ТВЕРСКОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЦЕНТР НАНОТЕХНОЛОГИЙ

Сравнительный анализ грунтоуплотняющих катков.

Уплотнение грунта ключевая операция по своей значимости и влиянию на эффективность вкладываемых средств, на качество, надежность и долговечность всего  возводимого на нём сооружения.

Традиционная вибрация, применяемая в виброкатках, уменьшает расстояние между частицами материала через сильные удары в почти вертикальном направлении, при этом вальцы подскакивают и, теряя контакт с поверхностью после каждого удара, оставляют после себя волнистую поверхность, что снижает качество уплотнения и соответственно долговечность возводимых объектов а также увеличивает затраты на эксплуатацию этих объектов. Большая часть энергии виброкатков уходит в пространство, воздействуя на окружающие постройки. Малая глубина уплотняемого слоя до 0,6-1 метра.

Осцилляция (это вращательная вибрация) представляет собой динамический метод уплотнения, она притирает частицы материала друг к другу, обеспечивая их оптимальное взаиморасположение, так как к частицам материала силы прикладываются с разных направлений. Осцилляция прикладывает меньшую силу, но передает энергию постоянно, как в вертикальном, так и горизонтальном направлении при этом вальцы не теряют контакт с поверхностью в процессе уплотнения. За счёт длительного контакта вальца с поверхностью (в сравнении с вибрацией) только 10% энергии уходит в окружающее пространство.  Осцилляция применена в наиболее передовых эффективных   катках фирмы  Hamm, где она  осуществляется вращением механических эксцентриков и направлена вдоль движения катка. К недостаткам можно отнести: прочность металла и конструкции ограничивают предельную нагрузку на ось (8-15 тонн), малая глубина уплотняемого слоя (10-15 см).

Общие недостатки для катков статических, вибрационных, осцилляционных: высокая стоимость механизмов, применяются на плотных или предварительно уплотненных грунтах, ограниченный ступенчатый диапазон режимов уплотнения, низкий коэффициент сцепления металла с поверхностью, малая толщина уплотняемого слоя.

Предлагаемое изобретение ВОДОПЛАВАЮЩИЙ ОДНООСНЫЙ СКЛАДНОЙ САМОХОДНЫЙ ДОРОЖНЫЙ БОЛЬШЕГРУЗНЫЙ ГРУНТОУПЛОТНЯЮЩИЙ КАТОК С ИЗМЕНЯЕМОЙ ПЛОЩАДЬЮ КОНТАКТА И БЕССТУПЕНЧАТЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ, ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ ИХ НАПРАВЛЕНИЕМ, И ВАРИАНТЫ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ (заявка № 2017101954) свободно от этих недостатков. Здесь вода является источником движения, давления и источником широчайшего диапазона колебаний в разных направлениях. Устройство позволяет увеличить нагрузку на ось в десятки раз без существенного увеличения стоимости изготовления. Создаются в одном катке плавно изменяющиеся четыре режима уплотнения грунта:  1 – резонансное глубоких слоёв, 2- статическое, 3- вибрирование, 4 – осцилляция (финишная операция). Резиновая поверхность вальца (по сравнению с металлической) имеет   высокий коэффициент сцепления с поверхностью (в 1,7-1,8 раз больше, чем у стали), что увеличивает эффективность уплотнения при всех четырех режимах и дает возможность создания колебаний во всех направлениях, а также может плавно изменять амплитуду колебаний в соответствии с меняющейся прочностью грунта.

При помощи катка можно запрограммировать ритм изменения частоты, в результате которой возникает глубоко проникающая на сотни метров вглубь грунта вибрация, приводящая в движение глубокие слои. Грунт лучше всего уплотняется в области его резонансной частоты, а это не доступно для сегодняшних отечественных и зарубежных конструкций.  Этот резонансный эффект уплотнения создается при минимальных затратах энергии.

Сокращение количества проходов, увеличение толщины уплотняемого слоя, сокращение номенклатуры машин,  изготовление без применения металлов. Установка насосов, использующих электрогидравлический эффект Юткина Л.А., с использованием существующих компьютерных программ позволит создать умный каток и не только дистанционно управлять им, но он сможет самостоятельно выбирать режимы уплотнения без вмешательства человека.

ЧТО ВЫИГРЫВАЕТ БИЗНЕС

ОТ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

 

ДЛЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ (опыт применения катков с осцилляцией).

Ускоренное уплотнение позволит уменьшить количество проходов, что даст экономию рабочего времени, снизит затраты энергии, уменьшит износ машин и расход топлива, снизит издержки на приобретение и эксплуатацию машин, уменьшит номенклатуру машин.

Катки могут подстраиваться на нужные параметры уплотнения. В процессе движения изобретённый каток может плавно переходить из режима резонансного уплотнения глубоких слоёв, в  статическое уплотнение, в режим  вибрации, в режим глубокой осцилляции, в режим поверхностной осцилляции, которая  при укатке асфальтобетона имеет в 3 раза большую производительность чем виброкатки.

Опыт применения систем, контролирующих качество уплотнения материалов и способных менять параметры уплотнения при работе катка, (подобных фирменной системе контроля компании Hamm c  применением GPS) позволит повысить качество уплотнения на особо важных объектах, как например: горные дороги в Сочи, МКАД, КАД в С-Петербурге, Крымский мост, районы Крайнего севера.

Расширение диапазона применения . Из практики известно, что осцилляция оказывает больше притирающее, чем ударное воздействие, ее часто применяют на рабочих площадках, чувствительных к чрезмерным нагрузкам (ударным вибрациям): на мостах, или при работе над подземными коммуникациями,   в районах ветхих застроек,   исторических местах. Катки с осцилляцией могут работать одновременно на холодных и горячих поверхностях (асфальт).  Притирающее воздействие осцилляции предотвращает повреждение холодного материала, но передает достаточно энергии для уплотнения горячего материала, эффективно запечатывая стык.     Катки с осцилляцией отлично подходят для прикатывания остывших стыков полотна, при этом минимизируется риск разрушения холодного полотна. Допустимый температурный порог при уплотнении асфальта может быть снижен на 20%.. Применение резонансного уплотнения грунтов, использующего известные физические свойства грунтов (ранее не использовавшиеся) и проникающего на десятки и сотни метров вглубь.

Качество работ.  Осцилляция не оказывает такое ударное воздействие, как виброкаток, но в конечном итоге оказывает большее воздействие на материал из-за передачи как вертикально, так и горизонтально направленной энергии. Это усиленное воздействие означает более быстрое уплотнение и снижение количества проходов. Постоянный контакт с поверхностью также вносит свою положительную роль. Вальцы с вибрацией оставляют после себя волнистую поверхность, а катки с осцилляцией – нет.

Катки (по предложенному изобретению) имеют (не ограниченную механизмами) нагрузку на ось в сотню и более тонн и могут успешно применяться при:

— строительстве автомобильных дорог, улиц, магистралей, аэродромов, земляных дамб, насыпей железных дорог, фундаментов зданий, стоянок для машин, промышленных и жилых площадей,  складских площадок, спортивных площадок,  строительства портов, резервуаров и каналов;

— уплотнении мерзлых и водонасыщенных грунтов. Такие катки с дистанционным управлением  и в режиме резонанса целесообразно применять для строительства горных дорог в лавиноопасных и оползневых местах;

— в сейсморазведке.

Такое уплотнение  позволит существенно увеличить эффективность вкладываемых средств, надежность и долговечность любого  сооружения.

Примечание. Увеличение степени уплотнения на 1% обычно соответствует увеличению прочности на 10-15%, что уменьшит возможность появления осадков или других разрушений в результате которых бывают большие затраты на содержание сооружений.

ДЛЯ ИЗГОТОВИТЕЛЕЙ КАТКОВ.

РАСЧЕТ СТОИМОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕННОГО КАТКА.

Сравнение ведём с катком Hamm 3414 VIO, имеющим режим осцилляции, нагрузка на переднюю ось 7965 кг (8 т.), общий вес 15,1 т, мощность 100 квт., ширина вальца 2140 мм. Стоимость б\у от 3,6 до 4 млн. руб. (3,8 млн. руб.) или 1 тонна веса стоит

3,8: 15= 253 тыс руб.

Для изобретённого катка принимаем нагрузку на ось 8 т., ширина вальца 2200 мм., высота 2200 мм. Изготавливается из склеенных резинотканевых транспортёрных лент (ГОСТ 20-85) типа ТК-400, вес 1 кв.м. 24,8 кг. Стоимость 3 тыс. руб.\м.кв.

Комплектующие Бензиновый генератор на 5 кв. стоимость 23 тыс руб

Воздушный компрессор с давлением 8 бар, мощностью 2 квт., 7 тыс руб

Погружной водяной насос мощность 3 квт. Стоимость 30 тыс  Всего 60 тыс. руб.

Поверхность   Диаметр 2,2 м., ширина 2,2 м.

площадь круга 0,785х2,2х2,2=3,8 кв.м.   3,8х2=7,6 кв.м.     Длина окружности 3,14х2,2=6,9 м.   6,9х2,2 =15,2 кв.м.

Всего 7,6+15,2=22,8 кв.м.

Вес вальца без воды (материала) 22,8х24,8=565 кг. с комплектующими 600 кг

Вес вальца с водой 3,8х2,2=8,4 т.

Стоимость материала (ленты) 22,8х3=68,4 тыс. руб.

Стоимость общая    60+68,4=128,4 тыс.руб.

С учетом не предвиденных затрат увеличиваем сумму до 200 тыс.

С учетом оплаты работы увеличиваем сумму в 2,5 раза

Итого стоимость 500 тыс. руб. Стоимость 1 т. массы 500:8,4=59,5 тыс.руб.\тонна

Показатели Выпускаемый каток б\у Изобретенный каток
Марка Hamm 3414 VIO
Режимы уплотнения

Статическое

Вибрирование

Осцилляция

Резонансное

 

+

+

+

 

+

+

+

+

Вес катка, т. 15,1 0,6 (без воды)
Стоимость, млн. руб 3,8 0,5
Удельная стоимость, тыс. Руб\тонну 251,6 59,5

Характеристики выпускаемых катков

Страна Марка Тип воздействия Масса, т. Мощность,

КВт.

Нагрузка на ось, т. Год выпуска Цена, млн.
XCMGXS163 Вибраторный 16 125 9,9 2015 5,6
Россия Раскат RV-15DT-01 Вибраторный 15 176 л.с. 7,5 2013 2,6
XAMM 3414 VIO Осцил- ляторный 15,1 100 7,96 б\у 3,8
Россия ДУ-100 Статический 16 8 2,5
Россия RC-13DT-01 Статический 13 70 6,5 Нов. 2,0

Автор Девяткин Викторий Данилович

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.