УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВЫХ ОТКОСОВ Российский патент 2006 года по МПК E02D3/39 E01C19/28 

Изобретение относится к строительному и дорожному машиностроению, в частности к грунтоуплотнительным машинам, и может быть использовано при строительстве дамб, дорожных насыпей и других земляных сооружений.

Стабильность насыпных земляных сооружений во многом определяется своевременным закреплением грунтовых откосов от разрушающего воздействия природных факторов - осадки, ветер и температурные перепады.

Поскольку практически все насыпные сооружения отсыпаются, как правило, слоями с уплотнением каждого слоя до расчетной плотности, то, видимо, следует считать за правило - откос каждого слоя грунта подлежит уплотнению сразу после уплотнения последнего либо одновременно. При такой организации грунтоуплотнительных работ влияние природных факторов на стабильность послойно отсыпаемого и послойно уплотняемого земляного сооружения сводится к нулю.

Однако в подавляющем большинстве случаев уплотнение грунтовых откосов организуется и осуществляется после отсыпки всего сооружения (например, дорожной насыпи), чему способствует и конструкция известной грунтоуплотнительной техники, с помощью которой эта работа может выполняться.

Известен вибрационный каток для уплотнения откосов (А.С. №746018, МКИ 2 Е 01 С 19/28), содержащий базовое шасси, на котором установлена лебедка с канатом, пропущенным через блоки и соединенным с рамой вальца, источник питания, размещенный на шасси и связанный с вальцом с помощью кабеля, дополнительный канат, к которому подвешивается кабель с помощью регулировочного приспособления, выполненного в виде рычага.

Известно также устройство для уплотнения грунтовых откосов (А.С. №721495, МКИ 2 Е 01 С 19/28), содержащее базовую машину, поворотную платформу, телескопическую стрелу с поперечным балансиром, смонтированную на платформе, виброкаток, установленный на конце телескопической трубы, опорный элемент, выполненный в виде плиты с механизмом регулирования ее наклона, установленный перед виброкатком и соединенный с его осью с помощью кронштейна.

Кроме того, известны специальные машины для уплотнения откосов насыпей, например самоходная машина "Телепактор" французской фирмы "Албарэ", передвигающаяся вдоль бровки насыпи и уплотняющая грунт двумя катками, которые поочередно опускаются, а затем подтягиваются к базовой машине при помощи двух стальных канатов, наматываемых на барабаны лебедок ("Справочное пособие по механизированному уплотнению грунтов, М., 1965, с.84, рис.28), где уплотнение грунта осуществляется двумя катками.

Все эти устройства имеют следующие недостатки. Во-первых, в этих устройствах головной рабочий орган (виброкаток) сочленен с базовой машиной таким образом, что он перекатывается по откосу сверху вниз и, наоборот, по всей его длине после отсыпки сооружения, в результате чего не исключена опасность размыва или выветривания откоса в процессе отсыпки. Во-вторых, во всех этих устройствах весьма высокая энергоемкость процесса укатки (включая виброукатку), так как масса катков реализуется не полностью. При крутизне откоса 1:1,5 дорожная насыпь используется всего на 80%.

Наиболее близким к предлагаемому решению является устройство для уплотнения грунтовых откосов (А.С. №1749332, МКИ 5 Е 01 С 19/34). Устройство содержит самоходную базовую машину, опорную раму, выполненную из двух секций: базовой, жестко закрепленной на машине, и рабочей, связанной с базовой соответственно в нижней части - шарниром, в верхней - с помощью пружинного демпфера, рабочий орган, механизм привода рабочего органа. Рабочий орган выполнен в виде трамбующей плиты, одна грань которой шарнирно закреплена на механизме привода, размещенном в нижней части рабочей секции опорной рамы, а механизм привода выполнен в виде мотора-редуктора, соединенного с обгонным механизмом, включающим пару храповых колес, два подъемных барабана, закрепленных на приводном валу и связанных с поводками тросами двух натяжных барабанов, закрепленных на том же приводном валу.

Известное устройство позволяет производить уплотнение грунтовых откосов послойно, т.е. откосная часть отсыпаемого каждого слоя грунта уплотняется сразу же после уплотнения его средней части с помощью трамбующей плиты.

Устройство работает следующим образом. После установки устройства на оси проходки оно начинает двигаться, включается механизм привода. Трамбующая плита поворачивается в вертикальной плоскости и устанавливается в исходное положение для удара, затем трамбующая плита под действием собственного веса поворачивается в обратном направлении до соударения с поверхностью откоса насыпи, после чего храповые колеса включаются на подъем трамбовки для очередного удара.

Существенный недостаток известного устройства заключается в том, что оно является сложным, громоздким и дорогим в изготовлении, а следовательно, и малонадежным в эксплуатации.

Задачей предлагаемого устройства является упрощение его конструкции, повышение надежности в эксплуатации и снижение металлоемкости.

Поставленная задача решается следующим образом.

В известном устройстве для уплотнения грунтовых откосов, содержащем самоходную базовую машину, грунтоуплотнительный рабочий орган и механизм привода рабочего органа, дополнительно установлена рукоять, шарнирно сочлененная с рамой самоходной базовой машины, рабочий грунтоуплотнительный орган закреплен на свободном конце рукояти и выполнен в виде пространственной рамы, внутри которой установлены свободно вращающийся валец, стальная шина, свободно охватывающая валец, диаметр которой больше диаметра вальца, вибротележка, шарнирно сочлененная с пространственной рамой и свободно опирающаяся роликами на стальную шину, а механизм привода выполнен в виде двухвального инерцоида, установленного на вибротележке и состоящего из корпуса, двух круговых беговых дорожек, расположенных внутри корпуса, двух приводных валов с прорезями, установленных эксцентрично к беговым дорожкам, двух дебалансных масс, установленных в прорезях с возможностью свободного перемещения, при этом в качестве самоходной базовой машины использован стреловой кран.

Отличительными признаками предлагаемого устройства для уплотнения грунтовых откосов от указанного выше известного, наиболее близкого к нему являются: использование в качестве базовой машины стрелового крана, дополнительная установка рукояти, шарнирно сочлененной с базовой машиной, выполнение грунтоуплотнительного рабочего органа виде пространственной рамы, внутри которой установлены свободно вращающийся валец, стальная шина, свободно охватывающая валец, диаметр которой больше диаметра вальца, вибротележка, шарнирно сочлененная с пространственной рамой и свободно опирающаяся роликами на стальную шину, установка грунтоуплотнительного рабочего органа на свободном конце рукояти и выполнение механизма привода в виде двухвального инерцоида, установленного на вибротележке и состоящего из корпуса, двух круговых беговых дорожек, расположенных внутри корпуса, двух приводных валов с прорезями, установленных эксцентрично к беговым дорожкам, двух дебалансных масс, установленных в прорезях с возможностью свободного перемещения.

Благодаря наличию этих отличительных признаков уплотнение поверхности грунтового откоса происходит за счет массы свободно перемещающегося рабочего органа и за счет частоударной нагрузки, которая передается на грунт с помощью инерцоида через стальную шину. Одновременное воздействие на грунт постоянной статической нагрузки от всей массы устройства и частоударной нагрузки от инерцоида позволяет получить наиболее эффективное воздействие на уплотняемую грунтовую массу. Такое сочетание нагрузки практически равнозначно для любых грунтовых условий, что позволяет считать устройство универсальным и оптимально эффективным в работе и недорогим.

Передачей частоударной нагрузки от инерцоида на грунт через стальную шину, минуя тяжелый валец, исключаются потери энергии на преодоление инерции вальца, что способствует снижению энергоемкости процесса.

Предлагаемое устройство для уплотнения грунтовых откосов иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-5.

На фиг.1 показана принципиальная схема устройства для уплотнения грунтовых откосов, вид сбоку, на фиг.2 вид по "А" на фиг.1, на фиг.3 вид по "Б" на фиг.2, на фиг.4 принципиальная схема инерцоида, на фиг.5 - эпюра возмущающих сил двухвального инерцоида.

Устройство для уплотнения грунтовых откосов (фиг.1) содержит самоходную базовую машину 1 в виде стрелового крана, рукоять 2, шарнирно закрепленную на раме базовой машины, грунтоуплотнительный рабочий орган 3, установленный на свободном конце рукояти 2, и механизм привода рабочего органа 4 (фиг.2).

Грунтоуплотительный рабочий орган (фиг.2, 3) состоит из пространственной рамы 5, сочлененной с рукоятью 2, вальца 6, ось 7 которого установлена в пространственной раме 5, стальной шины 8 с ребрами жесткости 9, охватывающей валец 6, вибротележки 10, которая одним концом шарнирно сочленена с пространственной рамой 5, а роликами 11 свободно опирается на стальную шину 8.

Механизм привода 4 (фиг.2, 4) закреплен на вибротележке 10 и выполнен в виде инерцоида. Инерцоид включает корпус 12, две беговые дорожки 13, установленные внутри корпуса, два приводных вала 14 с прорезями 15, дебалансные массы 16, установленные в прорезях 15 с возможностью свободного перемещения, электродвигатель 17 (фиг.2), выходной вал 18 электродвигателя 17 и зубчатую передачу 19, сочленяющую выходной вал 18 с приводными валами 13.

Устройство работает следующим образом.

После отсыпки очередного слоя грунта "Н" (фиг.1) и его уплотнения соответствующей грунтоуплотнительной техникой для уплотнения откоса в пределах отсыпанного слоя формируется комплект из стрелового крана с грунтоуплотнительным рабочим органом и передвижной (в сцепе с краном) электростанцией (не показана) для питания электрической энергией механизма привода.

Удержание на откосе в требуемом положении грунтоуплотнительного рабочего органа обеспечивается точностью разбивки и закреплением оси проходки крана и точностью слежения за этой осью.

С помощью базовой машины 1 в виде стрелового крана грунтоуплотнительный рабочий орган 3 передвигается вдоль откоса.

Одновременно включается в работу механизм привода, возмущающая сила которого в виде частоударной нагрузки передается на контакт вальца 6 с шиной 8 и далее на грунт.

В результате воздействия на грунт статической нагрузка от массы рабочего органа и частоударной нагрузки от инерцоида происходит уплотнение грунта.

При необходимости прохода по одному следу, но в обратную сторону свободный конец рукояти с закрепленным на нем грунтоуплотнительным рабочим органом подвешивается на грузовой крюк базовой машины и она разворачивается.

Использование возмущающей силы инерцоида позволяет в несколько раз снизить массу грунтоуплотнительного рабочего органа, выдерживая при этом требуемый режим воздействия на грунт с целью получения требуемой плотности, чем достигается снижение металлоемкости и сопротивления движению машины. Кроме того, предлагаемое устройство содержит меньшее количество деталей по сравнению с известным устройством, что делает его более надежным в эксплуатации.

Взаимозависимость основных параметров инерцоида и их выбор осуществляется следующим образом.

При использовании серийно выпускаемого подшипника качения с роликовыми телами качения в качестве наиболее нагруженного узла инерцоида - беговой дорожки выбор параметров начинается с назначения размера диаметра внутреннего кольца подшипника - "D" (фиг.5), эксцентриситета - "е" между осью беговой дорожки и осью приводного вала, в прорези которого помещена с возможностью свободного перемещения дебалансная масса в виде стержня 16 (фиг.4). Величина "D" выбирается по действующему каталогу, а величину "е" целесообразно принять равной 0,25 D. Требуемое значение возмущающей силы для двухвального инерцоида определяется по формуле

где m - масса дебаланса (стержня), w - угловая скорость приводного вала, R - расстояние от оси приводного вала до центра тяжести дебаланса (фиг.4)

Максимальному значению "Р" соответствует такое положение дебалансной массы (стержня), когда любой его конец находится в наиболее удаленной от центра вращения точке беговой дорожки, т.е. при R_max, значение которого определяется по формуле

где А - длина дебаланса (см. фиг.4, 5), которая вычисляется из выражения

Получая А=0,86 значение R_max, по выбранной величине "D" определится

Тогда максимальное значение возмущающей силы при заданных и назначенных величинах "m", "w" и "D" определится по формуле

P_max=z(m·w²·0,32D)

Пример. Дано D=0,4

Предлагаемая конструкция устройства для уплотнения грунтовых откосов позволяет снизить его металлоемкость и повысить надежность в эксплуатации.

Изобретение относится к строительному и дорожному машиностроению, в частности к грунтоуплотнительным машинам. Технический результат - упрощение конструкции, повышение надежности в эксплуатации и снижение металлоемкости. Устройство для уплотнения грунтовых откосов содержит базовую машину в виде стрелового крана, на раме которой шарнирно закреплена рукоять, грунтоуплотнительный рабочий орган, установленный на свободном конце рукояти и состоящий из свободно вращающегося вальца, стальной шины, свободно охватывающей валец, вибротележки, свободно опирающейся роликами на стальную шину, механизм привода, выполненный в виде двухвального инерцоида, установленного на вибротележке. 5 ил.

Устройство для уплотнения грунтовых откосов, содержащее самоходную базовую машину, грунтоуплотнительный рабочий орган и механизм привода рабочего органа, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено рукоятью, шарнирно сочлененной с рамой самоходной базовой машины, рабочий грунтоуплотнительный орган закреплен на свободном конце рукояти и выполнен в виде пространственной рамы, внутри которой установлены свободно вращающийся валец, стальная шина, свободно охватывающая валец, диаметр которой больше диаметра вальца, вибротележка, шарнирно сочлененная с пространственной рамой и свободно опирающаяся роликами на стальную шину, а механизм привода выполнен в виде двухвального инерцоида, установленного на вибротележке и состоящего из корпуса, двух круговых беговых дорожек, расположенных внутри корпуса, двух приводных валов с прорезями, установленных эксцентрично к беговым дорожкам, двух дебалансных масс, установленных в прорезях с возможностью свободного перемещения, при этом в качестве самоходной базовой машины использован стреловой кран.