ВАЛЕЦ ДОРОЖНОГО КАТКА Российский патент 2005 года по МПК E01C19/28 

Изобретение относится к дорожной технике для уплотнения дорожностроительных материалов, а именно к дорожным каткам, используемым для послойного уплотнения предварительно спланированных насыпных грунтов и гравийно-щебеночных материалов при строительстве автомобильных дорог и подобных сооружений.

Известен валец дорожного катка, содержащий обечайку, выполненную из упругого материала, в полости которой параллельно обечайке установлены два ролика, контактирующие с поверхностью обечайки по разные стороны от вертикальной плоскости, проходящей через ось обечайки (Патент СССР 935569, МПК Е 01 С 19/28, 1982).

Это устройство обеспечивает возможность деформации обечайки за счет передачи на нее веса катка через две опоры (ролики), расположенные по разные стороны от вертикальной плоскости, проходящей через ось обечайки. Недостатком известного устройства является сложность изготовления устройства из-за больших длин роликов.

Прототипом данного изобретения является валец дорожного катка (Патент РФ 2008390, МПК Е 01 С 19/28, 1991). Конструкция вальца дорожного катка содержит обечайку и размещенную внутри нее раму с установленными на ней с возможностью контакта с внутренней поверхностью обечайки тремя роликами, оси которых параллельны оси обечайки, образующими в плане равнобедренный треугольник, основание которого образовано двумя соосными роликами, причем основание и вершина треугольника расположены по разные стороны от вертикальной продольной плоскости обечайки.

Недостатком прототипа является сложность конструкции и низкая надежность вальца катка, связанные с большим количеством приводных (как минимум два) и опорных (два или три) роликов.

Задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности вальца катка за счет уменьшения количества приводных и опорных роликов.

Этот технический результат достигается за счет того, что в вальце дорожного катка, содержащем обечайку и размещенную внутри нее раму с установленными на ней с возможностью контакта с внутренней поверхностью обечайки тремя роликами, оси которых параллельны оси обечайки, образующими в плане равнобедренный треугольник, основание которого образовано двумя соосными роликами, причем основание и вершина треугольника расположены по разные стороны от вертикальной продольной плоскости обечайки, согласно изобретению, высота l_x образованного роликами равнобедренного треугольника составляет l_x=(0,5...1,2)R от радиуса R обечайки, а основание l_y треугольника составляет l_y=(0,7...1,4)R от радиуса R обечайки. Обечайка может быть выполнена из упругого материала. Хотя бы один ролик может быть снабжен эксцентриковой осью и приводом вращения этой оси. Предпочтительно эксцентриковой осью и приводом вращения этой оси снабжен ролик, расположенный в вертикальной поперечной плоскости симметрии обечайки. Привод вращения эксцентриковой оси предпочтительно выполнен в виде гидропривода, включающего гидромотор, вал которого соединен с эксцентриковой осью ролика.

Размещение внутри обечайки трех роликов, оси которых параллельны оси обечайки, с образованием в плане равнобедренного треугольника, основание которого образовано двумя соосными роликами, причем основание и вершина треугольника расположены по разные стороны от вертикальной продольной плоскости обечайки, высота l_x образованного роликами равнобедренного треугольника составляет l_x=(0,5...1,2)R от радиуса R обечайки, а основание l_y треугольника составляет l_y=(0,7...1,4)R от радиуса R обечайки, позволяет получить работоспособную конструкцию с тремя роликами вместо шести по прототипу.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 показан вертикальный поперечный разрез вальца дорожного катка;

на фиг.2 - вертикальный продольный разрез вальца дорожного катка;

на фиг.3 - вид вальца дорожного катка сверху, обечайка условно показана прозрачной;

на фиг.4-6 - расчетные схемы определения изменения положения центра тяжести катка;

на фиг.7 - зависимость высоты положения центра тяжести катка от угла поворота рамы вальца относительно обечайки.

Позиции на чертеже обозначают: 1 - обечайка, 2 - рама, 3, 4 - ролики, 5 - гидромотор.

Валец дорожного катка содержит обечайку 1 и размещенную внутри нее раму 2 с установленными на ней с возможностью контакта с внутренней поверхностью обечайки тремя роликами 3, 4 оси которых параллельны оси обечайки 1, образующими в плане равнобедренный треугольник, основание которого образовано двумя соосными роликами 3, причем основание и вершина треугольника расположены по разные стороны от вертикальной продольной плоскости обечайки 1, отличающийся тем, что высота l_x образованного роликами 3, 4 равнобедренного треугольника составляет l_x=(0,5...1,2)R от радиуса R обечайки 1, а основание l_y треугольника составляет l_y=(0,7...1,4)R от радиуса R обечайки 1. Обечайка 1 может быть выполнена из упругого материала. Хотя бы один ролик 4 может быть снабжен эксцентриковой осью и приводом вращения этой оси. Предпочтительно эксцентриковой осью и приводом вращения этой оси снабжен ролик 4, расположенный в вертикальной поперечной плоскости симметрии обечайки 1. Привод вращения эксцентриковой оси предпочтительно выполнен в виде гидропривода, включающего гидромотор 5, вал которого соединен с эксцентриковой осью ролика 4.

Валец дорожного катка работает следующим образом.

Вес катка, приходящийся на валец, за исключением веса обечайки 1 передается на нее через ролики 3, 4. Применение в конструкции вальца трех роликов 3, 4 позволяет получить трехточечное опирание рамы катка на внутреннюю поверхность обечайки, обеспечивающее надежную ориентацию рамы относительно обечайки. При вращении гидромотора 5 ролик 4 совершает плоско-параллельное движение, вследствие которого расстояние между точкой опоры ролика 4 и рамой 2 вальца циклично изменяется, что приводит к изменению высоты положения центра тяжести части катка, приходящейся на валец, и к динамическому взаимодействию в двухмассной системе: обечайка 1 вальца - вся остальная часть катка. В случае выполнения обечайки 1 из упругого материала, под действием передаваемого на нее роликами 3, 4 веса катка, обечайка 1 находится в деформированном состоянии. Динамическое воздействие на нее роликов 4 приводит к ее циклической деформации, что повышает эффективность уплотнения.

Образование роликами 3, 4 в плане равнобедренного треугольника, основание которого образовано двумя соосными роликами 3, расположенными по одну сторону от вертикальной продольной плоскости обечайки 1, а вершина - третьим роликом 4, лежащим по другую сторону от ее вертикальной продольной плоскости, с высотой l_x треугольника, составляющей l_x=(0,5...1,2)R от радиуса R обечайки 1, и основанием l_y, составляющим l_y=(0,7...1,4)R от радиуса R обечайки 1, обеспечивает устойчивость расположения обечайки относительно рамы вальца 2. В случае невыполнения указанных соотношений обечайка может легко поворачиваться вокруг вертикальной оси. В случае l_y<(0,7...1,4)R будет мало плечо пары сил на роликах 3, создающих момент сопротивления повороту. В случае l_y>(0,7...1,4)R обечайка будет стремиться к взаимному повороту относительно рамы 2, вызванному тем, что при малых поворотах ее центр тяжести может опускаться по отношению положения центра тяжести выровненного положения. Доводы относительно возможности опускания центра тяжести при трехточечном опирании роликов на обечайку приведены ниже. Величина l_x=(0,5...1,2)R определена, исходя из возможности деформирования обечайки роликами. При меньших значениях эффективность деформирования уменьшается, при больших - может привести к поломке обечайки.

Основные соотношения, защищаемые изобретением, определены, исходя из следующих соображений. Принципиальная схема вальца включает цилиндрическую обечайку радиуса R, на внутреннюю поверхность которой посредством трех роликов 1, 2, 3 опирается рама вальца (рисунок 4). Два ролика 1 и 2 расположены на одной оси и отстоят друг от друга на расстоянии l_y, третий - со смещением его оси относительно оси первых двух - на расстоянии l_x и на одинаковом расстоянии l₀ от них,

где ϕ=arctg(l_y/2l_x).

Рассмотрим изменение взаимного положения рамы вальца и обечайки при их взаимном повороте, например, в результате сил, действующих в вальце в процессе поворота катка. В результате поворота рамы вальца относительно вертикальной оси при сохранении контакта с цилиндрической поверхностью относительная высота роликов 1, 2 и 3 должна измениться: при фиксированной высоте точки 3 у одной точки (точка 1) - уменьшиться, у другой (точка 2) - увеличиться. Вследствие этого поворот плоскости 123 относительно вертикальной оси вызовет одновременный поворот ее относительно горизонтальной оси, а также изменение высоты плоскости 123. Оценим изменение высоты плоскости 123, имея в виду, что увеличение в процессе поворота высоты приведет к появлению возвращающего момента сил, стремящегося выровнять оси роликов относительно оси обечайки. Абстрагируемся от размеров роликов (их диаметр 0,205 м и длина 0,08 м составляют соответственно 14 и 4,3% от диаметра обечайки и расстояния l_y между роликами 1 и 2), в результате имеем трехточечное опирание рамы на цилиндрическую поверхность. Для определенности в исходном положении оси обечайки и роликов параллельны и горизонтальны. Оси первых двух и третьего ролика расположены по разные стороны относительно вертикальной продольной плоскости обечайки под одинаковым углом

Все ролики имеют одинаковую высоту

Перейдем от исходного положения к конечному последовательными шагами.

Шаг первый: поворот плоскости 123 вокруг вертикальной оси, проходящей через точку 3, на заранее заданный угол Δϕ(фиг.5). Из фиг.5 имеем

Шаг второй: поворот плоскости 123 относительно горизонтальной оси, совпадающей с образующей цилиндра, проходящей через точку 3, до касания точки 1 поверхности цилиндра на угол Δβ(фиг.6).

где

Изменение высоты точки l

Шаг третий: поворот плоскости 123 относительно оси 13 до касания точки 2 поверхности цилиндра. Из фиг.4 радиус вращения точки 2

Координаты (х₂, y₂, z₂) искомого положения точки 2 будем искать как координаты точки пересечения цилиндрической поверхности радиуса R и окружности радиуса г, которую, в свою очередь, определим как пересечение сферической поверхности радиуса г и плоскости, перпендикулярной прямой 13 и проходящей через точку 2 (или через точку О), фиг.4.

а) Уравнение цилиндрической поверхности с осью, совпадающей с осью у:

б) Уравнение сферической поверхности с центром в точке О:

Фиг.1

где l₀₃=l₀cos2ϕ;

в) Уравнение плоскости, проходящей через точку 2(х₂, y₂, z₂) перпендикулярно прямой 13:

где l₁=x₃-x₁, m₁=y₃-y₁, n₁=z₃-z₁ - коэффициенты, определяемые из уравнения прямой 13:

Координаты точки 3 (из фиг.1): x₃=-R sinα;

Координаты точки 1:

Совместное решение уравнений (8), (9), (11) дает координаты точки 2 (х₂, y₂, z₂). Изменение высоты точки 2

Изменение вертикального положения центра тяжести рамы Δh_цт оценим как изменение высоты точки, лежащей на оси, т.е. на расстоянии, равном половине высоты треугольника 123. Точка 3 в рассмотрении принималась неподвижной, Δz₃=0 и

Результаты расчетов применительно к катку КВ-01 (R=0,71 м, l_х=0,71 м) представлены на фиг.7, где показана зависимость изменения высоты центра тяжести катка Δh_цт от угла поворота рамы относительно обечайки Δϕ. Цифрами на чертеже обозначены зависимости 1 - для l_у=1 м; 2-1,5 м; 3-2 м.

Анализ полученной зависимости (фиг.7) показывает, что в случае применения трехопорной схемы компоновки вальца катка, при малых изменениях угла поворота рамы относительно обечайки Δϕ(до 4°), центр тяжести рамы вальца опускается (максимальное опускание 0,73 мм при повороте 2°) и лишь при больших, чем 4° - приподнимается. Появление момента сил, стремящегося выровнять оси роликов относительно оси обечайки при повороте рамы, применительно к катку КВ-01 возможно лишь после значительного ее поворота относительно обечайки. При этом происходит значительное изменение высоты роликов (до 26 мм при повороте 20°), что вызывает недопустимый перекос рамы.

Обоснованы параметры и разработана рабочая документация для модернизации серийно выпускавшегося на ОАО "Тверьстроймаш" вальца дорожного катка КВ-01. Будет упрощена конструкция и повышена надежность вальца дорожного катка за счет уменьшения количества приводных и опорных роликов.

Изобретение относится к дорожной технике для уплотнения дорожностроительных материалов, а именно к дорожным каткам, используемым для послойного уплотнения предварительно спланированных насыпных грунтов и гравийно-щебеночных материалов при строительстве автомобильных дорог и подобных сооружений. Технический результат - упрощение конструкции и повышение надежности за счет уменьшения количества приводных и опорных роликов в вальце дорожного катка, содержащем обечайку и размещенную внутри нее раму с установленными на ней с возможностью контакта с внутренней поверхностью обечайки тремя роликами, оси которых параллельны оси обечайки, образующими в плане равнобедренный треугольник, основание которого образовано двумя соосными роликами. Основание и вершина треугольника расположены по разные стороны от вертикальной продольной плоскости обечайки, высота l_х образованного роликами равнобедренного треугольника составляет l_х = (0,5...1,2)R от радиуса R обечайки, а основание 1_у треугольника составляет l_y = (0,7...1,4)R от радиуса R обечайки, при этом обечайка выполнена из упругого материала. Хотя бы один ролик может быть снабжен эксцентриковой осью и приводом вращения этой оси, а также эксцентриковой осью и приводом вращения этой оси может быть снабжен ролик, расположенный в вертикальной поперечной плоскости симметрии обечайки, а привод вращения эксцентриковой оси может быть выполнен в виде гидропривода, включающего гидромотор, вал которого соединен с эксцентриковой осью ролика. 4 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Валец дорожного катка, содержащий обечайку и размещенную внутри нее раму с установленными на ней с возможностью контакта с внутренней поверхностью обечайки тремя роликами, оси которых параллельны оси обечайки, образующими в плане равнобедренный треугольник, основание которого образовано двумя соосными роликами, причем основание и вершина треугольника расположены по разные стороны от вертикальной продольной плоскости обечайки, отличающийся тем, что высота l_x образованного роликами равнобедренного треугольника составляет l_x=(0,5...1,2)R от радиуса R обечайки, а основание l_Y треугольника составляет l_Y=(0,7...1,4)R от радиуса R обечайки.2. Валец дорожного катка по п.1, отличающийся тем, что обечайка выполнена из упругого материала.3. Валец дорожного катка по п.1, отличающийся тем, что хотя бы один ролик снабжен эксцентриковой осью и приводом вращения этой оси.4. Валец дорожного катка по п.3, отличающийся тем, что эксцентриковой осью и приводом вращения этой оси снабжен ролик, расположенный в вертикальной поперечной плоскости симметрии обечайки.5. Валец дорожного катка по п.4, отличающийся тем, что привод вращения эксцентриковой оси выполнен в виде гидропривода, включающего гидромотор, вал которого соединен с эксцентриковой осью ролика.