УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТА Российский патент 2003 года по МПК E02D3/46 E01C19/38 

Предполагаемое изобретение относится к грунтоуплотняющей технике, применяемой при строительстве, и может быть использовано для послойного уплотнения связанных грунтов, например суглинков, для образования противофильтрационного экрана.

Известна машина для уплотнения грунта (см., например, патент РФ 2136815 Е 02 D 3/026, БИ 25, 1999 г.), содержащая каток с гладкими вальцами и объемный гидропровод, причем она снабжена прессовой приставкой, выполненной в виде корпуса, в передней части которого расположен подрезной клин, а в задней - аппарель, соединенную задней частью с валом переднего вальца катка, с возможностью поворота в вертикальной плоскости, а передней частью - с рамой катка силовым гидроцилиндром, причем внутри корпуса, между подрезным клином и аппарелью установлен ленточный транспортер, ведущий барабан которого соединен с валом переднего вальца катка с помощью цепной передачи, образуя между ними щель, а перед подрезным клином в передней части корпуса поперек продольной оси машины установлен шнековый дозатор.

Недостатком известного технического решения является сложность конструктивного выполнения и малая эффективность уплотнения грунта.

Известно устройство для уплотнения грунтов (см., например, авторское свидетельство 1629408 Е 02 D 3/046, БИ 7, 1991 г.), содержащее базовую машину, шарнирно-рычажную подвеску, уплотняющий рабочий орган, привод рабочего органа с шестерней, причем оно снабжено секториальным зубчатым колесом, гидроцилиндром с установленными на конце штока роликами, рабочий орган выполнен в виде горизонтальной площадки с жестко закрепленными соответственно в передней и задней ее частях шлицевым вертикальным валом с установленными на нем шлицевой втулкой, кронштейном и дугообразными направляющими, причем провод с шестерней установлен на верхней плоскости кронштейна, гидроцилиндр прикреплен к его нижней плоскости, а секториальное зубчатое колесо жестко соединено со шлицевой втулкой и входит в зацепление с шестерней привода.

Недостатком известного технического решения является низкая эффективность процесса уплотнения грунта.

Наиболее близким по техническому решению является устройство для уплотнения грунта (см. например патент РФ 2135683 Е 01 С 19/34; Е 02 D 3/046, БИ 24, 1999 г.), присоединяемое к базовой машине, включающее упруго соединенные нижнюю и верхнюю плиты, причем на нижней плите установлены опорные ролики и к ней шарнирно присоединены вертикально направляющие штанги с коаксиально смонтированными на них упругими элементами, над которыми на раме установлены с возможностью регулирования вертикального положения упоры с указателями их положения, причем упоры и рама имеют отверстия для прохода штанг, а к верхней плите шарнирно присоединен вертикальный шток, проходящий через отверстие в траверсе, присоединенной к раме, а верхняя часть штока соединена с гибким шатуном кривошипно-шатунного привода, содержащего приводной вал и обгонную муфту, при этом к раме шарнирно присоединен опорный каток, соединенный с гидроцилиндром. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рабочая поверхность нижней уплотняющей плиты имеет кривизну, описываемую уравнением
h_i=h_сл ε_o(1+К_nlgn_уд),
h_i - абсолютная деформация грунта на время i-го удара; h_сл - толщина уплотняемого слоя; ε_o - относительная деформация грунта за время первого удара; К_n - опытный коэффициент, зависящий от свойств грунта; n_уд - число ударов.

Недостатком известного технического решения является сложность конструктивного исполнения и низкая эффективность процесса уплотнения.

Технической задачей предполагаемого изобретения является повышение качества уплотнения и упрощение конструкций.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для уплотнения грунта, включающем транспортирующую машину, раму с элементами присоединения к транспортирующей машине, уплотняющую плиту, уплотняющий рабочий орган, согласно техническому решению, на раме жестко закреплена уплотняющая плита, выполненная с равномерно распределенными на ее площади отверстиями для прохода штоков уплотняющих рабочих органов в виде ударных механизмов, работающих на текучем энергоносителе, а штоки через отверстия в гибкой прокладке присоединены к излучателю ударной энергии в грунт, причем гибкая прокладка контактирует с уплотняющей плитой между отверстиями в ней для прохода штоков в ударных механизмах и гибкая прокладка закреплена на раме, а источник текучего энергоносителя ударных узлов закреплен через амортизаторы на раме и при этом выполняет роль пригруза.

Существенные отличия прелагаемого технического решения следующие:
- На раме жестко закреплена уплотняющая плита, выполненная с равномерно распределенными на ее площади отверстиями для прохода штоков уплотняющих рабочих органов в виде ударных механизмов, работающих на текучем энергоносителе.

Проведенными исследованиями установлено, что наибольшая эффективность по уплотнению связанных грунтов получается при уплотнении ударными нагрузками. Принцип ударного уплотнения грунтов широко используется в строительной механике.

Исследованиями установлено, что для уплотнения слоя 0,2-0,5 м из суглинков можно обеспечить эффективное уплотнение серией ударных импульсов. Причем отмечено, что интенсивность уплотнения в начальный период резко растет, а затем замедляется после нанесения 150 ударов, плотность укладки достигает 0,45-0,98 и почти прекращается. Дальнейшие ударные нагрузки не дают положительных результатов. Для обеспечения эффективного уплотнения на большой площади необходимо, чтобы ударные импульсы были рассредоточены по этой площади, и зоны влияния пересекались между собой. Эффективность уплотнения растет при несовпадении по времени нанесения ударов смежными ударными механизмами. Это объясняется тем, что каждая частица грунта после множества перемещений займет определенное место. Все свободные пространства заполняются.

Из выше указанных соображений в техническом решении ударные механизмы равномерно распределены по площади.

Для обеспечения настройки каждого из рабочих органов на отличные друг от друга частоты и энергии ударов предусматривается использование ударных механизмов, работающих на текучем энергоносителе (жидкость под давление или сжатый воздух). Наиболее простые в изготовлении и надежные в работе являются манжетные клапанные ударники с мягкой характериктикой настройки на заданный режим работы. В качестве ударных механизмов техническим решением предусматривается использовать пневматические манжетно клапанные ударники низкочастотные, в которых ударник наносит удары под действием собственного веса, и высокочастотные, в которых ударник разгоняется сжатой пружиной.

- Штоки ударных механизмов через отверстие в гибкой прокладке присоединены к излучателю ударной энергии в грунт.

Данное техническое решение обеспечивает передачу ударной энергии непосредственно в грунт, что повышает эффективность и упрощает конструкцию устройства. Гибкая прокладка обеспечивает закрепление каждого из ударных механизмов в конструктивно заданном отверстии уплотнительной плиты. В качестве гибкой прокладки может быть использована транспортерная лента, тонколистовое железо или транспортерная лента, покрытая тонколистовым железом.

- Гибкая прокладка контактирует в промежутках между отверстиями для прохода штоков с уплотнительной плитой и гибкая прокладка жестко закреплена на раме только с одной стороны.

Данное техническое решение обеспечивает свободу перемещения излучателя ударной энергии в грунт при ударных импульсах, в то же время воспринимать статические нагрузки от собственного веса всего устройства.

Закрепление гибкой прокладки на раме создает свободу ее перемещения. Целесообразно жесткое закрепление гибкой прокладки к раме только с торцевой стороны, где размещены элементы присоединения к транспортирующей машине, а на других сторонах рамы желательно иметь подвижное закрепление гибкой прокладки.

- Источник текучего энергоносителя ударных механизмов закреплен через амортизаторы на раме и при этом выполняет роль пригруза.

Для обеспечения толщины слоя уплотняемого грунта 0,2-0,5 м потребуется повышенный расход энергии, по мощности соизмеренной мощностью двигателей транспортирующей машины, поэтому целесообразно на устройстве использовать дополнительный источник энергии для выработки текучего энергоносителя ударных механизмов, то есть для пневмокомпрессора или маслостанций иметь дизельный или бензиновый привод. Дизельный или бензиновый привод совместно с источником энергоносителя смонтирован на раме устройства, что обеспечит автономную работу и упрощает сети привода текучего энергоносителя к ударным механизмам.

Пример выполнения устройства для уплотнения грунта показан на фиг.1-3, где на фиг.1 показаны принципиальная схема устройства для уплотнения грунта, вертикальный разрез; фиг.2 - то же, разрез I - I (фиг.1) в плане; фиг.3 - то же, узел А (фиг.1).

Устройство для уплотнения грунта транспортируется машиной 1 (в виде трактора-бульдозера) и состоит из рамы 2, выполненной, например, из труб диаметром 100-150 мм, которая снабжена элементами 3 присоединения к транспортирующей машине. К раме 2 жестко с помощью сварки присоединена уплотняющая плита 4, выполненная с равномерно распределенными по ее площади отверстиями 5 для прохода через них штоков 6 ударных механизмов 7. В качестве ударных механизмов 7 использованы известные пневматические или гидравлические ударники. В данном примере могут быть использованы пневматические манжетно клапанные ударники со следующей технической характеристикой.

Энергия удара - 0,2 Дж
Частота ударов, регулируемая - До 1500 уд. мин
Рабочее давление воздуха - 0,1-0,8 МПа
Расход воздуха - До 0,4 м³/мин
Размеры:
Диаметр - 100 мм
Высота - 150 мм
Вес - 9 кг
Для обеспечения эффективного уплотнения суглинка слоем толщиной 0,2-0,5 м ударные механизмы предлагаемой конструкции устанавливают по сетке через 250-350 мм, как показано на фиг.2. Ударные механизмы 7 через шток 6 и отверстия в гибкой прокладке 8 присоединены к излучателю 9 ударной энергии в грунт.

В качестве гибкой прокладки 8 целесообразно использовать транспортерную ленту толщиной 10-20 мм, армированную листовым железом 10 толщиной 3-5 мм. Гибкая прокладка 8 закреплена болтами (на фиг. не показано) к уплотняющей плите 4 и раме 2. Причем для обеспечения большей подвижности гибкой прокладки жесткое болтовое крепление предусмотрено только со стороны расположения транспортирующей машины 1.

Для регулирования частоты ударов каждый ударный механизм 7 целесообразно подключать через регулировочный кран 11 к магистрали 12. В качестве источника текучего энергоносителя используют, например, дизельный компрессор 13, закрепленный через амортизаторы 14 в к раме 2, при этом дизельный компрессор 13 используют в качестве пригруза на устройстве. Для уменьшения количества проходов устройства для уплотнения грунта к транспортирующей машине 1 могут последовательно подключаться два и три устройства, для чего имеются дополнительные элементы присоединения 15.

Устройство для уплотнения грунта работает следующим образом.

Ударные механизмы 7 посредством регулировочных кранов 11 настраивают на разные частоты ударов по технической инструкции, включают дизельный компрессор 13 в работу. Каждый из ударных механизмов 7 передает ударные импульсы через излучатель 9. По слою передается множество ударных импульсов различной интенсивности. Под действием этих импульсов происходит укладка частиц материала при движении устройства транспортирующей машиной 1. Уплотнение слоя производят несколькими проходами устройства для уплотнения грунта.

Изобретение относится к грунтоуплотняющей технике ударными импульсами, применяемой при строительстве, и может быть использовано для послойного уплотнения связанных грунтов, например суглинков, для образования противофильтрационного экрана. Техническая задача - повышение качества уплотнения и упрощение конструкции. В устройстве для уплотнения грунта, включающем раму с элементами присоединения к транспортирующей машине, уплотняющую плиту и уплотняющий рабочий орган, на раме жестко закреплены уплотняющая плита, выполненная с равномерно распределенными на ее площади отверстиями для прохода штоков уплотняющих рабочих органов в виде ударных механизмов, работающих на текучем энергоносителе. Штоки ударных механизмов через отверстия в гибкой прокладке присоединены к излучателям ударной энергии в грунт. Гибкая прокладка контактирует в промежутках между отверстиями для прохода штоков с уплотняющей плитой и жестко закреплена на раме только с одной стороны. Источник текучего энергоносителя ударных механизмов закреплен через амортизаторы на раме и при этом выполняет роль пригруза. 3 ил.

Устройство для уплотнения грунта, включающее транспортирующую машину, раму с элементами присоединения к транспортирующей машине, уплотняющую плиту, уплотняющие рабочие органы, отличающееся тем, что на раме жестко закреплена уплотняющая плита, выполненная с равномерно распределенными на ее площади отверстиями для прохода штоков уплотняющих рабочих органов в виде ударных механизмов, работающих на текучем энергоносителе, и штоки ударных механизмов через отверстия в гибкой прокладке присоединены к излучателям ударной энергии в грунт, причем гибкая прокладка контактирует в промежутках между отверстиями для прохода штоков с уплотняющей плитой, гибкая прокладка жестко закреплена на раме только с одной стороны, а источник текучего энергоносителя ударных механизмов закреплен через амортизаторы на раме и при этом выполняет роль пригруза.