Перечислены основные проблемы в дорожно-транспортной системе РФ. Рассмотрены технологии уплотнения сыпучих материалов существующим и новым способами. Проведены нагрузочные испытания нового ударно вибрационного механизма- для прессования композиционных материалов. Показаны преимущества новой технологии.
Ключевые слова: машины для уплотнения сыпучих материалов, ударно вибрационный механизм, композиционные дорожно-строительные материалы
Из-за крупных и частых дефектов дорожной одежды средняя скорость автоперевозок по дорогам России в 2–3 раза ниже, чем в развитых странах.
У нас чрезвычайно высок процент износа и поломок транспортных средств, что является результатом движения по дорогам со значительными дефектами дорожного покрытия. Очень большие экономические потери несёт общество и от полуторамесячного весеннего ограничения перевозок большегрузного автотранспорта.
Около 80 % денежных средств, выделенных на строительство дорог, тратится на ремонт и восстановление, а не на строительство новых дорог. При этом около 90 % автодорог России не обеспечивают по прочности движение современных транспортных средств.
По таким показателям, как протяженность дорог с твердым покрытием на миллион населения, максимально допустимая нагрузка на ось транспортных средств, тонно-километры перевозимого груза на единицу автомобилей, РФ находится далеко не в первой десятке экономически развитых стран мира.
Эксперты отмечают, что одной из главных причин низкого качества автомобильных дорог является недоуплотнение всех конструктивных слоев: земляного полотна, цементобетонного и асфальтобетонного твердых покрытий. [1,2]
Задачей уплотнения дорожно-строительных материалов является: сближение твердых частиц с целью увеличения контактных поверхностей между ними, удаления газовой фазы (воздуха) и избытка технологической жидкости. Последующего доуплотнения дорожно-строительных материалов от эксплуатационных нагрузок транспортных средств не должно быть!
Существующая техника и технология (СТТ) предполагают доставку и распределение материалов на заранее подготовленную поверхность, затем с помощью рабочих органов дорожно-строительных машин воздействуют усилиями сжатия на уплотняемый материал в направлении сверху вниз.
Численное значение давления убывает по высоте сечения слоя материала. Вектор градиента давления ∆q направлен вниз. Компоненты многофазной системы композиционных материалов стремятся двигаться из зоны максимальных давлений в сторону минимальных, то есть, вниз. 
Рис. 1. Эпюра давлений на уплотняемый материал при усилиях сжатия
В начале уплотнения часть воздуха выдавливается из рыхлого материала, но далее основная часть воздуха запрессовывается и остается внутри уплотняемого материала, создавая неустойчивую структуру, что в дальнейшем приводит к образованию неровностей поверхности в виде колеи и поперечных волн от воздействия внешних эксплуатационных нагрузок. Такая технология уплотнения, названа нами «воздухозапрессовочной». В ЮУрГУ (НИУ) разработана «воздухоудаляющая» технология уплотнения дорожно-строительных материалов и устройства для ее осуществления, что существенно расширяет технологические возможности машин для уплотнения дорожно-строительных материалов, делает технологию малочувствительной к расширенному диапазону температур асфальтобетона и водоцементному отношению цементобетона. При этом, перепрессовочные трещины в уплотняемом материале отсутствуют, т. к. созданы условия для организованного движения избытка твердых частиц, воздуха и технологической жидкости в тангенциальном направлении (от зоны высокого в сторону низкого давления). [3,4,5]
Рис. 2. Эпюра давлений на материал с использованием рычага Архимеда
Например, укладка и уплотнение асфальтобетонной смеси по существующей технологии осуществляется звеном дорожно-строительных машин и при этом коэффициент уплотнения достигает значений 0,98–0,99 (СТТ), а по новой технологии (НТТ) одним модернизированным асфальтоукладчиком — 1,05–1,10. Дорожные катки высвобождаются. Потребительские свойства бетонного покрытия такие как, прочность, морозостойкость, истираемость, значительно улучшаются с использованием НТТ. Прочная беспоровая структура бетонного покрытия позволит во многих случаев отказаться от асфальтобетонного верхнего покрытия автомобильных дорог, что приведет к существенному снижению стоимости строительства. Дорожная отрасль, используя НТТ, при прочих равных условиях может строить в два раза больше автомобильных дорог и с более высоким качеством. [6]
Ожидаемая эффективность новой технологии становится понятной, если наложить друг на друга оба графика градиентов давлений ∆q, то увидим, что амплитудные значения максимальных давлений отличаются друг от друга в десятки-сотни раз и более, поскольку давление на уплотняемый материал в новом способе изменяется по гиперболической зависимости (переменный параметр x находится в знаменателе)
|∆qнт | >> |∆qст |
«Завод спецтехники Новатор» (г. Копейск) изготовил демонстрационную модель устройства для уплотнения дорожно-строительных материалов по новой технологии, предложенной ЮУрГУ
Испытания формовочной установки подтвердили работоспособность нового устройства и раскрыли дополнительные потребительские свойства: на одной установке можно получать материалы с заранее заданными свойствами: пористые, плотные, особоплотные. На новой установке стало возможным уплотнение трудно деформируемых материалов, таких как «жесткие» бетонные смеси.
Рис. 3. Вид общий формовочной установки с ударно-вибрационным механизмом уплотнения
Техническая характеристика
Частота ударных импульсов ……………………………… 3 Гц
Размеры прессовок …………………………….. 120*250*65 мм
Мощность привода ……………………………………………3 кВт
Масса пресса ……………………………………………….. 150 кг
Габаритные размеры: ……………………….1000*2000*1500 мм
Общие выводы:
- Современные дорожно-строительные машины отечественного и зарубежного производства обеспечивают высокий уровень механизации, но не всегда обеспечивают необходимое качество строительства автомобильных дорог.
- Существующая технология уплотнения дорожно-строительных материалов, основанная преимущественно на деформациях сжатия, является «воздухозапрессовочной», т. к.значительная часть воздуха остается в объеме уплотняемого материала.
- Предложена новая технология уплотнения, использующая преимущественно сдвиговые деформации и названная нами «воздухоудаляющей» технологией.
- Предлагается техническое решение новых устройств машин (УВМ), обеспечивающее более высокий коэффициент уплотнения различных дорожно-строительных материалов.
Литература:
- Балабин И. В.,Путин В. А.,Чабунин И. С. Автомобильные и тракторные колеса и шины.- МГТУ «МАМИ»,2012.-920 с.
- Вавилов А. В., Леонович И. И.,. Максименко А.Н и др. Дорожно — строительные машины: Учеб. Под общ. Редакцией А. М. Щемелева. — Мн.: УП «Технопринт», 2000–515с.
- Кромский Е. И. Вакуумирование бетонных смесей в дорожном строительстве/ Сб. научных трудов Уральского филиала МАДИ (ГТУ). Челябинск, — 2000.
- Патент РФ на изобретение № 2147520. Устройство для прессования порошкообразных материалов/ Е. И. Кромский, А. И. Агальцов, В. В. Никитенков и др. Опубл. БИ № 11, 2000
- Перельман В. Е. Формование порошковых материалов. М.: Металлургия, 1979–232 с.
- Кромский Е. И., Безбородов А. В., Ефимов О. А. Новая техника для уплотнения дорожно-строительных материалов./ Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение», Выпуск 17, № 11 (228), — 2011.
