Ганна Голубова

(с. Іллінівка, Донецька область, Україна)

ТЕХНІЧНІ НАУКИ

(Будівництво)

БУДІВЕЛЬНІ МАШИНИ ДЛЯ УЩІЛЬНЕННЯ ГРУНТІВ

Штучне ущільнення — ефективний і дешевий спосіб ста­білізації механічних властивостей насипних ґрунтів. Його якості оцінюються коефіцієнтом ущільнення, що визначається як відношення досягнутої щільності до найбільшої стандартної. Ґрунти можна ущільнювати укочуванням, трамбуванням, вібру­ванням або сполученням цих способів. Ущільнення укочуванням відбувається у результаті тиску, що створюється вальцями або колесами, які перекочуються по поверхні ґрунту. За таким прин­ципом працюють котки. Ущільнення трамбуванням здійсню­ється ударами робочих органів трамбувальних машин. Спосіб ущільнення вібруванням полягає у передачі ґрунту коливальних рухів, внаслідок яких відбувається взаємне переміщення твердих частинок, що призводить до ущільнення ґрунту. При вібруванні, як правило, робочий орган не відривається від поверхні. Якщо збурювальна сила перевищує визначену межу, робочий орган від­ривається від поверхні ґрунту, при цьому вібрування переходить у вібротрамбування.

Укочування відбувається за допомогою причіпних, напівпричіпних та самохідних котків, призначених для пошарового ущіль­нення ґрунтів та інших сипких матеріалів (гравію, щебеню тощо) при спорудженні дамб, дорожніх насипів, гребель, засипанні канав.

Розрізняють котки статичної дії і вібраційні.

Котки ефективні на лінійних об'єктах значної протяжності або на великих площах.

За типом робочого органу котки бувають з рівними, кулачко­вими, ребристими вальцями або пневмоколісні.

Рівні котки ущільнюють ґрунт шарами 0,16 — 0,2 м без розпу­шування його поверхні або з незначним розпушуванням завглибшки 1 — 3 см (у незв'язних ґрунтах). Їх застосовують переважно для прокочування в один-два проходи поверхні ґрунту, ущіль­неної іншими котками, для укочування щебеню та ущільнення дорожнього покриття. Роботу виконують човниковим способом або з розворотом в кінці проходки. На котках передбачають скребки для знімання налиплого матеріалу. При укочуванні ас­фальтобетону вальці змащують.

Кулачкові котки виготовляють причіпними (рис. 1, а). Вони мають робочі органи у вигляді кулачків 2 спеціальної форми, які прикріплюються до бандажів, надягнутих на порож­нистий барабан 1. Останній заповнюють баластом (найчастіше піском). Поверхня від налиплого ґрунту очищується штирями, встановленими між рядами кулачків. Котки виготовляють масою

6 - 30 т та розрізняють за розмірами барабанів, кількістю, фор­мою і висотою кулачків. Вони ефективні для роботи на грудочку­ватих і зв'язних ґрунтах. Можуть ущільнювати шар ґрунту завтов­шки 0,4 м, недоліком є розпушування поверхні цього шару.

Робочі поверхні ребристих котків виготовляють з кількох співвісних кільцевих бандажів з хвилеподібними зовнішніми поверхнями, виступи яких розміщені в шаховому порядку.

Обечайка ґратчастого котка виготовлена з прутків і має квад­ратні чарунки. Подібно до кулачкових ребристі й ґратчасті котки здійснюють глибинне ущільнення ґрунту, заглиблюючись у нього ребрами або прутками. Для укочування ґрунту на невеликих площах використовують комплект з кількох (до п'яти) котків, об'єднаних спільними траверсами.

Рис. 1 – Схеми ущільнювальних котків [1, с. 147]

а - причіпного кулачкового; б - причіпного пневмоколісного;

в - напівпричіпного пневмоколісного; г - самохідного пневмоколісного;

д - причіпного вібраційного;

1 - барабан; 2 - кулачки; 3 - баластні  ящики; 4 - пневмоколеса;

5, 6 - відповідно передні керовані й задні ведучі пневмоколеса;

7 - двигун внутрішнього згоряння; 8 - клинопасова пере­дача;

9 - валець з віброзбуджувачем.

Пневмоколісні котки можуть бути причіпними (рис. 1, б), напівпричіпними (рис. 1, в) й самохідними (рис. 1, г). Грунт ущільнюється пневматичними колесами 4, на які передається навантаження від баластних ящиків 3. Причіпні й напівпричіпні котки мають незалежну підвіску кожного колеса з баластним ящиком, що сприяє рівномірному ущільненню неза­лежно від нерівності фунту, їх застосовують для пошарового ущіль­нення зв'язних і незв'язних ґрунтів шаром понад 0,45 м. Не­обхідна щільність ґрунту досягається за 6 - 8 проходів у зв'язних та 3 - 4 — у незв'язних ґрунтах. Самохідні пневмокотки виготов­ляють з міцно закріпленими на рамі осями пневмоколіс і засто­совують в основному для ущільнення дорожніх основ та покриттів. Їх перевага порівняно з рівно вальцювальними котками полягає в тому, що при укочуванні вони не давлять щебінь. Робочий орган самохідних пневмоколісних котків — передні керовані 5 та задні ведучі 6 пневмоколеса, взаємне розташування яких дозволяє одержати суцільну смугу ущільненого матеріалу. При роботі самохідні котки переміщуються човниковим способом.

Причіпні й самохідні вібраційні котки застосовують для ущільнення незв'язних і малозв'язних ґрунтів та матеріалів, оскільки вони у 8 - 10 разів ефективніші, ніж котки статичної дії. Під дією вібрації значно зменшується сила тертя та зчеплення між частинками, що сприяє їх щільнішому вкладанню.

Причіпні котки бувають зі змінними і ґратчастими вальцями. Всередині порожнистого вальця 9 (рис. 1, д) причіпного котка встановлюють віброзбуджувач, який приводиться у рух від двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ) 7 через клинопасову передачу 8.

Самохідні віброкотки випускають дво- і тривальцьовими. Вмонтовані віброзбуджувачі мають ведучі вали, а привод виготов­ляють механічним або гідравлічним.

Самохідні комбіновані котки обладнують ведучим вальцем з пневматичних шин та керованим рівним металевим вальцем. Висока ефективність таких котків досягається за рахунок по­слідовного впливу вібрації і статичного навантаження. Привод ведучих вальців та віброзбуджувачів переважно гідравлічний. Збу­рювальна сила віброзбуджувача регулюється в широкому діапазоні і становить 150 - 200 кН.

 При виконанні незначних обсягів роботи щодо ущільнення незв'язних грунтів, щебеню, гравію у тісних умовах застосовують самопересувні вібраційні плити. На робочому органі — плиті 1 шарнірно кріпиться віброзбуджувач 2 спрямованої дії. Він фіксується у трьох положеннях: вертикально і в нахилі, вліво та вправо. Віброзбуджувач генерує збурювальну силу 12,5 - 63,0 кН, що в кілька разів перевищує масу плити, тому така плита працює в режимі вібротрамбування, з відривом від ущіль­нювальної поверхні. З цієї ж причини при нахилі віброзбуджувача плита починає самопересуватися. Вали віброзбуджувача приво­дяться в дію від ДВЗ або електродвигуна через клинопасову передачу. Найчастіше плита обладнана довгою віброізольованою ручкою, яка дозволяє спрямовувати її переміщення і здійснювати повороти. Віброплити мають продуктивність 300 - 900 м²/год, масу 150 - 1400 кг, глибина ущільнення ґрунту 0,3- 1,0 м.

Трамбуючі машини ущільнюють важкі зв'язні і незв'язні грунти шарами 1,0...1,5 м, а також грунти в природньому заляганні вільнопадаючими чавунними або залізобетонними вантажами з опірною поверхнею близько 1 м². Необхідна щільність насипного грунту досягається за 3...6 ударів по одному сліду.

Рис. 2 - Схема віброплити:

а - при ущільненні без переміщення; б- при переміщенні вліво;

1- плита; 2- віброзбуджувач.

Ущільнення здійснюється за допомогою екскаватора - драглайна (рис. 3, а), на підйомному канаті якого підвішують вантаж 3. Канат 1 запобігає закручування вантажу. Вантаж підіймається вантажною лебідкою екскаватора і скидається на ущільнений грунт з висоти 1...2 м. Частота ударів не перевищує 0,05...0,1 с^-1, енергія одиничного удару 10...15 кДж. Продуктивність такого обладнання невелика, а вартість виконаних робіт - велика. Тому такі машини доцільно застосовувати при невеликих об'ємах роботи в скутих умовах.

Рис. 3 - Ущільнюючі машини:

а - на базі екскаватора-драглайна; 1 - канат для запобігання закручування вантажу; 2 - підйомний канат; 3 - вантаж;

б, в - на базі трактора (б - зовнішній вигляд; в - кінематична схема);

1- редуктор відбору потужності; 2- напрямляючі штанги; 3- ущільнюючі муфти; 5 - обгінна муфта; 6, 7 - нерухомі та рухомі блоки поліспасту; 8 - канати;

9 - двигун трактора; 11 - кривошипи.

При значних обсягах робіт слід використовувати самохідні трамбуючі машини безперервної дії на базі гусеничних тракторів тягового класу 100 кН. Трактор обладнують ходозменшувачем, що забезпечує його повільний безперервний рух у процесі трамбування. Грунт ущільнюють двома чавунними плитами 3 (рис. 3, б, в), які почергово підіймають і опускають, ковзаючи по встановлених позаду трактора напрямляючих штангах 2. Плити підвішено на канатах 8. Вони охоплюють обвідні блоки 7 прикріплені до вантажів і до рами машини через пружинні амортизатори 4 і 10, що знижує динамічні навантаження в канатах. Рухомі блоки 7 поліспастів змонтовано на кривошипах 11. Останні приводяться в дію від двигуна трактора 9 через редуктор відбору потужності 1. При підійманні вантажу кривошипи міцно з'єднано з валом редуктора, а при опусканні вони від'єднуються від валу редуктора за допомогою обгінних муфт 5. Таким чином досягається вільне падіння вантажу. Швидкість руху машини підбирається така, щоб відбулася необхідна кількість ударів по одному сліду. Для компенсації переміщення машини в момент контакту вантажу з грунтом штангу 2 закріплюють до рами за допомогою еластичної підвіски.

 Література:

1. Палій В.П. Будівельна техніка: навчальний посібник / В.П. Палій, І.М.
   Малик. - К.: Аграрна освіта, 2009. - 254 с. – с. 147-149.

 Відомості про автора:

Голубова Ганна Сергіївна, 050-285-18-53, kelnik1712@gmail.com,

ВСП «Донбаський аграрний фаховий коледж ЛНАУ»,

викладач спеціальних дисциплін