Типы роликов и конфигурации их привода колес
В уплотнительных катках используются три принципиально разные конфигурации, каждая из которых размещает... планетарный редуктор привода колес в другом положении относительно источника вибрации и уплотненной поверхности.
| Тип | Место для вождения | Вибрация в приводе | Горячая поверхность |
|---|---|---|---|
| Однобарабанный (почвенный) | Задние шины | 2–5 г (передаваемое значение) | Нет |
| Тандем (асфальт) | Оба барабана (установленные на барабанах) | 5–15 г (прямо) | Да (100–160 °C) |
| Пневматический (для асфальтового покрытия) | Все шины | 0,5–2 г (минимум) | Да (80–140 °C) |
Тандемный вибрационный каток представляет собой наиболее сложную среду для привода колес: приводной двигатель и планетарный редуктор установлены внутри или рядом с вибрационным барабаном, подвергаясь непрерывной преднамеренной вибрации с частотой от 25 до 50 Гц при одновременном движении по асфальту при температуре от 100 до 160 градусов Цельсия. Такое сочетание непрерывной высокочастотной вибрации и высокой температуры поверхности не встречается ни в одном другом применении привода колес и требует, чтобы характеристики редуктора были заимствованы как у дробилки для камня (вибростойкость), так и у комбайна для уборки сахарного тростника (теплоотведение).
Однобарабанный грунтовый каток располагает привод колес на задней оси с колесным креплением — отделенной от вибрирующего переднего барабана рамой машины и изоляционной опорой. Вибрация на приводе колес снижена до 2–5 g (с 10–30 g на барабане) — все еще выше, чем у стандартной строительной техники, но ниже, чем в тандемной конфигурации. Задние шины работают на уплотненном грунте (а не на горячем асфальте), что устраняет проблему перегрева, но создает проблему сцепления на рыхлом грунте, где шина должна толкать вперед машину весом от 10 до 20 тонн, в то время как вибрирующий барабан сопротивляется движению вперед за счет контакта с грунтом.
Пневматические катки (ПТК) используют от 7 до 11 резиновых шин вместо барабанов, разминая асфальтовую поверхность для ее герметизации и улучшения сцепления заполнителя. Колесный привод одновременно приводит в движение все шины со скоростью от 3 до 8 км/ч по свежеуложенному асфальту при температуре от 80 до 140 градусов Цельсия. Контакт шин с горячим асфальтом нагревает резину и передает тепло на ступицу колеса и подшипник, повышая температуру колесного привода на 15–30 градусов Цельсия выше базовой температуры окружающей среды. Поскольку шины ПТК накачаны (а не цельные), они также имеют более высокое сопротивление качению на мягком, теплом асфальте, чем стальные барабаны, что требует на 20–401 ТН больше крутящего момента на тонну веса машины. Колесный привод должен обеспечивать этот более высокий крутящий момент с той же точностью скорости (±31 ТН), что и барабанный каток, чтобы поддерживать равномерность разминания по всей ширине полотна.
Комбинированные катки (барабан спереди, шины сзади) распределяют привод между редуктором, установленным на барабане (спереди), и редуктором, установленным на шине (сзади). Передний и задний приводы должны быть согласованы по скорости с точностью до ±2% — поскольку несоответствие скоростей приводит к тому, что барабан либо толкает, либо тянет шины, создавая сдвиговое напряжение в асфальтовом покрытии, которое может повредить свежеуложенное покрытие. Это требование согласования скоростей между принципиально различными конфигурациями привода (барабан против шин, разные радиусы укатывания, разные условия поверхности) является уникальной особенностью комбинированных катков и требует тщательной калибровки при вводе в эксплуатацию и повторной проверки при каждой замене шины (изменении радиуса укатывания).
Стабильность скорости уплотнения — почему точность скорости ±3% определяет плотность.
Плотность уплотнения зависит от трех переменных: статического веса барабана, динамической силы вибрации и количества вибрационных ударов на погонный метр поверхности, которое определяется скоростью движения. При частоте вибрации 30 Гц и скорости движения 3 км/ч поверхность подвергается 36 ударам на метр. При скорости 4 км/ч (на 331 ТБ быстрее) плотность ударов падает до 27 на метр — снижение на 251 ТБ, что приводит к заметно более низкой плотности уплотнения.
В техническом задании на уплотнение дорожного покрытия обычно требуется минимальная плотность от 95 до 981 тонн на 3 тонны (по модифицированной формуле Проктора), измеряемая ядерным или неядерным плотномером. Изменение скорости ±101 тонна на 3 тонны по ширине катка приводит к изменению плотности от ±3 до 51 тонны на 3 тонны, что может привести к снижению плотности в зонах ниже минимального значения в 951 тонну на 3 тонны и несоответствию требованиям спецификации. В этом случае подрядчик должен либо повторно уплотнить поврежденную зону (с дополнительными затратами и временем), либо удалить и заменить материал (с гораздо большими затратами). планетарный редуктор привода колес Стабильность скорости ±3% или лучше устраняет колебания плотности, связанные со скоростью, — гарантируя, что весь проход соответствует спецификации за одну последовательность уплотнения.
При уплотнении асфальта постоянство скорости имеет еще большее значение, поскольку асфальт непрерывно охлаждается в течение всего периода уплотнения. Свежий асфальт поступает при температуре от 140 до 160 градусов Цельсия и должен быть уплотнен до того, как он остынет ниже 80–90 градусов Цельсия — период примерно от 15 до 30 минут в зависимости от температуры окружающей среды, скорости ветра и толщины слоя. Каждый проход должен обеспечить достижение целевой плотности в течение этого временного окна, а изменение скорости, снижающее эффективность уплотнения одного прохода, означает необходимость дополнительного прохода, что отнимает драгоценные минуты из периода охлаждения. Каток, работающий на скорости на 101 TP3T слишком высокой скорости в течение первых двух проходов, может потребовать пятого корректирующего прохода — к тому времени асфальт может остыть ниже температуры уплотнения, что приведет к постоянно недоуплотненной поверхности.
Современные катки для уплотнения используют интеллектуальные системы уплотнения (CCC — Continuous Compaction Control), которые измеряют взаимодействие барабана с грунтом в режиме реального времени, определяя жесткость уплотненного материала по вибрационной реакции. Система CCC автоматически регулирует амплитуду и частоту вибрации для оптимизации энергии уплотнения в зависимости от текущего состояния материала. Скорость движения грунта является входным параметром для расчета CCC, и ошибки скорости напрямую влияют на выходные параметры CCC, вызывая неправильную регулировку вибрации. Колесный привод с погрешностью скорости ±5% может привести к тому, что система CCC будет чрезмерно вибрировать уже уплотненный материал (что приведет к разрушению заполнителя) или недостаточно вибрировать рыхлый материал (что приведет к недостаточной плотности), сводя на нет цель интеллектуальной технологии уплотнения.
Преднамеренная вибрация — Жизнь внутри машины землетрясений
В отличие от всех других приводных механизмов с вибрацией в этой серии (дробилка для камня, дорожный экскаватор), где вибрация является нежелательным побочным продуктом процесса резки или дробления, вибрация вальцов является преднамеренной, контролируемой и непрерывной. Эксцентриковый груз внутри барабана вращается со скоростью от 1500 до 3000 об/мин (от 25 до 50 Гц), создавая центробежную силу от 80 до 350 кН, которая попеременно поднимает и сжимает барабан относительно поверхности земли. Эта вибрация передается через подшипники барабана, раму и монтажную конструкцию к приводному механизму колеса — с амплитудой от 5 до 15 g на тандемных вальцах и от 2 до 5 g на однобарабанных вальцах.
Частота вибрации регулируется оператором с помощью настроек амплитуды и частоты вибрации на панели управления катка. На расчетной частоте (обычно от 30 до 40 Гц для асфальта, от 25 до 33 Гц для грунта) рама машины настроена таким образом, чтобы изолировать рабочее место оператора от вибрации барабана, но привод колес получает полную амплитуду вибрации. Если оператор изменяет частоту в соответствии с условиями грунта или асфальта, вибрация в приводе колес соответственно изменяется, потенциально проходя через резонансную частоту корпуса редуктора или подшипникового узла. Редуктор, рассчитанный на вибрацию 30 Гц, может испытывать усиленную вибрацию на частотах 28 Гц или 35 Гц, если корпус имеет структурный резонанс вблизи этих частот.
Ключевое отличие от дробилок для камня заключается в непрерывном характере вибрации. В дробилке для камня вибрация носит случайный, прерывистый характер — удары высокой амплитуды, разделенные фоновой вибрацией меньшей амплитуды. В ролике же вибрация носит непрерывный синусоидальный характер с постоянной частотой и амплитудой в течение нескольких часов подряд. Суммарная вибрационная нагрузка на привод ролика за 1000 часов работы превышает суммарную нагрузку на дробилку для камня за 3000 часов — потому что вибрация ролика постоянная, а вибрация дробилки прерывистая. Предварительная нагрузка подшипников, конструкция уплотнений и фиксация крепежных элементов должны быть рассчитаны на суммарную непрерывную вибрацию, а не только на пиковую амплитуду.
Схема изменения направления движения на катке также более требовательна, чем на большинстве другого оборудования. Типичная последовательность уплотнения состоит из 4–8 проходов вперед-назад по одной и той же полосе — с изменением направления каждые 20–100 метров. При скорости 3 км/ч проход на 50 метров занимает 60 секунд — это означает, что привод колес меняется на противоположный каждые 60 секунд, накапливая от 30 до 60 реверсов в час. За 1000 часов работы общее количество реверсов достигает 30 000–60 000 — каждый из которых оказывает воздействие на зубья шестерни, вызывая изменение крутящего момента и одновременно подвергаясь непрерывной вибрационной нагрузке. Совокупная усталость от вибрации и реверса более серьезна, чем любая из этих нагрузок по отдельности, и расчет напряжений в корне зуба шестерни должен учитывать оба фактора одновременно, используя модель кумулятивного повреждения (правило Майнера), которая суммирует усталость от вибрации и усталость от реверса на соответствующих частотах и амплитудах.
Три типа отказов, характерных для приводов катков для уплотнения грунта.
Непрерывная синусоидальная вибрация с частотой от 25 до 50 Гц вызывает ложное образование трещин Бринелля в подшипниках в 3-5 раз чаще, чем при прерывистой вибрации на камнедробилках и разгрузочных машинах. За 1000 часов непрерывной работы роликов подшипник накапливает такое же количество повреждений, вызванных ложным образованием трещин Бринелля, как подшипник камнедробилки за 3000-5000 часов. Развитие повреждений происходит по тому же сценарию, что и для камнедробилок (WD-07): микрометки образуются через 200-500 часов, углубляются до измеримого люфта через 500-1500 часов и начинают отслаиваться через 1500-3000 часов. На тандемных роликах (прямая вибрация 5-15 g) срок службы подшипника может составлять всего 1500-2500 часов без повышенной предварительной нагрузки, что делает замену подшипника наиболее частой процедурой технического обслуживания колесного привода.
Тандемные асфальтоукладчики приводят в движение оба барабана непосредственно на горячей асфальтовой поверхности при температуре от 100 до 160 градусов Цельсия. Корпус привода колеса, установленный на барабане, поглощает тепло через подшипник барабана и его оболочку, повышая температуру корпуса до 70–100 градусов Цельсия и температуру внутреннего масла до 90–120 градусов Цельсия во время непрерывных проходов уплотнения. Многократные последовательные проходы (обычно от 4 до 8 проходов для уплотнения асфальта) поддерживают эту повышенную температуру в течение 20–60 минут на каждом участке покрытия. За полный рабочий день (6–10 часов) суммарное воздействие тепла приводит к деградации минерального масла и затвердеванию уплотнений из NBR в 3–5 раз быстрее, чем это происходит на грунтовых катках, работающих при температуре окружающей среды.
Непрерывная вибрация с частотой от 25 до 50 Гц ослабляет болтовые соединения со скоростью, пропорциональной амплитуде и частоте вибрации, — при этом вибрация роликов имеет более высокую частоту и более непрерывный характер, чем вибрация дробилки. Болт корпуса на тандемном ролике при 10 g и 35 Гц теряет предварительную нагрузку в 2–3 раза быстрее, чем тот же болт на дробилке при 10 g и случайной частоте, — потому что непрерывное синусоидальное возбуждение более эффективно перемещает резьбу болта, чем случайные удары. Поэтому интервал проверки момента затяжки на роликовых приводах должен быть короче (каждые 150–200 часов), чем на дробилках (каждые 250 часов), несмотря на аналогичные пиковые уровни вибрации.
Часто задаваемые вопросы
Компания Korea Ever-Power предлагает приводы для катков с крутящим моментом от 3000 до 25000 Нм, обладающие непрерывной виброустойчивостью, термозащитой от горячего асфальта и стабильной скоростью уплотнения.
Редактор: Cxm
