Машины по содержанию и ремонту автомобильных дорог и аэродромов

4.МАШИНЫ ДЛЯ РЕМОНТА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

ИАЭРОДРОМОВ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭТИХ РАБОТ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ

4.1.Машины и оборудование для производства современных материалов для ремонта

При движении по автомобильным дорогам и аэродромам транспортных средств появляются деформации дорожных одежд в виде сквозных проломов, выбоин, колей, волн, истирания (износа) покрытий. За исключением проломов все виды деформации захватывают только верхние слои дорожной одежды, преимущественно покрытие, и делают ее поверхность неровной.

Проломы – разрушения дорожных одежд на всю толщину до подстилающего грунта. Обычно они возникают на полосах наката, на которых сосредоточивается движение колес. Образуются преимущественно в периоды переувлажнения подстилающего грунта при несоответствии конструкции дорожной одежды типам автомобилей или интенсивности движения. Опасность возникновения проломов при пропуске тяжелых нагрузок может быть установлена контрольными расчетами дорожных одежд или их испытаниями.

Выбоины – местные поверхностные разрушения покрытий в виде углублений – возникают от ударов колес при переездах через неровности покрытия. Причиной выбоин является, как правило, недостаточная связность покрытия, использование загрязненного щебня, включения непрочных каменных материалов и т.п. На малосвязанных щебеночных и гравийных покрытиях в большинстве случаев выбоины имеют плавный продольный профиль, уравнение которого может быть выражено волной синусоиды или параболой. На покрытиях асфальтобетонных или щебеночных, укрепленных органическими вяжущими, выбоины обычно имеют крутые края.

При переезде автомобиля через образовавшуюся в одном месте выбоину происходит удар колеса, который вызывает колебания кузова на рессорах. Во время дальнейшего движения в местах обжатия рессор при колебаниях на покрытия передаются нагрузки, превышающие статическое давление. Поэтому одна своевременно не

202

заделанная выбоина может явиться причиной возникновения на дороге цепи выбоин, расположенных примерно на одинаковых расстояниях друг за другом. При массе М, приходящейся на одно колесо, и коэффициенте жесткости рессоры k (нагрузка в ньютонах, необходимая, чтобы сжать рессору на 1 см) период колебания кузова автомобиля на рессорах

T 2πM/k .

При скорости движения автомобилей ν (в км/ч) выбоины будут располагаться на расстоянии (в м)

l 2πν M , 3,6 k

которое равно пути, проходимому автомобилем за период одного колебания кузова.

По расчетам, для средних эксплутационных скоростей автомобилей расстояние между выбоинами должно составлять 2,5…3,5 м, что и наблюдается в действительности.

Поперечные трещины на усовершенствованных покрытиях нежесткого типа вызываются быстрыми резкими понижениями температуры. Весной в период оттаивания на участках с перенасыщенным влагой земляным полотном на покрытии возникает тонкая сетка трещин, как бы разделяющих покрытие на отдельные квадраты. Это свидетельствует о значительном снижении прочности дорожной одежды, которая, если не закрыть движения, может разрушиться.

Колеи на дорогах с твердым покрытием представляют собой понижение поверхности в местах сосредоточения проходов по одному следу. Обычно они образуются на дорогах с малой шириной проезжей части (4,5…5,5 м). Колеи возникают преимущественно от просадок дорожной одежды при слабом подстилающем грунте в период вскрытия пучин и в меньшей степени от износа покрытия.

Сдвиги – смещения асфальтобетонных покрытий и покрытий из щебня или гравия, обработанных органическими вяжущими мате-

203

риалами. Они образуются в направлении движения автомобилей в местах частых и интенсивных торможений – на крутых спусках, у перекрестков, перед светофором, у троллейбусных и автобусных остановок. Сдвиги обычно возникают при избытке вяжущего в жаркие летние периоды, когда покрытия размягчаются и становятся пластичными.

Волны – неровности в виде чередующихся поперечных гребней

ипонижений, располагающихся примерно на равных расстояниях друг от друга – через 0,9…1,2 м. Они хорошо видны ночью, при свете фар по отбрасываемым ими теням. Появление волн обычно связывают с колебаниями колес автомобиля, поскольку расстояние между волнами соответствует пути, проходимому автомобилем за период одного колебания пневматика (около 0,1 с). Наиболее интенсивно происходит образование волн на дорогах при колонном движении однотипных автомобилей. Особенно подвержены образованию волн гравийные дороги.

Для цементобетонных покрытий характерна деформация, связанная с недостаточным качеством их строительства – шелушение поверхности, представляющее собой отслаивание мелких частиц материала покрытия, обычно цементного камня и песка, в результате различия значений коэффициентов температурного расширения

ирасклинивающего действия воды, замерзающей в мелких трещинах. Шелушение бетона часто вынуждает укладывать на бетонную дорогу слои асфальтобетона после нескольких лет эксплуатации слоя асфальтобетона.

Износ – относительно равномерное по площади уменьшение толщины покрытия. Износ тем более равномерен, чем прочнее материал покрытия. Основная причина износа малосвязанных покрытий (щебеночных и гравийных) – в выбивании колесами из покрытия отдельных щебенок в сухой период года, сметание мелких частиц с покрытия ветром и воздушными вихрями при движении автомобилей или смывание их водой. Для усовершенствованных покрытий наиболее характерен износ и стирание их поверхности шинами.

Всвязи с продольными и поперечными колебаниями автомобилей при движении давление колес на покрытие то возрастает, то уменьшается. В момент разгрузки колес тяговое усилие временами

204

может превышать сцепление колес с покрытием (F G ). В это

время происходит кратковременное пробуксовывание, которое гасится при последующем нажиме колеса. Фактическая частота вращения ведущих колес обычно на 2…4%, а иногда и более превышает частоту вращения, вычисленную исходя из значения радиусов качения.

Проскальзывание отдельных участков шины происходит и при качении колеса без колебаний при изменении линейной скорости беговой части шины – переходе от зоны контакта к участку свободного вращения, т.е. от rω к r0ω, где ω– угловая скорость

вращения колеса; r – радиус качения; r0 – свободный радиус.

У ведущих колес при передаче вращающего момента участки шины, подходящие к зоне контакта с покрытием, сжимаются, т.к. трение протектора о покрытие тормозит движение шины, а вышедшие из контакта участки растягиваются. При этом в задней части отпечатка происходит интенсивное проскальзывание шины. Проскальзывание участков шины в поперечном направлении связано с явлением бокового увода шины.

Во всех случаях при проскальзывании отдельных участков шины впившиеся в протектор песчинки и пылеватые частицы действуют как абразив, истирающий покрытие. На малосвязанных покрытиях (щебеночных или гравийных) проскальзывающие участки шины могут выдергивать из покрытия отдельные щебенки. Это ярко проявляется в первые дни после устройства поверхностных обработок, когда щебенки, отбрасываемые колесами идущих впереди автомобилей, разбивают ветровые стекла следующих за ними автомобилей.

Износ покрытий зависит от прочности каменного материала, тщательности выполнения строительных работ, своевременности проведения текущих ремонтов, а также от типа автомобилей, степени их нагрузки, скорости движения и типа шин.

Нарастание износа дорожной одежды (мм/год) под действием проезда автомобилей выражается зависимостью

И = А + ВТ,

205

где А – износ от влияния атмосферных факторов (выветривание); В – параметр, зависящий от конструкции дорожной одежды, со-

става и скорости движения;

Т– среднегодовая суточная грузонапряженность движения, млн

тбрутто.

Для покрытий разных типов параметры А и В имеют следующие значения:

Меньшие значения относятся к менее прочным каменным материалам.

Поскольку при ремонтах автомобильных дорог и аэродромов ведется восстановление слоев дорожной одежды, на что требуются современные дорожно-строительные материалы, рассмотрим особенности конструкций машин и оборудования для производства таких материалов.

4.1.1. Машины и оборудование для получения кубовидного щебня

Операции дробления и измельчения широко применяются в производстве дорожно-строительных материалов, наиболее распространенным из которых является щебень. В зависимости от механикоконструктивных особенностей и основного метода дробления (раздавливание, раскалывание, удар, истирание) применяемое оборудование делится на две группы [1, 2]: дробилки и мельницы. В дробилках рабочие органы между собой не соприкасаются, а пространство между ними заполняется дробимым материалом. В мельницах дробящие органы могут соприкасаться между собой. Дробилки применяются для измельчения сравнительно крупных кусков (на-

206

чальный размер до 1500 мм), а мельницы – для получения порошков с размером частиц не более 0,1…0,3 мм, при этом размер начальных кусков составляет 2–60 мм [1].

По конструктивным признакам дробилки подразделяются на следующие группы [1]:

–щековые, в которых разрушение материала происходит при сближении подвижной и неподвижной щек;

–конусные, в которых разрушение материала происходит между внешним подвижным конусом и концентрически расположенным внутренним конусом, совершающим обкатку на эксцентричной оси;

–валковые, в которых материал разрушается между двумя валками, вращающимися навстречу друг другу;

–ударные дробилки, в которых разрушение материала производится при ударе вращающихся шарнирных или жестких бил, а также при ударе о стенки камеры дробления под действием центробежных сил.

По конструкции и принципу действия различают следующие типы мельниц [1]:

–барабанные шаровые, в которых материал измельчается внутри вращающегося барабана, заполненного шарами (стержнями);

–роликовые маятниковые, в которых материал измельчается между неподвижным кольцом и вращающимися шарнирно подвешенными роликами;

–роликовые (шариковые) кольцевые, в которых размол материала осуществляется между роликами и вращающимся кольцом, служащим дорожкой катания;

–молотковые, в которых измельчение производится быстровращающимися шарнирными или жестко закрепленными молотками;

–вибрационные, в которых измельчение производится между мелющими телами, загруженными в вибрируемый корпус;

–мельницы струйной энергии, измельчение в которых производится за счет соударения частиц друг с другом и со стенками камеры при их движении в турбулентном воздушном потоке.

Основные принципы конструкции большинства дробилок были разработаны еще в XIX веке: валковые дробилки появились в Англии в 1806 году; щековые – в США в 1858 году; там же конусные и

207