Мазанович Дмитрий Вячеславович, заместитель начальника конструкторского отдела ЗАО «Амкодор-Пинск» г. Пинск Республика Беларусь

АННОТАЦИЯ.

В статье описывается особенности применения осцилляционного механизма вибрации при уплотнении асфальтобетонной смеси вибрационным катком, принцип его работы, преимущества и описание конструкция

Ключевые слова.

Дорожный каток, вибрационный валец, осцилляция, система направленной вибрации, уплотнение асфальтобетонной смеси.

Application of Oscillatory Vibration to Compact Asphalt Mix

Mazanovich Dzmitry Vyacheslavovich Deputy head of the design department сompany «Amkodor-Pinsk» Pinsk Republic of Belarus

Annotation. The article describes the features of the application of the oscillatory vibration mechanism when compacting the asphalt concrete mixture with a vibratory roller, the principle of operation, advantages and description of the design.

Keywords. Road roller, vibratory drum, oscillation, directional vibration system, asphalt concrete compaction.

В настоящее время на территории СНГ подавляющее большинство выпущенных вибрационных катков оснащено вальцами с вибрационным механизмом кругового воздействия. Данная система недорогая, простая в изготовлении и обслуживании, позволяет получать 2 режима вибрации и амплитуды. При работе такой системы валец совершает колебательные движения и уплотняет смесь только в определенных параметрах амплитуды и частоты, которые выполнены конструктивно и не могут изменяться в широком диапазоне. Однако в городских условиях и на путепроводах применение вибрационной системы кругового вращения может привести к появлению трещин, нарушению целостности конструкций и дальнейшему разрушению. В отличие от вибрационных катков, катки с осцилляцией имеют другое конструктивное расположение эксцентриков и энергия вибрации идет не под прямым углом вниз, а имеет определенный угол смещения.

Технология осцилляции была разработана в Германии в 1983 году и испытана, как метод уплотнения асфальтового покрытия. В колебательной системе используются двойные противоположные эксцентриковые грузы, вращающиеся в одном направлении вокруг оси вальца. Вращающиеся эксцентрики заставляют валец быстро двигаться вперед-назад, но при этом оставаться в постоянном контакте с поверхностью дорожного покрытия.

Рис. 1 Схема расположения вращающихся эксцентриков

Это раскачивающее движение вызывает горизонтальное усилие сдвига, которое выравнивает наполнители и при статической нагрузке, продолжающей перемещать наполнители в вертикальном направлении, большее уплотнение достигается за более короткое время. Поскольку нет вертикального удара вальца о поверхность, разрушения наполнителя, растрескивания верхнего слоя и повреждения окружающих конструкций не происходит. А поскольку валец не подпрыгивает, как вибрирующий, поверхность АБС смеси гладкая и плоская. На рисунках 1 и 2 схематично показано, как вращающиеся грузы производят колебательное движение [1,4].

Снижение уровня вибрации и шума осциллирующего катка обеспечивает повышенный комфорт для оператора и окружающих. Дополнительными преимуществами являются более длительный

срок службы вальцов и меньше проблем с техническим обслуживанием.

Рис. 2. Работа осцилляционного вальца

Осцилляция пригодна для уплотнения асфальтобетонных слоев любого типа. Особенно на тонких асфальтобетонных слоях, при трудно уплотняемых или уже сильно охлажденных материалах тандемные катки с осцилляцией имеют заметное преимущество по сравнению с катками с другими системами уплотнения. Многие дорожно-строительные работы, для которых раньше использовались пневмо- или статические катки, могут быть эффективно выполнены катками с осцилляцией.[5]

Еще одно преимущество осцилляции: вибрацию нельзя использовать, когда температура уплотняемого асфальтобетонного слоя упадет ниже определенного значения. При осцилляции за счет более мягкого воздействия на уплотняемую поверхность температурный порог снижается в среднем на 20 % (зависит от марки асфальтобетонной смеси). Многочисленные тесты показали, что осцилляционное уплотнение позволяет достичь более высокой плотности за меньшее количество проходов по сравнению с вибрационным катком.

Использование асфальтовых катков с осциллирующими вальцами в настоящий момент широко применяется при уплотнении АБС смеси в европейских странах и США. Данной системой оснащают свои катки компании Volvo, Caterpillar, Ammann, Hamm, Bomag. Зарубежные специалисты увидели преимущества в плане их производительности. Виджей Паланисами (Vijay Palanisamy), директор по маркетингу и коммуникациям компании Dynapac North America LLC, Форт-Милл, Южная Каролина, описал пять из них:

1. 1. Способность быстрее уплотнять и достигать лучших результатов плотности ближе к зданиям, где традиционные вибрационные катки могут воздействовать на конструкции.
3. 2. Способность быстрее уплотнять и достигать лучших результатов плотности на путепроводах и мостах, где традиционные вибрационные катки не разрешены в режиме вибрации.
5. 3. Возможность увеличить время уплотнения при работе с асфальтобетонной смесью специального состава или в более холодном климате.
7. 4. Улучшение плотности, особенно на продольных швах при укладке рядом с существующим покрытием.
9. 5. Эффективность при укладке тонкого слоя дорожного покрытия с меньшими размерами заполнителей. Осциллирующий каток может помочь, не раздавливая материал, что может быть проблемой при высокоамплитудном виброуплотнении [4,5,6].

Рассмотрим конструкцию осцилляционного вальца (см. рисунок 3). Осцилляционный валец состоит из металлоконструкции обечайки вальца 1 и установленных механизмов привода с валами. Материал и толщина обечайки подбирается исходя из условий работы связанных с трением поверхности вальца об опорную поверхность. Однако слишком большая толщина обечайки потребует применения более мощного привода осцилляционного механизма, что в свою очередь ведет к увеличению массы конструкции и стоимости.

Рис. 3. Конструкция осцилляционного вальца

Привод хода вальца осуществляется гидромотором и планетарным редуктором, установленным в опоре которая соединена с вальцом через резинометаллический амортизатор. Механизм осцилляции состоит из четырех эксцентриков 9, закрепленных на двух опорных валах 2, каждый из которых вращается на двух радиальных роликоподшипниках установленных в опорах 7. Механизм осцилляции имеет постоянную амплитуду колебаний и частоту. Привод механизма осцилляции осуществляется гидромотором 3, соединенным с карданным валом через фланец. Карданный вал через шлицевое соединение вращает приводной вал 8, на противоположном конце которого крепится зубчатый шкив 5. Посредством зубчатых ремней 4, вращение передается на шкивы 6 опорных валов 2.

Компания HAMM предлагает также раздельные осциллирующие вальцы (см. рисунок 4). Они объединяют преимущества технологии осцилляции и раздельного вальца. Благодаря разделению они идеально подходят для решения сложных задач, таких как уплотнение трудноуплотняемого асфальта или криволинейных участков.

Рис. 4. Конструкция раздельного осциллирующего вальца HAMM

Разработанное компанией HAMM, запатентованное, высокотехнологичное решение не имеет аналогов на мировом рынке. В раздельных вальцах с осцилляцией в каждой половине работает отдельный, механически независимый осциллирующий блок. Встроенная система регулирования приводит скорости вращения половин вальца в соответствие друг с другом. При этом происходит электрогидравлическая синхронизация. Поскольку система реагирует быстро и с высокой точностью, синхронное колебательное движение обеих половин вальца обеспечивается в любой ситуации. Это снижает опасность образования трещин или смещения материала при укладке асфальта и, в конечном итоге, заметно повышает качество [2,3].

На современных катках системы управления уплотнением позволяют совместить в одном барабане систему вибрации и осцилляции, так называемую систему направленной вибрации (см. рисунок 5). Направление вибрации изменяется постепенно от вертикального, направленного вглубь слоя, до горизонтального, поверхностного уплотнения, в зависимости от жесткости материала, выбранного режима и условий работы. Машинист катка может выбирать любое из возможных сочетаний вибрации и осцилляции.

Рис. 5. Принцип работы вибрационного вальца с направленной вибрацией

В настоящий момент лидером на рынке вибрационных катков является компания BOMAG, которая имеет одну из самых широких линеек катков оснащенных осцилляционным вальцом и системой направленной вибрации. Она включает 9 моделей с рабочей массой от 7300 до 14 500 кг. [7,8,10,15]. Компания применяет такие системы уплотнения как тангенциальная осцилляция (система TanGO) и система направленной вибрации с программным управлением (BOMAG ASPHALT MANAGER). Эта система сочетает измерительную систему и направленный вибратор с автоматически изменяемой эффективной амплитудой. Такие машины имеют преимущества вибрации и осцилляции и могут с успехом заменить осцилляционный каток, ведь принцип воздействия на материал направленного вибратора, работающего в горизонтальной плоскости, очень схож с классической осцилляцией, и эффект такого вибратора на практике ничем не отличается от эффекта осцилляции. Среди отечественных производителей катков внедрение систем осцилляционной вибрации в настоящее проводит холдинг АМКОДОР. На заводе ЗАО «Амкодор-Пинск» разработаны и изготовлены опытные образцы катков AMKODOR RT140A и AMKODOR RT160A (см. рисунок 5) с осцилляционным задним вальцом [11,12,13,14].

Рис. 6. Каток AMKODOR RT160A с осцилляционным задним вальцом

Для работы с системой осцилляции не требуются дополнительные настройки или обучение персонала, саморегулируемая амплитуда сама подстраивается под жесткость материала, каток с осцилляционным вальцом, как правило, оставляет после себя более гладкую поверхность. Внедрение в технологический процесс уплотнения АБС смесей вибрационных катков оснащенных осцилляционными вальцами позволит улучшить результат работы дорожных служб, расширить возможности по применению вибрационного уплотнения, что в конечном итоге положительно скажется на долговечности покрытия наших дорог [9].

Литература

1. Технология строительства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог/А.Ф. Зубков, В.Г. Однолько. – М.: Машиностроение, 2009. – 224 с. ISBN 978-5-94275-510-2

2. Раздельный валец с осцилляцией и измеритель уплотнения VIO [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.wirtgen-group.com/ru-by/news-and-media/hamm/split-oscillation-drum

3. Уплотнение асфальтобетонных покрытий городских дорог [Электронный ресурс]: научно-практические рекомендации/ С. В. Алексиков, А. А. Ермилов. — Волгоград : ВолгГАСУ, 2014

4. Factors Affecting Compaction of Asphalt Pavements/Michael D. Meyer — TRANSPORTATION RESEARCH CIRCULAR E-C105, 2006.-190 с. ISSN 0097-8515

5. Модель процесса уплотнения асфальтобетонной смеси дорожным катком с осцилляцией/ Клиндух О.А., научный руководитель канд. техн. наук Прокопьев А.П. — Сибирский федеральный университет

6. Asphalt Roller Oscillation’s [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://callape.com/2020/11/24/asphalt-roller-oscillations-role

7. Функциональные достоинства и недостатки виброкатков для уплотнения асфальтобетона. / Костельов М.П. — Дорожная техника. – 2009. – № 1. – С. 74-84

8. К созданию дорожного вибрационного катка / А.В. Вавилов [и др.]; — Автомобильный дороги и мосты №1 (21), 2018 – С. 93-100

9. Преимущества дорожных катков с осцилляцией [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://os1.ru/article/20446-preimushchestva-dorojnyh-katkov-s-ostsillyatsiey — (28.03.2019).

10. Новый дорожный каток «Амкодор RT140A» удивил дизайном и техническими инновациями [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.abw.by/novosti/commercial/220698 — (15.05.2021).

11. «Амкодор» презентовал новые модели катков [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.infobaza.by/transport/12502 — (30.03.2023).

12. «Амкодор» презентовал сразу семь новых машин [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://auto.onliner.by/2023/02/06/amkodor-2 — (06.02.2023).

13. «Амкодор» представил новые модели дорожных катков [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://truck-and-bus.ru/news/new_items/45262/ — (14.03.2023).

14. Функциональные достоинства и недостатки виброкатков для уплотнения асфальтобетона. / Костельов М.П. — Дорожная техника. – 2009. – № 1. – С. 74-84

15. Особенности уплотнения асфальтобетонной смеси вибрационными катками./ Вавилов А.В., Щавель А.А., Мазанович Д.В. — Дороги СНГ. — 2022.-№03.-С. 96-99.