Можно ли изобрести дорожный каток?

Хорошая дорога – это уплотненная дорога: утоптанная, а еще лучше укатанная. Поняли сие очень давно. Во всяком случае, в Древнем Риме катки для строительства дорог уже использовали. Правда, были они тогда каменными. Немало воды утекло с тех пор. На смену булыжной мостовой пришли асфальтированные шоссе. Асфальтобетон же, как известно, по определению становится таковым лишь после укатки. Не обошел прогресс и уплотнение дорожных покрытий. Вальцы превратились в массивные железные барабаны, а для движения стали использовать сначала силу пара, а затем и двигатели внутреннего сгорания. Да и само уплотнение изменилось: на смену грубому давлению большой массой пришла вибрация. Катки стали легче, а уплотнение – эффективнее, что способствовало улучшению качества дорог. На этом прогресс, похоже, приостановился, хотя и виброкатки имеют серьезные недостатки.

Можно ли создать более совершенный дорожный каток? С точки зрения философии абсолютное совершенство техники недостижимо, а потому любая машина может быть улучшена. Блестящим подтверждением этой идеи стало изобретение доцента Тверского государственного технического университета Алексея Головнина – «Дорожный каток». Но прежде, чем перейдем к сути изобретения остановимся на особенностях работы виброкатка.

Уплотнение асфальтобетонной смеси достигается за счет вибрации массивного жесткого вальца, масса которого составляет внушительную часть от общей массы машины. Как следствие – высокий уровень вибрации на рабочем месте оператора. Узлы и агрегаты катка – двигатель, насос гидросистемы, элементы системы орошения – не так чувствительны к воздействию вибрации, как хрупкое человеческое тело, но и им она пользы не приносит.

Не лучшим образом массивность вальца сказывается и на рабочем процессе. Видели, наверное, такой цирковой аттракцион: атлету кладут на грудь наковальню и бьют по ней тяжелым молотом. Атлет переносит способные убить удары, поскольку массивная наковальня их попросту гасит.

Аналогичным образом и вибровалец не только передает динамическую нагрузку, создаваемую дебалансным валом, но и защищает от нее уплотняемый материал. При этом динамическую нагрузку от дебалансного вала в полной мере воспринимают его подшипники, что вовсе не способствует их надежности и долговечности.

Источник всех перечисленных недостатков – жесткий и массивный валец. Но обязательно ли ему быть жестким? Может быть, для виброукатывания можно использовать упругую деформацию сравнительно тонкой цилиндрической обечайки, заставив валец работать подобно гибким звеньям волновых передач, уже не одно десятилетие применяющихся в аэрокосмической и робототехнике? Так родилась идея виброволнового катка.

Новый принцип был проверен в 1990 – 1992 годах на первых виброволновых катках ДУКВ-4. Зеленоградский Центр НТТМ «Дока» организовал коллектив единомышленников, увлеченных новой разработкой, который сумел в кратчайший срок довести идею до промышленного использования.

Всего за год были сделаны рабочие чертежи, изготовлен и испытан опытный образец, и на Нелидовском «Машзаводе» Тверской области началось серийное производство виброволновых катков массой 4 т. За полтора последующих года их выпустили более 200, по 30 – 40 штук, и отправили во все концы страны. Эти машины не имели аналогов ни у нас в стране, ни за рубежом. К сожалению, новинку похоронила череда экономических кризисов. Однако идее виброволнового катка погибнуть было не суждено.

В 1998 году на ОАО «Тверьстроймаш» был изготовлен и успешно прошел приемочные испытания опытный образец виброволнового катка КВ-1, который с ноября 1999 года стали выпускать серийно. От своего предшественника он отличается не только конструктивно – увеличили массу до 6,5 т. Большое внимание уделили обеспечению ремонтопригодности. КВ-1 можно не только сцеплять с трактором, снабженным гидравлической системой, но и агрегатировать с силовым модулем трактора Т-150К. В прицепном исполнении машина позволяет послойно уплотнять предварительно спланированные насыпные грунты и гравийно-щебеночные материалы, а также асфальтобетонные покрытия.

Трехлетний опыт производства и эксплуатации показал, что виброволновой каток КВ-01 имеет, по крайней мере, равную производительность с виброкатками того же типоразмера. Обечайка виброволнового вальца – тоже своеобразная наковальня, но значительно более легкая, и поэтому она передает на уплотняемый материал значительно большую часть динамической нагрузки от эксцентрикового вала. При этом легкодеформируемая обечайка, не связанная жестко с остальной частью катка, как бы «ходит ходуном». Это позволяет повысить амплитуду колебаний, передаваемых обечайкой на уплотняемый материал без дополнительных затрат мощности, и эффективность укатки. Кроме того, при вибродеформации обечайки ее верхняя и нижняя половины движутся в противофазе, как бы отталкиваясь друг от друга. Это, в совокупности с малой по сравнению с общей массой машины, обеспечивает допустимый уровень вибрации на рабочем месте оператора без применения специальных средств защиты.

Вопрос цены для российских дорожных строителей до последнего времени остается болезненным. И в этом отношении идея виброволнового катка оказалась весьма богатой, поскольку машина получилась простой и технологичной.

Заготовкой для обечайки служит обычная бесшовная труба, а требования к ее обработке не столь жесткие, как к вальцам. Да и материалоемкость виброволнового катка намного меньше, чем у вибрационного. Все вместе дает двукратное ценовое преимущество.

Показали испытания и «детские болезни», которые создатели благополучно изживают. За три года конструкция КВ-1 претерпела много изменений.

Агрегатируемый каток позволил проверить идею на практике в кратчайшие сроки и с наименьшими затратами. Однако заметим, что он закрывает собой только одну небольшую нишу необъятного рынка. Теперь, после обкатки, идея должна воплотиться в самоходных катках – обязательно красивых.