2601

ков, а также при организации работ по устройству покрытий и комплектовании специализированных комплектов машин (СКМ).

Для подтверждения адекватности математической модели [1,2,3] и проверки предлагаемой методики расчета рациональных параметров и режимов работы вибрационных катков на участке строительства автомобильной дороги были произведены замеры плотности и температуры асфальтобетонной смеси после каждого прохода катков. Полученные зависимости сравнивались с теоретическими значениями, рассчитанными по предложенной методике [1].

Для примера были рассмотрены два различных по своим техническим характеристикам катка Hamm HD110 и Dynapac CC232 HF. При этом частота колебаний вальца у Hamm HD110 была 50 Гц, а у Dynapac CC232HF – 70 Гц. Рабочие скорости движения катков были приняты 2 и 4 км/ч. Остальные условия процесса уплотнения: тип смеси, начальные температуры, плотности смеси и т.д. были одинаковыми.

Технические характеристики Hamm HD110: масса катка 10,6 т, масса вибровальца 2 т, вынуждающая сила вибровозбудителя 87 кН, частота колебаний вальца 50 Гц, амплитуда колебаний вальца 0,42 мм, диаметр вальца 1,2 м, ширина вальца 1,68 м.

Технические характеристики Dynapac CC232HF: масса катка 9,1 т, масса вибровальца 1,51 т, вынуждающая сила вибровозбудителя 68 кН, частота колебаний вальца 71 Гц, амплитуда колебаний вальца 0,2 мм, диаметр вальца 1,2 м, ширина вальца 1,45 м.

Полученные зависимости представлены на рисунках 1 - 4.

183

Анализируя полученные зависимости, можно отметить, что наибольшая интенсивность уплотнения наблюдается на первых 2-3 проходах.

Это можно объяснить тем, что при первых проходах контактные давления катков близки к пределу прочности не уплотнённой смеси, и интенсивность накопления необратимых деформаций велика. После 2-3 проходов прочность смеси приближается к величине контактных давлений, и интенсивность роста пластических деформаций после каждого нагружения уменьшается.

Рис. 3. Экспериментальные и теоретические зависимости коэффициента уплотнения асфальтобетонной смеси от количества проходов вибрационного катка

Dynapac CC232HF (70 Гц, 2 км/ч)

184

Библиографический список

1.Серебренников В.С. Обоснование режимных параметров вибрационных катков для уплотнения асфальтобетонных смесей. Специальность 05.05.04 - Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины : дис… канд. техн. наук / В. С. Серебренников; науч. рук. В. В. Дубков; СибАДИ. - Омск : СибАДИ, 2008. - 170 с.: ил. - Библи-

огр.: с. 128-139. Прил.: с. 140-170.

2.Пермяков В.Б., Дубков В.В., Серебренников В.С. Аналитическое описание процесса уплотнения асфальтобетонной смеси вибрационным катком. // Омский научный вест-

ник. - 2008. - №1(64). – С.67-71.

3.Пермяков В.Б., Дубков В.В., Серебренников В.С. Модель уплотнения асфальтобетон-

ной смеси вибрационным катком. // Известия ВУЗов. Строительство. - 2008. - №10. –

С.84-90.

УДК 622.233.5

ВНЕДРЕНИЕ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ ПНЕВМОМОЛОТОВ ″ТАЙФУН″

В.В. Червов, д-р техн. наук, ведущий научный сотрудник Институт горного дела СО РАН

185

Строительство подземныхинженерныхкоммуникацийзакрытым способомис применениемзащитногокожуха гарантируетсохранениедорожного полотнаотпросадки, а также обеспечивает прокладкукоммуникаций внеустойчивыхгрунтах. Применениестальной трубыв качествезащитного кожуха повышаетнадёжностьзащиты от механического повреждения прокладываемых внутрикожуха сетей. Прокладкустальныхтруб производят пневмомолотом. Вомногихслучаях такие технологииснижаютрасходы настроительство исокращаютсроки возведения объектов [1].

Пневмомолоты в настоящее время являются наиболее простыми, надёжными и в тоже время высокоэффективными средствами для бестраншейной прокладки трубопроводов.

Соотношение энергии удара и диаметра забиваемой трубы.

Энергия удара при виброударном проколе или виброударном продавливании расходуется, главным образом, на преодоление силы сопротивления движению трубы в грунте.

Сила сопротивления F при забивании трубы открытым концом в грунт складываются из трех составляющих: силы лобового сопротивления F1, силы трения F2 побоковой поверхности вследствие обжатия окружающим трубу грунтом и сил трения F3 + F4 в результате действия веса грунтового керна.

Сила F1 лобового сопротивления пропорциональна площади кольцевого сечения трубы, которая увеличивается как за счет диаметра d, так и за счет толщины δ стенки трубы.

Сила трения F2 по боковой поверхности пропорциональны площади боковой поверхности трубы, поэтому зависят от диаметра трубы линейно.

СилатрениянаружнойповерхноститрубыогрунтF3 отдействиявесагрунтовогокернавозрастаютвквадратичнойзависимостиотдиаметратрубы[2].

Сила трения внутренней поверхности трубы о грунтовый керн F4 также пропорциональны весу керна и квадрату диаметра трубы.

Сопротивление от действия веса грунтового керна с увеличением диаметра забиваемой трубы становиться значительным. Поэтому виброударное продавливание трубами проходного сечения диаметром более 0,8 м необходимо сопровождать периодическим удалением грунтового керна из трубы. Это позволит уменьшить силу сопротивления F при забивании трубы открытым концом в грунт до двух составляющих F1 и F2, которые зависят линейно от увеличения диаметра d трубы.

186

Весь диапазон диаметров забиваемых в грунт труб находится в пределах от 0,1 м до 1,4 м. Номинальная длина трубной плети – 40 метров.

Исходя из многолетнего опыта прокладкистальных труб-кожухов [3] подземных коммуникаций известно, что для забивания на эту длину стальной трубы открытым концом диаметром 1,4 м необходим пневмомолот с энергией единичного удара примерно 12 кДж, а при диаметре 0,3 м– 1,3 кДж.

Требуемая для забивания трубы энергия удара от ее диаметра в диапазоне 0,3-1,4 м с открытым концом

где L – требуемая энергия удара, кДж; dТР – диаметр забиваемой трубы, м.

Сила сопротивления F при забивании трубы закрытым концом в грунт складываются из двух составляющих: силы лобового сопротивления F1 и силы трения F2 по боковой поверхности вследствие обжатия трубы окружающим грунтом.

Сила F1 лобового сопротивления пропорциональна площади поперечного сечения трубы, которая увеличивается в квадратичной зависимости от диаметра d.

Сила трения F2 по боковой поверхности пропорциональна площади боковой поверхности трубы, поэтому зависит от диаметра трубы линейно.

F2 f (d). (9)

При малом диаметре трубы, забиваемой закрытым концом в грунт, сила трения F2 по боковой поверхности во много раз больше силы F1 лобового сопротивления. Именно сила трения F2 по боковой поверхности является определяющей при прокладке трубной плети большой длины.

Для забивания на длину 40 м стальной трубы закрытым концом диаметром 0,1 м достаточно 0,3 кДж, а для трубы диаметром 0,3 м необходимо 0,9 кДж.

Требуемая для забивания трубы энергия удара от диаметра в диапазоне 0,1-0,3 м с закрытым концом

где L – требуемая энергия удара, кДж; dТР – диаметр забиваемой трубы, м.

При наличии нескольких пневмомолотов с разной энергией удара целесообразно забивание первой секции трубной плети начинать пневмомолотом с меньшей силой отдачи и энергией удара. Более мощный пневмомолот следует применить при уменьшении скорости продвижения трубы в грунте до 1 м/час.

Главный параметр пневмомолота.

187

Вкачестве главного параметра пневмопробойника для забивания труб конструкции ИГД СО РАН была принята энергия удара. По величине энергии удара можно оценить технические возможности данной машины по диаметру и длине забиваемой трубной плети, а также эксплуатационные требования по источнику сжатого воздуха и грузоподъемному механизму.

Вкачестве главного параметра пневмомолота немецкая фирма "Трак- то-Техник" вместо энергии удара выбрала диаметр корпуса или его калибр. Каждому калибру пневмомолота присвоено индивидуальное имя (АТЛАС, ОЛИМП, ГИГАНТ и т.д.). По величине диаметра можно приблизительно оценить технические возможности данной машины по диаметру и длине забиваемой трубной плети, энергию удара. Кроме этого, каждому калибру соответствуют конкретные эксплуатационные требования по источнику сжатого воздуха и грузоподъемному механизму.

Принципиальная схема пневмомолота фирма "Тракто-Техник" полностью повторяет пневмопробойник конструкции Института горного дела СО АН

СССР [4], разработанный в 60-х годах прошлого века. В этом случае для ориентировочного расчета энергии удара можно использовать удельный расход воздуха q для серийных пневмопробойников СО-166, СО-144, ИП-4603, СО134 и ИП-4605, применяемых для забивания труб:

q (0,36 0,76) 10 4 м3(Вт с) [5].

Энергия удара L (Дж) при минимальном удельном расходе воздуха q = 0,36·10-4 м3/(Вт· с) определиться по формуле

где Q – секундный расход воздуха, м3/с; f – частота ударов, с-1.

Типоразмерный ряд пневмомолотов.

Созданные в ИГД СО РАН после 1993 года новые пневмомолоты [6, 7] для забивания труб благодаря одинаковому устройству и общему принципу работы системы воздухораспределения получили общее название ״Тайфун״ (табл.1). Число в названии означает главный параметр пневмомолота – массу ударной части. Этот параметр позволяет определить

энергию удара исходя из заданной предударной скорости у (4,0...4,5) м/с

при номинальном избыточном давлении сжатого воздуха рм 0,6МПа.

Удельный расход воздуха q для серийных пневмопробойников [5] конструкции ИГД СО РАН и пневмомолотов фирмы "Тракто-Техник" находится в пределах q (0,36 0,76) 10 4 м3(Вт с). Удельный расход воздуха q пневмомолотов серии Тайфун в 1,6…2,6 раза меньше и составляет q (0,22 0,29) 10 4 м3(Вт с).

188

Выбор массы ударной части в качестве главного параметра пневмомолота и присутствие этого параметра в названии машины наиболее точно отражает возможности данной машины.

Таблица 1

Технические характеристики пневмомолотов серии ″Тайфун″

189

Прокладка подземных коммуникаций и забивание свай пневмомолотами ″Тайфун″.

190

″Тайфун-70″. Этот пневмомолот имеет более тяжелый ударник, чем пневмопробойник СО-134, и превосходит его по энергии удара на 40 %, для своей эффективной работы требует всего 5 м3/мин вместо 8 м3/мин, имеет меньшую длину и общий вес, обладает легким и надежным запуском в работу. Небольшая масса машины позволяет осуществлять работы по забиванию горизонтальных труб без применения автокрана.

Пневмомолоты ″Тайфун-70″ успешно эксплуатируются: в Новосибирске две машины с 2004 г., две – с 2005 г. и одна – с 2006 г.; в Нижнем Новгороде и в Казани с 2004 г.; в Красноярске две машины и в Иркутске одна с 2005 г.; в п. Талакан Амурской области – с 2006 г.; в Томске – с 2008 г., в Казани – с 2009 г.

Рис. 1. Бестраншейная прокладка стального кожуха диаметром 273 мм для электрического кабеля пневмомолотом ″Тайфун-70″ в Новосибирске (слева).

Выход грунтового керна из разгрузочного окна под одновременным воздействием удара и давления сжатого воздуха

В августе 2005 г. при участии сотрудников ИГД СО РАН производственной фирмой ООО ״Стройэлектромонтаж״ был сделан переход методом виброударного продавливания трубы под улицей Демьяна Бедного в Новосибирске (рис. 1). Труба была очищена от грунтового керна при помощи давления сжатого воздуха на керн и пневмомолота ″Тайфун-70″, наносящего удары по трубе [8].

″Тайфун-130″. Первая машина из серии ″Тайфунов″, разработана и изготовлена в сентябре 1993 г. Она была подвергнута испытаниям на долговечность, в результате которых общая наработка на стенде и различных производственных объектах г. Новосибирска составила не менее 500 часов без поломок основных деталей.

Многочисленные испытания показали, что машина″Тайфун-130″ способна забивать без промежуточных очисток от грунтового керна в супесчаные и суглинистые грунты трубные плетидиаметром 325 мм на длину не менее 30 м со скоростью 3…6 м/час. Аналогичная ″Тайфуну-130″ по энергии удара машина HERKULES фирмы ″Тракто-Техник″ имеет в 1.5 раза большую длину (1900 мм) при более высоком (на 30%) расходе воздуха.

191

Сравнительно небольшие длина (1350 мм) и масса (230 кг) позволили успешно применить машину ″Тайфун-130″ для забивания шпунта типа ″Ларсен-IV″ на глубину 10 м при сооружении подпорных стен.

″Тайфун-130″ эксплуатируется с июля 1996г. в Иркутске, в2001г. эта машинабылаподвергнутамодернизации;смая 1997г. такая жемашинаработает вМоскве при сооружениивертикальныхопор (объем работ 2- 3кма год); в Тобольске″Тайфун-130″ применяется савгуста 1998г.; вКрасноярске–с конца 2006 г. , в Находке–с 2008г., в Нефтеюганске–двемашиныс2010г. пневмомолоты ″Тайфун-130″ используются для сооружения свайныхоснований.

″Тайфун-190″. При расходе воздуха от

одинаковую с ней энергию удара и способна выполнять такую же работу. Сравнение с зарубежным аналогом – пневмомолотом HERKULES фирмы Тракто-Техник по энергии удара такжесвидетельствует в пользу″Тайфуна– 190″. При одинаковом расходе воздуха его энергия удара выше, чем у аналога. Машины ″Тайфун-190″ работают: в Литве – с 1998 г.; в Одессе – с

1999 г.; в Красноярске одна машина – с 2000 г., две – с 2002 г. и еще одна – с 2005 г.; в Набережных Челнах – с 2001 г.; в Барнауле – с 2002 г.; в Новосибирске – с 2002 г.; во Владивостоке – с 2003 г.; в Ноябрьске – с 2004 г.; в Казань с 2004 г. по 2010 г. поставлено девять машин ″Тайфун-190″; в Польше – две машины с 2004 г.; в Омске – с 2005 г.; в Москве – с 2005 г., в Перми – с 2005 г.; в Йошкар-Оле две машины – с 2006 г.; в Башкортостане

– с 2009 г.

Высокие удельные энергетические показатели машины, облегченный запуск и надежность работы обеспечили успешное ее применение для забивания стальных труб диаметром 377 мм в болотистой местности для сооружения фундаментов опор линии электропередачи (рис. 3).

192