VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Уплотнение асфальтобетонных смесей является завершающей технологической операцией определяющей в дальнейшем надёжность и долговечность покрытия. Вопросы интенсификации процесса уплотнения являются основными для повышения производительности. Общим направлением служит увеличение массы, размеров рабочих органов уплотняющих машин, совершенствование их конструктивных особенностей и применение средств автоматизации. В настоящее время нужен переход от традиционных решений к более эффективным, но, как правило, и более сложным, так как дальнейшая оптимизация традиционных конструктивных и кинематических параметров рабочих органов почти невозможна [1]. Обеспечить это можно, используя рабочие органы, реализующие сложные виды уплотняющих нагрузок в различных сочетаниях.

По патенту на полезную модель № 2390599 предложена новая форма вальца дорожного катка, на поверхности которого в регулярном порядке располагаются отверстия [2]. Конструкция и схема работы такого вальца представлена на рис. 1.

а

β

) б) в)

 

Рис. 1. Схема перфорированного вальца, его работа и конфигурация отверстия

В процессе взаимодействия с асфальтобетонной смесью под рабочим органом в уплотняемом материале образуются нагруженные и разгруженные зоны, обусловленные наличием перфорации на поверхности вальца (рис. 1, б). При этом происходит выдавливание асфальтобетонной смеси в отверстия (рис. 1, в). При обратном проходе дорожного катка, ввиду малой вероятности попадания вальца след в след, происходит смена нагруженных и разгруженных зон, что обеспечивает сложный вид силового воздействия.

Поверхность F образуется шириной B и образующей вальца S:

F = BS. (1)

При расположении отверстий на поверхности вальца общая площадь контакта уменьшается на величину ΔF = zπd²/4, где z – число отверстий диаметром d. Очевидно, что новая площадь контакта станет равной

F* = F – ΔF. (2)

При неизменной величине силы тяжести Q_в, приходящейся на валец, контактные давления, с одной стороны, определяются как

σ_к = Q_в/F для обычного вальца, и

σ_к^* = Q_в/F^* для перфорированного вальца.

С другой стороны, σ_к^* можно выразить через σ_к, учитывая выражение (2):

или . (3)

Считая, что F = 1, а значение ΔF даётся в долях от F или в процентах от F, получим выражение для определения σ_к^*.

,

где ΔF_% взято в процентах от F.

Выражение, взятое в скобках перед знаком радикала (3) назовем коэффициентом увеличения контактного давления к_ув. Тогда формулу (3) можно представить в следующем виде:

или . (4)

В табл. 1 представлено изменение коэффициента к_ув в зависимости от величины ΔF.

Таблица 1

Изменение коэффициента к_ув

Величина ΔF, %	Коэффициент увеличения кув	к2ув
10	1,11	1,23
20	1.25	1,56
30	1,43	2,04
40	1,67	2,77

Видно, что коэффициент к_ув возрастает. Уже при ΔF = 30 % квадрат этого коэффициента превосходит значение, равное 2. Фактически это обозначает, что при всех прочих неизменных условиях удаление 30 % поверхности вальца эквивалентно уплотняющему усилию катка, масса которого в 2 раза выше.

При каждом последующем проходе катка ввиду невозможности попадания отверстий «след в след» выдавленные в отверстия объемы полностью или частично попадают под поверхность вальца, а некоторая часть ранее уплотненной поверхности попадает под отверстие. Процесс происходит аналогично описанному выше, но уже по более плотному слою асфальтобетонной смеси. При этом объём смеси, выдавливаемый в отверстия, и общая площадь контакта будут меньше. Это приводит к еще большему увеличению уплотняющей нагрузки. Таким образом, наличие отверстий специальной формы приводит к автоматическому увеличению контактного давления до уровня, соответствующего равновесному состоянию системы: уплотнительный орган – уплотняемая среда. Автоматическое увеличение уплотняющей нагрузки до определенной степени происходит и под вальцом со сплошной поверхностью за счёт увеличения модуля деформации.

В процессе уплотнения асфальтобетона вредным и опасным производственными фактором является шум, производимый дизельным двигателем, микроклимат в кабине машиниста и вибрация. Сильный шум вредно отражается на здоровье и работоспособности людей. Продолжительное действие сильного шума вызывает общее утомление, может привести к ухудшению слуха, а иногда и к глухоте, нарушается процесс пищеварения, происходит изменение объема внутренних органов. Воздействуя на кору головного мозга, шум оказывает раздражающее действие, ускоряет процесс утомления, ослабляет внимание, замедляет психические реакции. Длительное воздействие вибрации высоких уровней на организм человека приводит к развитию преждевременного утомления, снижению производительности труда, росту заболеваемости и нередко к возникновению профессиональной патологии - вибрационной болезни. Использование универсального дорожного катка при уплотнении асфальтобетонных позволяет сократить выбросы отработанных веществ в атмосферу, снизить шум, уменьшить воздействие вибрации на машиниста.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Иванченко С. Н. Научные основы формирования рабочих органов дорожных машин для уплотнения асфальтобетонных смесей : автореф. дис. … д-ра техн. наук / С. Н. Иванченко. – СПб., 1997. – 34 с.

2. Угай С.М. Интенсификация процессов уплотнения асфальтобетонных смесей катками с перфорированными рабочими органами : Автореф. дис. канд. техн. наук / С. М. Угай. – Владивосток, 2008. – 16 с.

Код для цитирования: Скопировать