Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Социально-экономическое развитие Республики Беларусь предусматривает дальнейшее увеличение объемов промышленного, жилищного, энергетического, транспортного, сельскохозяйственного и мелиоративного строительства. Для решения этой задачи необходимо увеличивать парк строительных и дорожных машин (СДМ), создавать принципиально новые конструкции машин с гидравлическим приводом и повышенной степенью автоматизации, развивать индустриальные методы строительства, связанные с применением комплексов машин. Усложнение конструкций и взаимосвязь машин в технологической цепи требует повышения их надежности. Решение этой проблемы обеспечивается повышением качества изготовления машин, совершенствованием их производственной и технической эксплуатации.

Основная задача технической эксплуатации СДМ - реализация потенциальных возможностей их конструкции при наименьших затратах на поддержание работоспособности и минимальных вредных воздействий на окружающую среду.

В процессе технической эксплуатации важны вопросы управления работоспособностью машин. Управление техническим состоянием машины предусматривает: планово-предупредительную систему технических обслуживаний (ТО) и ремонтов и ее связь с диагностированием машин; применение ТСМ и запасных частей при научно обоснованном нормировании; совершенствование технологических процессов ТО и ремонтов, включая и проектирование баз механизации; информацию об эксплуатационной надежности машин; организацию хранения, подготовку к работе и транспортировку машин на объект.



1. Анализ современных технологий и материалов при строительстве и ремонте дорог

1.1 Анализ современных технологий при строительстве и ремонте дорог

1.1.1 Асфальтоукладчики

Асфальтоукладчики предназначены для приема асфальтобетонных смесей из транспортных средств, распределения по дорожному основанию слоем заданной толщины, разравнивания и предварительного уплотнения уложенного слоя. Их применяют при строительстве автомобильных дорог и аэродромов, городских улиц и площадей, а также при ремонте дорожных покрытий.

Асфальтоукладчики могут быть самоходными и прицепными. Последние не получили широкого распространения. Самоходные асфальтоукладчики являются машинами непрерывного действия, обеспечивающими безостановочную укладку и требуемое качество асфальтобетонных покрытий. Они классифицируются по назначению, способу приема смеси, производительности и типу ходовой части.

По назначению различают асфальтоукладчики специализированные для асфальтобетонных и битумоминеральных смесей; универсальные со сменным рабочим оборудованием для устройства покрытий из различных дорожно-строительных материалов; специальные, например, предназначенные для уширения дорожного полотна, устройства тротуаров.

По способу приема смеси асфальтоукладчики делятся на бункерные и безбункерные. Бункерные укладчики могут быть с активной подачей материала к рабочим органам (с помощью транспортеров-питателей) и с пассивной подачей. Вторая схема находит применение в основном на укладчиках небольшой производительности. Бункерные асфальтоукладчики разравнивают валики материала, сформированные распределительным устройством, прицепляемым к автосамосвалу.

По типу ходовой части самоходные асфальтоукладчики разделяют нл гусеничные, колесные, комбинированные и рельсовые.

Наибольшее распространение получили гусеничные асфальтоукладчики. Гусеничный ход обладает такими достоинствами, как малая чувствительность к неровностям основания, небольшое давление на опорную поверхность, высокая маневренность и возможность реализации больших тяговых усилий. Недостатком является низкая скорость передвижения, не превышающая 2-3 км/ч, что неприемлемо для машин, работающих с частыми переездами на небольшие расстояния.

Гусеничные асфальтоукладчики делятся на двухопорные (большинство моделей) и четырехопорные - широкозахватные модели со всеми ведущими гусеницами.

Колесные асфальтоукладчики также находят широкое распространение. Их достоинствами являются высокая транспортная скорость (до 20 км/ч), лучшая - чем у гусеничных, маневренность, что позволяет работать в стесненных условиях при ремонте дорожного покрытия на городских улицах, меньшая металлоемкость.

Колесные асфальтоукладчики делят на двух-трех- и четырехосные с одной или двумя ведущими осями.

Комбинированные асфальтоукладчики имеют в качестве рабочего хода гусеницы, а в качестве транспортного хода - пневмоколеса. Гусенично-колесный ход применяют на асфальтоукладчиках легкого типа ввиду их частых перегонов с одного объекта на другой.

Рельсовые асфальтоукладчики получили небольшое распространение.

Самоходные асфальтоукладчики по производительности асфальтосмесительного оборудования можно разделить на пять типоразмеров: тротуарный укладчик производительностью до 25 т/ч; универсальный производительностью 50 т/ч и специализированные автоматизированные укладчики производительностью 100-150т/ч с шириной укладываемой полосы 4,5м, производительностью 200-250 т/ч с шириной укладываемой полосы до 7,5 м и производительностью 300-400 т/ч с шириной укладываемой полосы до 12 м.

Схема технологического процесса работы асфальтоукладчика показана на рисунке 1. Асфальтобетонная смесь, доставляемая автосамосвалами, выгружается в бункер укладчика со стороны передней части машины, затем питателями подается из передней в заднюю часть за гусеничный ход машины, распределяется шнеком позади гусениц на ширину укладки, профилируется, выравнивается и уплотняется выглаживающей плитой. Окончательное уплотнение осуществляется моторными катками.

Рисунок 1. Схема технологического процесса работы асфальтоукладчика

1 -моторный каток; 2 - выглаживающая плита; 3 - регулировочный винт; 4 - трамбующий брус; 5 - рама; 6 - шнек для распределения смеси; 7 - ходовая часть; 8 - силовая установка; 9 - бункер с питателем; 10 - автосамосвал

Рисунок 2. Общий вид асфальтоукладчика



Рисунок 3. Основные сборочные единицы шасси асфальтоукладчика

Рисунок 4. Положение выглаживающей плиты асфальтоукладчика:

а) для получения плоского горизонтального профиля;

б) для получения односкатного профиля;

в) для получения двухскатного профиля;

Асфальтоукладчик состоит из шасси 1, рабочих органов 2, двигателя 3, электрооборудования 4 и гидросистемы 5 (рисунок 2). В комплект асфальтоукладчика входят сменные уширители рабочего органа нижней рамы.

Шасси обеспечивает передвижение асфальтоукладчика, прием и распределение асфальтобетонной смеси. Все сборочные единицы шасси расположены на нижней и верхней рамах, соединенных между собой. Основными сборочными единицами рабочих органов (рисунок 3) являются: выглаживающая плита 1 для выравнивания поверхности и регулирования толщины слоя в продольном и поперечном направлениях; трамбующий брус 2 с эксцентриковым валом, предназначенный для предварительного уплотнения асфальтобетонной смеси; отражательный щит 3, служащий для очистки трамбующего бруса от прилипшей асфальтобетонной смеси, шнека 4, предназначенного для равномерного распределения асфальтобетонной смеси по всей ширине укладываемой полосы; питателя 5, перемещающего асфальтобетонную смесь из бункера в шнековую камеру и состоящего из двух разделенных конвейеров с независимыми приводами.

Гидросистема асфальтоукладчика обеспечивает привод цилиндров подъема-опускания рабочих органов, боковин и заслонок бункера, систем автоматической стабилизации положения выглаживающей плиты при движении машины по неровностям основания «Стабилослой-10», управления муфтами хода, муфтами шнеков, питателей и привода трамбующего бруса.

Для получения плоского горизонтального, односкатного или двухскатного профиля выглаживающая плита по длине разделена на две части (рисунок 4), соединенные внизу шарниром 1, а вверху - винтовой стяжкой 2. Винтами 3 поднимаются или опускаются края выглаживающей плиты, благодаря чему производится регулировка толщины укладываемого слоя смеси по всей ширине полосы.

1.1.2 Специализированные транспортные средства

Для доставки битума в жидком состоянии используются автобитумовозы. Они позволяют перевозить битум с температурой +160 - +200°С при температуре окружающего воздуха от -40°С до +40°С. Конструктивно автобитумовозы выполняют в виде полуприцепа - цистерны стальной несущей конструкции с теплоизоляционным покрытием. Внутри емкости устанавливаются жаровые трубы с системой дымоудаления и жидко-топливные форсунки, работающие на дизельном топливе. Форсунки служат для поддержания температуры жидкого битума в цистерне при вынужденных длительных остановках.

Заполнение цистерны жидким битумом производится через заливную горловину, а слив - через сливной патрубок. Наполнение цистерны контролируется по индикатору уровня. В качестве запорного устройства используется ручной шиберный затвор, обогреваемый битумом, находящимся в цистерне.

В состав автобитумовоза входит основной тягач КрАЗ-6443 и полуприцеп-цистерна. Выпускаются также автобитумовозы на базе тягачей КрАЗ-64443 1, МАЗ-64229, МАЗ-64221.

Технические характеристики автобитумовозов АБ-30,5 - базовое шасси КрАЗ-6443, МАЗ-64229:

- допустимая полная масса буксируемого полуприцепа, кг 48000

- запас хода, км900

- расход топлива на 100км,л58

- мощность двигателя, кВт (л.с)235(320)кабина - закрытая, трехместная, металлическая

- вместимость цистерны, м³30,5

- наибольшая скорость движения, км/ч60

- масса снаряженного автобитумовоза в загруженном состоянии, кг

- без груза, кг

- габаритные размеры, мм длина ширина высота

Для транспортирования литой асфальтобетонной смеси, необходимой для ямочного ремонта верхних и основных слоев асфальтобетонных покрытий проезжей части автодорог, площадей, пешеходных и велосипедных дорожек при температуре окружающего воздуха от -10°С до +40°С, применяются передвижные котлы КДМ-150, КДМ-1501 и КДМ-1502. Они представляют собой блок, в состав которого входит рама и теплоизолированная емкость, в которую встроена лопастная мешалка с вертикальным расположением вала. Привод мешалки осуществляется от автономного дизельного двигателя с использованием цепной и клиноременной передач. Температура в котле поддерживается за счет системы подогрева, работающей на сжиженном газе. Загрузка литой асфальтобетонной смеси осуществляется через загрузочный люк в верхней части котла, а выгрузка - через люк с шиберным затвором в нижней части котла.

1.1.3 Машины для уплотнения грунтов и дорожных оснований

Катки - наиболее распространенные и простые машины, задействованные в технологии строительства автомобильных дорог. Современные катки должны удовлетворять следующим основным требованиям:

а) обеспечивать необходимую плотность и ровность поверхности;

б) возможность регулирования веса катка;

в) иметь хорошее и легкое управление и большой обзор при движении как вперед, так и назад;

г) обладать плавностью хода при повороте, трогании с места и реверсировании движения;

д) иметь одинаковое количество скоростей движения как вперед, так и назад.

Рациональная область применения существующих катков определяется по удельному давлению, скорости перемещения, числу и конструкции вальцов.

По величине удельного давления катки делятся на:

а) легкие - с удельным давлением менее 4 МПа, массой 5000 кг и мощностью двигателя до 20 кВт;

б) средние - с удельным давлением 4-6 МПа, массой 6000-10000 кг и

двигателем 20-30 кВт;

в) тяжелые - с удельным давлением свыше 6 МПа, массой более 10000 кг и двигателем более 30 кВт.

Легкие катки применяются для предварительной подкатки оснований, а также для уплотнения тонкослойного песчаного асфальтобетона на тротуарах, велосипедных дорожках и т.п. Средние катки служат для промежуточного уплотнения оснований и покрытий, а также для окончательного уплотнения усовершенствованных покрытий облегченного типа. Тяжелые катки служат для окончательного уплотнения гравийных и щебеночных оснований и асфальтобетонных покрытий.

По числу и расположению вальцов катки разделяются (рис. 4.26) на:

а) одновальцовые (рисунок 5а), а также одновальцовые с поддерживающими вальцами (рисунок 5б) или колесами (рисунок 5в);

б) двухвальцовые с одним (рисунок 5г) или двумя ведущими вальцами;

в) трехвальцовые двухосные (рисунок 5д);

г) трехвальцовые двухосные с дополнительным вальцом малого диаметра (рисунок 5е);

д) трехвальцовые трехосные с одним или тремя ведущими вальцами (рисунок 5ж).

Рисунок 5. Схема расположения вальцов катка в плане

Наибольшее распространение получили пневмоколесные прицепные и полуприцепные катки, у которых уплотняющее воздействие осуществляется посредством контактного давления, передаваемого катящимися колесами на поверхность уплотняемого материала при многократных проходах по одному следу.

При уплотнении комковатых связных грунтов эффективно применение прицепных и полуприцепных кулачковых и решетчатых катков.

Конструкция прицепных и полуприцепных пневмоколесных катков (рисунок 6) представляет собой жесткую раму 3 со сцепным устройством 1, к которому балансирно присоединены балластные ящики 2 с пневматическими колесами 4. При такой подвеске постоянно обеспечивается контакт всех колес с неровной поверхностью. В зависимости от марки используемого тягача прицепные и полуприцепные катки различаются по своей конструкции.

В настоящее время область применения катков статического действия ограничена из-за их низкой, по сравнению с вибрационными катками, эффективности.

Рисунок 6. Пневмоколесный прицепной каток

Во всем мире наибольшее распространение для уплотнения грунтов и дорожно-строительных материалов получили самоходные вибрационные катки. Большинство машин имеет сходную между собой конструкцию, отличаясь основном внешним видом, комплектующими, конструкцией отдельных узлов и деталей.

На рисунке 7 представлен общий вид вибрационного катка на одноосном тягаче ДУ-62. Рабочим органом машины служит вибрационный валец 1, размещенный на передней полураме 2. Задняя полурама 4, на которой размещена силовая установка 5, кабина и система управления с помощью шарнира 3 может поворачиваться относительно передней на ± 7^е.



Рисунок 7. Вибрационный каток на одноосном тягаче ДУ-62

При возведении дорожных покрытий для уплотнения насыпных слоев грунта, нижних слоев асфальтобетонных покрытий и материалов дорожных покрытий применяют вибрационный комбинированный каток ДУ-58, который унифицирован с катком ДУ-62. Отличается он тем, что имеет четыре приводных пневматических колеса с гладкими шинами специальной конструкции, позволяющей равномерно распределять передаваемую нагрузку по всей ширине шины. Таким образом, уплотняемый материал испытывает не только вибрационное воздействие от вальца, но и статическую нагрузку от колес.

1.2 Анализ современных материалов при строительстве и ремонте дорог

1.2.1 Модифицированный битум

Неуклонный рост количества грузовых автомобилей и нагрузок на ось создает сложные условия для эксплуатации автомобильных дорог, особенно построенных на основе органических вяжущих, и требует соответствующих контрмер. Основная проблема, возникающая в связи с высокими осевыми нагрузками и большой интенсивностью движения - деформация асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог, построенных с использованием обычных битумов.

Для повышения надежности и долговечности работы покрытий в настоящее время рекомендуется использовать битумы, модифицированные полимерами. Широкое использование модифицированных битумов вместо обычных объясняется их улучшенными свойствами. Полимерные битумы имеют большой диапазон рабочих температур (разница между температурой размягчения и температурой хрупкости) до 100°С (обычные битумы до 60°С).

Асфальтобетоны, приготовленные с использованием полимерных битумов, имеют высокую устойчивость к деформациям за счет большой эластичности применяемых битумов. Кроме того, значительно замедляется процесс старения асфальтобетона. Исследования зарубежных ученых показывают, что у битумов, извлеченных из дорожных покрытий, прослуживших 10 лет, не наблюдается существенных изменений вязкости.

Для улучшения свойств дорожных битумов (модификации) принято использовать специально изготавливаемые искусственные материалы. В настоящее время, ввиду многообразия искусственных материалов, предлагаемых нефтехимическими производствами, имеется богатый выбор используемых для модификации полимеров. Условно их можно классифицировать как термопласты (пластомеры), эластомеры и термоэластичные искусственные материалы.

Термопласты состоят из линейных или малоразветвленных полимерок, размягчающихся при нагревании. При охлаждении они снова становятся твердыми. Добавка пластомеров повышает вязкость и жесткость битумов при нормальных рабочих температурах (от -30°С до 60°С). Но пластомеры не оказывают влияния на эластичность битумов модифицированных с их помощью.

При нагревании битумов, улучшенных пластомерами, наблюдается тенденция к разделению фаз битума и полимера, то есть такие битумы не устойчивы к хранению, поэтому должны готовиться непосредственно перед использованием на асфальтобетонном заводе. Наиболее распространено использование в качестве пластомеров полиэтилена и атактического (стереобеспорядочного) полипропилена.

Эластомеры состоят из длинных полимерных цепочек с широкими разветвлениями. Они эластичны в широком диапазоне температур: от низких до 200°С

При добавке эластомеров в битум повышается его вязкость, улучшается эластичность. Но эти системы также неустойчивы при хранении, для предотвращения разделения фаз между битумом и искусственным материалом требуется постоянное перемешивание. Битум, модифицированный эластомерами, можно назвать битумом с эластичным наполнителем. В качестве эластомеров принято использовать натуральный или регенерированный каучук и полибутадиены.

Термоэластичные искусственные материалы размягчаются при температурах выше обычных рабочих температур и хорошо деформируются в этом состоянии,

Термоэластичные искусственные материалы начали использоваться с 1965 года. Самым известным представителем группы термоэластичных пластмасс является стирол-бутадиен-стирол (СБС). Этот искусственный материал представляет собой блокополимер, состоящий из блоков стирола и полибутадиена.

Добавка к битуму этого материала составляет, как правило, от 3 до 6% по массе. Необходимое количество добавляемого материала зависит от дисперсного состояния вводимого вещества: если СБС вводится в битум в мелкодисперсной форме, то расход уменьшается, если в крупнодисперсной форме, то требуется большое количество модификатора.

Кроме полимеров для улучшения свойств битума могут использоваться другие модификаторы: неорганические соли (хлорид марганца), синтетические или природные смолы, а также природные асфальты

В Европе для модификации битума чаще всего используется стирол-бутадиен-стирол. Полимер вводится в виде твердого вещества (гранул или порошка), а также в виде жидкости (эмульсии или раствора), В любом случае необходимо добиться однородности конечного материала.

Для получения смесей, устойчивых при хранении, необходимо выбрать соответствующий базисный битум. Смесь является пригодной для хранения, если при длительном хранении горячего битума в резервуаре асфальто-смесительной установки не происходит разделение фаз. Современные полимерные битумы могут храниться до 6 недель.

Традиционно используются два метода для изготовления модифицированного битума:

- приготовление битумно-полимерной дисперсии в мешалках с большими срезываюшими усилиями (коллоидных мельницах);

- внесение полимера в битум химическим путем с помощью медленно врашаюшихся мешалок с незначительным срезывающим усилием.

В первом случае для стабилизации полимерно-битумной дисперсии применяется сера и ее соединения. Между полимером и серой происходят реакции, в результате которых возникают новые химические соединения, они остаются равномерно распределенными в битуме благодаря своей решетчатой структуре.

Во втором случае полимер (например, СБС) предварительно обрабатывается таким образом, что кажется растворенным в битуме.

При использовании полимеров, которые не могут сочетаться с химической системой битумов (политилен, атактичецкий полипропилен и натуральный каучук), необходимы установки для приготовления модифицированного битума непосредственно на асфальтобетонных заводах, чтобы приготовленный материал мог быть использован для приготовления асфальтобетона до разделения фаз.

Для переработки полипропилена и природного каучука или регенерированной резины рекомендуется использовать мешалки малой скорости. В этом случае перемешивание битума с полимером происходит за счет расплавления полимера. Для получения модификаций на основе полиэтилена используются мешалки с большими срезывающими усилиями, которые могут обеспечить дисперсное распределение полиэтилена в битуме.

В нашей республике и в условиях России применение пластомерных добавок не рекомендуется по климатическим условиям. При сильном охлаждении и продолжительных морозах асфальтобетоны на основе таких вяжущих подвержены сильному трещинообразованию.

1.2.2 Битумные эмульсии

Битумная эмульсия - это дисперсия битума в воде. Как правило, базовым вяжущим, на основе которого готовится битумная эмульсия, является обычный или модифицированный битум.

Битумные эмульсии принято классифицировать потрем критериям: знаку электрического заряда гранул, скорости распада и весовому содержанию базового вяжущего,

В зависимости от знака электрического заряда гранул эмульсии бывают анионные и катионные. По скорости распада различают быстрораспадающиеся эмульсии, средние, медленные и сверхстабилизированные. От содержания битума в эмульсии их делят на 50%, 55%, 60%, 65% и 69%.Наибольшее распространение в настоящее время получили катионные эмульсии.

Высокое качество покрытий, выполняемых с использованием битумных эмульсий, обеспечивается хорошей работоспособностью этого вяжущего, каменным материалом.

Для практического использования битумных эмульсий важнейшими свойствами являются: вязкость, стабильность при хранении, скорость распада и сцепляемость.

Битумная эмульсия - комплексное вяжущее, форма и свойства которою в значительной мере зависят от свойств исходного битума.

Теоретическую схему производства битумной эмульсии можно представить следующим образом:

Для производства эмульсий используется обычный или модифицированный битум. В качестве разжижителей обычно используются масла каменноугольной смолы. Вода должна содержать минимум органических и минеральных примесей. Эмульгаторы, как правило, являются химическими продуктами класса аминов. Способ хранения, использования и дозировки эмульгаторов зависит от их исходной консистенции. Кислота применяется для трансформации эмульгаторов в соли с последующим их растворением в дисперсионной среде.

Рассеивание битума в дисперсионной среде вызывается механической и физико-химической энергиями. Механическая энергия коллоидной мельницы разделяет битум на мелкие частицы, с увеличением силы воздействия тонкость эмульсии увеличивается. Физико-химическая энергия, появляющаяся за счет эмульгатора, расходуется на снижение напряжения на поверхности раздела между углеводородной и водной фазами и формирование защитной пленки вокруг частиц.

Высокая технологическая сложность производства эмульсий требует тщательной дозировки компонентов и постоянного контроля за характеристиками всех происходящих процессов.

В нашей республике действует уже три завода по производству битумных эмульсий

1.2.3 Каменные материалы

В качестве основного заполнителя при приготовлении асфальтобетонов принято использовать щебень. Щебень представляет собой смесь угловатых обломков камня различной формы. Получают щебень путем дробления скальных горных пород в дробилках разных конструкций (конусных, щековых, шаровых). Дробилки должны подбираться в зависимости от свойств горной породы.

В традиционных технологиях дорожного строительства в нашей стране до недавнего времени использовался щебень в основном трех фракций: 5--10 мм; 10-20 мм; 20-40 мм. Для обеспечения качества важно учитывать не только фракционный состав каменного материала, но и форму зерен. При наличии в щебне пластинчатых и игловых зерен снижается долговечность асфальтобетонов за счет разрушения этих частиц еще в период уплотнения.

В зависимости от содержания зерен пластинчатой и игловатой форм щебень подразделяют на щебень с кубовидной формой зерен при содержании их до 15% (но массе), улучшенный - до 25% и обычный - до 35%.

Переход к ремонту автомобильных дорог с использованием новых технологий требует пересмотра требований к щебню. Он должен быть прочным, кубовидной формы, морозоустойчивым и обладать хорошей адгезией связущим. Гранулометрический состав и основные характеристики щебня регламентируются стандартом Мtx 11501 от декабря 1970 года. Обычно применяется щебень следующих фракций: 2/4, 4/6,3, 6,3/10, 10/14. Это стандартные размеры.

Границы фракций d/D должны удовлетворять соотношению d=0,6D, исключением является фракция 2/4. Кроме того, для удобства речевого выражения размер 6,3 мм принято обозначать 6 мм.

Особое внимание уделяется требованиям к форме щебня, она должна быть кубовидной. Соотношение размеров: длины (L) величины G, (диаметра самого маленького кольца, через которое можно пропустить щебень); толшины (Е), которая должна удовлетворять следующим требованиям:

1) неравенство 1>С<6Е должно быть верно для 90% зерен щебня;

2) процентное соотношение зерен щебня, для которых С/Е>1,56 не превышало: 20-25%, если движение неинтенсивное; 5% -- При интенсивном движении и 10% - при очень интенсивном движении.

В случае использования в качестве вяжущего битумных эмульсий особые требования предъявляются к чистоте щебня. Для обеспечения надежного сцепления, на границе «щебень вяжущее» во время производства щебень целесообразно мыть.

В нашей республике для производства мелкофракционного щебня используются дробилки.



1.2.4 Асфальтобетоны

Требования к асфальтобетонным смесям, применяемым для покрытий и оснований, автомобильных дорог на территории Российской Федерации, регламентируются ГОСТ 9128-84, а в нашей республике СТБ 1033-96 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон».

Асфальтобетонные смеси приготавливают смешением в смесительных установках в нагретом состоянии щебня (гравия), песка (природного или дробленою или из отсевов дробления), минерального порошка и нефтяного дорожного битума. Для лучшего сцепления битума с минеральной частью смеси, улучшения технологических свойств смесей и снижения температуры на-1рева исходных материалов добавляют поверхностно-активные вещества (ПАВ). В качестве ПАВ наибольшее распространение получили технические амины (ТУ 6-02-795-87).

В соответствии с ГОСТ 9128-84 и СТЬ 1033-96 асфальтобетонные смеси подразделяют на щебеночные, гравийные и песчаные.

В зависимости от вязкости используемого битума и условий применения (температуры укладки) асфальтобетонные смеси подразделяют на виды:

- горячие, приготавливаемые с использованием вязких битумов и применяемые непосредственно после приготовления с температурой не менее 120°С;

- теплые, приготавливаемые с использованием вязких и жидких битумов и применяемые непосредственно после приготовления с температурой не менее 100°С (При использовании вязкого битума) и не менее 70°С (при использовании в качестве вяжущего жидких битумов);

- холодные, приготавливаемые с использованием жидких битумов или битумных эмульсий, допускающие длительное хранение (в штабеле или в расфасованном виде) и применяемые с температурой не менее 5°С.

Горячие и теплые асфальтобетонные смеси в зависимости от наибольшего размера зерен минеральных материалов подразделяются на крупнозернистые (с зернами размером до 40 мм), мелкозернистые (с зернами размером до 20 мм) и песчаные (с зернами размером до 5 мм). Холодные асфальтобетонные смеси принято готовить только с мелкозернистым и песчаным составом асфальтобетона.

Асфальтобетоны из горячих и теплых смесей в зависимости от значения остаточной пористости принято классифицировать на плотные с остаточной пористостью от 1 до 5%, пористые с остаточной пористостью свыше 5 до 12%, высокопористые с остаточной пористостью свыше 12 до 18%.

Горячие и теплые смеси (щебеночные, гравийные, песчаные) для пористых и высокопористых асфальтобетонов подразделяются на две марки: I и II. СТБ 1033-96 регламентирует условное обозначение асфальтобетонной смеси. Оно должно состоять из сокращенного обозначения смеси с указанием материала заполнителя (Щ - щебень: Г - гравий. П - песок) и его крупности (К-крупнозернистая, М -мелкозернистая), типа, вида (Аг; Бт ;Вх и т.д., индексы г, т, х соответственно для горячих, теплых и холодных видов смесей), марки смеси (I,II,III), модуля остаточной деформации плотного асфальтобетона (Е в МПа) и обозначения стандарта. Например, условное обозначение щебеночной мелкозернистой горячей плотной смеси типа Б марки I с Е - 100 МПа следующее: ЩМБг-1/100 СТБ 1033-96; для гравийной крупнозернистой теплой вы с око пори сто и смеси марки II: ГКВП] - Т1 СТБ 1033-96.

Асфальтобетонные смеси должны приготавливаться в соответствии с требованиями СТБ 1033-96 по технологическому регламенту, утвержденному в установленном порядке. СТБ 1033-96 регламентирует зерновой (гранулометрический) состав минеральной части асфальтобетонных смесей, содержание в них битума, а также показатели физико-механических свойств: пористость минерального остова в % по объему; остаточную пористость в % по объему; водонасыщение, %; набухание, %; предел прочности при сжатии при 1 = 20°С. МПа; коэффициент водостойкости при длительном насыщении, слеживаемость (для холодных смесей).

При подборе составов смесей с целью их оптимизации и получения трещиностойких асфальтобетонов используется информативный показатель: индекс трещиностойкости асфальтобетона. Он должен быть не менее 1,0.

Асфальтобетонные смеси должны быть однородными и не содержать скоплений битума и минерального порошка, а также зерен минерального материала, непокрытых битумом. Асфальтобетонные смеси должны выдерживать испытание на сцепление битума с минеральной частью смесей.

При использовании активированных минеральных порошков или ПАВ температура приготовления смесей должна изменяться (уменьшаться). Если укладка смесей осуществляется при температуре от 0 до 5С, то температура горячих смесей может быть на 10°С. При температуре окружающего воздуха выше, чем 20 С допускается снижение на 20 С температуры горячих и теплых смесей при укладке.

Для приготовления асфальтобетонных смесей рекомендуется применять щебень и гравий из плотных горных пород по ГОСТ 8267-93, а также щебень и металлургических шлаков по ГОСТ 3344-83. Не допускается применение щебня из глинистых (мергелистых) известняков, глинистых песчаников и глинистых сланцев.

Пески для приготовления асфальтобетонных смесей следует применять I и II класса (природные и из отсевов дробления) с модулем крупности не менее 1,0. отвечающие ГОСТ 8736-93, и дробленый песок, отвечающий требованиям нормативно-технической документации.

Важной составной частью асфальтобетонных смесей является минеральный порошок. Может использоваться активированный или неактивированный минеральный порошок, отвечающий требованиям ГОСТ 16557-78. При проектировании состава асфальтобетонной смеси должна учитываться также пыль, улавливаемая в очистных сооружениях асфальтобетонных заводов. Ее гранулометрический состав также регламентируется ГОСТ 16557-78. Для улучшения эксплуатационных свойств асфальтобетона в его состав может вводиться резиновая крошка в количестве 1-3% по массе минеральной части.

С целью экономии ресурсов в состав асфальтобетонных смесей в определенных количествах может вводиться дробленый асфальтобетон, ранее использованный в покрытиях и основаниях дорог. Асфальтобетонный гранулят получаем в ходе дробления сфрезерованного материала существующих асфальтобетонных покрытий. В настоящее время широкое распространение получили фрезы фирмы «Wirtgen». Добавление асфальтобетонного гранулята в состав свежей асфальтобетонной смеси осуществляется на асфальтосмесительных установках.

Использование технологий регенерации асфальтобетонных покрытий позволяет приготавливать свежую асфальтобетонную смесь непосредственно на автомобильной дороге (технологии холодного рециклинга и горячего ремексирования).

В настоящее время все большее распространение получают асфальтобетоны, приготовляемые на дороге путем горячей регенерации существующего покрытия с добавлением регенерирующих добавок, битума или свежей асфальтобетонной смеси. Требования к таким асфальтобетонам регламентируются стандартом АА SHTO.

Вариант 8

Исходные данные.

База механизации проектируется для комплекта машин, предназначенного для устройства дорожного полотна.

Исходные данные приведены в таблице 1.

Таблица 1

Исходные данные к проекту по варианту 8.

Категория дороги	Kg	2
Километраж 1 участка	Lg1, км	60
Километраж 2 участка	Lg2, км	20
Грунтовые условия	C	3
Относительная влажность	W	Ном.
Коэффициент сопротивления. Перемещению 1 участка.	f1	0,05
Коэффициент сопротивления. Перемещению 2 участка.	f2	0,04
Дальность транспортирования. до 1 участка	L1, км	3
Дальность транспортирования. до 2 участка	L2, км	6
Расстояние. от 1 участка. до базы	Lr1, км	40
Расстояние. от 2 участка. до базы	lr2, км	60
Коэффициент сменности	kcm	2
Наработка 1 машины типа	H1, час	1600
Шаг наработки	h, час	240

Для устройства земляного полотна применяется песок или супесь. Толщина слоя до 1,5 м. (наименьшее возвышение 1,1 м). Коэффициент уплотнения 1,0...0,98.

Тело насыпи (с откосами). Разрешается использовать грунты и отходы промышленности (шлак).

Требования к материалам по СНиП 2.05.02-85.



3. Расчет годовых объемов работ

Расчет потребного количества песка Q_п; щебня Q_щ; ,битума Q_б; крупнозернистого и мелкозернистого асфальтобетона Q_ак и Q_ам в зависимости от категории строящейся дороги k_д и ее длины L_д, производится на основании норм расхода материалов на 1 км дороги, приведенных в приложении А /1/.

Расчет годовых объемов работ для 1-го участка дороги:

Годовой объем работ для экскаваторов и самосвалов определяется по формуле:

Qп₁ = LдНр = 6022,510³ = 13,510⁵ м³ ,

где Lд = 60 км - длина первого участка дороги;

Нр=22,510³ м³ - норма расхода песка на 1 км дороги, приведенное в приложении А /1/.

Годовой объем работ для пневмокатков и автогрейдеров определяется по формуле:

Q₁ = nLдВд = 56000015 = 4510⁵ м²,

где n - количество слоев отсыпки при устройстве земляного полотна, принимаем n = 5;

Вд - ширина земляного полотна , Вд = 15м (см таблица 1.1 /1/ ).

Расчет годовых объемов работ для 2-го участка дороги:

Годовой объем работ для экскаваторов и самосвалов определяется по формуле:

Qп₂ = LдНр =2022,510³ = 4,510⁵ м³,



где Lд = 20 км - длина второго участка дороги;

Нр=22,510³ м³ - норма расхода песка на 1 км дороги, приведенное в приложении А /1/.

Годовой объем работ для пневмокатков и автогрейдеров определяется по формуле:

Q₂ = nLдВд = 52000015 = 1510⁵ м² ,

где n - количество слоев отсыпки при устройстве земляного полотна, принимаем n = 5;

Вд - ширина земляного полотна , Вд = 15м.

Параметры для остальных машин сведем в таблицу 2.

Таблица 2

Годовые объемы работ

Участок	Qп, м3	Qщ, м3	Qб, т	Qа, т	Qуа, м2	Qуп, м2	Qущ, м2	Вд м
Участок 1	13,5105	104103	10578	129103	9105	36105	9105	15
Участок 2	4,5105	34,6103	3526	43103	3105	12105	3105	15



4. Выбор технологий и ведущих машин для выполнения годового объема работ

Производственная эксплуатация строительных и дорожных машин предусматривает выбор машин и комплексов для выполнения заданного объема работ строительного производства с учетом конкретных условий на основе их технологических, технико-экономических и эргономических показателей. В основу формирования парка машин должны быть выбранные технологии выполнения необходимых работ, обеспечивающие необходимое их качество, сроки выполнения и минимальные удельные приведенные затраты. В целом невозможно эффективно решать вопросы производственной и технической эксплуатации машин вне зависимости от применяемых технологий строительного производства в конкретных условиях.

Система машин для комплексной механизации и автоматизации строительства автомобильных дорог включает пять основных групп машин, определяемых их технологическим назначением: для строительства земляного полотна, для строительства дорожных одежд и покрытий, для строительства водопропускных сооружений (труб, мостов и др.) и укрепления откосов, для добычи и приготовления дорожно-строительных материалов, технологический транспорт.

Система и комплекс машин для содержания и ремонта автомобильных дорог также состоят из пяти основных групп машин: для летнего и зимнего содержания, для маркировки проезжей части, содержания обстановки пути, озеленения, благоустройства, для ремонта земляного полотна, сооружений, водоотвода и полосы отвода, для ремонта и восстановления дорожных одежд и покрытий, для ремонта и содержания искусственных сооружений.

Конструкция и параметры дорожных машин определяются специфическими особенностями строительства и каждой операции технологии производства соответствующих видов работ: линейной протяженностью работ и их удалением от производственных баз, цикличностью и синхронизацией операций, жесткой регламентацией ряда операций во времени (охлаждением асфальтобетонной смеси и др.), увязкой производительности машин комплекта между собой и со скоростью технологического процесса, большими объемами транспортных операций, высоким качеством уплотнения, высокой точностью планировки, обеспечением высокой стабильности свойств строительных смесей и других строительных материалов, необходимостью изменения номенклатуры ряда смесей и их свойств путем использования гибких автоматизированных производств, увеличением объемов работ по реконструкции дорог и необходимостью регенерации старого материала, использованием в качестве строительных материалов отходов производств, новых перспективных материалов. При требуемом высоком качестве работ машины должны обеспечить существенное сокращение ручного труда, материальных и энергетических затрат, высокую надежность требуемого темпа строительства, эффективную эксплуатацию сооружения независимо от времени года и климатических условий и полностью отвечать требованиям эргономики, охраны труда и экологии.

Высокий уровень строительства и эксплуатации сооружений обеспечивается рациональным выбором номенклатуры и типоразмера машин. Для выполнения ряда технологических операций дорожного строительства с успехом используют машины общестроительного назначения (для выполнения подготовительных и земляных работ общего характера, для производства щебня, получения и транспортирования цементобетонных смесей, а также для уплотнения грунтов и др.).

Для первого участка:

Скрепер ДЗ-11;

Толкач на базе бульдозера ДЗ-27;

Каток пневмошинный с тягачом МоАЗ ДУ-16В, m=25т;

Автогрейдер тяжелого типа ДЗ-98А;

Для второго участка:

автосамосвал МАЗ-5551;

Бульдозер ДЗ-35С;

Каток пневмошинный с тягачом МоАЗ ДУ-16В, m=25т;

Погрузчик ТО-18;

Автогрейдер тяжелого типа ДЗ-98А;

4.1 Расчет производительности машин

4.1.1 Расчет производительности машин для 1-го участка дороги

Расчет годовой эксплуатационной производительности скрепера ДЗ-11.

Часовая эксплуатационная производительность скрепера определяется по формуле:

,

q - объем ковша, м³;

k_м - коэффициент наполнения ковша (0,8 с толкачом до 1,2);

k_р - коэффициент разрыхления грунта (1,1...1,5);

k_в - коэффициент использования рабочего времени (0,85...0,9).

Длина пути набора грунта

t_ц = t₁+t₂+t₃+t₄;

где t_ц - продолжительность цикла, сек;

t₁ - продолжительность набора грунта, сек;

;

, м

Где h=0,35м - толщина слоя, м;

B=2,5м - ширина ножа, м;

для песка при работе с толкачом h = 30...35 см.

Целесообразная дальность транспортировки l₂ = 3000 м; l₃ - длина пути разгрузки из ковша (при слое 20...30 см длина пути 10...12м).

, м

t₂ - продолжительность разгрузки грунта, сек;

;

t₃- продолжительность перемещения скрепера, сек;

;

t₄ - продолжительность поворотов и переключений (в среднем 60 сек);

V₁=0,83м/с, V₂=1,39м/с, V₃=5,56 - скорость перемещения скрепера, м/сек;

t_ц = 12+10+7,19+1079=1109 с;

м³/ч;

Годовая эксплуатационная производительность экскаватора определяется по формуле:

П_г = П_э ^. Тг,

где Тг - годовой фонд времени с учетом коэффициента сменности определяется по формуле:

;

где Д_{календ.} - число календарных дней в году (365 дней),

Д_перер. - перерывы в работе машины по всем причинам кроме ТО и ремонтов (139 дней),

К_см - коэффициент сменности, принемаем К_см=2,

t_см - продолжительность смены, t_см=8,

Р_ч - время нахождения машины в ТО и ремонте в расчете на 1 ч сменного рабочего времени машины, дн:

,

ч;

Принимаем для расчетов Тг =3066 ч/год.

Пг = 25,52 ^. 3066 = 78256,71 м³/год.

Расчет годовой эксплуатационной производительности пневмокатка ДУ-16В

Эксплуатационная производительность дорожных катков в м²/час:

где B - ширина укатываемой полосы, принимаем B = 3 м;

a - перекрытие предыдущего прохода (0,2м);

V_ср - средняя скорость катка, принимаем V_ср = 3км/ч;

n - необходимое число проходов (принимается при уплотнении песчаных слоев (15…20 ), для проведения расчетов принимаем n = 20 .

Часовая эксплуатационная производительность равна:

Пэ = м²/час.

Годовая эксплуатационная производительность пневмокатка определяется по формуле:

П_г = Пэ Тг,

где Тг - годовой фонд времени с учетом коэффициента сменности. Принимаем для расчетов Тг = 2150 ч/год.

Пг =420 2150 =903000 м²/год.

Расчет годовой эксплуатационной производительности автогрейдера ДЗ-98А

Эксплуатационная производительность автогрейдера , м²/час:

где B - ширина разравниваемой полосы, принимаем B = 4 м;

a - перекрытие предыдущего прохода (0,2м);

V_ср - средняя скорость автогрейдера, принимаем V_ср =3км/ч;

n - необходимое число проходов, принимаем n = 3.

Часовая эксплуатационная производительность равна:

Пэ = м²/час.

Годовая эксплуатационная производительность автогрейдера определяется по формуле:

П_г = Пэ Тг,

где Тг - годовой фонд времени с учетом коэффициента сменности. Принимаем для расчетов Тг =2265 ч/год.

Пг =38002265 = 8607000 м²/год..

Расчет годовой эксплуатационной производительности бульдозера ДЗ-35С Эксплуатационная производительность бульдозера, м³/ч.

,

где a*b*h - объем грунта перед отвалом, м³/ч;

n - число циклов за час работы:

n = 3600/t_Ц =3600/120 = 30;

сек;



l₁ - длина пути зарезания (6…8 м), l₁ = 6м;

L - дальность перемещения грунта, м;

V₁, V₂, V₃ - скорости при зарезании, перемещении к месту отсыпки и обратно, м/сек;

t_o - время на переключение скорости, опускания отвала (20…30 сек), t_o = 25 сек;

t₁ - время на разгрузку отвала при отсыпке (5…6 сек), t₁ = 5 сек;

k_H = 0,9 - коэффициент наполнения призмы;

k_П = 0,9 - коэффициент потерь грунта;

k_P = 1,2 - коэффициент разрыхления грунта;

k_B = 0,85 - коэффициент использования по времени;

k_УКЛ = 1 - коэффициент, учитывающий уклон дороги.

П_Э = 0,51,23,641,25300,90,91,2^-10,851 = 47 м³/ч.

Годовая эксплуатационная производительность бульдозера определяется по формуле:

П_г = П_э Тг,

где Тг - годовой фонд времени с учетом коэффициента сменности. Принимаем для расчетов Тг = 3186 ч/год.

Пг = 47 3380 = 158860 м³/год.

4.1.2 Расчет производительности машин для 2-го участка дороги

Расчет годовой эксплуатационной производительности погрузчика одноковшового ТО-18 Часовая эксплуатационная производительность погрузчика определяется по формуле:

, м³/час

где V_к - вместимость ковша, принимаем =1,4 м³;

k_н - коэффициент наполнения, принимаем к_н =1,05;

k_р - коэффициент разрыхления материала к_р =0,95;

k_и - коэффициент использования погрузчика в течении смены (0,7...0,8), принимаем к_и = 0,8.

k_у - коэффициент, учитывающий условия работы (0,65…0,8);

г - плотность материала, 1,4 т/м³

Продолжительность цикла t_ц учтена хронометражем.При проведении расчетов для погрузчика данного типа принимаем t_ц =35 с.

, м³/час

Годовая эксплуатационная производительность погрузчика определяется по формуле:

П_г = П_э Тг,

где Тг - годовой фонд времени с учетом коэффициента сменности. Принимаем для расчетов Тг =3495 ч/год.

Пг = 133,693495 = 467255,74 м³/год.

Расчет годовой эксплуатационной производительности самосвала МАЗ-5551

, м³/час

где m - число рейсов в час;

g - грузоподъемность самосвала, g =8 т;

- плотность материала, =1,4 т/м³.

Число рейсов m = 60/Т = 60/20=3, принимаем m = 3;

где Т - производительность одного цикла работы самосвала, мин.

,

Где t_п - время, необходимое на загрузку самосвала (за 2...3 циклов погрузчика), для проведения расчетов, в зависимости от типа основной машины t_п =1,75 мин;

L - расстояние транспортировки грунта, км, принимаем среднее расстояние транспортировки L = 3 км;

V₁ - скорость движения груженого самосвала,

V₁ =26-62f₁+0,34f₁^-1=26-620,05+0,340,05^-1=16,1 км/ч;

V₂ - скорость движения порожнего самосвала, принимаем V₂ = 50 км/ч;

t_р - время маневрирования и разгрузки самосвала, принимаем tр = 4 мин. Тогда производительность самосвала:

П_Э = м³/час.

Годовая эксплуатационная производительность самосвала определяется по формуле:

П_г = П_сам Тг,

где Тг - годовой фонд времени с учетом коэффициента сменности. Принимаем для расчетов Тг = 2800 ч/год.

Пг = 17,42800 = 48000 м³/год.

Расчет годовой эксплуатационной производительности пневмокатка ДУ-16В

Эксплуатационная производительность дорожных катков в м²/час:

где B - ширина укатываемой полосы, принимаем B = 3 м;

a - перекрытие предыдущего прохода (0,2м);

V_ср - средняя скорость катка, принимаем V_ср = 3км/ч;

n - необходимое число проходов (принимается при уплотнении песчаных слоев (15…20 ), для проведения расчетов принимаем n = 20 .

Часовая эксплуатационная производительность равна:

Пэ = м²/час.

Годовая эксплуатационная производительность пневмокатка определяется по формуле:

П_г = ПэТг,

где Тг - годовой фонд времени с учетом коэффициента сменности. Принимаем для расчетов Тг = 2150 ч/год.

Пг =4202150 =903000 м²/год.

Расчет годовой эксплуатационной производительности автогрейдера ДС-122-1

Эксплуатационная производительность автогрейдера, м²/час:

где B - ширина разравниваемой полосы, принимаем B = 2,5 м;

a - перекрытие предыдущего прохода (0,2м);

V_ср - средняя скорость автогрейдера, принимаем V_ср =3км/ч;

n - необходимое число проходов, принимаем n = 3.

Часовая эксплуатационная производительность равна:

Пэ = м²/час.

Годовая эксплуатационная производительность автогрейдера определяется по формуле:

П_г = Пэ Тг,

где Тг - годовой фонд времени с учетом коэффициента сменности. Принимаем для расчетов Тг =2265 ч/год.

Пг =23002265 =5209500м²/год..

Расчет годовой эксплуатационной производительности бульдозера ДЗ-35С. Эксплуатационная производительность бульдозера, м³/ч.

,

где a*b*h - объем грунта перед отвалом, м³/ч;

n - число циклов за час работы:

n = 3600/t_Ц =3600/120 = 30;

сек;

l₁ - длина пути зарезания (6…8 м), l₁ = 6м;

L - дальность перемещения грунта, м;

V₁, V₂, V₃ - скорости при зарезании, перемещении к месту отсыпки и обратно, м/сек;

t_o - время на переключение скорости, опускания отвала (20…30 сек), t_o = 25 сек;

t₁ - время на разгрузку отвала при отсыпке (5…6 сек), t₁ = 5 сек;

k_H = 0,9 - коэффициент наполнения призмы;

k_П = 0,9 - коэффициент потерь грунта;

k_P = 1,2 - коэффициент разрыхления грунта;

k_B = 0,85 - коэффициент использования по времени;

k_УКЛ = 1 - коэффициент, учитывающий уклон дороги.

П_Э = 0,51,23,641,25300,90,91,2^-10,851 = 47 м³/ч.

Годовая эксплуатационная производительность бульдозера определяется по формуле:

П_г = П_эТг,

где Тг - годовой фонд времени с учетом коэффициента сменности. Принимаем для расчетов Тг = 3186 ч/год.



Пг = 47 3380 = 158860 м³/год.

Параметры машин сведем в таблицу 4.

Таблица 4

Годовая эксплуатационная и часовая эксплуатационная производительность машин

Наименование машин	Пэ,м3(м2)/час	Пг,м3(м2)/год	N
Участок 1
Автоскрепер ДЗ-11	25,52	78256,71	18
Бульдозер ДЗ-35С	47	158860	2
Пневмокаток ДУ-16В	420	90300	4
Автогрейдер ДС-122-1	2300	5209500	1
Участок 2
Самосвал МАЗ-5551	17,4	48000	10
Бульдозер ДЗ-35С	47	158860	1
Пневмокаток ДУ-16В	420	90300	2
Автогрейдер ДС-122-1	2300	5209500	1
Погрузчик ТО-18	133,69	467255,74	1

4.2 Расчет потребного количества машин

Определив годовую эксплуатационную производительность машин каждого типа П_эг и объемы работ, выполняемых в течение года Q_г, производится предварительный расчет необходимого количества машин каждого типа:

;

4.2.1 Расчет потребного количества машин для 1-го участка

Количество скреперов ДЗ-11 равно:



N_скр. = 1350000 / 78256,71= 18, принимаем N_скр. = 18 шт;

Количество пневмокатков ДУ-16В равно:

N_кат. = 3600000 / 903000 = 3,99 , принимаем N_кат. = 4 шт;

Количество автогрейдеров ДЗ-98А равно:

N_авт. = 3600000 / 5209500 = 0,69 , принимаем N_авт. = 1 шт.

Для распределения материалов, доставленных автосамосвалами без расчета принимаем бульдозеры в количестве, 1 бульдозер на 10 автосамосвалов. N_б =2 шт.