книги / Машины для строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог. Дорожные катки и одноковшовые погрузчики

УДК 625.08 П88

Рецензенты:

канд. техн. наук, доцент В.П. Шардин (Пермский национальный исследовательский политехнический университет)

канд. техн. наук, доцент А.В. Эдельман (ОАО «Пермавтодор»)

Пугин, К.Г.

П88 Машины для строительства, ремонта и содержания автомобильных дорог. Ч. 1. Дорожные катки и одноковшовые погрузчики: учеб. пособие / К.Г. Пугин, А.М. Бургонутдинов. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та , 2011. – 172 с.

ISBN 978-5-398-00635-3

Представлены современные строительно-дорожные машины и оборудование, их конструкция, технические характеристики.

Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения по направлениям подготовки «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» и «Автомобильные дороги и аэродромы».

УДК 625.08

2

3

ВВЕДЕНИЕ

Автомобильные дороги являются важнейшей составной частью транспортной системы страны. От уровня транспортно-эксплуатационного состояния

иразвития сети автомобильных дорог, обеспечивающих связь между регионами

инаселенными пунктами Российской Федерации, а также с дорожной сетью сопредельных государств, во многом зависит решение задач достижения устойчивого экономического роста страны, улучшения условий для предпринимательской деятельности и повышения качества жизни населения, проведения

структурных реформ, укрепления национальной безопасности государства

иинтеграции транспортной системы России в международную транспортную систему.

Согласно положениям Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2020 г. развитие сети автомобильных дорог должно соответствовать темпам социально-экономического развития России и обеспечивать потребность в перевозках в соответствии с ростом парка автотранспортных средств.

Внастоящее время социально-экономическое развитие России во многом сдерживается по причине неудовлетворительного транспортно-эксплуатацион- ного состояния и недостаточного уровня развития автомобильных дорог. Значительная часть автомобильных дорог общего пользования федерального и регионального значения (далее – автомобильные дороги федерального и регионального значения) имеет высокую степень износа и практически исчерпала свою пропускную способность. Недостаточное развитие сети автомобильных дорог на севере страны, в Сибири и на Дальнем Востоке сдерживает развитие

ивовлечение в хозяйственный оборот огромных территорий, богатых природными ресурсами. Около 50 тыс. населенных пунктов не имеют круглогодичной связи с сетью автомобильных дорог федерального и регионального значения по автомобильным дорогам с твердым покрытием, что приводит к сокращению производства, в том числе сельскохозяйственного, оттоку населения из этих регионов. Эту комплексную и масштабную задачу предполагается решить на основе внедрения новой техники и повышения качества знаний инженеров дорожных служб.

Инженерно-технические службы дорожных и строительных организаций имеют в своем составе большой парк автомобилей, тракторов, строительных

идорожных машин, применяемых как для обустройства, так и для строительства и восстановления объектов инфраструктуры и транспортных коммуникаций городов и промышленных предприятий. Основной производственной деятельностью инженера-строителя автомобильных дорог является выполнение технологических операций строительного процесса и процессов эксплуатации инже-

4

нерных сооружений, поэтому цель пособия – показать особенности конструкции и номенклатуры дорожных и строительных машин, их назначение и принцип действия; возможность оптимизации рабочих режимов в заданных эксплуатационных условиях для достижения максимальной эффективности их использования при соблюдении требований безопасности и сохранения окружающей среды.

Реализация основных направлений развития строительных и дорожных машин в минувшее десятилетие привела к значительным изменениям их конструкции, структуры выпуска и парка, что нашло отражение в данном учебном пособии.

5

1.ДОРОЖНЫЕ КАТКИ

1.1.История развития дорожных катков

Появление и развитие автомобилестроения повлекло за собой широкое строительство дорог. Скорости автомобилей продолжали непрерывно расти. Это обстоятельство установило повышение требований к качеству дорог. Изменился тип дорожных покрытий, появились усовершенствованные покрытия с применением битумных материалов и цемента. Для расширяющегося дорожного строительства необходимы были новые машины, которые обеспечивали бы увеличение производительности труда и повышение качества дорожных работ. Одними из таких машин стали дорожные катки. Однако праобразы современных катков появились еще задолго до начала XX в.

Конные катки

Известно, что первым дорожным конным катком в мире был двухдышловый одновальцовый каток, описание которого дал Якоб Лойпольд в 1725 г. в своем шеститомном труде «Театрум Махинарум». Чтобы каток мог работать на узких дорогах и переулках, лошади впрягались одна за другой. Однако каток был скоро забыт, и в 1781 г. «Саксонские инструкции» снова предписали применять трамбующее уплотнение (ручная работа) при покрытии земляного полотна камнем.

Каток, сконструированный в Англии и описанный в 1757 г. во Французской энциклопедии Д. Дидро и И.Б. Даламбером, также не смог пробить себе дорогу. Это была двухосная тележка с двумя дышлами. Но уже в 1789 г. De Gessart впервые применил чугунный конный каток весом 3,5 т для укатки щебеночных россыпей при строительстве дорог.

Дальнейшее развитие и накопление опыта применения конных катков происходили во Франции, Англии и Германии. Во Франции первые конные катки были выпущены фирмой «Альбарэ» в 1818 г. Массовое же применение конных катков относится к 1830 г., когда по инициативе Polonceau катки были использованы при постройке шоссейных дорог значительного протяжения. Тогда применялись и деревянные катки, обшитые железом, а затем и каменные катки. Однако ни те ни другие не оказались практичными. Поэтому вскоре перешли на металлические, преимущественно полые чугунные конные катки, которые подвергались самым разнообразным конструктивным совершенствованиям и изменениям почти во всех странах Европы (рис. 1.1).

Один из каменных катков имел барабан диаметром 106–128 см. В каменном цилиндре была прочно укреплена железная ось, которая поддерживала деревянную, окованную железом раму с дышлом. Вес такого катка составлял до 5 т. На каждую лошадь конного катка полагалось до 800 кг нагрузки.

6

Одним из наиболее распространенных катков во второй половине XIX в. был каток Шатенмана. Он состоял из чугунного цилиндра и рамы, на которой был установлен деревянный ящик для балласта в виде камней или песка. В улучшенном варианте этот каток был снабжен и тормозом.

Рис. 1.1. Катки шоссейные и полевые

ВГермании были распространены катки, нагружаемые водой. Катки этого типа были удобны тем, что водой из катка можно было пользоваться для поливки укатываемой поверхности. Для увеличения массы катка применялись балластные ящики разной конструкции и с разным расположением.

Паровые катки

В1773 г. выдающийся русский теплотехник И.И. Ползунов изобрел уни-

версальный паровой двигатель, однако это замечательное изобретение не получило должной оценки в условиях отсталой крепостной России.

В 1769 г. английский изобретатель Джеймз Ватт получил патент на паровой двигатель, который с этого времени получает все большее распространение на фабриках, заводах, в шахтах и на транспорте.

Неудобства конных катков вызвали попытки заменить при укатке шоссе силу живых «двигателей» силой пара. Первая попытка состояла в том, что на обыкновенный конный каток была помещена паровая машина, поршень которой приводил во вращение ось чугунного цилиндра. Эта попытка была неудач-

7

на, каток оказался неустойчивым – паровой котел при движении катка наклонялся то вперед, то назад, несмотря на то, что к раме катка были приделаны спереди и сзади два небольших колеса.

Первую попытку применения силы пара для укатки щебеночного слоя сделал Lemoine в 1859 г. Сознавая, что можно достичь более совершенного производства укатки шоссе, Ballaison в 1860 г. продолжал не вполне удачные опыты

скатком своей системы, соединяющим на общей раме как бы два конных катка

сбарабанами равного диаметра.

Барабаны приводились в движение зубчатыми колесами и цепью Галя с помощью установленной на раме паровой машины. Эту неудачную систему усовершенствовал француз Желлера, паровые катки которого применялись в 1864 г. для укатки парижских шоссе. Однако эта машина не нашла себе широкого применения в силу большой массы и стоимости, а также конструктивных недостатков.

В конце XIX в. эти катки были вытеснены паровыми катками английского типа, напоминающим первый шоссейный паровоз с тяжелыми, широкими колесами (рис. 1.2). Вместо двух барабанов у катков французского типа в английских было четыре барабана, т.е. две пары цилиндров. Причем диаметр задних цилиндров был больше передних. Первой такие катки выпустила фирма Aveling and Porter в Рочестере примерно в 1870 г., а затем фирма Д. Фоулера. Катки этого типа изготовлялись массой 13 и 15 т, но по своим техническим характеристикам уступали английским моделям. В то время достаточно надежные паровые катки также выпускала и немецкая фирма Куна –всего три модели массой

12,15 и 18 т.

Рис. 1.2. Паровой дорожный каток «Ирокез» (1920-е гг.)

8

Все вышеперечисленные катки были двухосными трехвальцовыми. Поворот ведомого переднего вальца осуществлялся при помощи цепи, прикрепленной с двух сторон к рамке вальца и намотанной на общий вал. Последний приводился во вращение вручную с помощью штурвала и червячной передачи, при этом одна ветвь цепи наматывалась, а другая – сматывалась, в результате чего валец поворачивался. Катки были оборудованы устройством для очистки вальцов и освещением.

Американские катки того времени, как и немецкие модели, отличались прочностью и практичностью. В России к механизации дорожного строительства приступили вплотную лишь в конце XIX в. Паровые катки впервые нашли применение в Варшавском округе путей сообщения в 80-х гг. XIX в.

Сначала у нас в стране пользовались исключительно паровыми катками заграничных фирм, таких как «Симеон и Портер» в Лондоне, «Эвелинг и Портер» в Рочестере, «Джон Фоулер и Ко» в Лидсе, а также «Альбарэ» в Париже и других. Только в 1848–1900 гг. у фирмы «Альбарэ» было куплено 18 паровых катков, которые работали в Кавказском, Киевском и Ковенском округах путей сообщения. Но вскоре русские заводы под руководством инженеров ведомства путей сообщения стали выпускать свои катки: завод Сен-Галли в Петербурге, изготовляющий катки типа «Эвелинг и Портер», Брянский завод, изготовляющий катки французского типа, и Коломенский машиностроительный завод, изготовляющий катки по типу, разработанному на заводе братьев Гейслер в Варшаве с участием Гельфера. Коломенский завод начал выпуск паровых катков с 1902–1903 гг. Именно они считались наиболее совершенными с экономической и технической точки зрения. Особенно катки усовершенствованного типа, которые отличались простотой конструкции, легкостью, поворотливостью и приспособленностью для укатки щебня на больших подъемах и уклонах.

Парк дорожных механических машин в 1910 г. в шоссейных округах Министерства путей сообщения России состоял из 76 паровых и 248 конных катков и трех камнедробилок.

Кулачковые катки

Первые кулачковые катки появились в конце XVIII в. Сходство работы этих катков с проходом по грунту стада овец предопределило их название – «овечьи ноги» – кулачковые катки. В отличие от гладковальцовых катков, в основном предназначенных для уплотнения материалов дорожных оснований и покрытий, кулачковые катки применяются при послойном уплотнении связных, комковатых, гравелистых и мерзлых грунтов. Кроме того, как показывает зарубежная практика, эти катки используются также для уплотнения бытовых отходов с обезвреживанием их на местах укладки и пакетирования сравнительно тонкого металлолома с большими габаритами.

9

Одна из первых моделей кулачковых катков серийного производства была создана в 1920 г. в США. Поэтому началом развития кулачковых катков следует считать период с 1920 по 1925 г. Однако они не получили такого распространения в мире, как моторные катки.

Моторные катки

Из-за того что паровые машины были сложными и громоздкими установками, бурно развивающиеся промышленность и транспорт стали ощущать потребность в небольших, легких и дешевых двигателях.

В1860 г. француз Э. Ленуар, использовав конструктивные элементы паровой машины, газовое топливо и электрическую искру для зажигания, сконструировал первый нашедший практическое применение одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания. Другие изобретатели усовершенствовали его конструкцию. Новые двигатели, благодаря своим небольшим размерам и легкости, открыли новые возможности для конструирования самоходных машин, в том числе и дорожных катков.

Первые попытки изготовления самоходных катков с двигателем внутреннего сгорания были предприняты во Франции, но эти конструкции не дали удовлетворительных результатов.

В1902 г. в Англии был изготовлен первый моторный каток массой 16 т, снабженный керосиновым двигателем в 18,4 кВт (25 л.с.). Первый немецкий моторный каток с двигателем внутреннего сгорания, где в качестве топлива

применялась натуральная нефть, был изготовлен фирмой «Якоб и Беккер» в Лейпциге. Он имел регулируемые ведущие вальцы, позволяющие укатывать профили с поперечным уклоном. В России эти катки стали применять в дорожном строительстве с 1909 г. Например, Петербургское земство, являющееся наиболее крупным округом, имело в 1914 г. четыре паровых катка и три импортных моторных (рис. 1.3).

С началом Первой мировой войны в 1914 г. стало очевидным, что отсутствие в России необходимой сети шоссейных дорог, а также машин и механизмов для их постройки крайне отрицательно сказывается на транспортном обслуживании армии. Военные строители вынуждены были изготовлять собственными силами различные строительные орудия, в том числе и утюги,

иприцепные катки. Большое количество строительных машин было завезено из за границы. В 1917 г. парк строительных машин у военных строителей состоял из 276 паровых и моторных катков, 142 прицепных катков, 63 кирковщиков

и16 тракторов. В это же время на военно-дорожных работах было занято более 100 тыс. рабочих и свыше 18 тысяч конных подвод, т.е. 99,4 % работ выполнялось вручную.

10