Грунтосмесительные машины

Существуют два способа перемешивания минеральных материалов с вяжущими на полотне дороги – принудительный и свободный. Материалы перемешиваются: в первом случае – дорожными фрезами и однопроходными грунтосмесителями, во втором случае – машинами ножевого типа (бульдозерами, грейдерами, автогрейдерами).

Дорожные фрезы предназначены для рыхления, измельчения грунта и перемешивания его с вяжущими материалами за несколько проходов, а грунтосмесители – за один проход. Дорожные фрезы входят в группу передвижных грунтосмесительных машин, оснащенных одним активным рабочим органом фрезерного типа. Они применяются при строительстве оснований и покрытий дорог методом укрепления грунтов органическими или минеральными вяжущими материалами.

Основными показателями фрезы являются потребляемая мощность, глубина и ширина обработки, рабочие скорости. Удельная мощность фрезы находится в пределах 250-300 кВт/м². Глубина обработки зависит от мощности силовой установки, рода грунта, конструкции ротора и достигает 20-30 см. Ширина обрабатываемой полосы равна длине ротора и должна перекрыть следы от колес или гусениц базового тягача. В среднем она равна 2,5-3 м.

Опыт применения дорожных фрез показал, что при раздельном выполнении операций технологического процесса укрепления грунта, т. е. при многопроходной схеме его обработки, возникают существенные затруднения в организации работ по повышению производительности строительного потока. Здесь лучше себя показывают однопроходные грунтосмесители, представляющие собой многороторную передвижную машину, осуществляющую одновременно измельчение грунта, ввод в него вяжущего, перемешивание смеси и распределение ее по ширине обрабатываемой полосы, предварительное уплотнение смеси.

Грунтосмесительная машина ДС-162 (рис. 12.1) предназначена для перемешивания материалов дорожного полотна с минеральными вяжущими, предварительного уплотнения конструктивных слоев дорожного полотна. Машина выполнена в виде полуприцепа, шарнирно соединенного с рамой трактора К-701. Рабочий орган выполняет перемешивание материала основания с минеральными вяжущими за один проход машины. Автоматический режим управления рабочим органом осуществляется с помощью системы «Профиль-30».

Рис. 12.1. Общий вид грунтосмесительной машины ДС-162:

1 - тягач; 2 - гидрооборудование; 3 - рама полуприцепа; 4 - гидроцилиндр;

5 - система влагораспылителя; 6 - установка вибробруса; 7 - колесный ход;

8 - рабочий орган; 9 - подвеска рабочего органа

На строительстве автомобильных дорог широко применяется дорожная фреза ДС-74А, которая предназначена для измельчения грунта, перемешивания его с вяжущими материалами при строительстве дорожных оснований и покрытий автомобильных дорог и аэродромов методом укрепления грунта.

ДС-74 создана на базе пневмоколесного трактора Т-158. Трактор имеет ходоуменьшитель, ходовую часть со всеми ведущими колесами и обеспечивает 12 скоростей движения вперед и четыре скорости назад в пределах 0,1-4 км/ч.

Ротор дорожной фрезы предназначен для размельчения грунта и перемешивания его с вяжущими материалами. Этот ротор расположен перпендикулярно продольной оси машины. По длине вала ротора установлено определенное число лопастей, смещенных одна относительно другой на определенный угол. В сечении ротора могут быть расположены две, три или четыре лопасти. Поэтому на роторе образуются двух-, трех- или четырех заходные винтовые линии.

В зависимости от конструктивного исполнения лопастей возможны различные виды крепления ножей: жесткое, шарнирное и упругое (рис. 12.2). Для роторов с жесткими и шарнирными лопастями применяют болтовое или клиновое крепление.

Роторы дорожных фрез могут обрабатывать грунт в направлении сверху вниз,т. е. осуществлять резание, начиная от дневной поверхности грунта, или снизу вверх (от нижней части грунтового слоя к дневной поверхности рис. 12.3).

Направление движения

Рис. 12.2. Схемы роторов:

а - с жесткими лопастями; б - с упругими лопастями; в - с шарнирными лопастями; 1 - лопасть; 2 - вал; 3 - секция; 4 - ось; 5 - амортизатор

Схема резания грунта определяет место подачи вяжущего под кожух фрезы. Кожух ротора образует рабочую камеру, в которой происходит измельчение грунта и перемешивание его с вяжущими материалами, и формирует поверхность слоя готовой смеси. Он может быть выполнен плавающим или жестко закрепленным.

Весь цикл технологических операций по укреплению грунта выполняется фрезой за несколько проходов по одному месту, при этом последовательно осуществляются измельчение грунта, перемешивание его с вяжущими материалами, дозировка и распределение вяжущих материалов или воды, перемешивание их с грунтом.

Для укрепления грунтов применяют минеральные (цемент, известь и др.) и органические (битум, каменноугольный деготь, битумные эмульсии) вяжущие материалы. В случае применения жидких органических вяжущих материалов их дозирование и равномерное распределение производятся дорожной фрезой. При укреплении грунта цементом дозирование и распределение его осуществляются цементовозом-распределителем ДС-72. В этом случае фреза сначала производит сухое перемешивание смеси, затем с увлажнением. Увлажнение производится с помощью дозировочной системы фрезы или поливомоечными машинами. После перемешивания жидких вяжущих или воды с грунтом полученную смесь уплотняют катками.

Фреза ДС-74А (рис. 12.4) состоит из базового трактора Т-158 и навесного рабочего оборудования.

Основным рабочим органом фрезы является ротор (рис. 12.5), который измельчает и перемешивает грунт с вяжущими материалами. Он представляет собой сварную конструкцию, состоящую из трубы с закрепленными на ней держателями для лопаток. Лопатки крепятся в держателях стопорными шайбами.

Рис. 12.3. Схемы резания грунта:

а - в направлении сверху вниз; б - в направлении снизу вверх;

1 - дозатор вяжущего; 2 - вал ротора; 3 - лопасть; 4 - кожух

Крутящий момент передается ротору от вала отбора мощности трактора через конический одноступенчатый редуктор, карданный вал с пневмокамерной муфтой и бортовой редуктор. Бортовой редуктор цилиндрический, одноступенчатый крепится болтами к раме ротора и при работе машины меняет свое положение в пространстве вместе с рамой. Карданный вал с пневмокамерной муфтой служит для передачи крутящего момента на бортовой редуктор и для предохранения трансмиссии машины и рабочего органа от поломок при перегрузке.

Рис. 12.4. Общий вид дорожной фрезы ДС-74А:

1 - толкающий брус; 2 - трактор Т-158; 3 - битумно-водяная система;

4 - гидросистема; 5 - ограничитель заглубления ротора; 6 -система стабилизации глубины; 7 - редуктор; 8 - рама ротора; 9 - плавающий кожух;

10 - ротор; 11 - бортовой редуктор; 12 - карданный вал с пневмокамерной муфтой; 13 - установка кожуха

Рис. 12.5. Ротор дорожной фрезы ДС-74А:

1 - полумуфта; 2 - левая опора; 3 - труба; 4 - правая опора; 5 - крышка;

6 - масленка

Битумно-водяная система фрезы (рис. 12.6) предназначена для подачи жидких вяжущих материалов или воды в зону работы ротора и для дозирования их в заданных пределах. Она состоит из битумного насоса, гидромотора, всасывающего и напорного рукава, распределительной трубы, одноступенчатого цилиндрического редуктора.

Привод битумного насоса осуществляется от гидромотора. Дозирование жидких вяжущих материалов или воды производится путем изменения частоты вращения гидромотора дросселем, уставленным в кабине трактора. Жидкие вяжущие материалы или вода по напорному рукаву подаются в распределительную трубу через сопла и разбрызгиваются на обрабатываемый грунт.

Ротор фрезы закрыт плавающим кожухом. Под кожухом происходит измельчение и перемешивание грунта с вяжущими материалами, а также планирование грунта при выходе из-под крышки. Независимо от глубины обработки кожух всегда находится на поверхности грунта, скользит по нему лыжами. Между кронштейнами рамы ротора и боковыми стенками кожуха шарнирно установлены стяжки, которые обеспечивают постоянный зазор между осью ротора и пазом боковой стенки ротора во избежание защемления кожуха на оси ротора. Для фиксации ротора в транспортном положении служат специальные тяги.

Рис. 12.6. Битумно-водяная система дорожной фрезы ДС-74А:

1 - гидромотор; 2 - редуктор; 3 - битумный насос; 4, 6 - металлорукава;

5 - распределительная труба

Фреза оборудована ограничителем заглубления ротора, который устанавливает его на заданную глубину обработки и фиксирует ротор в транспортном положении. Для автоматического выдерживания заданной глубины обработки грунта (в пределах 0-250 мм) на фрезе предусмотрена система стабилизации глубины.

Гидравлическая система машины предназначена для управления рабочим органом, крышкой кожуха и приводом битумного насоса. Управление рабочим органом осуществляется посредством правой секции гидрораспределителя, при этом золотник может быть установлен в любом из положений: «Подъем», «Нейтральное положение», «Опускание» и «Плавающее положение». Для управления битумным насосом используется левая секция гидрораспределителя, при этом золотник может быть установлен только в двух положениях: «Включен» и «Выключен». Средняя секция гидрораспределителя используется для управления крышкой кожуха.

К грунтосмесителям относят самоходные многороторные машины, выполняющие технологические операции по рыхлению, измельчению, дозированию и распределению вяжущих материалов, а также смешиванию их с грунтом за один проход. Грунтосмесители обычно бывают самоходными.

Самоходный колесный грунтосмеситель ДС-16Б (рис. 12.7) имеет раму, которая опирается на два передних ведущих колеса, и шесть задних ведомых поворотных колес, расставленных на задней оси на всю ширину обрабатываемой полосы. Таким образом, задние колеса предварительно уплотняют грунт. В передней части машины для лучшего обзора находится место оператора и пульт управления, рядом с которым расположен двигатель машины.

Рис. 12.7. Самоходный грунтосмеситель ДС-16Б:

1 - стенка кожуха; 2 - смесительный ротор; 3 - фрезерный ротор; 4 - ротор с винтовыми лопатками; 5 - распределительные трубы; 6 - цистерна

Рабочий орган машины - открытая снизу смесительная камера, внутри которой установлены четыре ротора. Первый ротор 4 с винтовыми лопатками предназначен для глубокого рыхления грунта, второй ротор 3 с фрезерными лопатками - для измельчения грунта и два ротора 2 со смесительными лопастями - для смешивания измельченного грунта с вяжущими материалами. Перед роторами расположены распределительные трубы 5 цемента и битуминозных материалов. Сзади роторов находится планирующая и выглаживающая обработанную смесь стенка 1 кожуха.

На машине установлена цистерна 6 для воды и битуминозных материалов. Цистерна термоизолирована, оборудована поплавковыми показателями уровня жидкостей и обогревательной системой. Обогревательная система цистерны работает на керосине, хранящемся в баке.

Горячие продукты сгорания керосина, подаваемого форсункой проходят через жаровую трубу и разогревают до нужной температуры битум в цистерне.

Грубое дозирование вяжущего материала и воды производится шестеренным насосом путем изменения частоты вращения его вала посредством сменных звездочек. Точное дозирование осуществляется дозатором, установленным на насосе и управляемым вручную с помощью маховика. Привод системы дозирования осуществляется от гидродвигателя НПА-64 через червячно-цилиндрический редуктор и цепную передачу со сменными звездочками.

Рис. 12.8. Схема рабочих органов грунтосмесительной машины ДС-16:

1 - кожух; 2 - задняя разравнивающая стенка; 3, 4 - двухвальный смеситель;

5 - фреза; 6 - рыхлитель

Распределительная труба 5 установлена на раме рабочих органов. Жидкий вяжущий материал или вода вытекают из сопл со щелевидными отверстиями, ввернутых в распределительную трубу. Сопла сменные. Площадь поперечного сечения их отверстий соответствует производительности дозирующего насоса. Распределительная труба соединена с насосом-дозатором быстросъемным гибким рукавом и снабжена краном для перекрытия потока жидкости при остановке дозирующего насоса.

Система распределения сыпучих вяжущих материалов состоит из подводящего резинометаллического рукава, бункера с указателем уровня, рукавных фильтров со встряхивающим устройством, шнека-ворошителя и роторного дозатора. Эта система аналогична системе, применяемой в распределителях цемента.

Гидравлическая система служит для подъема и опускания рабочих органов, для привода дозатора сыпучих вяжущих материалов и для рулевого управления. Тормозами, насосами и муфтами сцепления управляют с помощью пневматической системы, питаемой компрессором.

Ножевые смесители могут быть одноножевыми и многоножевыми. В качестве одноножевых смесителей используют отвалы автогрейдеров. Технология приготовления смеси следующая: грунт выставляется в валик по оси дороги и обрабатывается вяжущими материалами при помощи гудронаторов или цементовозов. Затем круговыми проходами автогрейдера смесь распределяется слоем по земляному полотну. Следующими проходами она вновь собирается в валик. В результате этого процесса происходит перемешивание компонентов смеси между собой. После такого перемешивания смесь увлажняется до оптимальной влажности и вновь перемешивается. Для получения однородной смеси необходимо совершить 20-30 проходов автогрейдера по одному месту.

К недостаткам одноножевых смесителей следует отнести не­высокую производительность из-за большого числа проходов при приготовлении смеси и низкие ее качества.

В многоножевых смесителях рабочим органом являются не­сколько ножей, установленных последовательно один за другим под углом к направлению движения машины.

Автобитумовозы

Автобитумовозы монтируют на автомобильных шасси или компонуют на полуприцепных и автомобильных седельных тягачах.

Отечественной промышленностью выпускаются автобитумовозы ДС-138А на шасси автомобиля КамАЗ-53213, ДС-41А (Д-642А) на шасси седельного тягача ЗИЛ-130 В1 (ЗИЛ-131).

Автобитумовоз (рис. 12.9) состоит из автомобильного тягача с седельным устройством, полуприцепа-цистерны, шарнирно соединенных между собой через седельно-сцепное шкворневое устройство, а также из системы обогрева, средств для закачки и выдачи битума (насоса или компрессора).

Полуприцеп-цистернаоборудована воздушными клапанами, контрольно-измерительной аппаратурой и снабжена теплоизоляционным слоем. Наиболее распространены полуприцепные битумовозы, ходовой частью которых служат автомобильные тягачи. Спереди в транспортном положении цистерна опирается на седельно-сцепное шкворневое устройство, а на стоянке без тягача - на телескопические выносные опоры. Сзади опорой для неё служит одно- или двухосная тележка.

Рис. 12.9. Автобитумовоз ДС-41А (Д-642А):

1 - шасси автомобиля ЗИЛ-130; 2 - огнетушитель; 3 - цистерна; 4 - заливной люк с фильтром; 5 - термометр; 6 - указатель уровня; 7 - горелка; 8 - шибер; 9 - упорное устройство; 10 - бак для керосина; 11 - лоток для рукавов;

12 - битумный насос

Полуприцеп-цистерна представляет собой термоизоляционную емкость эллиптического или цилиндрического сечения.

Термоизоляция состоит из матов стекловолокна, обшитых сверху металлическими листами. Внутри цистерна имеет перегородки (волнорезы) для уменьшения гидравлических ударов при резком торможении. К волнорезам прикреплены две жаровые трубы, проходящие по всей длине цистерны. Сверху цистерна имеет заливные горловины с откидными крышками и сетчатыми фильтрами. Из контрольно-измерительных приборов устанавливаются термометры и указатели уровня поплавкового типа в виде простых металлических реек с делениями.

Различают три способа обогрева вяжущего материала в цистерне: огневой, жидкостный и паровой. В автобитумовозах обычно применяется огневая система обогрева (рис. 12.10).

Огневой способ, позволяющий нагреть битум через жаровые трубы, применим только при наличии насосной установки, обеспечивающей циркуляцию битума внутри емкости и тем самым устраняющей возможность нагрева битума около жаровых труб и увеличивающей скорость разогрева всей битумной массы. При огневом способе в систему обогрева входят жаровые трубы, стационарные горелки или форсунки, средства для подачи воздуха и топлива, а также воздухопроводы.

Все битумовозы обычно оборудуются двумя V-образными жаровыми трубами. При входе в цистерну жаровые трубы имеют уширения с огнеупорной обмазкой. Эти уширения создают топочное пространство, обеспечивая полноту сгорания топлива, подаваемого форсунками. Топливо (керосин) подается к двум стационарным горелкам.

Концы жаровых труб выведены в дымовую коробку, где отходящие газы омывают заднее днище и через верхний патрубок уходят в атмосферу.

Рис. 12.10. Огневая система обогрева битумовоза:

1 - жаровая труба; 2 - стационарная горелка; 3 - вентиль стационарной горелки;

4 - распределительный вентиль; 5 - переносная горелка; 6 - вентиль переносной горелки; 7 - рукав; 8 - балкон; 9 - манометр; 10 - вентиль воздухопровода;

11 - топливный вентиль; 12 - топливный фильтр; 13 - топливный бак;

14 - фильтр горловины; 15 - пробка заливной горловины

Большинство битумовозов оборудовано битумными насосами с системой обогрева. Привод битумного насоса осуществляется от коробки отбора мощности тягача, реже - от специального двигателя.

Оборудование автобитумовоза ДС-138А (рис. 12.11) установлено на шасси автомобиля КамАЗ-53213 и состоит из цистерны с термоизоляцией и облицовкой, насоса с битумопроводами, битумопроводной системы, шибера, поплавкового указателя уровня битума, топливной системы, стационарных горелок, электрооборудования, лотков для металлорукавов.

Рис. 12.11. Общий вид автобитумовоза ДС-138А:

1 - цистерна; 2 - вспомогательное оборудование; 3 - контрольные приборы и механизмы; 4 - шасси; 5 - пневмосистема управления приводом насоса;

6 - привод насоса; 7 - коммуникация; 8 - система подогрева

Цистерна сварной конструкции (рис. 12.12) изготовлена из листовой стали и имеет эллипсное сечение по всей длине. Внутри цистерны имеются: три сообщающихся сосуда, образованных двумя волнорезами, препятствующими деформации обечайки и смягчающими удары битума о днище цистерны при неравномерном движении битумовоза; дыхательная труба для выравнивания давления воздуха внутри цистерны с атмосферным и для слива битума при переполнении цистерны во время ее заполнения; две прямые жаровые трубы системы подогрева, проходящие через всю цистерну.Битумный насос служит для перемещения битума, разогретого до температуры не менее 80° С. Насос приводится в действие от двигателя шасси КамАЗ через коробку передач.

Система подогрева битума включает в себя две стационарные и одну переносную горелки, топливную систему и дымоход.

Рис. 12.12. Цистерна:

1 - петля; 2 - трубопровод к насосу; 3 - перегородка; 4 - трубопром наполнения; 5 - скоба; 6 - заливная горловина; 7 - дыхательная труба; 8 - обечайка; 9 - заднее днище; 10 - фланец жаровой трубы; 11 - жаровая труба;

12 - рама; 13 - кронштейн; 14 - передняя опора; 15 - переднее днище

На автобитумовозе ДС-138А увеличена скорость подогрева битума в цистерне до 20 град/ч, возросла надежность автобитумовоза, ресурс до первого капитального ремонта составляет 350 000 км; кроме того, изменено крепление цистерны к базовому шасси.

12.2.3. Автогудронаторы

Автогудронатор ДС-142А может эксплуатироваться при температуре окружающей среды от +5 до +40° С.

В состав автогудронатора (рис. 12.13) входят: автомобильное шасси, цистерна, топливная система, пневмосистема, гидросистема, установка битумного насоса, распределительный механизм.

Шасси автомобиля КамАЗ-53213 служит для размещения и передвижения оборудования автогудронатора, а также является источником энергии, необходимой для его функционирования. Впереди на шасси установлен привод гидронасоса. Крутящий момент от двигателя шасси автомобиля передается через блок шестерен валу привода гидронасоса.

Рис. 12.13. Общий вид автогудронатора ДС-142А:

1 - шасси автомобиля; 2 - гидросистема; 3 - цистерна; 4 - распределитель

битума; 5 - топливная система; 6 - битумная коммуникация

Цистерна (рис. 12.14) установлена на шасси на опорах и крепится стремянками. Передняя опора выполнена с шарнирным соединением. Остальные опоры представляют собой изогнутый по радиусу цистерны ложемент-швеллер.

Рис. 12.14. Цистерна:

1 - заливная горловина; 2,6,8,9 - трубопроводы; 3 - емкость; 4 - клапан; 5 - задняя опора; 7 - перегородка; 10 - термометр; 11 - передняя опора; 12 - поплавковый указатель уровня; 13 - датчик указателя уровня

Внутри цистерны - три сообщающихся отсека, образованных двумя перегородками-волнорезами, препятствующими деформации обечайки и смягчающими гидравлические удары битума о днище цистерны при изменении скорости движения автогудронатора. Цистерна автогудронатора ДС-142А оборудована U-образными жаровыми трубами, соединенными с дымовой трубой. На горловине цистерны установлен дыхательный клапан, предназначенный для выравнивания давления воздуха внутри цистерны с атмосферным.

Гидросистема (рис. 12.15) состоит из гидронасоса, гидробака, расходного и приемного баков, магистральных фильтров, гидромотора привода битумного насоса, гидроцилиндров.

Рис. 12.15. Гидравлическая система:

1 - ручной насос; 2 - воздушный фильтр; 3 - линейный фильтр; 4 -гидронасос

с регулятором мощности; 5 - обратный клапан; 6 - манометр; 7 - предохранительный клапан; 8, 9, 10 - гидрораспределители; 11 - гидромотор привода битумного насоса; 12 - гидрозамок; 13 - гидроцилиндр подъема и опускания распределителя; 14 - гидроцилиндр управления краном битума; 15 - гидроцилиндр управления форсунками

Топливная система автогудронатора состоит из топливного бака, топливопроводов, воздухопроводов, двух стационарных горелок и переносной горелки.

Пневмосистема автогудронатора состоит из крана отбора воздуха, редукционного клапана, пневмопроводов.

На автогудронаторе ДС-142А ширина распределения битумных материалов увеличена до 4,8 м; удельный расход битума снижен с 0,5 до 0,3 л/м².

Конструкция самоходного автогудронатора ДС-39Б (рис. 12.16) с вместимостью цистерны 3500 л обеспечивает: равномерное распределение битумных материалов в зависимости от ширины розлива и скорости движения, которая составляет 0,5-3 л/м²; распределение битумных материалов ручным распределением; перекачку битумных материалов, минуя цистерну; транспортирование битумных материалов к месту работы; забор битумных материалов из битумохранилищ и битумоплавильных котлов; подогрев битумного материала в цистерне до рабочей температуры; сохранение температуры битумного материала в цистерне при транспортировании его без подогрева; циркуляцию битумного материала по распределителю и коммуникации для его разогрева перед розливом; слив из коммуникаций остатков битумного материала; промывку коммуникаций и распределителя после розлива.

Рис. 12.16. Автогудронатор ДС-39Б:

1 - распределитель; 2 - система перекачки; 3 - битумный шестеренный насос; 4 - большой кран; 5 - система обогрева; 6 - клапан; 7 - сетчатый фильтр;

8 - крышка горловины; 9 - цистерна; 10 - термометр; 11 - базовое шасси

Автогудронатор ДС-39Б состоит из автомобильного базового шасси ЗИЛ-130, цистерны, систем обогрева, перекачки и распределения битума.

Для сохранения температуры битумных материалов цистерна термоизолирована слоем стеклянного волокна и облицована листовой сталью. Внутри цистерны проходит циркуляционная труба, соединяющая полость цистерны с трубопроводом циркуляции. В цистерне установлен указатель уровня поплавкового типа для определения количества битумного материала.