способ виброударного уплотнения грунтов и материалов катками и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ виброударного уплотнения грунтов и материалов катками, включающий операцию перекатывания вальца по уплотняемой поверхности, создание динамических уплотняющих напряжений в опорной поверхности вальца, отличающийся тем, что при перекатывании вальца осуществляют вращение и вертикальное перемещение его средней части, установленной на кривошипном валу с зазором относительно торцевых секций вальца, уплотнение грунта и материалов в зазорах между которыми осуществляют посредством уплотняющих брусьев, закрепленных на раме вальца и размещенных в зазорах между секциями.

2. Устройство виброударного уплотнения грунтов и материалов катками, содержащее тягач, валец, раму, грузы, кривошипный вал, механизм привода кривошипного вала, механизм перекатывания вальца, отличающееся тем, что средняя секция вальца установлена с возможностью свободного вращения на кривошипе, который опирается на подшипники, установленные в боковых секциях вальца, опоры которых закреплены на раме вальца, уплотняющие брусья установлены в торцевые зазоры между секциями вальца и закреплены на раме вальца, механизм привода кривошипного вала выполнен в виде гидромотора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству, в частности к дорожным каткам для уплотнения грунтов и материалов при строительстве дорог и аэродромов.

Известен способ уплотнения грунтов и материалов катками, реализуемый в устройстве [Дорожные машины. Отраслевой каталог, М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1987. - 508 с.], по которому производят перекатывание вальца по уплотняемой поверхности материала, нагружение опорной поверхности вальца статическими грузами, указанные операции повторяют многократно (5...10 раз) для получения требуемой плотности поверхности.

Недостатком данного способа статического уплотнения является малая производительность катка, обусловленная необходимостью многократных повторных проходов катка по одному месту уплотняемой поверхности, а также большая масса катка.

Известен способ уплотнения грунтов и материалов виброкатками, реализуемый в устройстве [а.с. №639988, кл. Е01С 19/28, опубл. 1978. Бюл. №48], включающий операции перекатывания вальца по уплотняемой поверхности, формирование на оси вальца при помощи неуравновешенных вращающихся грузов возмущающей центробежной силы, которая осуществляет уплотнение грунтов и материалов.

Известно устройство уплотнения грунтов и материалов, содержащее тягач, цилиндрический валец, раму, вал вибратора, приводной механизм вибратора и механизм привода перекатывания вальца [а.с. №1189926, кл. Е01С 19/26, опубл. 1985. Бюл. №41].

Недостатками указанных способа и устройства являются малая эффективность высокочастотной вибрации, сложная конструкция привода вращающихся грузов и ненадежная виброизоляция вибрирующего вальца от рамы катка.

Задачей способа является повышение эффективности технологического процесса уплотнения грунтов и материалов, упрощение конструкции путем использования более эффективного способа виброударного уплотнения.

Поставленная задача способа решена за счет того, что в известном способе, включающем операцию перекатывания вальца по уплотняемой поверхности, создание динамических уплотняющих напряжений в опорной поверхности вальца согласно способу выполняют операцию преобразования статического действия грузов вальца в ударное воздействие на контактную уплотняемую поверхность трехсекционным вальцом, при этом осуществляют операцию вращения на кривошипе средней секции вальца относительно боковых секций, выполняют операцию установки боковых секций вальца с торцевыми зазорами относительно средней секции вальца, а уплотнение грунта в образованных зазорах выполняют посредством операции вертикального вибрирования уплотняющих брусьев, установленных в торцевых зазорах между секциями вальца.

Задачей устройства является упрощение конструкции виброкатка, путем реализации способа виброударного уплотнения грунтов и материалов.

Поставленная задача устройства виброударного уплотнения грунтов и материалов решена за счет того, что в известном устройстве, содержащем тягач, валец, раму, грузы, кривошипный вал, механизм привода кривошипного вала, механизм перекатывания вальца, согласно изобретению средняя секция вальца установлена с возможностью свободного вращения на кривошипе, который опирается на подшипники, установленные в боковых секциях вальца, опоры которых закреплены на раме вальца, уплотняющие брусья установлены в торцевые зазоры между секциями вальца и закреплены на раме вальца, механизм привода кривошипного вала выполнен в виде гидромотора.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид катка, реализующий способ и устройство виброударного уплотнения грунтов и материалов; на фиг.2 показана конструкция вальца, реализующая способ виброударного уплотнения; на фиг.3 показан элемент виброударного цикла, в котором средняя секция вальца осуществляет удар по уплотняемой поверхности; на фиг.4 показан элемент виброударного цикла, в котором боковые секции вальца осуществляют удар по уплотняемой поверхности; на фиг.5 показана конструкция уплотняющего бруса; на фиг.6 показана диаграмма рабочего процесса способа виброударного уплотнения грунтов и материалов; на фиг.7 показан рабочий процесс уплотнения слоя грунта и материала виброударным вальцом.

Изобретение виброударного уплотнения грунтов и материалов содержит тягач 1, среднюю секцию 2 вальца, боковые секции 3 вальца, раму вальца 4, кривошипный вал 5, привод кривошипного вала 6, подшипниковые опоры 7 средней секции вальца, опоры 8 боковых секций вальца, привод 9 перекатывания вальца, уплотняющие брусья 10, груз 11.

Сущность способа виброударного уплотнения грунтов и материалов катком состоит в том, что валец выполнен трехсекционным, содержащим среднюю секцию 2 и боковые секции 3. Средняя секция вальца установлена с возможностью свободного вращения относительно боковых секций на кривошипном валу 5. В результате этого при опирании на уплотняемую поверхность секции вальца совершают периодические вертикальные перемещения, т.е. осуществляют преобразование статической силы тяжести грузов G в ударные воздействия N₁ , N₂ под секциями вальца (фиг.3, 4).

На фиг.3 удар по уплотняемой поверхности осуществляет средняя секция вальца. При повороте кривошипного вала 5 на 180° удар осуществляют боковые секции вальца (фиг.4). При качении вальца кривошипный вал осуществляет вращение средней секции вальца и его вертикальное перемещение относительно боковых секций вальца. При этом происходит периодическое контактирование с уплотняемой поверхностью последовательно средней и боковых секций вальца. Если поверхность твердая, то происходит подъем боковых секций вальца над опорной поверхностью и сила тяжести груза G воспринимается средней секцией вальца G=N₁.

Опорную поверхность средней секции вальца выполняют равной сумме опорных поверхностей боковых секций и уплотняющих брусьев. При этом условии под опорными поверхностями средней секции и боковых секций вальца периодически возникают динамические уплотняющие напряжения

.

В случае, когда опорные поверхности всех секций вальца находятся в горизонтальной плоскости, справедливо выражение

.

Это означает, что способ уплотнения обеспечивает преобразование статического напряжения в удвоенное динамическое напряжение

₁= ₂=2 .

На графике (фиг.6) показаны эпюры формирования периодических контактных давлений под средней и боковыми секциями вальца. Жирные прямоугольные периодические импульсы характеризуют взаимодействие секций вальца в случае твердой опорной поверхности, а пунктирные линии характеризуют работу секций вальцов на деформируемой уплотняемой поверхности, когда справедливо выражение

G=N ₁(t)+N₂(t).

Из диаграммы видно, что при N₁(t)=0 N₂ (t)=G, a при N₂(t)=0 N₁ (t)=G.

Таким образом, способ виброударного уплотнения обеспечивает периодические многократные воздействия секций вальца на уплотняемую поверхность в пределах одного пятна контакта.

Проекцию длины контакта l_k на горизонтальную плоскость определяют из фиг.7

,

где R - радиус вальца; h - деформация уплотняемого слоя.

Время t_k уплотнения грунтов и материалов зависит от скорости V_k движения катка

.

В течение времени t_k на уплотняемый материал осуществляют несколько виброударных воздействий, число которых обозначим z_k.

Тогда период одного виброудара равен

.

Частоту вращения кривошипного вала можно определить по формуле

, (об/мин).

Работа устройства виброударного уплотнения грунтов и материалов осуществляется следующим образом.

При поступательном перемещении тягача 1 секции 2, 3 вальца перекатывают по уплотняемой поверхности и одновременно при вращении кривошипного вала 5 осуществляют перемещение средней секции вальца с помощью кривошипного вала. Благодаря чередованию поверхностей опирания секций вальца на уплотняемый материал происходят периодические удары средней и боковых секций вальца по уплотняемой поверхности.