1010

ПРЕДИСЛОВИЕ

Уплотнители твердых бытовых и промышленных отходов (компакторы) – это высокоэффективные многоцелевые машины, выполняющие операции уплотнения, измельчения и планировки отходов и изолирующих слоев грунта. Операции уплотнения являются важнейшими операциями технологии утилизации отходов. Машины, помимо высокоэффективного уплотнения и измельчения отходов, должны обеспечивать требуемую ровность поверхности после укладки изолирующих материалов.

Обеспечение максимально возможной плотности закладки твердых бытовых и промышленных отходов (ТБПО) является ключевым элементом современной технологии эксплуатации полигонов ТБПО. Высокая плотность закладки ТБПО достигается применением в технологическом цикле специальных уплотняющих машин. Компакторы обеспечивают экономное использование проектного объема размещения отходов на полигонах, сокращают в разы потребные земельные площади, повышают уровень экологической и санитарноэпидемиологической безопасности, уменьшают вероятность возникновения пожаров и существенно улучшают агрохимические свойства участков полигонов, а также создают благоприятные условия их рекультивации.

Инновационное совершенствование компакторов связано с развитием перспективных тенденций машиностроения: широким использованием в конструкции машин электрогидравлических систем управления, компьютеризации, интеллектуализации и гибридизации машин, созданием многоцелевой техники с обеспечением высокого уровня комфорта и безопасности работы оператора, повышением надежности техники, обеспечением эффективного сервиса и оптимизации параметров. Использование достижений фундаментальных наук (нанотехнологических материалов, ультра- и инфраколебаний) и современных технических средств (видеокамер, бортовых микропроцессорных систем и информационных технологий) является перспективным резервом повышения эффективности.

3

Проблемы создания эффективных компакторов на основе реализации инновационных программ решаются в комплексе с обеспечением повышения уровня их эксплуатационной надежности. На этапе производственной эксплуатации важно, чтобы машины соответствующего типоразмера эксплуатировалась в таких условиях, в которых они дают наибольший эффект.

Основное внимание в учебном пособии уделено устройству и особенностям конструкции современных уплотнителей ТБПО, методам определения их оптимальных технических и эксплуатационных параметров и выбора компакторов в зависимости от условий эксплуатации. Рассмотрены требования, предъявляемые к этим машинам на территории Российской Федерации. Материал по конструкции основных типоразмеров машин составлен с использованием эксплуатационной документации на компакторы отечественных производителей: ЗАО «Раскат» и ООО «Челябинский тракторный завод – Уралтрак». Авторы признательны главному конструктору ЗАО «Раскат» Р.Д. Окулову и главному конструктору КЦ ДСМ

ООО «ЧТЗ–Уралтрак» канд. техн. наук Л.В. Вершинскому за предоставленную информацию.

Впервые в структуру пособия введен раздел по определению оптимальных основных технико-эксплуатационных параметров компакторов: массы m, энергонасыщенности N/m, производительности П, скорости и других – в зависимости от условий эксплуатации. Метод, разработанный в МАДИ 2 , основан на анализе теоретической модели четвертой координаты (времени) рабочего цикла машин. Установленные оптимальные значения основных параметров на этапе проектирования используются для составления технического задания на разработку машины. На этапе эксплуатации полученная информация может быть реализована при выборе наиболее эффективного компактора в зависимости от условий эксплуатации.

Расчет элементов машин на прочность введен в учебное пособие на основании руководящего документа РД 24.220.03–90 «Ма-

4

шины строительные и дорожные. Нормы расчета». Методика расчета составлена сотрудниками ЗАО «ВНИИСтройдормаш» под руководством д-ра техн. наук, проф. Э.Н. Кузина.

Разделы учебного пособия: предисловие, главы 1, 4, 5 и заключение написаны д-ром техн. наук, проф. В.И. Баловневым (МАДИ). Главы 2, 3 написаны канд. техн. наук Р.Г. Даниловым (НАМИ). Главы 6 и 7 написаны канд. техн. наук, доцентом К.Г. Пугиным (ПНИПУ). Общее редактирование книги выполнено д-ром техн. наук, проф. В.И. Баловневым.

Авторы не считают, что вопросы, затронутые в учебном пособии, рассмотрены с исчерпывающей полнотой, и примут с благодарностью критические замечания по структуре и содержанию книги.

5

Рис. 1. Классификация машин для уплотнения ТБПО

Расчетные контактные давления развиваются на торцовых поверхностях кулачков при воздействии всего веса катка только на один ряд кулачков, установленных на образующей вальца. При этом контактные давления могут превосходить 10 МПа (100 кгс/см2).

Толщина уплотняемого слоя связана с опорной поверхностью кулачка и возрастает с увеличением последней. Увеличение опорной поверхности приводит к появлению сегментных вальцов, у которых кулачки напоминают сегменты.

Большое значение имеют также размеры опорных поверхностей кулачков. За однократное действие кулачка уплотнение распро-

7

страняется на глубину 2,5b, где b – минимальный размер опорной поверхности кулачка. Таким образом, размеры активной зоны увеличены по сравнению с обычными ее значениями 2b. Это объясняется тем, что в этом случае ввиду больших удельных давлений образуется весьма плотное грунтовое «ядро», которое как бы удлиняет кулачок [21]. При последующих проходах этот уплотненный слой как бы наращивается, что происходит за счет сдавливания с ним рыхлого слоя, расположенного выше. Такое «наращивание» плотного слоя может идти до величины, примерно равной 4b. Для выбора минимального поперечного размера опорной поверхности кулачка, м, рекомендуется следующая формула:

b 0,25 Hп,

где Hп – толщина уплотняемого слоя грунта или ТБПО, м.

Длина кулачков определяет собой ту глубину, на которую они могут погружаться в уплотняемый материал при укатке, поэтому при уплотнении рыхлых материалов длина кулачков автоматически ограничивает верхний предел удельного давления. После превышения этого предела уплотнитель начинает опираться на грунт не только кулачками, но и поверхностью вальца. Понятно, что этот предел зависит не только от длины кулачка, но и от свойств уплотняемого материала.

В случае излишне большой длины кулачков при первых проходах катка, когда уплотняемый материал находится еще в рыхлом состоянии, будут развиваться избыточные напряжения, которые повлекут за собой выдавливание материала в стороны, что снизит эффект уплотнения и повысит необходимое для движения машины тяговое усилие. Это затруднит также наращивание слоя при последующих проходах катка. Вместе с тем при недостаточной длине кулачки не смогут погружаться в материал на необходимую глубину и поэтому нижняя часть уплотняемого слоя останется непроработанной.

Длина кулачков L должна быть такой, чтобы после полного погружения в грунт расстояние от опорной плоскости кулачков до поверхности ранее уплотненного материала не превышало 2,5b [21].

8

Это расстояние определяет толщину слоя грунта, которая может быть доведена до требуемой плотности.

Опытные толщины слоев уплотняемого материала для уплотнителей разной массы отличаются незначительно. При росте контактного давления в 4–5 раз оптимальная толщина возрастает в 1,5–2 раза и для машин с контактным давлением 4–6 МПа (40–60 кгс/см2) достигает

10–15 см.

Между диаметром вальца D и длиной кулачка L установлено соотношение D/L = 5,5…7,0.

Ширина вальца определяется из условия достаточной устойчивости.

Количество кулачков должно быть возможно большим. С ростом числа кулачков, приходящихся на 1 м2 поверхности вальца, уменьшается пластическое течение материала из-под контактных поверхностей в стороны и снижается число проходов. Оптимальное число кулачков, приходящихся на 1 м2 поверхности вальца, для уплотнителей с опорной поверхностью 100–140 см2 составляет 15–20. На поверхности вальца кулачки располагают в шахматном порядке.

Кулачки подразделяются на два основных типа: реверсивные и нереверсивные. Реверсивные кулачки работают одинаково при перекатывании вальца как в одну, так и в другую сторону. Нереверсивные кулачки при перемене направления вращения вальца оказывают на опорную поверхность различное действие. Применение тех или иных кулачков зависит главным образом от технологических особенностей процесса уплотнения отходов, принятого на данном конкретном полигоне.

Вес уплотнителя определяют по заданному контактному давлению

Q = 0 Fz,

где 0 – контактное давление на опорной поверхности кулачка, Па; F – опорная поверхность кулачков, м2; z – число кулачков в ряду, расположенном по образующей вальца.

9