Машини за студено рециклиране на пътни настилки

Технологията за рециклиране на пътни настилки на място започна да се популяризира интензивно в България през последните 10-15 години. Тя наистина е не само интересна и практична, но и много ефективна. При нейното действително приложение в Европа се използват няколко различни вида пътностроителна техника, съчетани в т. нар. рециклиращ влак, но в крайна сметка, в нейната сърцевина, стои самоходната машината за студено рециклиране на пътя на място. Тя е внушителна не само по своите размери и маса, но и по вложената сравнително сложна технология.

Текст: списание Инфрабилд

Снимка: Wirtgen

Съвременната технология за студено рециклиране на пътища започва своето развитие преди около 50 години в САЩ. В това време американските пътностроителни фирми вече използват технологията за стабилизиране на почви, за да подсилят пътната основа чрез добавяне на вар, цимент или други химически агенти. Това се практикува масово в южните щати, където липсват подходящи материали за пътно строителство. Така се появяват първите машини за стабилизиране на почви. Особеност на американското пътно строителство е, че пътната мрежа в САЩ е огромна (над 5 млн. км), но една част от тези пътища са от много ниска категория с асфалтово покритие от 2-3 см и след няколко години те се напукват. Практичните американци започнали да използват наличните машини за стабилизиране на почви, за да раздробяват такива пътни настилки на малки парченца с цел получения материал да се използва отново на същото място. След уплътняване и подравняване те полагали отново няколко сантиметра асфалт – така било поставено началото на студеното рециклиране на пътища. С времето и натрупания опит щатските пътни строители започнали да добавят не само цимент или др. подобни агенти, но и битум.

Особености на технологията

Съвременното рециклиране на пътища, чрез което се изграждат висококачествени настилки, издържащи големи натоварвания, се базира на два основни момента: качество на сместа, получена от раздробяване на обработваната настилка и влаганите добавки, и качество на дозиране на допълнителните свързващи агенти. В началото е много важно инвеститорът, изпълнителят или проектантска фирма да разработят проект за рехабилитиране на пътя, но освен това - да се направи правилна рецепта за сместа. След вземане на проби от пътя, в лабораторни условия се правят изследвания, за да се установи, какви свързващи агенти ще се използват: битумна емулсия, цимент или комбинация от двете, и съответно се определя процентът на всеки от тях в сместа. Пътно-строителната фирма, която ще работи с машина за студено рециклиране, трябва да следва предписаната спецификация много точно.

Технологията на студеното рециклиране на пътища изисква използването не само на една машина. Освен рециклатор (в Европа най-често е самоходен), в процеса се включва цистерна с битум и цистерна с вода, които са свързани с рециклатора. В допълнение е необходима и машина за разстилане на цимент, ако е предвидено неговото използване. След като мине рециклаторът, т.е. раздробяването до ситни частици (пулверизирането) на настилката заедно с по-долните пластове и смесването й със свързващите агенти е извършено, се прави предварително уплътняване на повърхността с еднобандажен валяк и подравняване с автогрейдер. За финалното уплътняване се включва отново еднобандажен валяк или пневмоколесен валяк. По този начин се получава рециклираната основа, върху която се полага слой или слоеве асфалт според категорията на пътя и проекта.

Повече от преимущества

Студеното рециклиране предлага големи предимства пред традиционните методи за пътни ремонти. Тук трябва да се подчертае, че обичайният източник на проблемите с пътищата е слабата основа, като полагането на кръпки или преасфалтирането са само временни решения. Машината за рециклиране разполага с барабан с ножове, чрез който фрезова (разкъртва и надробява) и едновременно смесва не само асфалтовото покритие, но и по-долните слоеве, като след подравняването и валирането се получава изключително стабилна основа за новия асфалт. Така при студеното рециклиране се пропускат до 100% от изкопните работи, използват се до 100% старите материали, вложени в пътя, а нови се използват съвсем малко в сравнение с традиционните методи. Всички изкопни работи - товарене на самосвали, превоз, депониране, добив и производство на фракции инертни материали, доставяне на обекта, полагане, валиране, профилиране и т.н., се заместват от един технологичен процес, извършван на място на обекта. Съответно производителността е много по-висока, а сроковете за изпълнение се скъсяват значително, в някои случаи многократно. В същото време едната лента от пътя може да се остави отворена за преминаване на превозните средства.

Сред българските фирми, прилагащи тази технология, са Атлас Балкан, Геотехмин, Хидрострой, Трейс Пътно строителство, Грома Холд, Пътинженерингстрой-Т и Eвропейски пътища.

Как работи машината за студено рециклиране

В сърцевината на тази технология е машината за студено рециклиране на пътната настилка. Тя разполага с ротор с ножове, разположен под специален капак с подвижни клапи, дюзи за разпръскване на битум и дюзи за вода. Ако рецептата включва използването на пенобитум, той може да се произвежда от собствена система в самата машина за рециклиране. Самият ротор не изкъртва настилката, като обикновена фреза за асфалт, а захваща и от по-долните слоеве с инертни материали. При студеното рециклиране обичайната работна дълбочина варира от 100 до 250мм, в т.ч. асфалтовото покритие и част от по-долните слоеве. Но трябва да се отбележи, че обикновено машината работи в оптимален режим при обща дебелина от 100мм на асфалтовите слоеве. В случай, че асфалтовото покритие е по-дебело (например при автомагистрала), практиката в Западна Европа е най-напред то да се фрезова и полученият материал да се рециклира в асфалтова инсталация (горещо или студено рециклиране в асфалтова база), която разполага с необходимото оборудване за влагане на стар асфалт в сместа. Така, след като мине фрезата за асфалт, своята работа започва и студеният рециклатор.

Задвижването на работния барабан може да използва хидростатична система. Това дава възможност за автоматично изключване при наличие на някакво препятствие (например твърде голям камък в баластрата, затрупани метални компоненти (жп релси, капаци, шахти и др. подобни). Механичните задвижвания имат това предимството, че загубите на мощност са минимални, разходът на гориво е по-малък, а ефективността по-висока.

Много е важна системата за дозиране. Тя трябва да подава точните количества битум и вода. Обикновено операторът използва контролен панел, откъдето се въвеждат данните, като по-модерните системи съобразяват подаването, в зависимост от скоростта на придвижване. Голяма роля играе и системата за контролиране на работната дълбочина, която може да бъде автоматична. Много практична е възможността за регистриране, съхраняване и отпечатване на въведената работна информация от тези системи за всеки изпълнен обект, предлагана от съвременните машини.

От съществено значение е регулирането на качеството и зърнометрията на получената при пулверизирането на настилката смес. Това се постига от една страна чрез регулиране скоростта на въртене на ротора на степени или безстепенно, а от друга - чрез подвижните клапи (може да са три), които заедно с капака оформят обема и формата на работната камера, в която се върти барабана с ножовете. Когато работният ъгъл на клапите се промени, например те се приберат повече към ротора, разкъртените парчета настилка се удрят с много по-голяма сила в тях и така се раздробяват на по-ситни частици. В обратния случай се получават частици с по-големи размери. При най-съвременните машини тези настройки могат да се правят и в движение. Голямо значение тук има също конструкцията на самия работен барабан, както и формата, дизайнът и разположение на самите ножове и техните държачи.

По правило колесната формула на студените рециклатори е 4х4х4, което означава, че и четирите колела са задвижващи и има три режима на завиване: завиват само предните колела, завиват само задните, завиват едновременно всички колела и всички колела се насочват в една и съща посока („рачешки“ ход). Обичайно задвижването на ходовата част е хидростатично с една или две хидравлични помпи и съответно три или четири хидромотора. Някои рециклаторите са по-маневрени, благодарение на централното шарнирно съчленяване на рамата и завиващия заден мост.

В следващите страници ще разгледаме основните марки и модели на пазара, които са от типа самоходни машини.

Wirtgen

Немската марка Wirtgen е популярна с машините си за студено рециклиране не само в Европа, но и по целия свят. Предлагат се две гами от машини. Серия WR е съставена от три модела, които са колесни и могат да се използват както за стабилизиране на почви, така и за студено рециклиране. Втората гама е W-CR, съставена от специализирани верижни модели само за студено рециклиране.

Снимка: Wirtgen

Колесната гама WR включва три модела: компактният и лесен за транспортиране WR200i (работна дълбочина 100-150 мм), универсалният WR240i (150-200 мм) и най-мощният и високопроизводителен WR250i (200-250 мм). Сърцето на рециклатора е барабанът Duraforce за фрезоване и смесване на материала. Той е изключително здрав и износоустойчив, като в същото време е универсален и може да се използва както за стабилизиране на почви, така и за рециклиране на пътни настилки. Самите ножове са със специфична форма за максимална износоустойчивост, а бързосменните държачи осигуряват минимален престой на машината при необходимост от подмяна на ножове. За постигане на оптимално смесване на фрезования материал със свързващия агент се използват държачи със специфична форма, голям диаметър на самия барабан и специален дизайн на подреждането на ножовете по барабана. Инженерите на Wirtgen са предпочели директно механично задвижване на барабана с ремъчна предавка към скоростна кутия за по-голяма ефективност при работа и по-нисък разход на гориво. Моделите WR200i и WR240i разполагат с избор от 9 скорости на барабана, а WR240i - с 12.

Подаването на свързващи агенти, като вода, битумна емулсия или пено-битум, се управлява чрез екрана в кабината,където лесно се задават и коригират количествените им стойности. Самото подаване е много прецизно и зависи също от регулирането на основни параметри, като работна дълбочина, работна ширина, плътност на материала и скорост на придвижване на машината. Разпръскващите дюзи могат да бъдат до 16, като всяка една може да бъде деактивирана по всяко време, в зависимост от работните условия. Рециклаторът може да се оборудва със собствена система за производство и впръскване на пено-битум с автоматично самопочистване през определен интервал от време. Допълнителното устройство за разпръскване на цимент е опция.

Рециклаторът е оборудван с интелигентна автоматична система за стартиране и завършване на фрезоването. Операторът само активира функцията от джойстика, машината прави всичко останало: най-напред цялата машина се снишава, а клапите отпред и отзад на барабана застават в предварително зададените позиции. Когато двете повдигащи колони са в работно положение, барабанът се спуска надолу до програмираната работна дълбочина. Операторът натиска джойстика напред и машината започва да се придвижва. Предвидено е и автоматично изключване в края на работната зона.

Видимостта е от изключително значение за прецизното извършване на работата и затова рециклаторите от серия WR разполагат с кабина, която може да се премества хидравлично надясно, като излиза извън габарита на шасито. Така операторът може да следи точно работата на барабана отдясно и много прецизно да работи в близост до бордюри или на границата на вече обработена съседна зона. Базовата версия на всяка машина включва камера, покриваща зоната отзад. Като опция може да се поръча система от четири камери с висока резолюция: една в задната част на рециклатора, една от лявата му страна и две отдолу - обхващащи зоните на предната и задната клапа.

От своя страна серията верижни студени рециклатори се състои от два модела - W240CRi и W380CRi, с работна дълбочина до 350 мм. Те са много по-мощни и са предназначени за висококачествено рециклиране на пътната настилка с едно минаване, като имат някои разлики и особености в конструкцията в сравнение с моделите от серия WR. По-малкият, W240CRi, разполага с барабан с ножове, който фрезовайки повредената пътна настилка я раздробява под формата на гранули. Този гранулобразен материал се смесва с впръскваните свързващи вещества и вода и така на място се създава нова хомогенна смес. Заради спираловидно подредените ножове на барабана рециклираната смес се насочва към центъра и от там се подава чрез лентов конвейер към собствена маса за полагане, което се прави с определен регулируем напречен и надлъжен наклон, и начално уплътняване на настилката. По-големият модел, W380CRi, работи по почти същия начин. Разликата е, че той не разполага с маса за полагане, а вместо нея е монтиран втори (разтоварващ) конвейер, който подава рециклираната настилка към конвенционален асфалтополагач.

Bomag

Bomag е най-старият и традиционен европейски производител на машини за стабилизиране на почви и студено рециклиране на пътни настилки. Съзирайки перспективна ниша на американския пазар, немският производител започва още през 70-те години да произвежда машини за студено рециклиране на пътища. През 80-те години Bomag започва да въвежда тази техника в Европа, като започва от Великобритания и скандинавските страни, а произвежданите машини могат да се използват както за стабилизиране на почви, така и за рециклиране на пътища. Гамата от модели е широка, но от тях на европейския пазар се предлагат основно RS 460 (работна дълбочина до 500 мм), RS 500 (до 500 мм) и RS 650 (до 600 мм).

Снимка: Bomag

Едно забележително преимущество на рециклаторите Bomag e възможността за странично изнасяне на барабана с ножовете извън габарита на машината. Отличната видимост към външната страна на работната камера с барабана осигурява възможност за много прецизна работа. Освен това, когато се работи в тясно пространство и не е възможно машината да направи обратен завой, преместването на барабана позволява лесно и бързо изпълнение на задачата, тъй като машината се движи единствено напред и назад.

Flexmix е една от уникалните технологии, които Bomag влагат в своите студени рециклатори. Работната камера, в която се върти барабана, има три клапи с възможност за безстепенно регулиране на ъгъла на отваряне/затваряне. А това осигурява лесно и безопасно редуциране на размера на фрезованите частици до необходимите стойности - каквито и да са. Когато работният ъгъл на клапите се промени, например те се приберат повече към ротора, разкъртените парчета настилка се удрят с много по-голяма сила в тях и така се раздробяват на по-ситни частици. В обратния случай се получават частици с по-големи размери. Важно е да се отбележи, че тези настройки могат да се правят и в движение.

Студените рециклатори на Bomag са оборудвани с хидростатично задвижване на барабана (два хидромотора и две планетарни предавки). Скоростта на въртене може постоянно и безстепенно да се променя от оператора (единствено при RS 650 е на 11 степени, което според Bomag e „почти безстепенно“), а целта е постигане на възможно най-доброто качество на сместа при най-малко износване на ножовете и най-нисък разход на гориво. Хидростатичното задвижване позволява и влагането на система за автоматично изключване на барабана при претоварване - например при натъкване на стари жп или трамвайни релси, затрупани шахти и капаци и т.п. Самите ножове имат специфична форма за максимална износоустойчивост, а бързосменните държачи осигуряват минимален престой на машината при необходимост от подмяна на ножове. 

Машините Bomag за студено рециклиране на пътни настилки разполагат с най-съвременна система за дозиране на впръскваните течности и свързващи агенти. Тя се отличава с много прецизно подаване на точните количества битумна емулсия и вода. Операторът използва контролен панел, откъдето се въвеждат данните, като системата съобразява подаването в зависимост от скоростта на придвижване.

Най-големият модел RS 650 се отличава със съчленена рама. Заедно със завиващите колела на задната ос тази машина предлага изключителна маневреност и неочаквано малък радиус на завиване. Този модел може да се оборудва със собствена система за производство на пено-битум, който да се впръсква в работната камера в процеса на фрезоване и смесване на материалите.

Caterpillar

Американският производител предлага два модела, които могат да работят като машини и за стабилизиране на почви, и за рециклиране на пътни настилки. Това са RM300 и RM500B, като вторият е по-популярен и с по-голямо присъствие на пазара. Като цяло RM500B (максимална работна дълбочина до 508мм) се отличава със странично изнасяне на кабината наляво и надясно и директно механично задвижване на барабана с ножовете чрез верига (с автоматично смазване). Самият барабан може да работи при три различни скорости на въртене, а в зависимост от работните условия има избор от три вида барабани с ножове: универсален - подходящ за всички видове студено рециклиране на пътни настилки и за стабилизиране на почви; комбиниран - основно се използва за стабилизиране на почви и леко натоварване при студено рециклиране; третият вариант е само за стабилизиране на почви. Самите ножове имат специфична форма за максимална износоустойчивост. 

Снимка: Caterpillar

Работната камера има две подвижни клапи (предна и задна), а вариантите за впръскване на свързващи агенти са три: система за впръскване на вода, система за битумна емулсия и съчетание на двете (могат да работят заедно и поотделно). За по-добра видимост по време на работа и маневриране стандартно са предвидени две камери - по една в предната и задната част на машината. Може да се поръча трета, монтирана на задния мост и обхващаща зоната зад работния орган.

Освен обичайните функции в кабината, операторът може да задава автоматична работна дълбочина, поддържане на постоянна скорост на придвижване в работен режим с възможност за коригиране на стойностите в движение. Сред полезните опции трябва да споменем ограничителя на въртящия момент, който минимизира евентуалните повреди при натъкване на неочаквано препятствие, като метален капак на шахта или жп релси, както и допълнителната шина за редуциране на размера на най-големите изкъртени парчета от асфалтовото покритие чрез по-дългото им задържане в работната камера.