Интеллектуальные технологии устройства асфальтобетонных дорожных покрытий. Асфальтоукладчик
Каждая песчинка мечтает стать дорогой
Америка строит дороги не потому, что богатая, а потому она богатая, что строит дороги. Когда-нибудь и у нас зуб ковша экскаватора вспорет мешок стабилизационного фонда, и тогда в России начнется инвестиционный бум дорожного строительства. И все-таки уже сегодня состояние дел лучше, чем вчера, а завтра, уверен, будет лучше, чем сегодня.
Совсем недавно еще было время, когда одно из строительных управлений какого-нибудь дортреста после десятка лет ожиданий и мытарств получало в награду долгожданный асфальтоукладчик николаевского завода «Дормаш». Закончив сборку и наладку машины на площадке управления механизации строительства, ее перебрасывали на строительный объект, где она часами простаивала в ожидании ЗИЛа с асфальтом. О какой автоматике и контроле качестве можно было говорить? У нас был асфальтоукладчик, и этим было все сказано…
А сейчас? Пожалуйста — фирмы Америки, Германии, Швеции, Италии, Японии… На любой вкус и для любых условий производства. Только умей правильно выбрать и использовать с максимальным эффектом. А вот это не всегда получается.
Технология строительства автомобильных дорог предусматривает использование высокопроизводительных механизированных звеньев дорожных машин. Для устройства верхних слоев асфальтобетонных покрытий применяется комплект, состоящий из асфальтоукладчика и звена дорожных катков. Во многом именно от этого комплекта машин зависят качество и срок службы дорожного покрытия. Асфальтоукладчик — центральная фигура дорожно-строительного комплекта. Он обеспечивает укладку, профилирование и предварительное уплотнение слоя асфальтобетонной смеси, а дорожные катки — окончательное уплотнение покрытия.
Конструктивно-технологическая схема этой машины появилась давно, более 70-ти лет назад, и сохранилась до настоящего времени без изменений. Она состоит из толкающего ролика (1), скребкового питателя (2), шиберной заслонки (3), двух реверсивных шнеков (4), мешалки (5), трамбующего бруса (6), выглаживающей плиты (7), гидроцилиндра (8).
Толкающий ролик (1) служит для упора автосамосвала и непрерывного контакта его с асфальтоукладчиком в процессе движения последнего. Скребковый питатель(2), представляющий собой дно приемного бункера, подает асфальтобетонную смесь к шнеку (4), объем подачи материала к шнеку регулируется шибером (3). Два реверсивных шнека (4) распределяют смесь поперек дороги на требуемую ширину. Мешалка (5) предназначена для разрушения слипшихся комков смеси, которые могут образоваться в результате применения влажного минерального порошка или по другим причинам. Трамбующий брус (6) — это узкая балка, которая движется в направляющих и приводится в движение кривошипно-шатунным механизмом или другим приводом. Выглаживающая плита (7) служит для придания асфальтобетонному покрытию заданного профиля в соответствии с проектом строительства. Другая задача выглаживающей плиты — регулировать и поддерживать заданную толщину покрытия на дороге по всей ширине.
Для легких асфальтоукладчиков некоторые элементы из технологической схемы удаляют. Для мощных машин предусмотрены изменения ширины укладываемой полосы путем изменения длины винтовых конвейеров, трамбующего бруса и выглаживающей плиты.
Асфальтоукладчик должен обладать высокой степенью надежности, удобством в эксплуатации и ремонтопригодностью. С течением времени выдвигаются все новые требования к этой технике, что ведет к ее усложнению.
Последние поколения этих машин, выпускаемых фирмами Demag, Ingersoll-Rand, Joseph Vogele, Dynapac, Roadtec и др., имеют существенные отличия от ранее выпускавшихся в дизайне, конструкторских решениях, автоматизации части технологических операций, выполняемых асфальтоукладчиком. Бункер выполняется с управляемыми бортами для улучшения разгрузки бункера и удобства транспортировки. Новый дизайн элементов корпуса, большой капот и откидные боковые панели обеспечивают легкий доступ к любым узлам в моменты технического обслуживания машины. Гусеничный ход футерован резиновыми траками. Выглаживающая плита с трамбующим брусом и вибратором чрезвычайно универсальна, с возможностью автоматического изменения ширины укладываемого слоя смеси. Большое внимание уделяется системе обогрева выглаживающей плиты. Потребитель может заказать себе ту или иную систему обогрева (или электрообогрев, или с помощью газовых горелок и т. п.). Трамбующий брус и система дополнительной вибрации могут включаться как одновременно, так и по отдельности. В конструкциях различных фирм трамбующий брус может перемещаться вертикально в одной или двух плоскостях, а также под углом к направлению движения машины, обеспечивая тем самым достижение наивысшей степени уплотнения слоя покрытия.
Эти конструкции могут осуществлять укладку шириной до 16 м, они также оснащаются новыми высокотехнологичными электронными системами типа PLC (программируемое логическое управление), например фирмы Dynapac и др. Данная система управляет всеми рабочими функциями асфальтоукладчиков. Она основана на микропроцессорах, которые подключены к системе типа CAN-BUS (сеть контролируемых зон). Сразу после запуска двигателя асфальтоукладчика происходит автоматическое сканирование и проверка работоспособности всех его систем. При возникновении неисправностей оператор может четко видеть на дисплее место возникновения проблемы, не затрачивая время на ее поиск.
Микропроцессоры ведут постоянное управление всеми функциями, гарантируя высокую надежность и точность процесса укладки покрытия. Символы пульта оператора просты в понимании и позволяют ему программировать скорость передвижения лент транспортера и вращения шнека в зависимости от характеристик смеси и других параметров.
Назначение этой машины — прием асфальтобетонной смеси из транспортных средств, распределение ее по дорожному основанию и предварительное уплотнение уложенного слоя смеси.
При этом распределение смеси по ширине дороги должно строго соответствовать существующим нормам и требованиям как по внешнему состоянию, так и по толщине заданного слоя, продольным и поперечным уклонам и ровности дорожного покрытия. Такая многоплановая задача не может быть решена качественно одним и даже двумя операторами. Без автоматической системы управления (АСУ) этими технологическими операциями, особенно поддержания заданного поперечного уклона и ровности продольного профиля покрытия дороги, не выпускается ни одна современная конструкция машины.
Первые АСУ на асфальтоукладчиках работали по принципу механического контактного копирования по ранее установленному копиру или устроенному основанию. За сохранением заданного вертикального положения линии продольного профиля дорожного покрытия следил щуповой датчик автоматизированной системы, который перемещался по ранее устроенному основанию. Поскольку продольный профиль основания дороги не всегда отвечал требованиям ровности, то в дальнейшем появились копирные струны или лыжи, как дополнительное оборудование, обеспечивающее совместно с щуповым датчиком АСУ повышение качества производства работ по продольной ровности покрытия. Струны и лыжи требовали дополнительных затрат времени на их установку.
Необходимость совершенствования АСУ на асфальтоукладчиках и других дорожных машинах вызвано возросшими требованиями заказчиков к качеству объектов. Такие повышенные требования к ровности дорожных покрытий могут быть обеспечены только высокоинтеллектуальными технологиями, качество работ которых уже не зависит от точности установки копирных элементов АСУ. Последние достижения в этой области принадлежат зарубежным фирмам, таким как IR-ABG, Moba. Последняя специализируется на выпуске новейшего оборудования АСУ к асфальтоукладчикам и другим строительным машинам.
Бескопирные системы, работающие на принципе сканирования поверхности лазерным лучом (IR-ABG) или ультразвуком (Moba, Vogele), находят все большее применение в практике дорожного строительства. Системы АСУ, разработанные фирмой Moba, устанавливаются на модели асфальтоукладчиков различных производителей в разных странах. Некоторые компании разрабатывают свои собственные системы. Так Vogele разработала свою ультразвуковую АСУ, Niveltronic, а американская Terex комплектует свои укладчики системой Topcon Paver Sistem. При этом бесконтактные лыжи снабжаются пакетами ультразвуковых датчиков, что значительно повышает ровность получаемого покрытия. Достоинства этих систем заключаются не только в повышении ровности, но и в простоте их монтажа. Здесь лыжа с датчиками сканирования располагается непосредственно на асфальтоукладчике, перемещается вместе с ним и не требует перестановки оборудования в процессе работы, как это происходит с традиционными копирными устройствами.
Во всех перечисленных выше АСУ, а также работающих на различных других принципах действия, исполнительным механизмом служат гидроцилиндры, управляющие точкой крепления тяговой балки (качающегося рычага) к раме асфальтоукладчика. Другим концом тяговая балка опирается на выглаживающую плиту, которая скользит по укладываемому слою асфальтобетонной смеси и устанавливается под определенным углом наклона к горизонтальной плоскости (так называемый угол атаки). Для изменения толщины покрытия в продольном направлении изменяют угол наклона выглаживающей плиты в вертикальной плоскости.
Выглаживающая плита в продольном направлении дороги как бы плывет по поверхности асфальтового слоя. Можно рассмотреть равновесие тяговой балки с выглаживающей плитой. Она крепится к раме гусеничного хода асфальтоукладчика не жестко, а с помощью подвижного шарнира. Тогда меньше копируются неровности дорожного основания. Компенсация неровностей основана на принципе плавающего рычага.
Рассматривая равновесие плавающего рычага, можно получить зависимость, устанавливающую связь между суммарной реакцией слоя асфальтобетонной смеси, действующей на выглаживающую плиту — N, и силой тяжести тяговой балки, силой трения плиты о слой асфальтобетона и углами ее установки.
N=Q•L1•Cos с/L2•Cos(с + б + в), где Q — сила тяжести тяговой балки; L1 и L2 — плечи соответственно от точки крепления плавающего рычага к раме асфальтоукладчика до центра тяжести тяговой балки и до точки приложения суммарной реакции слоя смеси на выглаживающую плиту; с — угол трения плиты о поверхность асфальтобетонного слоя; б — угол установки плиты в горизонтальной плоскости, или угол атаки; в — угол, образованный горизонтальной линией и линией, соединяющей точку крепления плавающей балки с точкой приложения суммарной реакции N материала слоя на выглаживающую плиту.
Если точку крепления качающегося рычага к раме асфальтоукладчика разместить как можно ниже, так, чтобы угол в0, тогда реакцию N можно регулировать только установкой угла атаки — б, так как с = const.
Если рассмотреть равновесие самой выглаживающей плиты с учетом вышесказанного, можно получить зависимость толщины укладываемого слоя асфальтобетонной смеси h2 от угла атаки б при условии, что б<< с и в<< с. Тогда имеем h2=с•b•Sin б, где с — некоторая функция, зависящая от свойств материала укладываемого слоя и силы тяжести качающегося рычага, а b — ширина выглаживающей плиты. Это позволяет при ранее установленных параметрах и заданной скорости движения асфальтоукладчика автоматически поддерживать постоянную величину (толщину) укладываемого слоя независимо от местных неровностей основания дороги.
Следует отметить, что h2 определяется свойствами смеси, степенью уплотнения, которая в свою очередь зависит от степени уплотнения ее трамбующим брусом. При этом существенное влияние оказывает давление слоя, возникающее под передней кромкой плиты. Степень уплотнения слоя зависит от частоты и числа ударов по слою. Если скорость движения асфальтоукладчика изменилась, то надо регулировать угол атаки б во избежание изменения толщины слоя h2.
Все сказанное говорит о сложности выполнения заданных параметров устройства асфальтобетонного покрытия. Сегодня без применения высоких технологий (систем АСУ) невозможно получить качественное дорожное покрытие.
| Автор: А. А. Шестопалов Дата: 05.06.2006 Журнал Стройпрофиль 4-06 Рубрика: дорожное строительство: технологии, материалы и оборудование Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |