РАБОЧИЙ ОРГАН ДОРОЖНО-УПЛОТНИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ Российский патент 2004 года по МПК E01C19/42 

Изобретение относится к области дорожного строительства, а конкретно к возведению цементобетонных покрытий, прочность которых зависит в основном от качественного уплотнения и отделки предварительно уложенной на дорожное основание бетонной смеси.

В настоящее время известно несколько способов и средств механизации при выполнении указанных выше операций [1]. При этом может быть использована одна виброплита при разовом ее употреблении или же несколько движущихся друг за другом виброплит, количество которых может варьироваться от двух до четырех [1]. В последнем случае каждая из виброплит несет вполне определенную функцию: первая производит основное уплотнение, вторая доуплотняет, третья выглаживает, а последняя осуществляет окончательную отделку готовой бетонной поверхности. При уменьшении количества виброплит функции их становятся уже более многогранными. Так, при использовании только одной виброплиты она за один разовый проход машины должна производить все указанные выше операции одновременно. В этом случае конструкция всего уплотнительного органа упрощается, общие энергозатраты снижаются, но и само качество уплотнения смеси становится при этом ниже. Поэтому одноплитные рабочие органы используются в основном только при уплотнении цементобетонных полос однониточной стандартной ширины в 3,75 м и не более.

Задачей данного изобретения является повышение качества уплотнения бетонной смеси при разовом на нее воздействии одной виброплитой. Иными словами ставится задача “подтянуть” качественные выходные характеристики готовой свежеуплотненной бетонной смеси от воздействия на нее одной плитой к тому, что имело бы место при использовании нескольких, но разных по своим функциям и назначению виброплит.

Качество уплотнения достигается за счет однородности и надлежащей плотности бетона, что может быть реализовано при разработке такой конструкции виброплиты (вибробруса), которая давала бы равномерную передачу на бетонную смесь основного параметра ее вибрации - амплитуды. Из теории колебаний известно следующее соотношение:

A·M=ΣK,

где А - амплитуда виброплиты массой М,

ΣК - суммарный кинетический момент вращающихся дебалансов.

Из данного соотношения следует, что для повышения А есть два пути - или повышать ΣК, или уменьшать М. Но повышение ΣК приведет к увеличению потребных энергозатрат. Значит следует искать пути снижения М. При этом надо учитывать, что известные одноплитные уплотнительные органы, как многофункциональные, превосходят по своей ширине, а следовательно, и массе, любую из виброплит комплексного многоплитного рабочего органа. Кроме того, большегрузные виброплиты, даже при их минимально используемой длине в 3,75 м, имеют значительный срединный прогиб, а отсюда и неравномерную амплитуду по своей длине, большую в средней части и меньшую по краям, что естественно, не способствует равномерному и однородному уплотнению смеси по всей длине бруса.

В связи с этим решаемая задача сводится к тому, чтобы найти путь уменьшения массы виброплиты, сохранив при этом равную по всей ее длине амплитуду.

Поставленная задача решается следующим образом. За ближайший аналог выбираем одноплитный рабочий орган дорожно-уплотнительной машины [1], включающий подвесную к базовой машине раму с плитой, оборудованной вибраторами и упругими элементами. При этом в качестве отличительных признаков выступает сама конструкция плиты, облегченная по массе за счет выполненных в ней пустот и специально уменьшенная по длине, в результате чего, для восстановления ее полной функциональности, установлен механизм перемещения плиты в поперечном относительно базовой машины направлении, или, другими словами, механизм ее продольного смещения. Сам этот механизм, выполненный, например, в виде гидроцилиндра, размещен на верхней секции подвесной рамы, связанной посредством опорных катков с нижней секцией, соединенной с виброплитой. Заметим, что некоторые из перечисленных отличительных признаков, применительно к рассматриваемому вопросу, ранее уже встречались. Так известен вибробрус уплотнительной машины [2], содержащий наложенные друг на друга секции, однако смещение их при работе связано только с вертикальными колебаниями бруса. В предложенном же устройстве смещение секций идет исключительно горизонтально и с вертикальной вибрацией непосредственно не связано. Известен также дорожный уплотнительный орган [3] с выдвижными боковыми частями его брусьев и с механизмом их привода, выполненным в виде гидроцилиндров. Однако использование этого привода осуществляется только при подготовке дорожной машины к работе и к самому процессу уплотнения бетонной смеси отношения не имеет. Таким образом, анализ приведенных информационных источников [2, 3] позволяет полагать, что отличительные признаки предложенного устройства отвечают критерию “мировая новизна”.

Заявляемый объект представлен на прилагаемом чертеже фиг.1, 2 и 3. При этом на фиг.1 показан поперечный вид всего устройства в рамках базовой машины, перемещаемой от нас. На фиг.2 изображен вид виброплиты в плане, а на фиг.3 - разрез по а-а. Устройство включает уплотнительную плиту 1 с установленными на ней и синхронно соединенными между собой площадочными мотор-вибраторами 2. Днище плиты 1 изготовлено со сквозными пустотами 1a, выполненными преимущественно в виде трапеций с передним расположением их зауженных вершин и размещенными равномерно по длине плиты. Виброплита 1-2 соединена с нижней секцией 3 рамы посредством упругих элементов 4. Верхняя секция 5 рамы, имеющая боковую подвеску к базовой машине 5а, несет опорные катки 6, соединенные в единую обойму, скрепленную с нижней секцией 3. На верхней секции 5 размещен механизм раздвижения рамных секций 3-5, выполненный, например, в виде гидроцилиндра 7.

Теперь о работе предложенного устройства. Включением мотор-вибраторов 2 достигается вертикальное вибрирование плиты 1. При этом амплитуда колебаний, передаваемая бетонной смеси, регулируется поджатием упругих элементов 4. Помимо вибрации плите 1 передаются еще два движения: поступательное перемещение совместно с базовой машиной, т.е. вдоль возводимого полотна дороги (что и ранее было в аналогах подобного типа), а также поперечные возвратно-поступательные перемещения за счет выдвижения штока гидроцилиндра 7. Это новое движение плиты осуществляется циклично и должно повторяться безразрывно.

На фиг.1 зафиксирован момент нахождения плиты с примыканием ее боковой части к правой рамной подвеске 5а. Для того чтобы разово обработать всю ширину дорожной полосы, плиту 1 необходимо переместить влево к противоположной рамной подвеске 5а, а затем, когда она возвратится обратно в первоначально исходное положение, будет законченный цикл ее работы. После чего последует новый заход и т.д. Именно эти движения плиты при ее новом конструктивном оформлении придают предложенному устройству его новое функционирование, что, как мы полагаем, подпадает под критерий “изобретательский уровень”.

Заметим, что поперечные перемещения виброплиты возможны только, если ее длина по размеру выбрана меньшей ширины уплотняемой бетонной полосы. Выполнение этого условия необходимо, однако, оно не является достаточным для эффективного процесса уплотнения. Так, если ограничиться только этим условием, то эксплуатация данного устройства приведет к неравномерности уплотнения бетонной смеси: большая интенсивность вибрирования будет наблюдаться в тех местах, где плита все время контактирует с определенной поверхностью уплотняемого бетона. Такие зоны интенсивного уплотнения будут в центральной части обрабатываемой бетонной полосы, а вот боковые ее части станут уплотняться только с определенными перерывами. Т.е. в боковых зонах процессы уплотнения будут чередоваться с перерывами от этого воздействия. Как показали исследования, такие прерывистые приложения вибрации на обрабатываемую бетонную смесь даже полезны. Это своего рода эффект многократного повторного вибрирования, ускоряющий набор прочности бетона в первоначальный период его созревания, что особенно становится важным при использовании бетоноуплотнительных машин со скользящей опалубкой. Однако важно, чтобы выбранный процесс обработки бетонной смеси был одинаков для всех участков дорожной полосы - как для центральных, так и для боковых ее участков.

Иными словами, передаваемая бетонной смеси суммарная интенсивность прерывистой вибрации на всех участках обрабатываемой дорожной полосы должна быть одинаковой. Для выполнения этого условия виброплиту предложено выполнять не только укороченной, но и пустотелой, т.е. дырчатой. В этом случае бетонная смесь, уложенная в центральную зону дорожной полосы, при прохождении по ней днищевых пустот, вибрацию не воспринимает и наоборот получает ее, когда по ней перемещаются участки сплошного днища плиты. Для того чтобы процесс указанного размежевания между вибрированием и “отдыхом” от него шел равномерно по всей ширине обрабатываемой дорожной полосы, пустоты на днище плиты должны размещаться равномерно и в промежутках между мотор-вибраторами. И еще одно условие надо выполнять - пустоты не должны иметь место на крайних участках плиты. В противном случае боковые зоны обрабатываемой дорожной полосы вообще лишатся вибрации. Кстати, эти зоны являются наиболее “уязвимыми” и в существующих уплотнительных органах, поэтому в ряде случаев для полной вибропроработки этих зон на машине вслед за площадочным брусом дополнительно устанавливают глубинные вибраторы [3]. Но в предложенном устройстве это делать не потребуется, ибо характер попеременных перемещений виброплиты может быть выбран такой, что при подходе ее к боковой опалубке она может там замедлять свой ход и создавать тем самым предпосылки к более продолжительной вибропроработке смеси.

Теперь необходимо пояснить, почему пустоты в днище плиты предлагается выполнять предпочтительно в виде трапеций с зауженными в направлении движения машины вершинами, как это показано на фиг.2. Это связано с тем, что любой одноплитный рабочий орган, являясь многофункциональным, помимо уплотнения, в обязательном порядке должен производить и заглаживание (затирание) бетонной поверхности. При этом ранее в подобных одноплитных конструкциях заглаживание осуществлялось тем же брусом за счет придания ему горизонтальных колебаний, роль которых в предложенном устройстве должны взять на себя поперечно-возвратные перемещения плиты (опять же в горизонтальной плоскости). Исследование этого вопроса показало, что бетонная смесь, уложенная на дорожное основание (перед ее уплотнителем), даже при тщательном ее разравнивании, имеет неровности, наличие которых при последующем уплотнении и заглаживавши бетонной поверхности ведет к срезанию излишков смеси наклонными стенками дырчатых трапеций, которые направляют срезанный материал вниз - на свои расширенные основания, где этот материал под действием вертикальной вибрации разжижается и становится более подвижным, после чего при дальнейших поперечных перемещениях плиты он уходит вместе с ней на смежные участки и остается в тех местах, в которых был не излишек, а наоборот, недостаток цементопесчаного компонента смеси для ее поверхностного заглаживания. Иными словами, при поперечном движении плиты наблюдается процесс косого срезания излишков смеси попеременно (в зависимости от направления движения плиты) каждой из боковых трапецидальных сторон, накопления этих бывших “излишков” на расширенных основаниях трапеций с последующим втиранием этой массы в места, где ощущается определенная нехватка этого материала. Заметим, что именно заднее расположение больших оснований трапеций (или тоже переднее расположение малых их оснований) создает минимальные сопротивления, действующие от бетонной смеси на виброплиту при ее поперечном перемещении. При зеркально противоположном расположении оснований трапеций такого не наблюдалось бы, ибо в этом случае излишки смеси скапливались бы в зауженных вершинах трапеций, а для тиксотропных явлений необходима свобода перемещений ингредиентов смеси.

На эффективность процесса заглаживания бетонной поверхности существенную роль оказывает скорость поперечного перемещения виброплиты. Используемый для этих целей гидроцилиндр способен обеспечить бесступенчатое изменение этой скорости, что позволяет находить оптимальные воздействия на любые по своей консистенции бетонные смеси от пластичных до жестких. По жестким бетонным смесям плита может перемещаться быстрее, а по пластичным медленнее, ибо в противном случае возможно налипание частиц смеси на днище плиты, что может привести даже к нарушению целостности всей “сырой” бетонной конструкции.

Для усредненных условий выбор длины плиты рекомендуется производить из соотношения; L_n=(0,65-0,7)В_m, где L_n - длина плиты, а В_m - ширина обрабатываемой дорожной полосы. В этом случае для В=3,75 м и при L_n=2,54-2,75 м на плите могут быть размещены 3-4 мотор-вибратора и примерно столько же “пустышек”. При этом желательно, чтобы суммарная площадь “пустышек” была соразмерной остальной сплошной площади днища.

Наличие в заявляемом объекте критерия изобретения “промышленная применимость” подтверждается всем ходом предыдущих наших рассужденй, доказывающих возможность конструктивного исполнения предложенного устройства и его работы.

Источники информации

1. К.А.Артемьев и др. Дорожные машины. - Машиностроение. - 1982. С.328.

2. А.С.Шаволов и др. Вибробрус уплотнительной машины. А.с. №863748. Опубл. в Бюл. №34, 1981 г.

3. В.И.Баловнев и др. Дорожно-строительные машины и комплексы. Машиностроение. - 1988. 243-244 с.

Изобретение относится к области дорожного строительства, а конкретно к возведению цементобетонных покрытий, прочность которых зависит от качественного уплотнения и отделки предварительно уложенной на дорожное основание бетонной смеси. Устройство включает уплотнительную виброплиту, днище которой выполнено с равномерно размещенными пустотами и мотор-вибраторами и с длиной, меньшей ширины обрабатываемой дорожной полосы. Подвеска виброплиты осуществлена к раме из двух раздвижных в горизонтальной плоскости секций, что позволяет плите производить возвратно-поперечные перемещения по ширине базовой машины. Технический результат - облегченная конструкция виброплиты позволяет повысить эффективность уплотнения и заглаживания свежеуложенной бетонной смеси. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Рабочий орган дорожно-уплотнительной машины, содержащий подвесную раму с плитой, оборудованной вибраторами и упругими элементами, отличающийся тем, что плита выполнена длиной, меньшей ширины обрабатываемой дорожной полосы, и с механизмом ее поперечного перемещения относительно базовой машины, днище плиты выполнено с пустотами, равномерно расположенными по ее длине до крайних участков, в промежутках между установленными на плите вибраторами, а подвесная рама выполнена из двух секций, верхняя из которых соединена с базовой машиной, причем на верхней секции закреплен привод механизма поперечного перемещения плиты и размещены опорные катки, соединенные в обойму, закрепленную к нижней секции рамы, которая соединена с плитой посредством упругих элементов.2. Рабочий орган по п.1, отличающийся тем, что пустоты выполнены преимущественно в виде равнобоких трапеций с передним расположением их зауженных вершин.