ПОНЯТИЕ О ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМАХ РАБОЧИХ ОПЕРАЦИЙ И ФОРМИРУЮЩИХ ИХ ФАКТОРОВ

Строительный процесс сооружения автомобильной дороги сос­тоит из ряда комплексных технологических процессов. Наиболее трудоемкими, материало- и энергоемкими из них являются, как правило, процессы возведения земляного полотна и устройства дорож­ной одежды. Из-за их особой значимости в общем, комплексе строи­тельства дороги эти процессы относятся и к числу основных объек­тов изучения в технологии строительства дорог.

Каждый из названных комплексных процессов включает большое количество различных по своей природе рабочих операций - простей­ших технологически однородных и организационно неделимых элемен­тов процесса. Так, в комплексном процессе возведения земляного полотна в число важнейших операций входят резание или копание грунта, транспортирование его, укладка в тело насыпи, обеспечений требуемого влажностного режима, планировка, уплотнение; важней­шими операциями процесса устройства дорожной одежды являются размельчение материалов, транспортирование их, перемешивание, укладка, уплотнение и др.

Результатом осуществления рабочей операции является завер­шение простейшего вида работ, свойственного данному технологическому процессу. Для осуществления технологического процесса рабо­чие операции должны выполняться в строго определенной последователь­ности и при строго определенных режимах, под которыми понимают кон­кретное сочетание значений параметров и факторов, определяющих дан­ную операцию. Всякое несоблюдение требуемых режимов выполнения ра­бочих операций является нарушением технологической дисциплины и не­избежно влияет как на эффективность процесса в целом, так и на качес­тво его конечного результата.

Основная задача рассматриваемых комплексных технологических процессов состоит в сооружении прочных, устойчивых и надежных в данных условиях основных подсистем дороги - земляного полотна и дорожной одежды - при минимально возможных затратах энергетических, материаль­ных и трудовых ресурсов. Для успешного решения этой задачи все рабочие операции, формирующие данный процесс, должны осуществляться при тех­нически обоснованных и экономически оптимальных для данных условий технологических режимах, которые в каждом конкретном случае необхо­димо тщательно обосновать: чем обоснованнее будут эти режимы, тем эффективнее будет протекать технологический процесс.

Параметры и факторы, формирующие технологические режимы отдель­ных операций, устанавливают на основе анализа сущности явлений, про­текающих при выполнении этих операций. Здесь учитывают свойства используемых материалов, особенности взаимодействия с ними рабочих ор­ганов машин и механизмов, условия осуществления данного взаимодействия и т.п. Покажем это на примерах отдельных рабочих операций.

При резании грунта - важнейшей операцией технологического про­цесса возведения полотна - основная энергия землеройно-транспортных машин расходуется на преодоление сопротивления резанию.

Составляющими этого сопротивления являются:

сила сопротивления резанию, возникающая при развитии пласти­ческих деформаций в грунте и отрыве частиц и агрегатов грунта от массива и зависящая от влажности, плотности, степени дисперсности грунта, формы рабочего органа землеройной машины и его размеров, типа режущей части рабочего органа, углов резания и захвата, схемы и глубины резания;

сила сопротивления уплотнению грунта, возникающая впереди рабочего органа и под ним и зависящая от гранулометрического состава грунта, его влажности, формы размеров рабочего органа и его ре­жущей части, углов установки рабочего органа, схемы и глубины реза­ния;

сила трения рабочего органа о грунт, возникающая при перемещении рабочего органа и зависящая от гранулометрического соста­ва и влажности грунта и параметров рабочего органа;

сила сопротивления перемещению призмы волочения или движе­нию грунта при наполнении ковша, зависящая от фактических сдвиго­вых характеристик грунта - коэффициента внутреннего трения и сцеп­ления, являющихся функцией гранулометрического состава и его влажности;

сила сопротивления при отбрасывании грунта, возникающая при работе рабочего органа, прямо пропорциональная массе отбрасы­ваемого грунта и скорости перемещения рабочего органа;

вязкое сопротивление, возникающее как результат проявления вязких свойств грунтов при развитии пластических деформаций и за­висящее от вида грунта, его влажности и скорости резания.

Из анализа составляющих сопротивления резанию следует, что основными факторами технологического режима резания грунта приме­нительно к конкретным условиям являются влажность грунта, установка углов режущего органа, глубина, скорость и схема резания.

В комплексном технологическом процессе устройства дорожной одежды операция уплотнения завершает процесс формирования требу­емой структуры материала слоев.

Сущность уплотнения состоит в увеличении количества связей в материале и упрочнении их. При этом преодолевается сопротивле­ние материала уплотнению, включающее три составляющих - структур­ное, вязкое и инерционное сопротивления. Сопротивление уплотнению и соотношение между его составляющими зависят от структуры уплот­няемого материала.

Так, при уплотнении материала с коагуляционно-кристаллизационной структурой вызываемое уплотнителем напряженно-деформиро­ванное состояние приводит вначале к упругому сжатию минеральных зерен и жидкой фазы в контактах между ними, а затем к разрушению структуры жидкой фазы в пленках, уменьшению их прочности и к вза­имным сдвигам частиц и агрегатов. При этом происходит переориентация частиц, более плотная их упаковка, в результате чего насыще­ние связями единицы объема возрастает. Дальнейшее увеличение уп­лотняющих нагрузок приводит к уменьшению толщины пленок в зонах контактов и вследствие этого - к упрочнению связей между минеральными зернами.

Возникающее при этом структурное сопротивление возрастает по мере увеличения числа и упрочнения структурных связей. Вязкое сопротивление возрастает с увеличением интенсивности приложения уплотняющих нагрузок за счет вязкости пленок. Регулировать сопро­тивления при уплотнении таких структур можно изменением количест­ва жидкой фазы, изменением ее структуры (температурные воздейст­вия, структурообразующие добавки и разжижители), а также регули­рованием скорости уплотнения.

При уплотнении материалов с контактным типом структуры (пе­сок, щебень и т.п.) по мере увеличения уплотняющих напряжений про­исходит вначале упругое сжатие частиц и агрегатов, а затем после преодоления сил трения и сцепления по площадкам контактов - необ­ратимые смещения и сдвиги их относительно друг друга. Смещения и сдвиги частиц приводят к переориентации частиц и, как следствие, - к повышению плотности материала и увеличению числа связей в еди­нице объема. Дальнейшее увеличение уплотняющих напряжений приводит к упрочнению связей: от сжатия минеральных зерен площадки контак­тов частиц и нормальные к этим площадкам усилия увеличиваются, и силы трения и сцепления по этим площадкам возрастают.

В общем, сопротивлении контактных структур уплотнению преоб­ладающая роль принадлежит структурному сопротивлению, которое возра­стает по мере увеличения числа структурных связей и их упрочнения. Вязкое сопротивление определяется силами зацепления частиц при сдвигах. Регулировать сопротивление этих структур уплотнению мож­но подбором гранулометрического состава и сменой режимов приложе­ния уплотняющих нагрузок.

Приведенные особенности уплотнения различных структур пока­зывают, что интенсивность протекания его зависит от уплотняющих нагрузок и режима их изменения (преодоление структурного сопротив­ления), времени их воздействия - площади следа, скорости и числа проходов уплотнителя (преодоление вязкого сопротивления), особен­ностей эпюры развиваемых уплотнителем контактных давлений (степень концентрации напряжений по глубине слоя), гранулометрического сос­тава минеральной части, количества и свойств жидкой фазы, темпе­ратурного режима. Все эти факторы и подлежат тщательному обоснова­нию при проектировании технологического режима данной операции.

Практическая отработка студентами вопросов обоснования технологических режимов рабочих операций осуществляется в ходе выполнения лабораторных работ.