IC также поддерживает непрерывную запись цветных участков на мониторе, отображающих количество вальцов, уровень уплотнения, температуру уплотняемого материала и точное положение катка. Возможности IC технологий для повышения эффективности процесса уплотнения при строительстве дорожных объектов хорошо зарекомендовали себя в Европе, Азии и

Соединенных Штатах Америки.

Система IC позволяет получить более высокое качество и долговечность готовогопокрытия и может быть установлена на стан-

дартные модели дорожных

Рис. 6.51. GPS-антенна на дорожном катке катков. При этом основное

отличие заключается в установке на базовый каток дополнительных устройств: слежения за положением катка, измерения/управления процессом, отображения и

196

документирования уровня уплотнения. Система IC, используемая при уплотнении различных типов грунтов, незначительно отличается от систем, применяемых для уплотнения асфальтобетонных смесей. Основные компоненты системы:

1.Указатель положения: местоположение дорожного катка получено с помощью GPS. GPS-антенна устанавливается на верхней части кабины (рис. 6.51).

2.Измеритель виброускорения: акселерометр монтируется на раме катка возле вальца (рис. 6.52). Он собирает данные об ускорении рамы катка, которые, в свою очередь, используются, чтобы оценить результаты уплотнения исходных материалов.

3.Обработ-

уплотнения. Когда каток перемещается, система отображает непрерывный график уровня достигнутого уплотнения в реальном времени.

4. Дисплей: видеомонитор в кабине катка обеспечивает непрерывное отображение информации о процессе уплотнения, включая цветную маркировку, которая помогает оператору идентифицировать количество требуемых проходов, жесткости, температуру, частоты, амплитуду и скорость катка (рис. 6.53).

Рис. 6.53. Видеомонитор в кабине оператора

197

5. Система документирования: хранит полный отчет о процессе уплотнения материалов в электронном виде. Отчет может быть загружен в любое время для анализа и/или печати.

При уплотнении асфальтобетонных покрытий устанавливается дополнительный инфракрасный датчик, измеряющий температуру поверхности покрытий. Эти датчики устанавливаются спереди и сзади катка (рис. 6.54).

Рис. 6.54. Инфракрасный датчик контроля температуры поверхности покрытия

Дорожный каток с системой IC – это вибрационная машина, которая непрерывно измеряет и регистрирует жёсткость материала, одновременно и автоматически корректируя усилие уплотнения на основе этих измерений,расходуя больше энергии на мягких участках и меньше (или не расходуя вообще) в твёрдых зонах. При этом система документирования позволяет корректировать процесс уплотнения в режиме реального времени и постоянно регистрировать результаты уплотнения, включая значения жёсткости в каждой точке каждого уложенного слоя.

Наряду с ростом производительности система позволяет повысить качество уплотнения в двух направлениях. Во-первых, наличие системы IC на катке позволяет избежать переуплотнения и недоуплотнения, прилагая дополнительное усилие только там, где это необходимо. Такой контроль повышает однородность уплотнения. Во-вторых, благодаря документации, которую система IC создает путём непрерывной регистрации показателей по всей зоне

198