ВАЛЕЦ КАТКА Российский патент 1994 года по МПК E01C19/28 

Изобретение относится к машинам для уплотнения дорожных оснований и покрытий, а именно к рабочим органам катков.

Известен валец катка, содержащий обечайку из упругого материала с установленным внутри нее приводным валом, на котором равномерно по окружности размещены ролики, опирающиеся на внутреннюю поверхность обечайки в ее нижней части.

Недостатком известного вальца является сложность конструкции, связанная с необходимостью установки на валу большого (10 и более) числа роликов, вызванной тем, что при меньшем числе роликов будет иметь место увеличение изгиба обечайки, что вызовет снижение ее долговечности. Недостатком известного вальца является также большая инерционная масса приводного вала с роликами на нем, что вызывает повышенные нагрузки в приводе при трогании с места. Недостатком известного вальца является также необходимость значительного редуцирования угловой скорости вращения при передаче крутящего момента от двигателя к приводному валу, вызванная большими скоростями роликов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является валец катка, содержащий обечайку и контактирующий с ней ролик, ось которого параллельна оси обечайки с вибрационным приводом.

Недостатком известного вальца катка является большой уровень вибрации, передаваемой на раму катка и рабочее место водителя, хотя бы и с применением средств виброзащиты, вызванный тем, что колебания вальца катка вовлекают в вибрационное движение и весь каток. Амплитуды колебания вальца и рамы без учета взаимодействия с уплотняемым материалом находятся в обратной пропорции по отношению к их массам, а поскольку масса вальца достаточно велика по сравнению с остальной массой катка, то и амплитуда рамы катка достаточно велика.

Технический результат предлагаемого изобретения следующий: обеспечивается динамический характер воздействия на уплотняемый материал с минимальным уровнем вибрации, передаваемой на раму катка. При этом повышается эффективность уплотнения за счет передачи динамического воздействия через деформируемую поверхность. Кроме того упрощается конструкция вальца катка и повышается его надежность и долговечность.

Этот технический результат достигается за счет того, что в вальце катка, содержащем обечайку и контактирующие с ней, по крайней мере, два ролика, оси которых параллельны оси обечайки и расположены по разные стороны от вертикальной оси симметрии обечайки и, по крайней мере, один из которых снабжен вибрационным приводом, согласно изобретению, обечайка выполнена из упругого материала, а вибрационный привод выполнен в виде механизма изменения расстояния между осью ролика и рамой. Механизм изменения расстояния между осью ролика и рамой выполнен в виде приводного вала, на котором ролики установлены с возможностью вращения со смещением его оси относительно оси вала. Число осей, по которым размещены ролики, может быть равно двум, в том случае центральный угол отклонения осей роликов от вертикального нижнего радиуса обечайки определяют из соотношения
α= 2,5. . . 6(h/), град/ где q - вес катка, приходящийся на единицу длины обечайки, кН/м;
d_o - диаметр обечайки, м;
h - толщина обечайки, мм.

Число осей, по которым размещены ролики, может быть также равно трем, в этом случае одна ось расположена на вертикальном нижнем радиусе обечайки, а центральный угол отклонения двух других осей от вертикального нижнего радиуса обечайки равен α = 5. . . 45^о или 135. . . 180^о, причем положение осей роликов относительно друг друга выбирают исходя из условия контакта обечайки в ее недеформированном состоянии со всеми тремя роликами одновременно при ориентации приводного вала со смещением ролика в сторону обечайки в случае расположения его оси на вертикальном нижнем радиусе обечайки и со смещением ролика в сторону от обечайки - при отклонении его оси от вертикального нижнего радиуса обечайки. Ролик, расположенный на вертикальной оси симметрии обечайки в ее нижней части, может быть смонтирован на рычаге, установленном на раме и снабженном приводом поворота относительно нее. Приводной вал с роликом на нем преимущественно выполнен динамически уравновешенным. Число роликов, установленных на эксцентриковом, может быть больше 1 и равно 2-20 и они расположены равномерно вокруг вала.

По сравнению с прототипом новым является выполнение обечайки из упругого материала и выполнение вибрационного привода в виде приводного вала, на котором ролик установлен с возможностью вращения.

Совокупность выполнения обечайки из упругого материала, расположение роликов по разные стороны от вертикальной оси симметрии обечайки и выполнение вибрационного привода в виде приводного вала со смещенными роликами, а также соотношение между углом расположения их по отношению к вертикали и толщиной обечайки не являются следствием технических знаний и не являются результатом инженерного конструирования. При исследовании известных из уровня техники решений был найдет валец катка, содержащий обечайку, выполненную из упругого материала с опирающимися на нее двумя роликами, расположенными по разные стороны от вертикальной оси симметрии обечайки. Однако сравнение свойств, характеризующих известное и предлагаемое устройства, показало, что в известном устройстве указанная совокупность признаков служит для придания обечайке того или иного радиуса кривизны, в то время как в предлагаемом - для обеспечения динамического характера воздействия на уплотняемый материал. Придание в известном устройстве динамического характера воздействия на уплотняемый материал путем поворота роликов вдоль поверхности обечайки трудно достижимо из-за больших инерционных сил, которые будут возникать при этом. Это позволяет сделать вывод о том, что исследования новизны и изобретательского уровня технического решения по технической литературе и патентный поиск показал, что изобретение отвечает критерию "Изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображен предлагаемый валец катка; на фиг. 2 - то же, поперечное сечение вальца катка с роликами, размещенными по двум осям; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - поперечное сечение ролика, установленного на приводном валу; на фиг. 5 - принципиальная схема устройства с роликами, размещенными снаружи обечайки вальца; на фиг. 6 - принципиальная схема устройства с роликом, смонтированным на рычаге; на фиг. 7 - продольное сечение приводного вала с эксцентриковыми втулками, повернутыми относительно друг друга; на фиг. 8 - продольное сечение вальца катка с роликами, размещенными равномерно по окружности вокруг приводного вала; на фиг. 9 - то же, поперечное сечение.

Валец катка содержит обечайку 1 из упругого материала, в полости которой размещена рама 2 вальца, выполненная сварной из металлопроката с цилиндрическими цапфами 3 на концах, торцами которых рама 2 вальца жестко соединяется болтовыми соединениями с рамой катка (не показаны). С обечайкой 1 контактируют установленные на раме 2 вальца ролики 4, 5, расположенные по крайней мере по двум параллельным оси обечайки 1 осям. При расположении роликов 4, 5 только по двум осям (фиг. 2) ролики 4, 5 располагают по разные стороны от вертикальной продольной плоскости симметрии обечайки 1.

По крайней мере один ролик 4, расположенный на одной из осей, снабжен вибрационным приводом, выполненным в виде механизма изменения расстояния между осью ролика 4 и рамой 2. Этот механизм может быть выполнен в виде установленного на раме 2 в подшипниках 6 приводного вала 7 с установленным на нем посредством подшипника 8 со смещением его оси относительно оси вала одним или несколькими роликами 4. Смещение оси ролика 4 относительно оси приводного вала 8 может быть достигнуто путем установки ролика 4 на приводном валу 7 посредством эксцентриковой втулки 9 (фиг. 4, 7). При числе роликов 4 больше двух они могут быть также расположены равномерно по окружности вокруг приводного вала 7 (фиг. 8, 9).

Привод приводного вала 7 может быть выполнен в виде гидромотора 10, смонтированного непосредственно на приводном валу 7 или соединенного с ним посредством механической передачи.

Оси, по которым размещены ролики 4, 5, при их числе, равном двум, отклонены от вертикального нижнего радиуса обечайки на угол
α= 2,5. . . 6(h/), где q - вес катка, приходящийся на единицу длины обечайки, кН/м;
d - диаметр обечайки, м;
h - толщина обечайки, мм; h = = (0,005. . . 0,03)d_o.

Для обоснования угла α отклонения осей роликов от вертикального нижнего радиуса обечайки в качестве первого приближения принимают, что деформация обечайки двумя расположенными в ее нижней части роликами определяется в основном сопротивлением изгибу ее части, расположенной между этими роликами, поскольку эта часть, имея значительно меньшую по отношению к остальной части длину, будет иметь значительно большую жесткость. Влияние на жесткость обечайки оставшейся части учитывают коэффициентом.

Перемещение точек приложения сил, изгибающих упругий лист, пропорционально кубу длины этого листа
δ= K, (1) где Р - сумма приложенных сил;
l - длина листа, l = 2α˙d_o; где α - угол отклонения осей роликов от нижнего радиуса;
Е - модуль упругости,
I - момент инерции сечения листа.

Момент инерции прямоугольного сечения равен I= bh³/12 (2) где b - ширина листа,
h - толщина листа.

Подставляя (2) в (1), получают
δ= K(P/b)(l/h)³
Обозначив вес катка, приходящийся на единицу длины обечайки p/b через q, получают
δ= K q(2αd₀/h)³
Принимая за критерий подобия воздействия двух вальцов на уплотняемый материал отношение деформации обечайки под опорными роликами δ к ее диаметру d_o, получают выражение критерия в виде
= K q
Группируя постоянные величины, получают выражение для α в виде
α= (h/)
Заменяя на К, получают α= K(h/) .

На основании опытных данных валец катка с обечайкой диаметром d_o = 1,42 м, толщиной h = 12 мм, длиной обечайки 1,5 м и угле отклонения роликов α = 15^о устойчиво работает при весе катка от 10 до 60 кН, откуда К = 2,5. . . 6.

В случае размещения роликов 4, 5 по трем осям, одна ось роликов 4 млм 5 предпочтительно расположена на вертикальной оси обечайки 1 (фиг. 4, 5) с обеспечением возможности контакта этого ролика 4 или 5 с внутренней поверхностью обечайки 1 по ее нижней образующей. Оси двух других роликов 4 или 5 в этом случае могут быть расположены как внутри обечайки 1 (фиг. 4), так и снаружи нее (фиг. 5).

Центральный угол отклонения двух других осей от вертикального нижнего радиуса обечайки 1 равен α = 5. . . 45^о или 135. . . 180^о, причем α = 5. . . 45^о при контактировании роликов 4 или 5 с внутренней поверхностью обечайки 1, а 135. . . 180^о - с наружной.

Диапазон изменения угла α расположения роликов 4, 5 относительно нижнего радиуса обечайки 1 при расположении роликов 4, 5 по трем осям определен исходя из условия получения максимальной деформации обечайки 1 при минимальном эксцентриситете е ролика 4 относительно вала 7 и, соответственно, минимальном перемещении ролика 4. При угле α < 5^оплечи сил, а также их моменты, изгибающие обечайку 1, будут малы, вследствие чего обечайка 1 будет испытывать преимущественно местное контактное давление, а не изгиб. При 45^о < α < 135^о сила веса катка будет преимущественно действовать вдоль поверхности обечайки 1, вследствие чего для получения необходимой деформации обечайки 1 перемещение роликов должно быть больше требуемой деформации обечайки 1. Кроме того при расположении роликов 4, 5 в окрестности угла α = 90^овертикальное перемещение роликов 4, 5 вообще не будет оказывать влияния на деформацию обечайки 1, поскольку поверхность обечайки 1 в этом случае не будет являться для них опорой.

Положение осей роликов 4, 5 относительно друг друга выбирают исходя из условия обеспечения контакта обечайки 1 в ее недеформированном состоянии со всеми тремя роликами 4, 5, одновременно при ориентации ролика 4 на приводном валу 7 наибольшим радиусом в сторону обечайки 1 в случае его расположения на вертикальной оси симметрии обечайки 1 в ее нижней части и наибольшим радиусом в сторону обечайки 1 - при отклонении его оси от вертикального нижнего радиуса обечайки. Ролик 4, контактирующий с внутренней поверхностью обечайки 1 в ее нижней части, может быть смонтирован на рычаге 11, установленном на раме 2 с возможностью поворота относительно нее посредством гидроцилиндра 12 (фиг. 6). Преимущественно приводной вал 7 выполнен динамически уравновешенным, что достигается, например, выполнением в эксцентриковой втулке 9 приводного вала 7 отверстия 13.

С целью уменьшения угловой скорости вращения приводного вала 7 на нем могут быть установлены 2-20 роликов 4, размещенных равномерно по окружности вокруг приводного вала 7 (фиг. 7-9). В этом случае для понижения угловой скорости вращения приводного вала 7 последний может быть связан с гидромотором 10 посредством цепной передачи 14 (фиг. 8, 9).

Ограничение числа роликов 4 числом 20 вызвано тем, что при большем их числе они образуют многоугольник со сглаженными углами практически не отличающийся от окружности, что исключает вибрационное воздействие.

Валец катка работает следующим образом.

Вес катка, приходящийся на валец, за исключением веса обечайки 1 передается на ее поверхность через ролики 4, 5. При этом обечайка 1 приобретает деформированную форму. При вращении гидромотором 10 приводного вала 7 ролик 4, установленный на этом валу, совершает плоско-параллельное движение, вследствие которого расстояние между точкой опоры ролика 4 и рамой 2 вальца циклично изменяется, что приводит к динамическому взаимодействию в двухмассовой системе обечайка 1 вальца - вся остальная часть катка. Поскольку обечайка 1 вальца в десятки раз легче всей остальной части катка, то она не оказывает заметного инерционного сопротивления движению ролика 4 и поэтому ее вибрационное перемещение будет в десятки раз больше вибрационного перемещения вместе с роликами 4 всей остальной части катка, вибрация которой, соответственно, будет мала. Вследствие упругости обечайки 1 динамическое воздействие на нее роликов 4 приводит к ее цикличной деформации, что наряду с цикличным изменением положения обечайки 1 повышает эффективность уплотнения.

При расположении роликов 4, 5 по двум осям обечайка 1 постоянно находится в деформированном состоянии под действием изгибающего момента веса катка, передаваемого на нее через ролики 4, 5 двумя частями, каждая из которых имеет плечо относительно точки опоры обечайки 1 на уплотняемый материал. Максимальная величина силы, передаваемой обечайкой 1 на уплотняемый материал, при двух осях, по которым расположены ролики 4, 5, обязательно сопровождается и максимальной деформацией обечайки 1, а следовательно, передается на уплотняемый материал опорной поверхности в момент принятия ею формы с максимальным радиусом кривизны.

Несколько иной характер работы обечайки 1 может быть получен при расположении роликов 4, 5 по трем осям, когда третья, дополнительная ось роликов 4 или 5 расположена на вертикальной оси обечайки 1 в ее нижней части. В этом случае, если положение осей роликов 4, 5 относительно друг друга выбрано из условия обеспечения контакта обечайки 1 в ее недеформированном состоянии со всеми тремя роликами 4, 5, одновременно при ориентации ролика 4 на приводном валу 7 наибольшим радиусом в сторону обечайки 1 при его расположении на вертикальной оси симметрии обечайки 1 в ее нижней части, и в сторону от обечайки 1 - при отклонении его оси от вертикального нижнего радиуса обечайки 1, ролик 4 или 5, расположенный на вертикальной оси обечайки 1 в ее нижней части, ограничивает деформацию обечайки 1, позволяя ей при каждом цикле возвращаться в недеформированное состояние, что позволяет увеличить вес катка без нежелательного увеличения деформации обечайки 1.

Установка ролика 4 или 5, расположенного на вертикальной оси симметрии обечайки 1 в ее нижней части, на рычаге 11, установленном на раме 2 и снабженном приводом поворота относительно нее, позволяет регулировать диапазон деформации обечайки 1, а следовательно и интенсивности динамического воздействия на уплотняемый материал.

При выполнении приводного вала 7 динамически уравновешенным валец разгружен от динамического воздействия со стороны неуравновешенных масс.

Установка на приводном валу 7 нескольких роликов 7, расположенных равномерно вокруг приводного вала 7, позволяет повысить частоту воздействия на уплотняемый материал, которая будет больше частоты вращения приводного вала 7 в число раз, равное числу роликов 4, установленных на приводном валу 7.

Данный валец катка разработан на уровне рабочих чертежей. Ведутся работы по изготовлению опытного образца вальца катка в производственных условиях. Использование предлагаемого вальца катка позволит значительно сократить затраты на его изготовление по сравнению с выпускаемым в настоящее время серийно волновым катком ДУКВ-4 (IV 400.001-90) или любым другим вибрационным катком. (56) Авторское свидетельство СССР N 773180, кл. E 01 C 19/28, 1978.

Использование: уплотнение дорожных оснований и покрытий. Сущность изобретения: валец содержит раму, обечайку из упругого материала. Ролик контактирует с ее внутренней поверхностью и имеет ось, параллельную оси обечайки с вибровозбудителем в виде механизма изменения расстояния между точкой контакта опоры ролика и рамой. Параллельно оси основного ролика расположена ось дополнительного ролика. Ролики расположены по разные стороны от вертикальной плоскости, проходящей через ось симметрии обечайки из упругого материала. 6 з. п. ф-лы, 9 ил.

1. ВАЛЕЦ КАТКА, содержащий раму, обечайку, контактирующий с ее внутренней поверхностью и имеющий ось, параллельную оси обечайки ролик с вибровозбудителем в виде механизма изменения расстояния между точкой контакта опоры ролика и рамой, отличающийся тем, что он снабжен по крайней мере, одним дополнительным роликом, ось которого параллельна оси основного ролика, при этом ролики расположены по разные стороны от вертикальной плоскости, проходящей через ось симметрии обечайки, выполненной из упругого материала. 2. Валец по п. 1, отличающийся тем, что механизм изменения расстояния между точкой контакта опоры ролика и рамой выполнен в виде приводного вала с эксцентриком. 3. Валец по пп 1 и 2, отличающийся тем, что центральный угол между плоскостью, проходящей через ось ролика и вертикальную ось симметрии составляет
α= 2,5. . . 6
где q - вес катка, приходящийся на единицу длины обечайки, кН/м;
d_о - диаметр обечайки, м;
h - толщина обечайки, мм, h - (0,005 . . . 0,03) d_о. 4. Валец по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен расположенным на вертикальном нижнем радиусе обечайки дополнительным роликом, а центральный угол от плоскости, проходящей через последний до плоскостей, проходящих через оси соседних роликов равен α= 5-45^° или 135-180^°. 5. Валец по пп. 1,2 и 4 отличающийся тем, что расположенный на вертикальной оси симметрии обечайки в ее нижней части ролик смонтирован на установленном на раме рычаге и имеет привод поворота относительно нее. 6. Валец по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что приводной вал выполнен динамически уравновешенным. 7. Валец по пп. 1 и 2 отличающийся тем, что дополнительный ролик выполнен в виде установленных на приводном валу 2 - 20 роликов.