Способ и устройство снижения температурной и фракционной сегрегации асфальтобетонной смеси оборудованием, расположенным на асфальтоукладчике
Владельцы патента RU 2649703:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)" (RU)
Изобретение относится к строительству асфальтобетонных покрытий и предназначено для снижения температурной и фракционной сегрегации асфальтобетонных смесей оборудованием, расположенным на асфальтоукладчике. Способ включает первичную механическую обработку смеси шнеками, установленными в приемном бункере асфальтоукладчика, и вторичную обработку смеси на вибролотке, установленном после шнеков. В результате активного перемешивания смеси значительно снижается температурная и фракционная сегрегация. Способ реализуется устройством, состоящим из приемного бункера асфальтоукладчика, в котором осуществляется перемешивание смеси шнеками, на винтовой ленте шнека имеются побудители, увеличивающие диаметр шнека на h=(2-3)dmax и шириной b=(3-5)dmax (dmax - максимальный размер минерального заполнителя смеси), установленные через каждые шага шнека, а сами шнеки установлены так, чтобы при вращении побудители одного шнека заходили в рабочую полость соседних шнеков. В конце шнеков установлена заслонка, регулирующая подаваемый объем смеси на вибрационный лоток, наклоненный под углом α=5-14° к поверхности укладываемого слоя, при этом лоток совершает вертикальные колебания с частотой 17-26 Гц и амплитудой 0,8-1,43 мм в зависимости от типа укладываемой асфальтобетонной смеси. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.
Изобретение относится к строительству асфальтобетонных покрытий и предназначено для снижения температурной и фракционной сегрегации асфальтобетонных смесей на стадии их перемещения от бункера-питателя до распределительного шнека оборудованием, расположенным на асфальтоукладчике, повышения качества (однородности) и долговечности асфальтобетонного покрытия.
Известен асфальтоукладчик, включающий в себя ходовую часть, приемный бункер, скребковый питатель, распределительный шнек и раму, на которой расположены трамбующий брус и виброплита [Варганов С.А. Машины для укладки и уплотнения асфальтобетонных смесей. С.А. Варганов, П.И. Марков, Б.М. Шереметьев. М.: Высшая школа, 1979. - 207 с.].
Технология схемы укладки устройства асфальтобетонного слоя представлена следующим образом: асфальтобетонная смесь выгружается из кузова автосамосвала в приемный бункер, на дне которого расположен скребковый питатель, транспортирующий ее к шнекам, распределяющим смесь по ширине укладываемой полосы, и затем производится предварительное ее уплотнение трамбующим брусом и виброплитой.
Недостатками данного способа являются:
1) в процессе загрузки асфальтобетонной смеси в кузов автосамосвала из бункера-накопителя асфальтобетонного завода, транспортирования и выгрузки в приемный бункер асфальтоукладчика из кузова автосамосвала происходит фракционная сегрегация асфальтобетонной смеси в результате перемещения минеральных частиц более крупного размера к краям нижнего уровня кузова и приемного бункера;
2) во время транспортирования в кузове автосамосвала происходит более интенсивное остывание верхнего слоя смеси и в местах соприкосновения с днищем и бортами самосвала по сравнению с частью смеси, расположенной в середине кузова, что вызывает объемную температурную неоднородность асфальтобетонной смеси укладываемой на дорожное основание, и ухудшение ее технологических свойств (удобоукладываемость и удобоуплотняемость). В результате в уложенном слое образуются локальные участки, имеющие различный гранулометрический состав, температуру и уплотняемость. Сопротивляемость деформированию участков из остывшей смеси значительно выше, и рабочие органы уплотняющих машин не могут обеспечить требуемой плотности, как на других участках. В результате получается асфальтобетонное покрытие с разной плотностью и прочностью [Радовский Б.С. Сегрегация асфальтобетонных смесей и методы борьбы с ней в США. Дорожная техника, технология. Каталог-справочник. СПб: И.А. Партнер, 2007. - С. 26-40].
Известен способ обработки асфальтобетонной смеси, в котором смесь подвергают воздействию на вибрационном лотке [а.с. SU №916634, МПК Е01С 19/10, опубл. 30.03.1982, Бюл. №12]. В результате улучшаются показатели прочности и водонасыщения асфальтобетонного слоя. Автор предлагает производить обработку непосредственно после приготовления смеси на асфальтобетонном заводе, что является существенным недостатком, поскольку она в процессе загрузки в кузов автосамосвала из бункера-накопителя асфальтобетонного завода, транспортирования и выгрузки в бункер асфальтоукладчика из кузова автосамосвала теряет однородность и приобретает фракционную и температурную сегрегацию.
Из известных технических решений наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому объекту является технология снижения сегрегации самоходными перегружателями, включающими в себя ходовую часть, приемный бункер, шнеки для перемешивания асфальтобетонной смеси и конвейер для подачи смеси в бункер асфальтоукладчика [полезная модель №145169, МПК Е01С 19/48, опубл. 10.09.2014, Бюл. №25]. Машины данного типа снижают фракционную и температурную сегрегацию. Однако введение в технологический процесс строительства дополнительной машины увеличивает стоимость производства работ и их энергоемкость.
Задачей изобретения является повышение однородности асфальтобетонной смеси новым способом и устройством, расположенным на асфальтоукладчике, что позволяет улучшить ее показатели удобоукладываемости и удобоуплотняемости, повысить качество укладываемого покрытия.
Указанный технический результат достигается тем, что предложен технологический способ, включающий в себя первичную механическую обработку смеси шнеками, установленными в приемном бункере асфальтоукладчика, и вторичную обработку смеси на вибролотке, установленном после шнеков, с последующим поступлением к распределительным шнекам. В результате смесь активно перемешивается двумя способами, позволяющими значительно снизить температурную и фракционную сегрегацию.
В процессе виброобработки между частицами смеси постоянно происходит образование и разрушение структурных связей. В результате вибрационных воздействий крупные конгломераты распадаются на отдельные зерна с перераспределением битума по их поверхности. В результате асфальтобетонная смесь приобретает высокие технологические свойства (удобоукладываемость и удобоуплотняемость).
Заявляемый способ заключается в последовательной механической обработке смеси шнеками в приемном бункере асфальтоукладчика и дополнительной вибрационной обработке смеси на вибролотке, установленном после шнеков.
Использование нового технологического способа позволяет более интенсивно разрушить коагуляционные связи между зернами и обеспечить их равномерное распределение в объеме обрабатываемой смеси.
Устройство для реализации технологического способа повышения однородности асфальтобетонной смеси на асфальтоукладчике относится к дорожному строительству, а именно к устройствам для строительства асфальтобетонных покрытий, и предназначено для повышения качества (однородности) асфальтобетонных смесей и долговечности асфальтобетонного покрытия на стадии их укладки с использованием оборудования, расположенного на асфальтоукладчике.
Известно устройство непрерывного вибродомешивания средне-щебенистой асфальтобетонной смеси на месте строительства, включающее ходовую часть с силовой установкой, приемный бункер с питателем, вибробункер и распределитель готовой смеси [патент №2254988, МПК Е01С 19/22, В28В 11/00, опубл. 27.06.2005, Бюл. №18]. Авторы установили, что в результате виброобработки в течение 25-30 сек. улучшаются показатели удобоукладываемости и удобоуплотняемости асфальтобетонной смеси, что позволяет снизить энергозатраты на их уплотнение. Однако продолжительное перемешивание в вибробункере снижает его производительность, увеличивается продолжительность процесса доставки смеси до распределительного шнека и стоимость производства работ.
Наиболее близким к заявляемому устройству является асфальтоукладчик, содержащий ходовую часть, приемный бункер, питатель с четырьмя шнеками, расположенными параллельно оси движения машины, шнек для распределения асфальтобетонной смеси по ширине укладки и раму рабочих органов [патент US №6375386 B1, 404/17; 404/101; 404/108, МПК Е01С 11/00, В28В 11/00, опубл. 28.07.2000]. В установленных шнеках между витками могут быть установлены дополнительные лопасти, которые одновременно транспортируют и перемешивают смеси.
Недостатками данного устройства является частичное устранение температурной и фракционной сегрегации за счет разрушения больших кусков остывшей смеси до фракционных размеров зерен. Материал, находящийся между витками одного шнека, практически не смешивается со смесью, находящей в других шнеках, поэтому дальнейшее разрушение агрегатов смеси и их перемешивание не значительно и смесь остается мало однородной. Также в данном устройстве не производится активная обработка смеси, позволяющая улучшить ее технологические показатели перед уплотнением.
Задачей изобретения является создание универсального устройства, выполняющего одновременно функции питателя и смесителя, содержащего шнеки, расположенные в одной плоскости, параллельно оси машины, и вибрационный лоток, режимы работы и конструкции которых обеспечивают повышение однородности асфальтобетонной смеси и производят предварительную вибрационную обработку смеси перед ее распределением по ширине укладываемого слоя, улучшающую показатели удобоукладываемости и удобоуплотняемости смеси, повышают качество строительства покрытия.
Указанный технический результат достигается тем, что предложено устройство (питатель-смеситель асфальтоукладчика), содержащее несколько шнеков в бункере, при этом по краям винтовой поверхности шнеков установлены лопасти - побудители перемешивания, увеличивающие диаметр шнека на высоту побудителя h=(2-3)dmax и шириной b=(3-5)dmax (dmax - максимальный размер минерального заполнителя смеси), установленные через шага шнека, а сами шнеки установлены таким образом, чтобы при вращении побудители одного шнека заходили в рабочую полость соседнего шнека в направлении, противоположном движению асфальтоукладчика шнеки наклонены вверх под углом β, а на выходе из зоны транспортирования и перемешивания смеси установлен вибрационный лоток, наклоненный вниз по ходу движения укладчика под углом α=5-14° к поверхности укладываемого слоя смеси в зависимости от требуемой производительности укладчика и типа смеси.
Для эффективного перемешивания между шнеками полный диаметр шнека Dш, мм, определяется по формуле
Dш=Dосн+2h,
где Dосн - основной диаметр шнека, мм, определяемый в зависимости от требуемой производительности асфальтоукладчика;
h - высота побудителя, мм.
Межосевое расстояние между шнеками Lо равно основному диаметру шнека Lо=Dосн.
Длина шнека Lш должна быть не менее Lш≥4Dш, длина вибрационного лотка Lвл=(0,6-0,7)L, где L - общая длина питателя.
Днище бункера под шнеками выполнено рельефным, повторяющим траекторию движения побудителей для устранения «мертвых зон» между шнеками, при этом чтобы избежать заклинивания частиц минерального заполнителя, зазор между шнеком и днищем составляет m=(0,3-0,4)dmax.
Угол подъема шнеков β определяется углом наклона вибролотка α, длиной шнека и вибролотка по формуле
.
При вращении шнека его побудители заходят в зону действия соседнего шнека и забирают из нее асфальтобетонную смесь, в результате осуществляется не только разрушение образовавшихся конгломератов, но также их перемешивание, что позволяет устранить зерновую сегрегацию. Перемешав смесь, шнеки подают ее на вибролоток для дальнейшего увеличения однородности гранулометрического состава и температуры.
В процессе виброобработки между частицами смеси постоянно происходит образование и разрушение связей. За счет этого крупные агрегаты распадаются на отдельные зерна. Низкочастотное вибрирование смеси без пригруза создает эффект «кипящего» слоя [Давыдов В.Н. Изготовление изделий из асфальтобетонных смесей: Учебное пособие. - М.: Издательство АСВ, 2003. - 208 с.], в котором перемешивание происходит наиболее эффективно. В результате виброобработки асфальтобетонной смеси она приобретает высокие показатели удобоукладываемости и удобоуплотняемости.
Вибролоток совершает колебания с частотой в диапазоне 17-26 Гц, с амплитудой 0,8-1,43 мм в зависимости от типа укладываемой смеси, таблица 1 [Давыдов В.Н. Дополнительное виброперемешивание асфальтобетонных смесей перед их уплотнением - путь к снижению вяжущего и повышения качества асфальтового бетона в изделиях и покрытиях / Омский научный вестник, 2004, Вып. №1, с. 89-92] и наклонен вниз по ходу движения асфальтоукладчика под углом α=5-14° для обеспечения необходимой производительности подачи асфальтобетонной смеси.
Возможность достижения цели обеспечивается тем, что в предлагаемом способе (фиг. 1) изменена традиционная схема подачи асфальтобетонной смеси с целью повышения ее однородности.
После выгрузки смеси в бункер производится разрушение крупных агрегатов остывшей смеси и их перемешивание витками и побудителями шнеков, одновременно ее транспортирование и перемешивание между шнеками-побудителями, установленными на витках, что обеспечивает снижение фракционной и температурной сегрегации.
Далее со шнеков смесь попадает на вибрационный лоток, который совершает колебания с частотой и амплитудой в зависимости от типа укладываемой смеси (таблица 1) и наклонен вниз по ходу движения асфальтоукладчика под углом α=5-14° к поверхности укладываемого слоя смеси (в зависимости от производительности укладчика). Толщина слоя смеси на лотке регулируется заслонкой, установленной после шнека.
Под вибрационным воздействием асфальтобетонная смесь дополнительно подвергается интенсивному перемешиванию с разрушением агрегатов и перераспределением битума в объеме смеси, которая становится более однородной и пластичной. После виброобработки смесь поступает к распределительному шнеку.
Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг. 2 схематично изображено устройство (питатель-смеситель асфальтоукладчика), общий вид, на фиг. 3 - схема расположения шнеков в приемном бункере (вид А), на фиг. 4 - схема расположения шнеков в приемном бункере (разрез Б), на фиг. 5 - схема направления вращения шнеков и их основные размеры, на фиг. 6 - схема вибролотка.
Устройство смонтировано на асфальтоукладчике 1 (фиг. 2), включающем в себя бункер, основную раму с ходовым оборудованием и силовой установкой, раму рабочих органов с распределительным шнеком и выглаживающей плитой.
Питатель-смеситель асфальтоукладчика (фиг. 2) состоит из корпуса приемного бункера 2, внутри которого размещены опоры 3 и 4 шнеков 5, привод их вращения 6, регулировочной заслонки 7, защитного козырька 8, вибролотка 9 (фиг. 6), установленного на гасителях колебаний 10 (например, пневмокамеры), вибровозбудителей 11, рамы поворотной 12 установленной на шарнире 13, и механизма регулирования угла наклона вибролотка 14 (например, гидроцилиндр). Над шнеками установлены ограничители 15 (фиг. 2, 3 и 4). Шнек включает в себя основную винтовую линию 16 и установленные на ней побудители-перемешиватели 17 (фиг. 4). На фиг. 1 изображены кузов автосамосвала 18 и распределительный шнек 19.
Принцип работы устройства заключается в следующем. В процессе выгрузки асфальтобетонной смеси из кузова автосамосвала в бункер асфальтоукладчика (фиг. 1) включается привод шнеков. Вращающиеся в противоположенном направлении (относительно друг друга) витки шнеков (фиг. 5) перемещают и разрушают крупные куски смеси, образовавшиеся в процессе транспортирования и остывания, побудители, установленные на витках, входя в зону действия соседнего шнека, производят перемешивание смеси, устраняя фракционную и температурную сегрегацию. Таким образом, конструкция и расположение шнеков обеспечивает перемешивание всего объема смеси, находящейся в бункере. Одновременно с перемешиванием смесь перемещается к вибролотку (фиг. 1). Попав на вибролоток, материал подвергается вибрационному воздействию в течении 10-15 сек (в зависимости от типа смеси) с частотой колебаний и амплитудой, значения которых приведены в таблице 1. Зерна смеси, обладая различными размерами и массой, получив импульсы вибрации, приобретают различные силы инерции, за счет которых двигаются с различными ускорениями и перемещениями, что приводит к разрушению структурных связей между частицами смеси. В результате виброперемешивания смесь приобретает фракционную и температурную однородность. Вместе с этим в смеси происходит перераспределение битума и минерального заполнителя, улучшается уплотняемость и качество асфальтобетонной смеси.
Непрерывность потока асфальтобетонной смеси к распределительному шнеку обеспечивается равенством скоростей перемещения смеси шнеками и в вибролотке.
Использование новых элементов питателя-смесителя асфальтоукладчика представлено последовательно установленными транспортирующими шнеками с побудителями, увеличивающими диаметр шнека и входящими в зону действия соседних шнеков, и вибрационного лотка, наклоненного к горизонтальной поверхности укладываемого слоя под углом α=5-14°, который совершает колебания с частотой 17-26 Гц и амплитудой 0,8-1,43 мм. Установлено, что виброобработка позволяет повысить прочность асфальтобетона на 30-60% при температуре 20°С и в 1,7-2 раза при температуре 50°С [Маслов А.Г. Научные основы и разработка поличастотных вибрационных машин для обработки и уплотнения асфальтобетонных и цементобетонных смесей. Автореф. дис. … доктора техн. наук. 05.05.04 / А.Г. Маслов: Харьковский гос. политехнический ун-т. Кременчугский филиал. - Кременчуг, 1994 г. - 51 с.].
Предлагаемое устройство позволяет значительно уменьшить сегрегацию асфальтобетонной смеси оборудованием, расположенным на асфальтоукладчике, повысить прочность и долговечность асфальтобетонных покрытий.
1. Способ повышения однородности асфальтобетонной смеси, включающий в себя механическую обработку смеси шнеками, отличающийся тем, что первичная механическая обработка производится шнеками, установленными в приемном бункере асфальтоукладчика, вторичная - на вибрационном лотке, с последующим поступлением к распределительным шнекам асфальтоукладчика.
2. Устройство для реализации предлагаемого способа, включающее в себя ходовую часть, приемный бункер, конвейер-питатель, распределительный шнек и раму рабочих органов, отличающееся тем, что в бункере асфальтоукладчика установлены шнеки, вращающиеся в противоположенном направлении (относительно друг друга), параллельно оси движения укладчика, количество которых определяется в зависимости от производительности машины, на витках шнека имеются побудители, увеличивающие диаметр шнека на высоту побудителя h=(2-3)dmax и шириной b=(3-5)dmax (dmax - максимальный размер минерального заполнителя смеси), установленные через каждые 1/4 шага шнека, а сами шнеки установлены так, чтобы при вращении побудители одного шнека заходили в рабочую полость соседних шнеков, при этом полный диаметр шнека Dш, мм, определяется по формуле
Dш=Dосн+2h,
где Dосн - основной диаметр шнека, мм, определяемый в зависимости от требуемой производительности асфальтоукладчика; h - высота побудителя перемешиваний, мм, межосевое расстояние шнеков Lo равно основному диаметру шнека Lo=Dосн, длина шнека должна быть не менее Lш=4Dш, длина вибрационного лотка Lвл=(0,6-0,7)L, где L - общая длина питателя, зазор между шнеком и днищем составляет m=(0,3-0,4)dmax, в конце шнеков установлена заслонка, регулирующая подаваемый объем смеси на вибрационный лоток, наклоненный вниз в направлении рамы рабочих органов под углом α=5-14° к поверхности укладываемого слоя (в зависимости от требуемой производительности укладчика и типа смеси), по которому асфальтобетонная смесь подается к распределительному шнеку, при этом лоток совершает колебания с частотой 17-26 Гц и амплитудой 0,8-1,43 мм в зависимости от типа укладываемой асфальтобетонной смеси.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что вибролоток расположен горизонтально и на нем установлен вибровозбудитель колебаний направленного действия, при этом колебания направлены в сторону, противоположную движению асфальтоукладчика, под углом 70-65° к поверхности укладываемого слоя, обеспечивающий одновременно обработку смеси и ее перемещение к распределительному шнеку.
