Грунтоуплотняющие машины и оборудование динамического действия

К этой группе грунтоуплотняющих технических средств относятся трамбовочные и вибротрамбовочные машины, виброплиты и виброкатки.

Трамбующие рабочие органы в виде чугунных или железобетонных плит круглой или квадратной формы навешивают на экскаваторы или специально приспособленные для этого машины. В первом случае в качестве базовой машины используют одноковшовый экскаватор со стрелой драглайна, к подъемному канату которого подвешивают плиту массой 0,8...1,5т с площадью опорной поверхности около 1м². Вспомогательным канатом с легким оттяжным грузом предупреждают закручивание основного каната. Плиту поднимают на высоту 1,2...2м, с которой ее сбрасывают отключением от трансмиссии барабана подъемной лебедки. Тремя - шестью ударами плиты о грунт достигают его уплотнения на глубину 0,8...1,5м. Продолжительность рабочего цикла с учетом поворотных движений экскаватора в плане составляет примерно 12...20 с, что определяет невысокую производительность этого способа. Описанный способ уплотнения грунтов отличается своей простотой. Однако, использование экскаваторов для уплотнения грунтов экономически невыгодно вследствие высокой стоимости этих машин, а также из-за повышенного износа подъемного и передающих механизмов в описанном режиме нагружения. Поэтому описанный способ уплотнения грунтов имеет ограниченное применение: в местах, труднодоступных для других грунтоуплотняющих машин.

Самоходные трамбующие машины на базе гусеничного трактора (рис.149) используют для уплотнения грунтов на объектах с широким фронтом работ. На машине установлены две перемещающиеся по направляющим чугунные плиты массой 1,3т каждая, которые поочередно поднимаются и падают на уплотняемую поверхность при непрерывном передвижении базового трактора. В зависимости от содержания в грунте глинистых частиц уплотнение грунта на глубину до 1,2м достигается за 3...6 ударов плиты по одному месту при скорости передвижения трактора 160...320 м/ч.

Виброплиты применяют для уплотнения несвязных и слабосвязных грунтов на ограниченных поверхностях. Грунт уплотняют плитой-поддоном 7 (рис.150, а и б), которому сообщаются колебания от двухдебалансного вибратора 2, принцип действия которого показан на рис.151.

Рис.149. Самоходная трамбовочная машина

При вращении дебаланса массой m с угловой скоростью ω и смещении центра масс от оси вращения (эксцентриситете) r центробежная сила составит P= m ω²r. Равнодействующая Q =2Pcosωr центробежных сил двух противоположно вращающихся дебалансов с одинаковыми другими параметрами будет направлена перпендикулярно оси, соединяющей центры вращения дебалансов. Из этого следует, что вынуждающая сила изменяется во времени гармонически с наибольшими модульными значениями (амплитудой) Q= 2Р. Вибратор обычно устанавливают на поддоне, а приводящий его двигатель 3 (см. рис. 150, б) или на том же поддоне, или на специальном подрамнике 4, опирающемся на поддон через пружины 5 или резиновые амортизаторы. Первую схему называют одномассной, а вторую - двухмассной. Благодаря мягкой подвеске верхняя часть двухмассной виброплиты не участвует в колебаниях, но воздействует на грунт своей силой

Рис.150. Одномассная (а) и двухмассная (б) виброллиты и схема перемещения виброплиты (в)

Рис.151. Принцип действия вибратора направленных колебаний

тяжести. В результате создаются благоприятные условия для работы двигателя.

При одномассной виброплите вибратор устанавливают на поддоне шарнирно (рис.150,в) с возможностью его отклонения вручную. При наклоне вибратора на угол α от вертикали (в случае работы на горизонтальной поверхности) возникает горизонтальная составляющая вынуждающей силы Q_x. Если эта составляющая превзойдет сопротивление сил передвижению, то плита начнет перемещаться в направлении отклонения вибратора от вертикали (когда вектор силы Q, будет направлен вверх — при его нижнем направлении увеличиваются сопротивления передвижению). Управляет виброплитой оператор с помощью рычагов, установленных на дышле, которое соединено с виброплитой также через амортизаторы. Направление самопередвижения виброплиты изменяют поворотом дышла. Современные виброплиты производительностью 300...900 м³/ч массой 150...1400 кг уплотняют грунт на глубину 0,3...1 м.

Навесное вибротрамбовочное оборудование (рис.152) устанавливают на самоходной машине на базе гусеничного трактора. Здесь реализуется ударно-вибрационный способ уплотнения грунтов. Рабочее оборудование состоит из двух виброударных рабочих органов, смонтированных на раме 11, способной перемещаться в поперечном направлении на 0,5...0,7 м от следа базового трактора для уплотнения грунтов вне полосы его движения, например, в бровочной части дорожной насыпи. Вертикальные перемещения трамбующей плиты 10 генерируются вибромолотом 5, приводимым гидромотором-редуктором 3 через двухступенчатую клиноременную передачу 4.

Рис.152. Ударно-вибрационная машина

Вибромолот устроен подобно вибратору направленных колебаний и отличается от него тем, что его корпус перемещается по вертикальным направляющим 6 с пружинами 7. В процессе этих перемещений, вызванных вынужденной силой вращающихся дебалансов, вибромолот ударяет бойком 9 в нижней части своего корпуса по наковальне 8, жестко соединенной с трамбующей плитой 10.

Таким образом, трамбующая плита воспринимает ударные нагрузки через наковальню, а вибрационные - через пружины 7 и направляющие 6, сочетая в воздействии на грунт эффект трамбования и виброуплотнения.

Рабочее оборудование устанавливают на раме 1, которую через амортизаторы 12 шарнирно крепят на лонжеронах гусеничных тележек базового трактора. Посредством гидроцилиндра 2 рабочее оборудование может быть установлено в рабочее положение или поднято для передвижения машины в транспортном режиме. Ударно-вибрационную машину комплектуют бульдозерным отвалом 14 и планирующей плитой 13 для разравнивания грунта в полосе перемещаемого следом рабочего органа.

Для уплотнения малосвязных грунтов эффективно применять вибрационные катки с гладкими, кулачковыми или решетчатыми вальцами, внутри которых вмонтирован вибратор направленных колебаний, приводимый в движение от автономного двигателя, установленного на раме катка. Эффективность уплотнения достигается совместным действием на грунт гравитационных и вынуждающих сил, генерируемых вибратором, что позволяет получить требуемую плотность грунта при сравнительно меньшей массе катка. Так, при уплотнении песков путем вибрационного воздействия масса катка может быть снижена примерно в 5 раз, при супесях — в 2 раза, а при уплотнении средних и тяжелых суглинков лишь на 10...30 %. Эффективность вибрационнного воздействия снижается с увеличением содержания в грунте глинистых частиц. Поэтому для уплотнения связных и высокосвязных грунтов требуется применять весьма тяжелые катки.