3.Вибрационные машины
Машины этого класса воздействуют на грунт вибрацией, т. е. частыми колебаниями с малой амплитудой и значительным ускорением, достаточным для перемещения частиц грунта в наиболее устойчивое положение. Возбудителем этих колебаний является вибратор
(один или несколько), который, будучи смонтирован в корпусе машины, способен вызывать колебания ее рабочего органа — плиты, колеса, вальца и т. п.
На вибрационных машинах, предназначенных для уплотнения грунта, наиболее широкое распространение получили механические вибраторы эксцентрикового типа, у которых возмущающей силой является центробежная сила инерции. Под возмущающей силой понимается сумма вертикальных слагающих центробежных сил инерции, развивающихся при вращении неуравновешенных масс (дебалансов), укрепленных на валу вибраторов.
Кинетическая энергия, передаваемая вибратором, приводит в колебательное движение частицы грунта, расположенные в зоне действия вибратора. В колеблющихся частицах возникают силы инерции, прямо пропорциональные их массам. При достаточно большой разности сил инерции частиц связь между ними нарушается, происходит отрыв частиц друг от друга, их относительное перемещение. При этом мелкие частицы, перемещаясь, заполняют пустоты между крупными зернами, увеличивая тем самым плотность грунта и равномерность его уплотнения по глубине слоя. Теоретически наибольший эффект уплотнения грунта вибрацией достигается при работе вибрационной машины в резонансе с грунтом.
Уплотнение грунтов вибрацией будет происходить тем интенсивнее, чем больше будет разница в размерах их частиц и чем меньше будут силы связей между ними. Поэтому эффективно уплотняются вибрированием несвязные песчаные и галечнико-вые грунты, а также гравий и щебень, содержащие в своем составе частицы различной крупности со слабыми связями между ними.
Вибрационные машины классифицируют по способу их перемещения во время работы и по характеру действия возмущающей силы.
По способу перемещения различают прицепные вибрационные машины, самоходные и переносные. По характеру действия возмущающей силы различают вибрационные машины: а) с направленными колебаниями, у которых возмущающая сила имеет постоянное направление и переменную величину, и б) с круговыми колебаниями, у которых возмущающая сила имеет постоянную величину и переменное направление.
В виброуплотняющих машинах применяют дебалансные вибраторы с направленными или круговыми колебаниями (рис. 3.1). Вибраторы с круговыми колебаниями конструктивно проще вибраторов с направленными колебаниями, но в полезной работе такого вибратора участвует лишь вертикальная составляющая возмущающей силы. Вместе с тем, как показывает практика, вибраторы с направленными колебаниями по сравнению с вибраторами, имеющими круговые колебания, не увеличивают эффект уплотнения.
Для поверхностного уплотнения грунтов наиболее широкое распространение получили вибрационные катки с гладкими вальцами (реже пневмоколесные) и самопередвигающиеся; вибрационные плиты — глубинные виброуплотнители для уплотнения грунтов в слоях мощностью несколько метров. Вибрационные катки по способу перемещения разделяют на самоходные и прицепные. Эффективность вибрационных катков по глубине и степени уплотнения грунтов превышает эффективность катков статического действия в 8—10 раз. В связи с этим вибрационные катки получили большое распространение в ряде стран.
Рис.3.1.Схемы вибраторов: а — направленного действия; б — ненаправленного действия; 1 – дебаланс; 2 — корпус; 3 — вал
Вибратор работает при большом числе оборотов, поэтому привод дебалансного вала осуществляется через клиноременную передачу. В трансмиссии от двигателя к вибратору обязательно применяется муфта, предназначенная для включения и выключения вибратора в процессе работы катка.
Некоторые конструкции виброкатков приспособлены для работы на откосах каналов с уклоном до 45°. Такие катки перемещаются при помощи лебедки экскаватора или стрелового крана, которые передвигаются по верхней кромке откоса.
Поскольку для перемещения виброкатка не требуется большого тягового усилия, целесообразно применять сцепы из нескольких катков с одним трактором, добиваясь полного уплотнения за один проход.
Рис. 3.2. Прицепной вибрационный каток:
Опытом эксплуатации установлено, что для уплотнения вибро-катками насыпей и, обратных засыпок в земляных сооружениях необходимо бульдозерами разравнивать грунт ровными слоями толщиной от 0,5 до 11,5 м. В летних условиях грунты, подлежащие уплотнению виброкатками, увлажняют поливом 100—150 м3 воды на 1000 м3 грунта. Зимой грунт укатывают немедленно, не допуская его промерзания.
Типажем на новые машины предусматривается серийный выпуск виброкатков массой от 3 до 1,2 т с возмущающей силой, равной соответственно 8—10 тс 35—40 тс. Для гидротехнического строительства предусматривается изготовление катков массой до 24 т с возмущающей силой соответственно до 70 тс и производительностью от 200 до 4000 ж3/ч.