СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК E01C19/28 

Предлагаемое изобретение относится к области строительно-дорожного машиностроения, а именно к способу уплотнения дорожно-строительных материалов перекатывающимися вибрационными вальцами.

Широко известен способ уплотнения дородно-строительных материалов вибрационным вальцом, совершающим при его перемещении круговые колебания вокруг оси его вращения. Эти колебания генерируют при вращении дебалансного вала, смонтированного на одной оси с вальцом. Прилегающему к вальцу уплотняемому материалу передаются эти колебания, уменьшающие внутреннее трение в нем в основном за счет горизонтальной составляющей траектории перемещения вальца и вызывающие оседание частиц под воздействием силы тяжести вальца и вертикальной составляющей перемещения вальца. Благодаря этому происходит заполнение пустот между отдельными частицами материала и тем самым его уплотнение [1]
Недостатком известного способа уплотнения является невысокая его эффективность вследствие того, что не обеспечивается достаточное снижение трения между частицами материал из-за равенства перемещения их в горизонтальном и вертикальном направлении.

Наиболее близким к заявляемому является способ уплотнения дорожно-строительных материалов перекатывающимся вибрационным вальцом с дебалансными валами, размещенными параллельно оси вальца, совершающего так называемые "крутильные колебания". Эти колебания генерируются при синхронном вращении двух дебалансных валов, оси которых смещены относительно оси вальца и параллельны ей; радиально направленные составляющие возбуждающих сил нейтрализуются, а касательно направленные силы образуют момент, возбуждающий крутильные колебания вальца. В прилегающем к вальцу материале генерируются горизонтальные колебания, обеспечивающие сдвиговые перемещения его частиц. Вертикальное же перемещение частиц происходит только под воздействием сил тяжести вальца и самих частиц [2]
Однако указанный способ недостаточно эффективен из-за отсутствия вертикальной составляющей колебаний вальца, которая, благодаря значительному весу вальца, могла бы существенно повлиять на результаты уплотнения.

Техническая задача, решаемая в заявленном способе, заключается в повышении эффективности уплотнения.

Для решения этой задачи в способе уплотнения дорожно-строительных материалов, заключающемся в воздействии на материал вращающегося вибровальца, генерирующего колебания вокруг своей оси, дополнительно производят воздействие на уплотняемый материал, производя круговые колебания вальца вокруг оси его вращения. Обеспечение увеличенного воздействия на уплотняемый материал в горизонтальном направлении за счет генерирования в вальце одновременно круговых и крутильных колебаний позволяет при значительном снижении сил трения между частицами включить в процесс уплотнения вертикальное воздействие вибрирующей массы вальца.

На фиг.1 изображен один из вариантов устройства, реализующего заявленный способ вибровалец в разрезе; на фиг.2 то же, вид сбоку; на фиг.3 пример определения траектории колебаний обечайки вальца и находящегося в контакте с вальцом уплотняемого материала; на фиг.4 схематично изображены вибровальцы с дебалансами, находящимися в различных положениях и соответствующие этим положениям траектории колебаний, находящейся в контакте с вальцом поверхности уплотняемого материала.

Заявляемый способ уплотнения дорожно-строительных материалов перекатывающимся вибрационным вальцем реализуется устройством, один из вариантов выполнения которого включает в себя вибровалец 1, смонтированный в нем гидромотор 2, связанный с помощью муфты 3 и ременной передачи 4 о дебалансным валом 5, ось которого расположена параллельно оси вальца и смещена относительно него на расстояние R. Вращение дебалансного вала вызывает центробежную силу P, которая через подшипники 6, смонтированные в днищах 7 вальца, передается поверхности (обечайке) вальца. Валец 1 установлен в подшипниках 8, которые монтируются в опоре 9, соединенной с рамой 10 катка через упругие амортизаторы 11.

Уплотнение материала происходит следующим образом.

При включении гидромотора 2 вращение передается через муфту 3 и ременную передачу 4 на дебалансный вал 5, в результате чего происходит вибрационное воздействие на валец как круговых, так и крутильных колебаний. Круговые колебания вызывает центробежная сила P, постоянные приложения к оси вальца независимо от того, в каком положении оказывается ось дебалансного вала.

Одновременно, за счет смещения оси дебалансного вала на расстояние R от оси вальца, на последний воздействует знакопеременный момент, сообщающий вальцу крутильные колебания, т.е. колебания относительно оси вальца.

Значение знакопеременного момента определяется по формуле
M=P•R•sinα,
где
M знакопеременный момент, сообщающий вальцу крутильные колебания;
P величина центробежной силы;
R расстояние от оси вальца до оси дебалансного вала;
α угол между направлением центробежной силы; P и плоскостью, проходящей через оси вальца и дебалансного вала.

Под действием круговой постоянно действующей силы P и знакопеременного момента M валец будет совершать сложное колебание, представляющее собой комбинацию из круговых и крутильных колебаний. Траектория колебаний точек наружной поверхности вальца и находящихся с ними в контакте частиц уплотняемого материала при круговых колебаниях представляет собой окружность, а при крутильных колебаниях практически прямую горизонтальную линию, возвратно-поступательное перемещение по которой происходит пропорционально значение момента M.

Для иллюстрации способа на фиг.3 и 4 представлены примеры построения траекторий точек на обечайке вальца, составленные с учетом того, что частота вращения дебалансного вала на порядок выше частоты вращения вальца и, следовательно, за период полного оборота дебалансного вала, валец переместится относительно своей оси незначительно. Учитывая это обстоятельство, для наглядности построения указанной траектории принимаем, что во время полного оборота дебаланса вокруг оси дебалансного вала сам дебалансный вал остается неподвижен относительно оси вальца.

На фиг.3 подробно показано сложение круговых и крутильных колебаний обечайки вальца. При невращающемся дебалансном вале центробежная сила P отсутствует и точка вальца, контактирующая с уплотняемой поверхностью занимает положение "O". Под действием центробежной силы, направленной вертикально вниз, эта точка переместится на расстояние "a₁", пропорциональное значение силы P; одновременно она переместится также в горизонтальном направлении на расстояние "b₁" пропорционально значению момента M_i=P•R•sinα и займет положение "I". Последующие положения точки траектории получаются как сумма перемещений точки по окружности радиусом "A" с одновременным перемещением в горизонтальном направлении на расстояние "b_i" пропорционально значению момента M_i=P•sinα_i.
На фиг.4 показана траектория комбинированных колебаний при различных положениях оси дебалансного вала при его перекатывании по уплотняемой поверхности. Валец совершает колебания с вертикальной амплитудой "A", равной амплитуде круговых колебаний, и горизонтальной амплитудой "в", равной сумме амплитуд круговых и крутильных колебаний, чем обеспечивается уменьшение сил трения от сдвигаемого воздействия крутильных колебаний и оказывается интенсивное воздействие в вертикальном направлении от круговых колебаний массы вальца, что обеспечивает благоприятное условие для уплотнения, независимо от положения оси дебалансного вала.

Использование: уплотнение дорожно-строительных материалов перекатывающимися вибрационными вальцами. Сущность изобретения: в способе уплотнения дорожно-строительных материалов, заключающемся в воздействии на уплотняемый материал перекатывающимся вальцом, генерирующем крутильные колебания относительно своей оси вращения, дополнительно производят воздействие на уплотняемый материал, производя круговые колебания вальца вокруг оси его вращения. 4 ил.

Способ уплотнения дорожно-строительных материалов, заключающийся в воздействии на уплотняемый материал перекатывающимся вальцем, генерирующим крутильные колебания относительно своей оси вращения, отличающийся тем, что дополнительно производят воздействие на уплотняемый материал, производя круговые колебания вальца вокруг оси его вращения.