ΟΧΗΜΑΤΑ ΔΟΜΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ

Transcript

1 ΑΛΕΞΑΝΔΡΕΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΟΧΗΜΑΤΑ ΔΟΜΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΑΝ. ΚΑΘ. Γ. ΠΑΡΑΔΕΙΣΙΑΔΗΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2014

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Σελίδα 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1 2. ΧΡΗΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΤΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΔΟΜΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ Χρήση των οχημάτων δομικών έργων Κατηγορίες και είδη οχημάτων δομικών έργων Κριτήρια επιλογής 8 3. ΟΔΟΣΤΡΩΤΗΡΕΣ Συμπύκνωση εδαφών και ασφάλτου Μέθοδοι και διατάξεις συμπίεσης εδάφους και ασφάλτου Τύποι οδοστρωτήρων Οδοστρωτήρες με λείους κυλίνδρους Οδοστρωτήρες με κυλίνδρους με προεξοχές (κατσικοπόδαρα) ΕΛΚΥΣΤΗΡΕΣ Τροχοφόροι ελκυστήρες Ερπυστριοφόροι ελκυστήρες Ολίσθηση και δύναμη πρόωσης Αντίσταση κύλισης Δύναμη έλξης Βαθμός απόδοσης έλξης Διάγραμμα έλξης Σύγκριση της απόδοσης τροχοφόρων ελκυστήρων με κίνηση στους δύο και στους τέσσερις τροχούς Σύστημα μετάδοσης κίνησης Μηχανικό κιβώτιο ταχυτήτων με υδροδυναμικό μετατροπέα ροπής Υδροστατικό κιβώτιο ταχυτήτων Ηλεκτρικό σύστημα μετάδοσης κίνησης Σύστημα διεύθυνσης Συστήματα διεύθυνσης τροχοφόρων ελκυστήρων 54

3 Συστήματα διεύθυνσης ερπυστριοφόρων ελκυστήρων Συστήματα διεύθυνσης με εγκάρσια ολίσθηση Δυνάμεις και ροπές κατά τη στροφή Συστήματα διεύθυνσης με ελεγχόμενο διαφορικό Σύστημα διεύθυνσης με αποσύμπλεξη / πέδηση των ερπυστριών Συστήματα διεύθυνσης με ελεγχόμενες ακραίες μεταδόσεις Συστήματα διεύθυνσης με ενδιάμεσους μειωτήρες ΦΟΡΤΩΤΕΣ Τροχοφόροι φορτωτές Σύστημα μετάδοσης κίνησης Σύστημα διεύθυνσης Ερπυστριοφόροι φορτωτές ΠΡΟΩΘΗΤΕΣ ΓΑΙΩΝ Κατασκευή και ρύθμιση της λεπίδας Κατασκευή και ρύθμιση του αναμοχλευτή Τροχοφόροι προωθητές γαιών Ερπυστριοφόροι προωθητές γαιών Συστήματα μετάδοσης κίνησης και διεύθυνσης ερπυστριοφόρων προωθητών ΙΣΟΠΕΔΩΤΕΣ Κατασκευή και ρύθμιση της λεπίδας Πλαίσιο, άξονες και σύστημα μετάδοσης κίνησης ΕΚΣΚΑΦΕΙΣ Σύστημα κίνησης Σύστημα εκσκαφής ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 135

4 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Παρά τη χρήση απλών, πρωτόγονων μηχανών για την κατασκευή δομικών έργων από την αρχαιότητα, η εκτέλεσή τους μέχρι τις τελευταίες δεκαετίες του 19ου αιώνα βασιζόταν αποκλειστικά στην μυϊκή δύναμη, αφού οι απλές αυτές μηχανές (κυρίως ανυψωτικές διατάξεις) μπορούσαν μόνον να επαυξάνουν σε περιορισμένο βαθμό τη μυϊκή δύναμη ανθρώπων και ζώων. Η επινόηση των κινητήριων μηχανών (ατμομηχανών και μηχανών εσωτερικής καύσης) τον 18ο και 19ο αιώνα κατέστησε δυνατή την υποκατάσταση της ανθρώπινης εργασίας από τις μηχανές. Η υποκατάσταση αυτή στον τομέα της κατασκευής των τεχνικών έργων άρχισε να πραγματοποιείται με την επινόηση και εξέλιξη των δομικών μηχανών (μηχανημάτων έργων). Από τα τέλη του 19ου αιώνα χρησιμοποιήθηκαν μηχανήματα με τη σύγχρονη περίπου μορφή τους στην κατασκευή των μεγάλων τεχνικών έργων. Η προσπάθεια όμως για την εκμετάλλευση σε μεγαλύτερη κλίμακα των δυνατοτήτων τους για καλύτερη και ευχερέστερη κατασκευή των τεχνικών έργων, βασιζόμενη στην εξέλιξη της τεχνολογίας στον τομέα της κατασκευής μηχανημάτων, εντάθηκε κυρίως από τις αρχές 20 ου αιώνα. Η χρησιμοποίηση μηχανημάτων δομικών έργων κατά την διάνοιξη της διώρυγας του Παναμά (1911) επιτάχυνε σημαντικά την εξέλιξη του έργου. Ακολούθησε μία αλματώδης εξέλιξη όσον αφορά την κατασκευή και την χρησιμοποίηση των μηχανημάτων τεχνικών έργων. Έτσι σήμερα η χρήση αυτών των μηχανημάτων δεν περιορίζεται μόνο σε μεγάλα έργα (φράγματα, δρόμους, γέφυρες, σήραγγες, ορυχεία κλπ.), αλλά επεκτείνεται και στις κτιριολογικές κατασκευές κάθε μεγέθους. Παρά το σχετικά υψηλό κόστος αγοράς και συντήρησής τους, η χρήση μηχανημάτων τεχνικών έργων έχει μειώσει δραματικά το συνολικό κόστος εκτέλεσης τέτοιων έργων, λόγω της πολύ μεγάλης μείωσης του εργατικού κόστους, και έχει περιορίσει σε μεγάλο βαθμό τους χρόνους εκτέλεσής τους. 1

5 2. ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΚΑΙ ΧΡΗΣΗ ΤΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΔΟΜΙΚΏΝ ΕΡΓΩΝ 2.1. Χρήση των οχημάτων δομικών έργων. Τα οχήματα (μηχανήματα) δομικών αποτελούν τον κύριο μηχανικό εξοπλισμό για την κατασκευή χωματουργικών εργασιών, δηλαδή: - Συμπύκνωση για τη σταθεροποίηση όγκων υλικού εδάφους (χώμα, άμμος, χαλίκι, πέτρες, άσφαλτος). - Εκσκαφές και μετακινήσεις όγκων υλικού εδάφους, προκειμένου να σχηματισθούν κοιλότητες ορισμένου ή μη γεωμετρικού σχήματος (λάκκοι, τάφροι για θεμελιώσεις ή άλλα έργα, χαντάκια αγωγών, διώρυγες κ.λ.π.), να γίνουν εκβαθύνσεις βυθών, διανοίξεις διόδων (δρόμων κλπ), επιχωματώσεις, πρανή δρόμων και αναχώματα (χωμάτινα υψώματα κατά μήκος των οχθών ποταμών), να αποξηρανθούν έλη, να αποκομισθούν από το έδαφος ή από τους βυθούς υλικά για διάφορες χρήσεις, να εξορυχθούν μεταλλεύματα κλπ. - Διαμορφώσεις και ισοπεδώσεις εδαφών. - Θρυμματισμό και ανάμιξη του εδάφους με άλλα υλικά. - Πολλά χωματουργικά μηχανήματα, όταν εφοδιασθούν με ειδικές εξαρτύσεις, χρησιμοποιούνται και για εκδασώσεις, εκχερσώσεις, εκχιονισμούς, αναμόχλευση εδαφών κλπ. Οι ειδικές εργασίες, τις οποίες εκτελούν τα διάφορα είδη χωματουργικών μηχανημάτων, είναι οι εξής: - Εκσκαφή και στη συνέχεια φόρτωση του εκσκαπτόμενου υλικού σε οχήματα ή τοποθέτηση αυτού σε σωρούς (εκσκαφείς κάθε είδους, φορτωτήρες, αυλακωτήρες). - Παραλαβή χώματος από μία θέση και αποθήκευσή του σε μεγάλη απόσταση (αποθέτες). - Εκσκαφή και μεταφορά του υλικού σε μικρές αποστάσεις (προωθητήρες). - Εκσκαφή, μεταφορά και διάστρωση του υλικού (αποξεστήρες). - Διαμόρφωση χωμάτινων επιφανειών με επιφανειακή εκσκαφή και μεταφορά χώματος βάσει καθορισμένου σχεδίου, ώστε να επιτυγχάνεται η επιθυμητή τελική μορφή (διαμορφωτήρες). - Ισοπέδωση επιφανειών με απόσπαση και μεταφορά χώματος από τις προεξοχές στις εσοχές τους (ισοπεδωτήρες και μερικές φορές προωθητήρες, διαμορφωτήρες, αποξεστήρες). - Συμπύκνωση εδαφών με πίεση ή με πρόκληση δονήσεων (μηχανήματα συμπύκνωσης με κυλίνδρους ή με ελαστικούς τροχούς, δονητές). - Εκρίζωση θάμνων ή δένδρων (ελκυστήρες με ειδικές εξαρτύσεις, ριζοκόπτες κλπ). - Θρυμματισμός και ανάμιξη του εδάφους με άλλα υλικά (θρυμματιστές αναμικτήρες). 2

6 - Απομάκρυνση χιονιών είτε με τον εκτοπισμό τους στα πλάγια (εξαρτύσεις εκχιονισμού σε διαμορφωτήρες), είτε με εκτόξευσή τους σε απόσταση ή σε φορτηγά οχήματα (εκχιονιστικές φρέζες). Τα χωματουργικά μηχανήματα μετακινούνται από τη μία θέση στην άλλη αυτοπροωθούμενα, ελκόμενα ή φορτωμένα επάνω σε ελκυστήρες, φορτηγά αυτοκίνητα ή ρυμουλκούμενους μεταφορείς. Τα χωματουργικά μηχανήματα είναι ή συνεχούς λειτουργίας, δηλαδή από το ένα μέρος σκάβουν και από το άλλο απομακρύνουν συνεχώς το υλικό (εκσκαφείς και αυλακωτήρες με αλυσίδα κάδων ή με καδοφόρο τροχό, φορτωτές με μεταφορέα κλπ.), ή περιοδικής λειτουργίας, εκτελούν δηλαδή ένα κύκλο εργασίας, ο οποίος να επαναλαμβάνεται περιοδικώς (εκσκαφείς ή φορτωτές με ένα κάδο, αποξεστήρες κλπ). Η θέση εργασίας μπορεί να βρίσκεται: -Υψηλότερα από την επιφάνεια έδρασης του μηχανήματος (εκσκαφείς με εξάρτυση τσάπας, εκσκαφείς με καδοφόρο τροχό). - Χαμηλότερα από την επιφάνεια έδρασης του μηχανήματος (εκσκαφείς με εξάρτυση ανεστραμμένης τσάπας, αρπάγη, συρόμενο κάδο, αυλακωτήρες). -Στο ίδιο περίπου επίπεδο με την επιφάνεια έδρασης του μηχανήματος (διαμορφωτήρες, ισοπεδωτήρες, αποξεστήρες). Οι ελκυστήρες άλλοτε αποτελούν τμήμα χωματουργικών μηχανημάτων (προωθητήρων, φορτωτών κλπ) και άλλοτε έλκουν χωματουργικά μηχανήματα (ελκόμενους αποξεστήρες, ισοπεδωτήρες κλπ.), γι αυτό και εξετάζονται μαζί με τα χωματουργικά μηχανήματα. 2.2 Κατηγορίες και είδη οχημάτων δομικών έργων. Τα οχήματα δομικών έργων διαιρούνται γενικά σε δύο μεγάλες κατηγορίες: Στα οχήματα γενικής και στα οχήματα ειδικής χρήσης. Οχήματα γενικής χρήσης λέγονται εκείνα που μπορεί να χρησιμοποιηθούν σε περισσότερες ειδικές εργασίες και στα περισσότερα από τα τεχνικά έργα. Τα οχήματα ειδικής χρήσης έχουν ειδική αποστολή και χρησιμοποιούνται στην εκτέλεση συγκεκριμένων ειδικών εργασιών και σε ορισμένα μόνο τεχνικά έργα. Οπωσδήποτε δεν είναι δυνατή η αυστηρή κατάταξη των διαφόρων ειδών των οχημάτων δομικών έργων σε μία από τις παραπάνω κατηγορίες, γιατί ανάλογα με τη περιοχή δραστηριότητας κάθε τεχνικής επιχείρησης και τον τρόπο χρήσης της από αυτήν, το ίδιο μηχάνημα μπορεί να χαρακτηρισθεί γενικής ή ειδικής χρήσης. Π.χ. ένας προωθητής γαιών είναι μηχάνημα γενικής χρήσης 3

7 για μια επιχείρηση που κατασκευάζει έργα οδοποιίας, ενώ για μια οικοδομική επιχείρηση είναι ειδικό μηχάνημα. Γενικά μπορούμε να χαρακτηρίσουμε ως μηχανήματα γενικής χρήσης τα μικρής και μέσης απόδοσης που κατασκευάζονται «σε σειρά» από τις διάφορες βιομηχανίες και που είναι δυνατόν να αγορασθούν έτοιμα, χωρίς να απαιτείται ειδική παραγγελία για την απόκτησή τους. Τέτοια μηχανήματα είναι πχ. οι εκσκαφείς με περιεκτικότητα κάδου μέχρι 2m 3, οι προωθητές γαιών, οι γερανοί ανυψωτικής ικανότητας μέχρι 15 t, οι αναμικτήρες μπετόν μέχρι 1500 lt. Τα μηχανήματα ειδικής χρήσης είναι εκείνα που δεν κατασκευάζονται «σε σειρά» από τις βιομηχανίες παραγωγής αλλά κατόπιν παραγγελίας με ειδικές προδιαγραφές του χρήστη, συνήθως για κάποιο συγκεκριμένο έργο μεγάλης έκτασης ή για μία εξειδικευμένη λειτουργία που δεν καλύπτεται ικανοποιητικά από κάποιο μηχάνημα γενικής χρήσης. Συνήθως έχουν μεγάλη απόδοση και υψηλό κόστος. Πχ. ένας εκσκαφέας καδοφόρου τροχού απόδοσης m 3 /h (Σχ.2.1), είναι μηχάνημα ειδικής χρήσης. Τις περισσότερες φορές τέτοια μηχανήματα δεν είναι κατάλληλα ή είναι αντιοικονομικά για χρήση σε έργα διαφορετικά από αυτά για τα οποία έχουν σχεδιασθεί. Σχ.2.1 Εκσκαφέας καδοφόρου τροχού, ικανότητας m 3 /h, βάρους t, μέγιστης ταχύτητας 8,8 m/min. Ισχείς: καδοφόρου τροχού kw, περιστροφής 160 kw, πρόωσης 6 Χ 55 kw, ταινιών 520 kw. 4

8 Πέρα από το πλεονέκτημα της δυνατότητας χρησιμοποίησης σε περισσότερους τομείς τεχνικών έργων, ένα μηχάνημα γενικής χρήσης έχει και άλλα πλεονεκτήματα: μικρότερος κόστος λόγω της παραγωγής του «σε σειρά», ταχύτερη απόκτηση, εύκολη εξεύρεση χειριστών και τεχνιτών συντήρησης και επισκευών, καθώς και γρήγορη εξασφάλιση ανταλλακτικών. Επομένως θα πρέπει να επιδιώκεται από τους κατασκευαστές των τεχνικών έργων η αγορά και η χρησιμοποίηση στις εργασίες τους μηχανημάτων γενικής χρήσης. Η αγορά και η χρησιμοποίηση μηχανημάτων ειδικής χρήσης δικαιολογείται στις παρακάτω περιπτώσεις: - Όταν πρόκειται για εργασία που δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί από μηχάνημα γενικής χρήσης. - Όταν η χρησιμοποίηση του ειδικού μηχανήματος (αντί του μηχανήματος γενικής χρήσης) μειώνει σημαντικά το κόστος κατασκευής του έργου. - Αν η έκταση του τεχνικού έργου επιτρέπει την πλήρη απόσβεση του μηχανήματος κατά την εκτέλεση του σχετικού έργου. Με βάση το είδος της εργασίας που εκτελούν, τα ευρύτερα χρησιμοποιούμενα είδη οχημάτων τεχνικών έργων κατατάσσονται ως εξής: α) Οδοστρωτήρες (rollers, Σχ.2.2), β) Ελκυστήρες (tractors, Σχ.2.3), γ) Προωθητές γαιών (bulldozers, Σχ.2.4), δ) Ισοπεδωτές γαιών (graders, Σχ.2.5), ε) Αποξέστες (scrapers, Σχ.2.6), στ) Εκσκαφείς (excavators, Σχ.2.7). Σχ.2.2 Αυτοκινούμενος οδοστρωτήρας με έναν κύλινδρο. 5

9 Σχ.2.3 Τροχοφόρος ελκυστήρας. Σχ.2.4 Προωθητής γαιών. 6

10 Σχ.2.5 Ισοπεδωτής γαιών. Σχ.2.6 Αποξέστης. Σχ.2.7 Ερπυστριοφόρος εκσκαφέας. 7

11 2.3 Κριτήρια επιλογής Το σημαντικότερο κριτήριο για την επιλογή ενός οχήματος δομικών έργων είναι το συνολικό κόστος καθ όλη τη διάρκεια χρήσης του από την επιχείρηση, μέχρι την τελική αχρήστευση ή ενδεχόμενη μεταπώλησή του. Το κόστος αυτό διαμορφώνεται κυρίως από: - Το κόστος αγοράς. - Το κόστος συντήρησης και επισκευών. - Το κόστος καυσίμων και λιπαντικών. - Το κόστος του χειριστή. - Το έσοδο από ενδεχόμενη μεταπώλησή του. Τόσο το κόστος αγοράς, όσο και το κόστος συντήρησης είναι για την ίδια απόδοση μικρότερα για ένα μηχάνημα γενικής χρήσης από ότι για ένα ειδικής χρήσης. Το κόστος συντήρησης και επισκευών εξαρτάται κυρίως από τις συνθήκες εργασίας του μηχανήματος και την συνέπεια τήρησης των προδιαγραφών συντήρησης (πχ. τη σωστή λίπανση και την έγκαιρη αντικατάσταση φθειρόμενων μερών). Άλλα κριτήρια επιλογής, των οποίων η σημασία εξαρτάται από τις συνθήκες του έργου, αλλά και της επιχείρησης, είναι: - Το κόστος ασφάλισης του οχήματος - Ο χρόνος που το όχημα παραμένει ανενεργό λόγω εργασιών συντήρησης, επισκευών ή ρυθμίσεων. - Η ευχέρεια και ταχύτητα προμήθειας ανταλλακτικών. - Ο χρόνος που το όχημα μπορεί να καταστεί ξεπερασμένο, δηλ. παρά την καλή κατάστασή του να είναι οικονομικότερη η αγορά νέου οχήματος, που λόγω της εξέλιξης της τεχνολογίας να παρουσιάζει πολύ καλύτερη σχέση συνολικού κόστους απόδοσης. Με βάση την εκτίμηση όλων των στοιχείων κόστους και την κατανομή τους εντός του συνολικού προβλεπόμενου χρόνου χρήσης του οχήματος μπορεί να εκτιμηθεί η παρούσα αξία του συνολικού κόστους ενός οχήματος, δηλ. το άθροισμα του συνόλου των προβλεπόμενων πληρωμών για την απόκτηση και λειτουργία του, ανηγμένων βάσει ενός επιτοκίου αναφοράς σε πληρωμές κατά τη στιγμή έναρξης της χρήσης του. Η παρούσα αξία αποτελεί έναν ικανοποιητικό τρόπο σύγκρισης του συνολικού κόστους διαφορετικών οχημάτων των οποίων εξετάζεται εναλλακτικά η χρήση. 8

12 3. ΟΔΟΣΤΡΩΤΗΡΕΣ 3.1 Συμπύκνωση εδαφών και ασφάλτου Κατά την κατασκευή δρόμων, διαδρόμων αεροδρομίων, βιομηχανικών δαπέδων υψηλής αντοχής, φραγμάτων και άλλων δομικών έργων είναι αναγκαία η συμπύκνωση εδαφών ή ασφάλτου (Σχ.3.1). Σχ.3.1 Δομή και ιδιότητες ενός τυπικού οδοστρώματος. Η συμπύκνωση καθιστά το έδαφος ή την άσφαλτο συνεκτικότερα, δηλαδή μειώνει δραστικά την περιεκτικότητά τους σε πόρους αέρα, ώστε να αντέχουν υψηλότερες επιφανειακές πιέσεις. Στο Σχ.3.2 φαίνεται ο χαρακτηρισμός διαφόρων τύπων υλικού εδάφους αναλόγως της κατανομής του μεγέθους των κόκκων τους και στο Σχ.3.3 το αποτέλεσμα της συμπύκνωσης ενός τυπικού μη συνεκτικού (αμμώδους) και ενός τυπικού συνεκτικού (πηλώδους) εδάφους. Σημαντική επίδραση στην συμπίεση που μπορεί να επιτευχθεί ασκεί η υγρασία του υλικού, δηλ. η κατά βάρος περιεκτικότητά του σε νερό. Υλικά με μικρή υγρασία παρουσιάζουν αυξημένη αντίσταση στη συμπίεσή τους λόγω αυξημένης εσωτερικής τριβής, ενώ υλικά με μεγάλη υγρασία λόγω της υψηλής πίεσης του περιεχόμενου νερού. Σαν συνέπεια, για κάθε υλικό μπορεί να προσδιορισθεί μία βέλτιστη τιμή υγρασίας για την οποία επιτυγχάνεται η μέγιστη συμπίεση του (Καμπύλη Proctor, Σχ.3.4). Στο Σχ.3.5 φαίνεται η επίδραση της υγρασίας στη δυνατότητα συμπίεσης και η βέλτιστη τιμή υγρασίας για μέγιστη δυνατή συμπίεση για διάφορους τύπους υλικού εδάφους. 9

13 Σχ.3.2 Μέγεθος κόκκων διαφόρων τύπων υλικού εδάφους. Σχ.3.3 Μη συνεκτικό και συνεκτικό έδαφος πριν και μετά τη συμπίεσή τους. 10

14 Σχ.3.4 Επίδραση της υγρασίας στη δυνατότητα συμπίεσης ενός υλικού εδάφους (καμπύλη Proctor). Σχ.3.5 Επίδραση της υγρασίας στη δυνατότητα συμπίεσης διαφόρων τύπων εδάφους (καμπύλες Proctor). Κατά τη συμπίεση ασφαλτικών μιγμάτων σημαντικό ρόλο παίζει η θερμοκρασία. Επειδή με την πτώση της θερμοκρασίας τους τα μίγματα γίνονται πιο παχύρρευστα, με συνέπεια να απαιτείται 11

15 υψηλότερη πίεση για τη συμπίεσή τους, συνιστάται η συμπίεσή τους όσο το δυνατόν συντομότερα μετά την εφαρμογή τους, κατά προτίμηση σε θερμοκρασία C (Σχ.3.6). Σχ.3.6 Επίδραση της θερμοκρασίας στην απαιτούμενη πίεση συμπίεσης ασφαλτικών μιγμάτων. 3.2 Μέθοδοι και διατάξεις συμπίεσης εδάφους και ασφάλτου Η συμπύκνωση του εδάφους ή της ασφάλτου επιτυγχάνεται με μία από τις εξής μεθόδους ή με συνδυασμό τους: - με κρουστική άσκηση βάρους, - με στατική άσκηση βάρους, - με άσκηση βάρους με δόνηση, - με «ζύμωμα» του υλικού. Κατά κανόνα εφαρμόζονται οι τρεις τελευταίες μέθοδοι, συνήθως με χρήση οδοστρωτήρων, που μέσω της κύλισης επί του εδάφους βαριών κυλίνδρων εφαρμόζουν μία ή συνδυασμούς των τριών μεθόδων. Οι κύλινδροι είναι κλειστά τύμπανα που μπορούν να γεμίζονται με άμμο ή νερό για να ρυθμίζεται το βάρος τους. Για τη συμπίεση μικρών επιφανειών, όπου η χρήση οδοστρωτήρων είναι αντιοικονομική ή δεν είναι δυνατή λόγω περιορισμένου χώρου, χρησιμοποιούνται χειροκίνητοι δονητές ή συσκευές δονούμενων πλακών, που εφαρμόζουν άσκηση βάρους με δονήσεις. Οι δονητές (Σχ.3.7α) έχουν βάρος από 60 έως 80 kg και κινούνται συνήθως από 4-Χ βενζινοκινητήρες ή, σπανιότερα, από πετρελαιοκινητήρες. Η κατακόρυφη δόνηση του ποδιού του 12

16 δονητή προκαλείται από ένα έκκεντρο συνδεδεμένο με τον στροφαλοφόρο του κινητήρα. Οι συσκευές δονούμενων πλακών (Σχ.3.7β) ζυγίζουν μεταξύ 50 και 150 kg, έχουν πλάτος εργασίας μεταξύ 45 και 60 cm και κινούνται επίσης από βενζινοκινητήρα ή πετρελαιοκινητήρα. Η δόνηση επιτυγχάνεται με ένα σύστημα διέγερσης που κινείται από τον κινητήρα μέσω ιμάντα και φυγοκεντρικού συμπλέκτη. Σε πολλές συσκευές υπάρχει δυνατότητα ρύθμισης του συστήματος διέγερσης, ώστε η συσκευή να μπορεί να κινείται και προς τα πίσω. Σχ.3.7 Δονητής (α) και συσκευή δονούμενων πλακών (β). 3.3 Τύποι οδοστρωτήρων Οι οδοστρωτήρες μπορεί να είναι χειροκίνητοι, αυτοκινούμενοι ή ρυμουλκούμενοι. Το βάρος τους μπορεί να είναι από λιγότερο από 1 t έως περισσότερο από 30 t, ενώ η ταχύτητα πρόωσης κατά την εργασία τους κυμαίνεται μεταξύ 2 και 11 km/h. Πολλά είδη εδάφους, όπως άμμος, χαλίκι και σχετικά μεγάλες πέτρες συμπιέζονται καλύτερα όταν υφίστανται συνδυασμό πίεσης και δόνησης, επειδή κατά τη δόνησή τους τα κομμάτια τους αλλάζουν ευκολότερα θέση και προσανατολισμό και εισχωρούν σε υφιστάμενα κενά, με αποτέλεσμα την αύξηση της πυκνότητας του υλικού. Έτσι χρησιμοποιούνται οδοστρωτήρες με δονούμενους κυλίνδρους με ή χωρίς προεξοχές (συνήθως μορφής πελμάτων), καθώς και με δονούμενους ελαστικούς τροχούς. Η δόνηση, με συχνότητα από 15 έως 80 Hz, επιτυγχάνεται είτε με χωριστό κινητήρα τοποθετημένο επί του οδοστρωτήρα που διεγείρει ολόκληρο το όχημα, συνήθως ρυμουλκούμενο, είτε με υδραυλικό κινητήρα που περιστρέφει έναν οριζόντιο άξονα με έκκεντρα βάρη. Η ταχύτητα διέλευσης πρέπει να είναι πολύ χαμηλή, 2,5 4 km/h, ώστε να παρέχεται επαρκής ενέργεια δόνησης στο έδαφος. Κατά τη συμπίεση στρώματος από σχετικά μεγάλες πέτρες μεγέθους 13

17 μέχρι και 50 cm, συνολικού πάχους 90 cm, από ρυμουλκούμενο δονούμενο κύλινδρο χωρίς προεξοχές, βάρους 10 t, με τις δύο πρώτες διελεύσεις επιτεύχθηκε το 60% της τελικής πυκνότητας, με τις δύο επόμενες το 83%, και με τις δύο τελευταίες το 100%. Ανάλογα με το είδος κυλίνδρων που χρησιμοποιούν, διακρίνονται τα ακόλουθα είδη οδοστρωτήρων: Οδοστρωτήρες με λείους κυλίνδρους Εφαρμόζουν στατική άσκηση βάρους και, αν διαθέτουν δονούμενους κυλίνδρους, άσκηση βάρους με δονήσεις. Αυτοκινούμενοι οδοστρωτήρες χρησιμοποιούνται σε ευρεία κλίμακα, χειροκίνητοι ή ρυμουλκούμενοι σπάνια. Οι χειροκίνητοι οδοστρωτήρες συνήθως διαθέτουν δύο κυλίνδρους που δονούνται από πετρελαιοκινητήρα μέσω μηχανικού κιβωτίου δύο βαθμίδων ή μέσω υδροστατικού συστήματος μετάδοσης (Σχ.3.8). Έχουν βάρος από 600 έως 1000 kg και πλάτος εργασίας από 60 έως 75 cm. Σχ.3.8 Χειροκίνητος οδοστρωτήρας με δύο δονούμενους κυλίνδρους. Οι αυτοκινούμενοι οδοστρωτήρες έχουν είτε έναν εμπρόσθιο κύλινδρο και δύο οπίσθιους ελαστικούς τροχούς είτε, συνηθέστερα, δύο κυλίνδρους. Συνήθως διαθέτουν κίνηση και στους δύο κυλίνδρους, χρησιμοποιούνται όμως και οδοστρωτήρες με κίνηση μόνον στον οπίσθιο κύλινδρο (μεγάλοι) ή μόνον στον εμπρόσθιο (μικροί). Ο τύπος ελαφρού αρθρωτού οδοστρωτήρα με δύο δονούμενους κυλίνδρους και υδροστατική πρόωση του Σχ.3.9α παράγεται σε βάρη από 1,3 έως 4,2 t και πλάτη εργασίας από 80 έως 140 cm. 14

18 Ο τύπος ελαφρού αρθρωτού οδοστρωτήρα με έναν δονούμενο κύλινδρο και δύο οπίσθιους ελαστικούς τροχούς του Σχ.3.9β διατίθεται σε βάρη από 1,5 έως 2,5 t καθώς και από 7 έως 10 t και είναι ιδιαίτερα κατάλληλος για συμπίεση ασφάλτου σε επικλινές έδαφος Σχ.3.9 Μικροί αρθρωτοί οδοστρωτήρες (α) με έναν κύλινδρο και δύο ελαστικούς τροχούς και (β) με δύο κυλίνδρους. Για βαρύτερα οχήματα ο πιο συνηθισμένος τύπος είναι ο αυτοκινούμενος με δύο κυλίνδρους. Η μετάδοση της κίνησης μπορεί να γίνεται μηχανικά ή υδροστατικά. Η διεύθυνση γίνεται είτε με άρθρωση στο μέσον του οχήματος, είτε με στροφή του ενός (πρόσθιου) ή και των δύο κυλίνδρων.. Η πέδηση γίνεται με ταινιοπέδες, που είναι συνήθως μηχανικές με ελατήρια και ενεργούν στον ένα ή και στους δύο κυλίνδρους. Η αποπέδηση γίνεται υδραυλικά και εφόσον εργάζεται ο κινητήρας. Ο αρθρωτός τύπος με δύο κυλίνδρους του Σχ.3.10 κατασκευάζεται με βάρη από 7 έως 14 t και πλάτη εργασίας από 1,50 έως 2,13 m, με δόνηση είτε μόνον του εμπρόσθιου, είτε μόνον του οπίσθιου, είτε και των δύο κυλίνδρων. Όπως φαίνεται στο σχήμα, εκτός από την στροφή, η άρθρωση προσφέρει και τη δυνατότητα μίας μικρής παράλληλης μετατόπισης του ενός κυλίνδρου ως προς τον άλλο («πρόωση κάβουρα») μέχρι 17 cm, για την αποφυγή δημιουργίας έντονου ίχνους στην επιφάνεια της ασφάλτου στην άκρη των κυλίνδρων και για την αποτελεσματικότερη χρήση κώνων διαμόρφωσης της ακμής του ασφαλτοστρώματος. Ο τύπος με δύο στρεφόμενους κυλίνδρους του Σχ.3.11 κατασκευάζεται σε βάρη από 7 έως 10 t και πλάτη εργασίας από 1,50 έως 1,68 m, ομοίως με δόνηση είτε μόνον του εμπρόσθιου, είτε μόνον του οπίσθιου, είτε και των δύο κυλίνδρων. Η μετάδοση της κίνησης τόσο προς το σύστημα πρόωσης, όσο και προς τα συστήματα διέγερσης των κυλίνδρων γίνεται υδροστατικά. Ο άξονας του κάθε κυλίνδρου στηρίζεται σε ένα πλαίσιο, το οποίο συνδέεται με το σώμα του οδοστρωτήρα με άρθρωση στιβαρής 15

19 Σχ.3.10 Βαρείς αρθρωτοί οδοστρωτήρες με ενιαίους και διμερείς κυλίνδρους και άρθρωση με δυνατότητα παράλληλης μετατόπισης των κυλίνδρων. κατασκευής. Η στροφή της άρθρωσης γίνεται υδροστατικά ή ηλεκτρικά. Ο χειριστής μπορεί να επιλέξει στροφή είτε μόνον του ενός κυλίνδρου, είτε και των δύο συγχρόνως, είτε αυτόματη επιλογή στροφής του εμπρόσθιου ή του οπίσθιου κυλίνδρου, είτε τέλος «διαγώνια» στροφή των δύο κυλίνδρων κατά ίσες και αντίθετες γωνίες για την επίτευξη «πρόωσης κάβουρα». Στην τελευταία περίπτωση είναι δυνατή πολύ μεγαλύτερη παράλληλη μετατόπιση των κυλίνδρων από ότι στον αρθρωτό τύπο, μέχρι 120 cm. Αυτό καθιστά δυνατή την κατανομή του βάρους του οχήματος σε μεγαλύτερο πλάτος, ώστε να αποφεύγεται η μεγάλη και απότομη συμπίεση του οδοστρώματος, καθώς και την αποφυγή της συμπίεσης της ακμής φρέσκων και ασταθών ακόμη ασφαλτοστρωμάτων με δύο κυλίνδρους. Υπάρχουν και οδοστρωτήρες με τρεις κυλίνδρους, έναν διευθυντήριο μπροστά και δύο κινητήριους (με κοινό άξονα) πίσω (Σχ.3.12). Η απόσταση μεταξύ των πίσω τροχών είναι όσο το μήκος του εμπρόσθιου τροχού, ώστε να συμπιέζεται πλήρως μεγαλύτερο πλάτος οδοστρώματος. Οι λείοι κύλινδροι χωρίς δόνηση είναι κατάλληλοι για τη συμπίεση άμμου, χαλικιού ή σπασμένης πέτρας, καθώς και για την εξομάλυνση (ίσιωμα) συνεκτικών εδαφών που έχουν προηγουμένως συμπιεσθεί από κυλίνδρους με προεξοχές (Σχ.3.13). Κατά τη αρχική συμπίεση όμως συνεκτικών 16

20 Σχ.3.11 Βαρύς οδοστρωτήρας με στρεφόμενους κυλίνδρους και δυνατότητες χωριστής ή σύγχρονης στροφής των κυλίνδρων. Σχ.3.12 Αυτοκινούμενος οδοστρωτήρας με τρεις κυλίνδρους. εδαφών τείνουν να σχηματίζουν μία καλά συμπιεσμένη επιφανειακή κρούστα, χωρίς να συμπιέζουν επαρκώς το έδαφος σε μεγαλύτερο βάθος. Οδοστρωτήρες με έναν κύλινδρο εμπρός και δύο ελαστικούς τροχούς πίσω έχουν μεγάλη ευελιξία και ικανοποιητική απόδοση στη συμπύκνωση λεπτών στρωμάτων συνεκτικού υλικού, ενώ αυτοί με δύο κυλίνδρους είναι καταλληλότεροι για την προσυμπίεση και τελική συμπίεση ασφαλτικών μιγμάτων. Η πίεση που ασκούν επί του εδάφους κυμαίνεται από 2 ως 10 N/mm 2, ανάλογα με το βάρος των κυλίνδρων. 17

21 Σχ.3.13 Συμπίεση με στατική άσκηση βάρους με έναν και δύο εν σειρά κυλίνδρους. Η άσκηση βάρους με δόνηση είναι ιδιαίτερα αποδοτική για μη συνεκτικά υλικά που αποτελούνται από σχετικά μεγάλα σωματίδια (χαλίκι, πέτρες), επειδή η δόνηση διευκολύνει την αναδιάταξη των σωματιδίων και την εισχώρησή τους σε υφιστάμενα κενά εντός του υλικού. Επειδή το ίδιο συμβαίνει, αν και σε μικρότερο βαθμό, και με τα (πολύ μικρότερα) σωματίδια που συνιστούν τα συνεκτικά εδάφη, καθώς και όταν το υλικό περιέχει συνδετική ουσία (κόλλα), όπως τα ασφαλτικά μίγματα, η χρήση δονούμενων κυλίνδρων επεκτείνεται διαρκώς. Για τη συμπίεση εδάφους χρησιμοποιούνται οδοστρωτήρες με έναν κύλινδρο, με μικρό εύρος δόνησης για μη συνεκτικά υλικά και με μεγάλο εύρος δόνησης για παχέα στρώματα και για συνεκτικά υλικά (Σχ.3.14), ενώ για τη συμπίεση ασφαλτικών μιγμάτων, όπου απαιτείται περισσότερη ενέργεια δόνησης για την υπερνίκηση της αντίστασης των συνδετικών ουσιών, προτιμώνται οδοστρωτήρες με δύο κυλίνδρους (Σχ.3.15). Στο Σχ.3.16 φαίνεται το εύρος μεταβολής των βασικών λειτουργικών παραμέτρων κατά τη συμπίεση εδάφους και ασφάλτου με άσκηση βάρους με δόνηση, δηλ. το βάρος του οχήματος, η στατική πίεση (λόγω του βάρους του οχήματος) ανά μονάδα μήκους επαφής του κυλίνδρου, η δονούμενη μάζα και το εύρος και η συχνότητα της δόνησης. Ο καταλληλότερος τύπος οδοστρωτήρα, οι αντίστοιχες συνιστώμενες λειτουργικές παράμετροι και η συνιστώμενη ταχύτητα πρόωσης αναλόγως του είδους του συμπιεζόμενου υλικού φαίνονται στο Σχ

22 Σχ.3.14 Συμπίεση με άσκηση βάρους με δόνηση με έναν κύλινδρο. Σχ.3.15 Συμπίεση με άσκηση βάρους με δόνηση με δύο εν σειρά κυλίνδρους. 19

23 Σχ.3.16 Βασικές λειτουργικές παράμετροι κατά τη συμπίεση εδάφους και ασφάλτου με άσκηση βάρους με δόνηση. Σχ.3.17 Συνιστώμενος τύπος οδοστρωτήρα, λειτουργικές παράμετροι και ταχύτητα πρόωσης για τη συμπίεση διαφόρων υλικών. 20

24 Η δόνηση του κυλίνδρου επιτυγχάνεται μέσω της περιστροφής αζυγοστάθμητων βαρών στο εσωτερικό του. Στο σύστημα του Σχ.3.18, από τη σύνθεση των δύο φυγόκεντρων δυνάμεων που προκαλούνται από την περιστροφή βαρών με ίση αζυγοσταθμία κατά αντίθετη φορά προκύπτει μία συνισταμένη δύναμη διέγερσης που μεταβάλλεται ημιτονοειδώς σε μία διεύθυνση. Μέσω στροφής του συστήματος διέγερσης επιλέγεται η επιθυμητή διεύθυνση της δύναμης διέγερσης, που πρακτικά ισοδυναμεί με ρύθμιση του εύρους της κατακόρυφης δόνησης του κυλίνδρου (Σχ.3.19). Σχ.3.18 Διέγερση του κυλίνδρου σε δονήσεις μέσω αντίθετα περιστρεφόμενων βαρών. Σχ.3.19 Ρύθμιση της ενέργειας συμπύκνωσης (εύρους κατακόρυφης δόνησης) μέσω ρύθμισης της διεύθυνσης δόνησης του κυλίνδρου. 21

25 Σε οδοστρωτήρες με δύο εν σειρά κυλίνδρους και βάρος μεγαλύτερο των 7 t οι κύλινδροι μπορεί να είναι διμερείς, προκειμένου να αποφεύγεται η ανάπτυξη υψηλών διατμητικών τάσεων κατά τη συμπίεση ασφαλτικών στρωμάτων σε κλειστές στροφές, που μπορεί να προκαλέσει δημιουργία ρωγμών στην άσφαλτο κάτω από τις άκρες των κυλίνδρων (Σχ.3.20). Σχ.3.20 Ανάπτυξη διατμητικών τάσεων στην επιφάνεια της ασφάλτου κατά μήκος της γραμμής επαφής ενιαίου και διμερούς κυλίνδρου σε κλειστή στροφή. Οι κύλινδροι μεγάλων οδοστρωτήρων είναι εφοδιασμένοι με ψεκαστήρες νερού, για την ψύξη και λίπανση της επιφάνειας επαφής των κυλίνδρων με τη ζεστή άσφαλτο (Σχ.3.21). Οι ψεκαστήρες τροφοδοτούνται από μία κύρια και μία εφεδρική αντλία νερού, ενώ η παροχή νερού ρυθμίζεται, ώστε η επιφάνεια των κυλίνδρων να είναι διαποτισμένη, χωρίς όμως να καλύπτεται από στρώμα νερού. Αντίστοιχα και τα ελαστικά των τροχών ψεκάζονται με ψυκτικό λιπαντικό γαλάκτωμα κατά την συμπίεση θερμών ασφαλτικών μιγμάτων. Σχ.3.21 Σύστημα ψεκασμού κυλίνδρου. 22

26 Οι κύλινδροι είναι επίσης εφοδιασμένοι με αποξέστες, που πρέπει να εφάπτονται σε όλο το μήκος τους, για να απομακρύνουν τα κομμάτια του συμπυκνωμένου υλικού που προσκολλούνται επάνω σε αυτούς και να εξασφαλίζουν την ομοιόμορφη διαβροχή τους με νερό από τους ψεκαστήρες (Σχ.3.22). Σχ.3.22 Θέση των αποξεστών. Τέλος, οι κύλινδροι μπορούν να εφοδιάζονται με κατάλληλα εξαρτήματα την συμπίεση ή την κοπή των ακμών ασφαλτικών ταπήτων ή τη συμπίεσή τους σε θέσεις δύσκολης πρόσβασης (Σχ3.23). Σχ.3.23 Βοηθητικά εξαρτήματα κυλίνδρων οδοστρωτήρων Οδοστρωτήρες με κυλίνδρους με προεξοχές (κατσικοπόδαρα) Επάνω στο μεταλλικό κύλινδρο είναι συγκολλημένες μεταλλικές προεξοχές («κατσικοπόδαρα») με ποικίλο μήκος και διατομή (Σχ.3.24). Κατά την κύλιση του κυλίνδρου επί του εδάφους οι προεξοχές εισχωρούν στο έδαφος «ζυμώνοντάς» το, επιτυγχάνοντας έτσι καλύτερη μίξη των κόκκων (που μπορεί να είναι και διαφορετικής σύστασης) και συμπίεση του εδάφους από τα χαμηλότερα προς τα ψηλότερα στρώματα. Η πίεση επί του εδάφους κάτω από τις προεξοχές μπορεί να φθάνει τα 5 N/mm 2 23

27 ή και περισσότερο. Κατά την επαναλαμβανόμενη διέλευση του κυλίνδρου το βάθος διείσδυσης των προεξοχών μειώνεται. Σχ.3.24 Οδοστρωτήρες με κύλινδρο με προεξοχές. Για τη συμπίεση ενός οδοστρώματος μπορεί να προδιαγράφεται - είτε ο αριθμός των διελεύσεων με συγκεκριμένη πίεση κάτω από τις προεξοχές, - είτε επανειλημμένες διελεύσεις, με συγκεκριμένη πίεση κάτω από τις προεξοχές, μέχρι βάθος διείσδυσης των προεξοχών να γίνει μικρότερο ενός προδιαγεγραμμένου ορίου, - είτε επανειλημμένες διελεύσεις μέχρι το έδαφος να αποκτήσει μία προδιαγεγραμμένη πυκνότητα. Οι κύλινδροι με προεξοχές είναι κατάλληλοι για τη συμπίεση συνεκτικών (αργιλωδών) εδαφών και μιγμάτων τους με άμμο, όχι όμως μόνον άμμου ή χαλικιού. Επίσης το βάθος του στρώματος εδάφους προς συμπίεση δεν πρέπει να ξεπερνά περίπου το μήκος των προεξοχών. Σε κάποιες παραλλαγές οι προεξοχές έχουν μορφή μεγαλύτερων επίπεδων πελμάτων ή συνεχούς πλέγματος (Σχ.3.25, Σχ.3.26). Οι κύλινδροι με πλέγμα επιτυγχάνουν πολύ υψηλές τοπικές πιέσεις και είναι ιδιαίτερα κατάλληλοι για τη συμπίεση εδαφών που περιέχουν σπασμένη πέτρα, επειδή οι υψηλές πιέσεις σπάζουν τα θραύσματα πέτρας που προεξέχουν και τα πιέζουν μέσα στον όγκο του υλικού, δημιουργώντας σχετικά λεία επιφάνεια. 24

28 Σχ.3.25 Κύλινδροι με προεξοχές μορφής πέλματος. Σχ.3.26 Κύλινδροι με προεξοχές μορφής συνεχούς πλέγματος Οδοστρωτήρες με ελαστικούς τροχούς Οι ελαστικοί τροχοί, λόγω της παραμόρφωσής τους κατά την κύλισή τους επί του εδάφους «ζυμώνουν» το υλικό, συμπιέζοντας τα στρώματα κάτω από την επιφάνεια του εδάφους. Επίσης λόγω της μεγαλύτερης επιφάνειας επαφής με το έδαφος σε σχέση με τους μεταλλικούς κυλίνδρους, επιτυγχάνουν διείσδυση των τάσεων σε μεγαλύτερο βάθος εντός του εδάφους. Στο Σχ.3.27 φαίνεται ενδεικτικά η κατανομή της πίεσης εντός του εδάφους κάτω από μία πιεζόμενη επίπεδη κυκλική επιφάνεια, που προσεγγίζει ικανοποιητικά την κατανομή της πίεσης κάτω από την επιφάνεια επαφής ενός ελαστικού τροχού με το έδαφος. 25

29 Σχ.3.27 Κατανομή της πίεσης εντός του εδάφους κάτω από πιεζόμενη επίπεδη κυκλική επιφάνεια. Η συμπίεση γίνεται συνήθως με πολλαπλές διελεύσεις με αυξημένη κάθε λίγες διελεύσεις πίεση ελαστικών. Χρησιμοποιούνται οδοστρωτήρες με μικρούς ή με μεγάλους τροχούς. Οι οδοστρωτήρες με μικρούς ελαστικούς τροχούς (Σχ.3.28) διαθέτουν συνήθως έναν εμπρόσθιο και έναν οπίσθιο άξονα, συνδεδεμένους χωρίς διαφορισμό, με 4 έως 9 τροχούς σε κάθε άξονα. Οι πίσω τροχοί είναι τοποθετημένοι έτσι ώστε να καλύπτουν κατά την κύλισή τους τα κενά που αφήνουν μεταξύ τους οι εμπρόσθιοι τροχοί, ώστε να επιτυγχάνεται πλήρης κάλυψη της επιφάνειας μεταξύ των ακραίων τροχών. Οι τροχοί μπορεί να εδράζονται με τρόπο που να ταλαντεύονται κατά την περιστροφή τους, ώστε να επιτείνεται το «ζύμωμα». Διευθυντήριοι είναι οι εμπρόσθιοι τροχοί, ενώ κινητήριοι οι οπίσθιοι. Ο τύπος του Σχ.3.28 μπορεί να έχει βάρος από 14 έως 17 t και να δέχεται πρόσθετο βάρος έως 10 t. Σχ.3.28 Οδοστρωτήρας με μικρούς ελαστικούς τροχούς. 26

30 Η μέθοδος και οι εφαρμογές της συμπίεσης με ελαστικούς τροχούς απεικονίζονται στο Σχ.3.29, ενώ τα μεγέθη και τα βασικά χαρακτηριστικά των οδοστρωτήρων στον πίνακα του Σχ Σχ.3.29 Συμπίεση με ελαστικούς τροχούς. Σχ.3.30 Βασικά χαρακτηριστικά οδοστρωτήρων με μικρούς ελαστικούς τροχούς. Οι οδοστρωτήρες με μεγάλους ελαστικούς τροχούς, με συνολικό βάρος μέχρι και 200 t, διαθέτουν έναν κινητήριο και έναν κινούμενο άξονα με δύο ή και περισσότερους τροχούς ανά άξονα, και επιτυγχάνουν συμπίεση όλων των τύπων εδάφους σε μεγάλο βάθος. Οι μεγάλοι ελαστικοί τροχοί, παράλληλα με τη συμπίεση του εδάφους, ωθούν και το υλικό μπροστά τους, επιτυγχάνοντας καλύτερη μίξη και επίπεδες επιφάνειες. 27

31 4. ΕΛΚΥΣΤΗΡΕΣ Οι ελκυστήρες (Σχ.2.2) χρησιμοποιούνται κυρίως για την έλξη ή ώθηση μηχανημάτων έργων, αλλά και γενικότερα για εργασίες όπου απαιτείται ελκτική ή ωστική δύναμη, όπως εκρίζωση δένδρων με τη βοήθεια καλωδίων ή ρυμούλκηση βαρέων φορτίων. Μπορούν να είναι τροχοφόροι ή ερπυστριοφόροι. Η σύνδεση του ρυμουλκουμένου οχήματος με τον ελκυστήρα γίνεται συνήθως μέσω μίας δοκού έλξης στο οπίσθιο μέρος του ελκυστήρα, της οποίας η θέση μπορεί να ρυθμίζεται εγκάρσια, διαμήκως και καθ ύψος («αιωρούμενη», Σχ.4.1). Συνήθως οι ελκυστήρες είναι εφοδιασμένοι και με μία ίδια διάταξη στο εμπρόσθιο μέρος τους, ώστε να μπορούν να ρυμουλκηθούν μόνοι τους σε περίπτωση πχ. που βυθιστούν σε λασπώδες έδαφος, με τη βοήθεια ενός καλωδίου περασμένου γύρω από ένα σταθερό στήριγμα. Σχ.4.1 Διάταξη δοκού έλξης: 1: Δοκός έλξης. 2: Μπάρα σε σχήμα τόξου με οπές για τη ρύθμιση της εγκάρσιας θέσης της δοκού έλξης. 3: Οπές για την τοποθέτηση του πίρου ζεύξης. 4: Ασφαλιστικές κλειδώσεις του πίρου ζεύξης. 4.1 Τροχοφόροι ελκυστήρες Οι τροχοφόροι ελκυστήρες συνήθως έχουν κίνηση και στους 4 τροχούς, για μεγιστοποίηση της δύναμης έλξης και μείωση της ολίσθησης. Μικρότεροι ελκυστήρες μπορεί να έχουν κατ αρχήν κίνηση μόνο στους δύο οπίσθιους τροχούς, που έχει το πλεονέκτημα ότι σε σταθερό, μη υποχωρητικό 28

32 έδαφος οι απώλειες στο σύστημα μετάδοσης κίνησης είναι μικρότερες λόγω διέλευσης ολόκληρης της ισχύος δια του συστήματος μετάδοσης των οπίσθιων τροχών (κεντρικοί άξονες, διαφορικό, ημιαξόνια, ακραίες μεταδόσεις), ενώ σε ανομοιογενές έδαφος (με μεταβαλλόμενο συντελεστή πρόσφυσης) η σε ανηφορική πορεία (με μειωμένο βάρος στους εμπρόσθιους τροχούς) αποφεύγεται η μετάδοση ισχύος στους τροχούς με τη μειωμένη πρόσφυση και συνεπώς μεγαλύτερη ολίσθηση, που εκτός από αύξηση των απωλειών, μπορεί να προκαλέσει και μείωση της αναπτυσσόμενης δύναμης πρόωσης. Ωστόσο σε όλους τους ελκυστήρες με κίνηση στους δύο οπίσθιους τροχούς υπάρχει πάντα η δυνατότητα κατ επιλογήν μετάδοσης της κίνησης και στους εμπρόσθιους τροχούς, για κίνηση σε υποχωρητικά εδάφη. Για την έλξη αποξεστήρων χρησιμοποιούνται και δίτροχοι ελκυστήρες, που παρουσιάζουν μειωμένη αντίσταση κύλισης και μικρότερες απώλειες μετάδοσης κίνησης, αλλά πολύ δυσκολότερη διεύθυνση. Λόγω της μεγάλης τους φόρτισης καθώς και της αντίστοιχα αυξημένης εσωτερικής πίεσης του αέρα (5 bar ή και περισσότερο), χρησιμοποιούνται ελαστικά με πολλά λινά, δηλ. αλλεπάλληλες στρώσεις από rayon ή nylon που παρεμβάλλονται μεταξύ των στρώσεων ελαστικού, καθώς και με δέσμες από χαλύβδινα σύρματα στα χείλη του ελαστικού που εφαρμόζουν στο σώτρο (Σχ.4.2). Σχ.4.2 Ελαστικό οχήματος δομικών έργων με τέσσερα λινά και ενισχυτική δέσμη χαλύβδινων συρμάτων στα χείλη: 1 σώτρο, 2 αεροθάλαμος, 3 και 4 στρώσεις ελαστικού, 5 δέσμη χαλύβδινων συρμάτων, 6 βαλβίδα αέρα. Για την εξασφάλιση μεγάλης πρόσφυσης τα ελαστικά κατασκευάζονται με ανώμαλες επιφάνειες διαφόρων μορφών, αναλόγως του είδους του εδάφους εργασίας του οχήματος. Τα ελαστικά α και β του Σχ.4.3 αντέχουν μεγάλες φορτίσεις και επιτρέπουν την ανάπτυξη αρκετά μεγάλων δυνάμεων πρόωσης. Είναι κατάλληλα για μαλακά και χαλαρά εδάφη (λάσπη, άμμος, χαλίκια), όπου χάρη στη μεγάλη επιφάνεια επαφής τους με το έδαφος δεν βυθίζονται εύκολα. Χρησιμοποιούνται συχνά σε μη 29

33 κινητήριους τροχούς (πχ. ρυμουλκούμενων αποξεστήρων). Τα ελαστικά γ, δ, ε και ζ εξασφαλίζουν πολύ καλή πρόσφυση και συνεπώς παρέχουν τη δυνατότητα ανάπτυξης μεγάλων δυνάμεων έλξης, ιδιαίτερα σε υγρά ή αργιλώδη εδάφη. Αυτοκαθαρίζονται από προσκολλώμενη λάσπη κατά την περιστροφή τους. Τέλος οι τύποι η και θ συνδυάζουν ικανοποιητική πρόσφυση με μεγάλη αντοχή σε φθορά και είναι κατάλληλοι για σκληρά εδάφη, ενώ η διαμόρφωση συντελεί στην αποφυγή ολίσθησης σε σκληρά εδάφη που καλύπτονται από στρώμα νερού. Σχ.4.3 Επιφάνειες ελαστικών για χρήση σε οχήματα δομικών έργων. Η χρήση δίδυμων τροχών επιτρέπει την αύξηση του βάρους του ελκυστήρα και μειώνει την επιφανειακή πίεση. Επίσης αυξάνει την ευστάθεια του οχήματος, τόσο λόγω της αύξησης του πλάτους έδρασης, όσο και επειδή λόγω χρήσης δύο μικρότερων τροχών αντί ενός μεγαλύτερου το κέντρο βάρους του οχήματος μετατοπίζεται χαμηλότερα, με συνέπεια την ευχερέστερη λειτουργία του σε κεκλιμένα αναχώματα. Ωστόσο δυσχεραίνει τη διεύθυνση του ελκυστήρα, ενώ οι πέτρες που σφηνώνονται μεταξύ τους επιταχύνουν τη φθορά των ελαστικών. Επίσης κατά την κίνηση σε ανώμαλα ή κεκλιμένα εδάφη, καθώς και όταν υπάρχει διαφορά πίεσης στους αεροθαλάμους ή μικρή διαφορά διαμέτρων, ο τροχός με τη μεγαλύτερη πίεση ή διάμετρο υπερφορτίζεται, ενώ κατά τη στροφή ο εξωτερικός τροχός κάθε ζεύγους διδύμων αναγκάζεται να διανύει μεγαλύτερη απόσταση από τον αντίστοιχο εσωτερικό, με αποτέλεσμα να ολισθαίνει και να φθείρεται ταχύτερα. 30

34 4.2 Ερπυστριοφόροι ελκυστήρες Ένα τυπικό σύστημα ερπύστριας ελκυστήρα (όπως αυτός του Σχ.2.2), αλλά και γενικότερα οχήματος δομικών έργων, απεικονίζεται στο Σχ.4.4. Επί ενός φορέα κοχλιωμένου στο σκάφος (σασί) του οχήματος εδράζονται οι τροχοί κύλισης (ή τροχοί εδάφους), οι τροχοί στήριξης, ο τροχός τάνυσης και ο κινητήριος τροχός, γύρω από τους οποίους τυλίγεται η ερπύστρια. Το βάρος του οχήματος μεταβιβάζεται μέσω του φορέα στους τροχούς κύλισης, τάνυσης και κινητήριο, και από αυτούς μέσω της ερπύστριας στο έδαφος. Το όχημα προωθείται με περιστροφή από τον κινητήρα του κινητήριου τροχού, που μέσω της οδόντωσής του περιστρέφει την ερπύστρια, εξαναγκάζοντας τους τροχούς κύλισης και τάνυσης σε κύλιση επί της ερπύστριας. Σχ.4.4 Σύστημα ερπύστριας οχήματος δομικών έργων. Η ερπύστρια αποτελείται από πέδιλα, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους με αρθρώσεις που επιτρέπουν τη στροφή του κάθε πέδιλου ως προς το προηγούμενο ή το επόμενό του, ώστε να είναι δυνατή η τύλιξη της ερπύστριας γύρω από τούς τροχούς και η προσαρμογή της στις ανωμαλίες του εδάφους. Στα οχήματα δομικών έργων τα πέδιλα αποτελούνται συνήθως από δύο παράλληλες φλάντζες και ένα χωριστό πέλμα που βιδώνεται πάνω στις φλάντζες (Σχ.4.5). Έτσι, αν τα πέλματα φθαρούν, είναι δυνατή η αντικατάστασή τους χωρίς να απαιτείται αντικατάσταση ολόκληρων των πέδιλων. Στην επιφάνεια επαφής των πελμάτων με το έδαφος είναι διαμορφωμένοι όνυχες, για αύξηση της πρόσφυσης και της αντοχής των πελμάτων. Στους προωθητές γαιών χρησιμοποιούνται πέδιλα με έναν σχετικά μεγάλο όνυχα, ώστε να επιτυγχάνεται η μεγαλύτερη δυνατή πρόσφυση για την επίτευξη μεγάλης δύναμης πρόωσης (και συνεπώς ώθησης). Στους φορτωτές και τους εκσκαφείς χρησιμοποιούνται πέδιλα με τρεις μικρότερους όνυχες, ώστε αφ ενός να εξασφαλίζεται επαρκής δύναμη πρόωσης, αφ ετέρου να μην αυξάνεται υπερβολικά η αντίσταση κύλισης, για την οποία 31

35 Σχ.4.5 Πέδιλα ερπύστριας. 1. Μη λιπαινόμενη άρθρωση: στεγανοποίηση του εδράνου πίρου χιτωνίου με δισκοειδή ελατήρια. 2. Λιπαινόμενη άρθρωση: στεγανοποίηση του εδράνου πίρου χιτωνίου με πολυμερή στεγανωτικά. δαπανάται σχεδόν ολόκληρη η ισχύς πρόωσης αυτών των οχημάτων. Τα πέδιλα πρέπει να έχουν το απαραίτητο πλάτος για την εξασφάλιση επαρκώς χαμηλής επιφανειακής πίεσης για την κίνηση του οχήματος. Ωστόσο αν είναι υπερβολικά πλατιά, είναι δυνατόν οι όνυχες να μην εισχωρούν πλήρως στο έδαφος και το επίπεδο τμήμα των πελμάτων να μην πατά στο έδαφος. Τότε όλο το βάρος του οχήματος παραλαμβάνεται από τους όνυχες, κάτι που οδηγεί σε γρήγορη φθορά τους, ενώ η καμπτική καταπόνηση των πελμάτων μπορεί να προκαλέσει την παραμόρφωσή τους. Οι φλάντζες του κάθε πέδιλου συνδέονται με σφιχτή συναρμογή στη μία άκρη τους με ένα κυλινδρικό χιτώνιο και στην άλλη με έναν πίρο, ο οποίος εδράζεται και μπορεί να στρέφεται μέσα στο χιτώνιο του επόμενου πέδιλου. Η στροφή μεταξύ δύο γειτονικών πέδιλων επιτυγχάνεται με στροφή του πίρου του ενός πέδιλου μέσα στο χιτώνιο του άλλου. Για την αποφυγή της φθοράς τους η επιφάνεια επαφής μεταξύ πίρου και χιτωνίου μπορεί να λιπαίνεται. Στην περίπτωση αυτή το εσωτερικό του πίρου είναι γεμάτο με λάδι, που διοχετεύεται μέσω μίας οπής στην επιφάνεια τριβής του με το χιτώνιο (Σχ.4.6). Για την αποφυγή της φθοράς του οδοστρώματος, σε ερπυστριοφόρα οχήματα που κινούνται σε ασφαλτόστρωτους δρόμους χρησιμοποιούνται επίπεδα πέδιλα, ενώ για κίνηση επί μαλακών εδαφών χρησιμοποιούνται πέδιλα μαλακού εδάφους (Σχ.4.7). Τα ερπυστριοφόρα οχήματα δομικών έργων είτε δεν διαθέτουν καθόλου ανάρτηση είτε διαθέτουν «ημιάκαμπτη» ανάρτηση, που επιτρέπει την κατακόρυφη μετατόπιση μόνον του εμπρόσθιου μέρους κάθε ερπύστριας. Στη δεύτερη περίπτωση οι φορείς των δύο συστημάτων εδράζονται σταθερά στο 32

36 Σχ.4.6 Λιπαινόμενη άρθρωση πέδιλων ερπύστριας. Σχ.4.7 Ειδικά πέδιλα για προστασία των οδοστρωμάτων. οπίσθιο μέρος του σκάφους του οχήματος μέσω του άξονα των κινητήριων τροχών και στο εμπρόσθιο μέσω ενός κοινού ημιελλειπτικού ελατηρίου (Σχ.4.8). Σχ.4.8 «Ημιάκαμπτη» ανάρτηση ερπυστριοφόρου οχήματος χαμηλής ταχύτητας. 1: ημιελλειπτικό ελατήριο, 2: άξονας έδρασης του σκάφους του οχήματος επί του ελατηρίου, 3: φορέας, 4: κινητήριος τροχός, 5: άξονας κινητήριων τροχών. 33

37 Ένα τυπικό σύστημα ερπύστριας οχήματος δομικών έργων (ενός ελκυστήρα - φορτωτή) και ο τρόπος σύνδεσής του με το πλαίσιο του οχήματος απεικονίζεται στο Σχ.4.9. Σχ.4.9 Πλαίσιο και σύστημα ερπύστριας ερπυστριοφόρου φορτωτή. 34

38 4.3 Ολίσθηση και δύναμη πρόωσης Κατά την πρόωσή του, τόσο ένα τροχοφόρο, όσο και ένα ερπυστριοφόρο όχημα, παρουσιάζει πάντοτε ολίσθηση, δηλ. διανύει απόσταση μικρότερη από αυτήν που αντιστοιχεί στην ελεύθερη (χωρίς παραμόρφωση) κύλιση του μέσου κίνησής του (τροχών ή ερπυστριών) επί του εδάφους. Η ολίσθηση s ενός οχήματος ορίζεται: l 0 s (4.1) l 0 l 1 V V 0 όπου l : η απόσταση που πραγματικά διανύει το όχημα σε χρόνο t (l = Vt), l 0 : η απόσταση που θα διάνυε το όχημα σε χρόνο t σε ελεύθερη κύλιση (l o = V 0 t), V : η πραγματική ταχύτητα του οχήματος, V 0 : η ταχύτητα του οχήματος που αντιστοιχεί σε ελεύθερη κύλιση. Συχνά η ολίσθηση εκφράζεται και σαν ποσοστό %. Η ταχύτητα ελεύθερης κύλισης V 0 του οχήματος είναι V 0 r (4.2) όπου για ένα τροχοφόρο όχημα ω : η γωνιακή ταχύτητα των κινητήριων τροχών και r = r d : η δυναμική ακτίνα κύλισης των κινητήριων τροχών, ενώ για ένα ερπυστριοφόρο όχημα: ω : η γωνιακή ταχύτητα του κινητήριου τροχού της ερπύστριας και r = r k : η ακτίνα του κινητήριου τροχού της ερπύστριας. Σε ένα τροχοφόρο όχημα η ολίσθηση οφείλεται στην παράλληλα προς την επιφάνεια του εδάφους παραμόρφωση των ελαστικών τροχών του και του εδάφους, ενώ σε ένα ερπυστριοφόρο σχεδόν αποκλειστικά στην παράλληλα προς την επιφάνειά του παραμόρφωση του εδάφους, αφού η παραμόρφωση της ερπύστριας κατά την κύλισή της είναι αμελητέα. Επειδή οι παραμορφώσεις αυτές οφείλονται στις τάσεις που δημιουργούνται επί της επιφάνειας επαφής των τροχών ή της ερπύστριας με το έδαφος κατά την ανάπτυξη της δύναμης πρόωσης, υφίσταται άμεση συνάρτηση μεταξύ της ολίσθησης ενός οχήματος και της δύναμης πρόωσής του. Η συνάρτηση αυτή εξαρτάται κυρίως από το είδος του τροχού ή της ερπύστριας (υλικό, διαμόρφωση) και το είδος του εδάφους. Στο Σχ.4.10 παριστάνονται ενδεικτικά οι συναρτήσεις ολίσθησης δύναμης πρόωσης για ένα τροχοφόρο και για ένα ερπυστριοφόρο όχημα του ιδίου βάρους πάνω στο ίδιο έδαφος. 35

39 Ο συντελεστής πρόσφυσης μ κ ενός οχήματος ορίζεται ως: F, (4.3) G όπου F : η δύναμη πρόωσης και G : το βάρος του οχήματος. Σχ.4.10 Ενδεικτικές συναρτήσεις δύναμης πρόωσης ολίσθησης για ένα τροχοφόρο και για ένα ερπυστριοφόρο όχημα του ιδίου βάρους πάνω στο ίδιο έδαφος. Όπως φαίνεται στο Σχ.4.10, ένα τροχοφόρο όχημα παρουσιάζει (στα περισσότερα εδάφη) έναν μέγιστο συντελεστή πρόσφυσης για κάποια τιμή ολίσθησης, μετά την οποία ο συντελεστής πρόσφυσης μειώνεται. Αντίθετα, για ένα ερπυστριοφόρο όχημα ο συντελεστής πρόσφυσης παρουσιάζει διαρκή αύξηση με αυξανόμενη ολίσθηση (Σχ.4.10). Ωστόσο και για ένα ερπυστριοφόρο ορίζεται κατά προσέγγιση ένας μέγιστος συντελεστής πρόσφυσης, αυτός που αντιστοιχεί σε μία μέγιστη αποδεκτή τιμή της ολίσθησης, πέρα από την οποία η απώλεια ισχύος λόγω ολίσθησης είναι απαράδεκτη, ενώ η αύξηση του συντελεστή πρόσφυσης είναι πλέον ελάχιστη (στο Σχ.4.10 για ολίσθηση περίπου 0,25). Στον Πίν. 4.1 δίνονται μέσες τιμές του μέγιστου συντελεστή πρόσφυσης για τροχοφόρους και ερπυστριοφόρους ελκυστήρες σε διάφορα είδη εδάφους. Οι ερπυστριοφόροι ελκυστήρες πλεονεκτούν ως προς τη μικρότερη επιφανειακή πίεση (περίπου το 1/3 αυτής των τροχοφόρων), που τους επιτρέπει να εργάζονται σε μη συνεκτικά εδάφη (λάσπη, άμμος), όπου οι τροχοφόροι κινδυνεύουν να βυθιστούν, ως προς τον υψηλότερο συντελεστή πρόσφυσης, που καθιστά δυνατή την ανάπτυξη μεγαλύτερης ελκτικής δύναμης, τη μικρότερη ολίσθηση στα περισσότερα εδάφη, τον μικρότερο κίνδυνο ανατροπής και τη μικρότερη ακτίνα στροφής. 36

40 Έδαφος Τροχοφόρος ελκυστήρας Ερπυστριοφόρος ελκυστήρας Ξηρό και τραχύ σκυρόδεμα 0,8 1,0 0,45 Ξηρό, πηλώδες 0,5 0, Υγρό, πηλώδες 0,4 0,5 0,70 Υγρή άμμος 0,3 0,4 0,35 Στεγνή άμμος 0,2 0,3 0,30 Χαλίκι 0,3 0,4 0,35 Συμπαγές χιόνι 0,20 0,15 0,35 Πάγος 0,10 0,10 0,25 Πίν.4.1 Μέσες τιμές του μέγιστου συντελεστή πρόσφυσης για τροχοφόρους και ερπυστριοφόρους ελκυστήρες σε διάφορα είδη εδάφους. Οι τροχοφόροι ελκυστήρες πλεονεκτούν ως προς τη μεγαλύτερη ταχύτητα πρόωσης, τη μεγαλύτερη ευελιξία, τη μικρότερη αντίσταση κύλισης και το μικρότερο κόστος αγοράς και συντήρησης. Επίσης δεν απαιτούν τη μεταφορά τους πάνω σε πλατφόρμες όπως οι ερπυστριοφόροι, οι οποίοι κατά την κίνηση επί ασφαλτοστρωμένων δρόμων προξενούν μεγάλη φθορά τους. 4.4 Αντίσταση κύλισης Για την πρόωση ενός οχήματος σε οποιοδήποτε έδαφος απαιτείται η υπερνίκηση της αντίστασης κύλισής του, δηλ. της δύναμης αντίστασης στην κίνηση του οχήματος που προκαλείται από α) την ανελαστική παραμόρφωση του μέσου κίνησης (τροχών ή ερπυστριών) και τις εσωτερικές τριβές που αναπτύσσονται στο εσωτερικό του κατά την κύλισή του, β) την τριβή ολίσθησης του μέσου κίνησης επί του εδάφους και γ) την (ανελαστική) παραμόρφωση του εδάφους. Σε έναν τροχοφόρο ελκυστήρα οι σημαντικότεροι παράγοντες δημιουργίας αντίστασης κύλισης είναι η υστέρηση κατά τη παραμόρφωση των ελαστικών του, σε μικρότερο βαθμό η τριβή ολίσθησης των ελαστικών επί του εδάφους και η τριβή στα έδρανα των τροχών, και βεβαίως η παραμόρφωση του εδάφους, τόσο λόγω της συμπίεσης του από το βάρος επί των τροχών, όσο και λόγω της ώθησής του εμπρός από τους τροχούς. Σε έναν ερπυστριοφόρο ελκυστήρα η αντίσταση κύλισης οφείλεται στις εσωτερικές τριβές μεταξύ των μερών της ερπύστριας (κυρίως στα έδρανα των τροχών, στις εδράσεις των πίρων, μεταξύ των δοντιών του κινητήριου τροχού και των πέδιλων) και στην παραμόρφωση του εδάφους (επίσης λόγω συμπίεσης και ώθησης). Ολίσθηση της ερπύστριας επί του εδάφους δεν συμβαίνει. O συντελεστής αντίστασης κύλισης μ r ενός οχήματος ορίζεται ως 37

41 R r, (4.4) G όπου R : η αντίσταση κύλισης του οχήματος και G : το βάρος του οχήματος. O συντελεστής αντίστασης κύλισης τόσο για τα τροχοφόρα, όσο και για τα ερπυστριοφόρα οχήματα είναι ασθενής αύξουσα συνάρτηση της ταχύτητας, ενώ στα τροχοφόρα αυξάνεται μετρίως και με την ολίσθηση. Στον Πίν.4.2 δίνονται μέσες τιμές του συντελεστή αντίστασης κύλισης για τροχοφόρους και ερπυστριοφόρους ελκυστήρες σε διάφορα είδη εδάφους. Έδαφος Τροχοφόρος Ερπυστριοφόρος Ξηρό και τραχύ σκυρόδεμα 0,02 0,06 0,10 Σταθερός χωματόδρομος, έδαφος οικοδομικών εργασιών: 0,05 0,08 0,11 Στεγνό, συμπαγές πηλώδες έδαφος: 0,05 0,10 0,10 0,12 Υγρό, μαλακό πηλώδες έδαφος: 0,20 0,30 0,10 0,13 Χαλαρή άμμος (εξαρτάται από την επιφανειακή πίεση): 0,15 0,30 0,10 0,16 Χαλίκι 0,12 0,15 0,12 0,15 Συμπαγές χιόνι 0,025 Χαλαρό χιόνι 0,045 Πίν.4.2 Μέσες τιμές του συντελεστή αντίστασης κύλισης για τροχοφόρους και ερπυστριοφόρους ελκυστήρες σε διάφορα είδη εδάφους. 4.5 Δύναμη έλξης Η δύναμη πρόωσης F ενός ελκυστήρα δαπανάται για την υπερνίκηση των αντιστάσεων κίνησής του (της αντίστασης κύλισης, της αντίστασης λόγω κλίσης του εδάφους, της αεροδυναμικής αντίστασης κλπ.) και για την έλξη (ή ώθηση) ενός μηχανήματος έργων: F R, (4.5) F d όπου ΣR : το άθροισμα των αντιστάσεων κίνησης του ελκυστήρα και F d : η δύναμη έλξης (ή ώθησης) του μηχανήματος. Η δύναμη πρόωσης F αναπτύσσεται από τη ροπή Μ w στους κινητήριους τροχούς του ελκυστήρα (τους κινητήριους ελαστικούς τροχούς ή τους κινητήριους τροχούς των ερπυστριών): M w Fr, (4.6) 38

42 όπου r : η ακτίνα των κινητήριων τροχών (η δυναμική ακτίνα των ελαστικών τροχών r d ή η ακτίνα των κινητήριων τροχών των ερπυστριών r k ) Η βασική λειτουργία ενός ελκυστήρα είναι η έλξη ή ώθηση μηχανημάτων έργων. Σαν συνέπεια η απόδοσή του αξιολογείται κυρίως με βάση τη δυνατότητά του να αξιοποιεί την ισχύ του κινητήρα για την ανάπτυξη δύναμης έλξης ή ώθησης. 4.7 Βαθμός απόδοσης έλξης Κατά τη μεταφορά της στους κινητήριους τροχούς ενός τροχοφόρου ή ερπυστριοφόρου ελκυστήρα η ισχύς του κινητήρα P μειώνεται κατά τις απώλειες του συστήματος μετάδοσης κίνησης: M w w Fr w mp, (4.7) όπου Μ w : η ροπή στους κινητήριους τροχούς (τους κινητήριους ελαστικούς τροχούς ή η τους κινητήριους τροχούς των ερπυστριών), ω w : η γωνιακή ταχύτητα των κινητήριων τροχών, F : η δύναμη πρόωσης που αναπτύσσει το όχημα, r : η ακτίνα των κινητήριων τροχών (η δυναμική ακτίνα των ελαστικών τροχών r d ή η ακτίνα των κινητήριων τροχών των ερπυστριών r k ) η m : ο βαθμός απόδοσης του συστήματος μετάδοσης κίνησης. Λόγω της ολίσθησης του ελκυστήρα η ταχύτητα πρόωσής του V είναι μικρότερη της ταχύτητας ελεύθερης κύλισής του ω w r (εξ.4.2): V ( 1 s) r, (4.8) w ή: V w r s (4.9) όπου ο βαθμός απόδοσης πρόσφυσης s 1 s (4.10) εκφράζει την απώλεια ταχύτητας πρόωσης του ελκυστήρα λόγω ολίσθησης. Από την εξ.4.7 προκύπτει με τη βοήθεια της εξ.4.10: FV m P s (4.11) 39

43 Το ποσοστό της δύναμης πρόωσης F που διατίθεται για την ανάπτυξη δύναμης έλξης F d του ελκυστήρα (εξ.4.5) ορίζεται ως o βαθμός απόδοσης κίνησης η r : r F d F R F d F d (4.12) Η ισχύς έλξης P d που δαπανάται για την έλξη του μηχανήματος είναι: Pd FdV, (4.13) Με τη βοήθεια των εξ.4.12 και 4.11 προκύπτει από την εξ.4.13: P P d r s m (4.14) Ο βαθμός απόδοσης έλξης η d ενός ελκυστήρα ορίζεται ως d P d P m s r (4.15) και εκφράζει την αποτελεσματικότητα του ελκυστήρα στη μετατροπή της ισχύος του κινητήρα σε ισχύ έλξης. Οι επί μέρους συνιστώσες του βαθμού απόδοσης έλξης εκφράζουν την απώλεια ισχύος στο σύστημα μετάδοσης κίνησης (η m ), την απώλεια ισχύος λόγω ολίσθησης (η s ) και τη δαπάνη ισχύος για την πρόωση του ίδιου του ελκυστήρα (η d ). Το τμήμα της συνάρτησης δύναμης πρόωσης ολίσθησης του Σχ.4.10 μέχρι τη μέγιστη τιμή της δύναμης πρόωσης (που είναι αυτό που ενδιαφέρει από πρακτική άποψη) μπορεί να παρασταθεί και ανεστραμμένο, με την ολίσθηση ως συνάρτηση της δύναμης πρόωσης, όπως φαίνεται στο Σχ Από της συνάρτηση ολίσθησης δύναμης πρόωσης προκύπτει βάσει της εξ.4.10 η συνάρτηση βαθμού απόδοσης πρόσφυσης δύναμης πρόωσης (Σχ.4.12). Σχ.4.11 Τυπική συνάρτηση ολίσθησης δύναμης πρόωσης τροχοφόρου ή ερπυστριοφόρου ελκυστήρα. 40