ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов IV Международной научно-практической конференции

________________________________________________________________________________

УДК 625.851

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОТЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧЕГО ОРГАНА АСФАЛЬТОУКЛАДЧИКА

С.А.Милюшенко, кандидат технических наук, доцент; Н. В. Ильин, магистрант группы АПм-19МАZ1;

В. В. Голубенко, кандидат технических наук

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

образования «Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)», Омск, Россия

Аннотация. В данной статье рассматривается проект улучшения дорожной инфраструктуры Российской Федерации на период с 2018 до 2024 года, указаны качественные показатели уплотнения асфальтобетона, представлен график степени уплотнения асфальтобетона по Маршаллу, таблица влияния качества уплотнения на прочность и устойчивость асфальтобетона в дорожном покрытии на образование колеи,описание процесса уплотнения асфальтобетона выглаживающей плитой асфальтоукладчика и часть математической модели, расчётная схема модели для подсистемы «Рабочая плита».

Ключевые слова: система управления, уплотнение асфальтобетонного покрытия, асфальтоукладчик, строительство дорог.

THE IMPROVEMENT OF THE AUTOMATIC CONTROL SYSTEM OF THE

ASPHALTPAVER WORKING BODY

S.A. Milyushenko, candidate of technical sciences, docent; N.V. Ilyin,master student,APM-19MAZ1;

V. V. Golubenko, candidate of technical sciences;

Federal State Budget Educational Institution of Higher Education «The Siberian State Automobile and Highway University», Omsk, Russia

Abstract. This article discusses the Russian Federation road infrastructure improvement project for the period from 2018 to 2024.We have indicated qualitative indicators of asphalt concrete compaction, a graph of the degree of compaction of asphalt concrete according to Marshall, a table of the effect of compaction quality on the strength and stability of asphalt in road surface on rutting, a description of the process of compaction of asphalt concrete is presented the screed of the paver and its mathematical model, the design model for the subsystem «Working paver».

Keywords: control system, compaction of asphalt concrete pavement, paver, road construction.

Введение

Внастоящий момент в России числится 5,1тысячкилометров скоростных автодорог (магистралей высшей технической категории), к 2024 году их протяженность вырастет до 17,6тысяч километров. По указу президента Российской Федерации был разработан национальный проект «Безопасные и качественные автомобильные дороги»[1], целью и задачей которого является улучшение дорожной инфраструктуры, в том числе, увеличение количества и качества дорог, так же повышение безопасности дорожного движения. Срок реализации национального проекта: с декабря 2018 года по 2024 год. Для действующего проекта важным критерием является улучшение качестваасфальтобетонного покрытия.

Помимо количества созданной дорожной инфраструктуры важное место занимают такие качественные показатели, как эксплуатационные свойства, надёжность, экономические показатели, что в свою очередь соотносится с потребностями и критериями реализуемого национального проекта«Безопасные и качественные автомобильные дороги».

Всвязи с этим, данная проблема имеет высокую актуальность, поскольку затрагивает важность создания асфальтобетона с высокой плотностью. В данной работе рассматриваетсяэксперимент, направленный на изучение плотности асфальтобетона и его взаимосвязь с эксплуатационными

103

Направление 1. Транспортное и строительное машиностроение

________________________________________________________________________________

свойствами укладываемого покрытия. Представлена расчётная схема выглаживающей плиты асфальтоукладчика, которая является первичным инструментом, влияющимна плотность укладываемого асфальтобетонного покрытия.

Важным критерием в оценке качества асфальтобетонного покрытия является его плотность – ГОСТ 3900-85[2], которая является результатом процесса уплотнения асфальтобетонной смеси – СНиП 3.06.03-85 [4]. Первоначальным воздействующим фактором для создания уплотнения асфальтобетонной смеси служит асфальтоукладчик, а именно– его рабочий орган (выглаживающая плита).

Описание процесса уплотнение асфальтобетона выглаживающей плитой асфальтоукладчика и его расчётная схема.Основным направлением борьбы дорожных служб с колейностью асфальтобетонных покрытий является повышение деформативнопрочностных свойств и усталостной выносливости материалов покрытий. В связи с этим перед техническим прогрессом стоят задачи повышения производительности и экономическая составляющая процесса укладки асфальтобетонной смеси с высокой плотностью.

Для решения проблемы с колейностью на автомобильных дорогах различных категорий необходимо включить высококачественное уплотнение асфальтобетона, которое происходит в первую очередь за счёт воздействия выглаживающей плиты асфальтоукладчика на материал дорожного покрытия.

По действующему СНиП 3.06.03-85 коэффициент уплотнения, используемый в России в долях 1,0, а зарубежном в долях 100%, должен быть не ниже 0,99 или 99% для асфальтобетона из плотных смесей типов А и Б и 0,98 или 98% из плотных смесей типов В, Г и Д, а также для пористых и высокопористых асфальтобетонов, от объемного веса переформованных и уплотненных в лаборатории образцов.

На рисунке 1 построен график влияния качественных показателей уплотнения асфальтобетона на степень появления пластической колеи на его поверхности. График сделан по данным лабораторного теста немецкого профессора Эльк Рихтера [5]. Проведённый эксперимент получил название «Гамбургский тест на колейность».

Рисунок 1– Степень уплотнения асфальтобетона по Маршаллу, %.

Из данного графика следует, что при степени уплотнения 101,3 – 101,5% по Маршалу, что близко по нормамроссийского ГОСТа к коэффициенту уплотнения 1,01 – 1,02 (ГОСТ 1280198) [3]. На мелкозернистом плотном асфальтобетонеиспользующим толькоевробитум В65 количество необходимых циклов нагружения тестового колеса гамбургского колеемера возрастает примерно в 5 раз по сравнению с асфальтобетоном, уплотненным только до 98,3%, что близко к российскому коэффициенту уплотнения 0,99. И это количество составит около 15000, 26000 или 42000 циклов вместо 3100, 5200 или 8500 циклов для появления на покрытии колеиглубиной 10, 15 и 20 мм.

В таблице 1 показанырезультаты лабораторных опытов Э. Рихтера по уплотнению асфальтобетона.

Таблица1–Влияние качества уплотнения на прочность и долговечность асфальтобетона в дорожном покрытии и образование колеи.

При анализе данной таблицы можно сделать вывод, что при повышении коэффициента уплотнения от 0,99 до 1,02 прочность и долговечность асфальтобетонного покрытия повышается на 35% и 40%. При этом резко уменьшается колееобразование. Анализируемые данные в таблице 1 наглядно демонстрируются графиком нарисунке 1 из которого видно, что по сравнению с нормативно

104

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

________________________________________________________________________________

уплотнённым асфальтобетоном (Ку=98,3% по Маршаллу) более плотный слой (Ку=101%) способен преодолеть более чем четырёхкратное увеличение количества циклов нагружения тестовым колесом до появления колеи одинаковой глубины. Это подтверждает важность повышения требований к качеству уплотнения. В процессе уплотнения характеристики материала изменяются. Повышаетсясцепление и внутренне трение (вязкость), из чего следует увеличениτ max е прочности, модулей упругости и деформаций. Растёт также сдвигоустойчивость ( ) материала в соответствии с уравнением Кулона:

(1)

где N – вертикальные (нормальные) давления на площадке сдвига; ρ, C – внутреннее трение и сцепление в материале.

Что наглядно проявляется в снижении погружения вальца в материал и меньшем волнообразовании перед ним. Из-за этого, в свою очередь, уменьшаются пористость, определяющая долговечность, и такие важные характеристики, как коэффициенты сопротивления качению и сцепления вальцов катка с уплотняемым материалом.

Важно понимать, что в основе эксперимента поставлена цель создать вертикальные и горизонтальные нагрузки похожие на реальное воздействие колеса транспортного средства на дорожном покрытии. При контакте колеса транспортного средства с покрытием возникают динамические вертикальные, поперечные, продольные касательные силы, размер которых зависит от характеристик транспорта, шин, нагрузки, природно-климатических условий.

Можно предположить, что при более высоком уплотнении асфальтобетона в покрытии возможно снижение глубины колеи с 10, 15 и 20 мм соответственно до размера 2 – 2,5; 3 – 3,5 или 4 – 4,5 мм при тех же циклах нагружения 3100, 5200 или 8500.Что может являться потенциальным резервом в борьбе с колейностью, которой могут воспользоваться российские дорожники, если освоят передовую технологию высококачественного уплотнения асфальтобетонных покрытий. Не только на простых битумах, но и на модифицированных.

Поскольку первичным воздействующим элементом на асфальтобетонную смесь является выглаживающая плита асфальтоукладчика, то следует рассмотреть принцип работы выглаживающей плиты с помощью расчётной модели, которая наглядно продемонстрирует воздействие, приводящие к уплотнению асфальтобетонной смеси.

Важным направлением с точки зрения цели моделирования в работе выглаживающей плиты является реализация рабочего процесса «накопления» вертикальной координаты или толщина уложенного слоя асфальтобетонного покрытия при неизменных координатах точек соединения выглаживающей плиты к подвеске выглаживающей плиты. Это связано с поднятием или опусканием выглаживающей плиты при соответственно положительном или отрицательном угле атаки плиты.

Для решения задачи моделирования подсистемы «Рабочая плита» [6, c.54] использовалась расчетная схема на рисунке 2.

Y4

0Рисунок 2 – Расчётная схема модели для подсистемы «Рабочая плита» X4

Вначальный момент времени рабочая плита на рисунке 2 находится в положении 1-2. Точка 2 является точкой крепления подвески рабочей плиты, ее высотное положение характеризуется

высотной координатой Y2i, где i = «л» или «п» – индекс, обозначающий принадлежность точки крепления к левому или правому управляющему гидроцилиндру.

При движении асфальтоукладчика рабочая плита перемещается в положение 1``-2``. Для выяснения высотного положения точки 1``, которая и определит∆ толщину укладываемого слоя на текущем шаге расчета, необходимо определить величину Y – изменение вертикальной координаты

105

Направление 1. Транспортное и строительное машиностроение

________________________________________________________________________________

от взаимодействия рабочей плиты с асфальтобетоном. ∆ПриY = sinдвижении(γ) ∙ X асфальтоукладчика со скоростью Vасфточка 1 рабочей плиты через момент времени

В рамках показанной расчётной модели для подсистемы «Рабочая плита» можно рассчитать эффективные показали, которые зависят от входящих данных и с помощью которых можно произвести расчёт оптимального режима работы для подсистемы «Рабочая плита».

Заключение

Основная задача работы автоматической системы управления выглаживающей плиты асфальтоукладчика – получение ровного асфальтобетонного покрытия с максимально возможным коэффициентом уплотнения (0,98 – 1,0). Для обеспечения таких показателей необходимо комплексное решение данной задачи. Это обеспечение требуемой плотности асфальтобетонного покрытия, так же соблюдение температурного режима укладки и температуры самой асфальтобетонной смеси, и наличия современной системы управления выглаживающей плитой асфальтоукладчика (представлена на схеме рисунок 2).

Так же можно сделать вывод, что каждое последующее уплотнение асфальтобетонного покрытия на 1% по Маршаллу кратно увеличивает износостойкость дорожного полотна к колейным нагрузкам, при условии, что плотность дорожного полотна свыше 99% по Маршаллу. Текущее исследование приводит к дальнейшим научным изысканиями по поиску оптимального соотношения между издержками в реализации подхода к укладке асфальтобетона и результатами от внедрения технологии.

Библиографический список

1.Правительство Российской Федерации: официальный сайт. – Москва. – Обновляется в течение суток. –

URL:http://government.ru/projects/selection/733/35558/(дата обращения: 26.03.2020).

2.ГОСТ 3900-85. Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности (с Изменением № 1, с Поправкой)

=Petroleumandpetroleumproducts. Methodsfordeterminationofdensity. межгосударственный стандарт: введён взамен ГОСТ 3900-47: утвержден и введен в действие Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 20 декабря 1985 г. № 4544 : дата введения 1987-01-01 / разработан и внесен Министерством химической и нефтеперерабатывающей промышленности СССР. – Изд. Официальное.– Москва: Стандартинформ, 2006. – 29 с.

3.ГОСТ 12801-98. Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методыиспытаний (сИзменением № 1) = MATERIALS ON THE BASIS OF ORGANIC BINDERS FOR ROAD AND AIRFIELD CONSTRUCTION. TestMethods. межгосударственный стандарт: введён взамен ГОСТ 1280184: введен в действие с 1 января 1999 г. в качестве государственного стандарта Российской Федерации постановлением Госстроя России от 24 ноября 1998 г. № 16: дата введения 1999-01-01 / разработан Корпорацией "Трансстрой", Государственным дорожным научно-исследовательским и проектным институтом Союздорнии Российской Федерации. – Изд. официальное.– Москва: ГУП ЦПП, 1999. –34 c.

4.СНиП .06.03-85. Автомобильные дороги. Строительные нормы и правила: утв. Госстроем СССР 20.08.1985: Взамен СНиП III-40-78: срок введения в действие 1 января 1986 / Госстрой России. – Изд. офиц. – Москва : ФГУП ЦПП, 2005. – 44 с.

5.Милюшенко, С. А. Совершенствование системы управления выглаживающей плитой асфальтоукладчика: дис. … канд. техн. наук: 05.05.04 / С. А. Милюшенко; науч.рук.В. С. Щербаков;СибАДИ. – Омск:СибАДИ, 2008. – 164 c.

6.NationalAcademyofSciences: научная электронная библиотека: сайт. – Вашингтон. 2020 –

URL:https://www.nap.edu/read/22242/chapter/1(дата обращения 26.03.2020).

106