КАТОК С ПОДВИЖНЫМИ ШПОРАМИ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ОСНОВАНИЙ ПОД АВТОЗИМНИКИ НА БОЛОТАХ Российский патент 2009 года по МПК E01C19/26 

Изобретение относится к машинам для подготовки оснований при возведении зимних автодорог, а именно к машинам для проминки с образованием лунок в промораживаемом заболоченном основании в Северных условиях.

Известно устройство для образования лунок в грунте (А.С. СССР № 1742416 А1, кл. Е02D 3/00, опубл. 23.06.1992, бюл. № 23), содержащее каток с выступами - шпорами на наружной поверхности, установленный за рамой и соединенный с рамой тягами переменной длины. Силовые цилиндры служат для подъема катка и соединены с его осью. Рама выполнена с опорными лыжами.

Недостатком известного устройства является высокая вероятность намораживания, прилипания с зависанием и последующим намораживанием на наружной образующей поверхности барабана и шпорами массы грунта, растительных остатков и влаги в момент проминки и вдавливания шпор, а также низкая эффективность процесса и высокая вероятность выхвата грунта вершиной при выходе из лунок статически неподвижно установленных на поверхности барабана шпор. Все это снижает качество подготавливаемой поверхности и эффективность процесса проминки с прокалыванием до полного прекращения процесса.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для очистки поверхности рабочего органа машины (патент № 2122616 C1, E01С 19/26, опубл. 27.11.1998, бюл. № 38), содержащее раму и установленный на ней каток со шпорами. На раме установлен теплогенератор с форсункой, емкость для топлива с насосом и топливопровод. Каток со шпорами установлен за рамой на четырех гидроцилиндрах с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, внутренняя полость которой соединена с теплогенератором через патрубки, турбокомпрессор, теплопровод и внутреннее теплопроводное отверстие горизонтальной оси. Рама устройства смонтирована на лыжах и агрегатируется с тягачом-болотоходом с помощью прицепа. Каток со шпорами закрыт кожухом.

Недостатком указанного устройства является высокая вероятность прилипания с зависанием между шпорами и наружной образующей поверхностью барабана массы грунта, растительных остатков и влаги в момент проминки и вдавливания шпор, низкая эффективность процесса вдавливания шпор, высокая повреждаемость дорожного основания (до 19...21%) и высокая вероятность выхвата грунта вершиной шпоры при выходе из лунки, статически неподвижно установленных на поверхности барабана шпор. Все это снижает качество подготавливаемой поверхности и эффективность процесса проминки с прокалыванием до полного прекращения процесса.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание условий, обеспечивающих ускоренную подготовку поверхности дорожного основания под автозимники на болотах.

Технический результат - повышение эффективности, скорости, качества и надежности процесса проминки с прокалыванием подмораживаемых дорожных оснований на болотах для обеспечения ускоренной подготовки их для начала работ по возведению автозимников.

Указанный технический результат достигается тем, что каток имеет второй барабан. При этом первый и второй барабаны состоят из блока с гнездами под сборки подпружиненных шпор цилиндрической формы с роликами, неподвижного кулачкового валика и стальной трубы большого диаметра с отверстиями под шпоры круглой формы, неподвижного кулачкового валика и стальной трубы большого диаметра с отверстиями под шпоры круглой формы. Блок с гнездами имеет жесткую связь со стальной трубой большого диаметра и установлен на кулачковом валике на подшипниках качения, обеспечивающих свободное вращательное движение блоку со стальной трубой вокруг кулачковых валиков барабанов. Барабаны на раме установлены таким образом, что каждая из шпор второго барабана при его вращении попадает со смещением по диагонали в среднюю часть расстояния между шпорами в ряду первого барабана, а каждый ряд шпор второго барабана попадает в среднюю часть между рядами шпор первого барабана. Каждому кулачку придана форма, обеспечивающая плавное вхождение шпоры в дорожное основание при прокалывании и крутой выход из лунки, исключающий выхват прокалываемой массы дорожного основания. При этом рабочие конечности каждой шпоры расположены в отверстиях стальной трубы большого диаметра, а между барабанами катка и задними опорными пневмоколесами низкого давления установлена связь в виде цепной передачи.

Наличие новых элементов - второго барабана позволяет обеспечить достаточно высокую частоту формируемых лунок на расстоянии, достаточном для исключения вероятности прилипания с зависанием между шпорами и наружной образующей поверхностью барабана массы грунта, растительных остатков и влаги в момент проминки и вдавливания шпор, а также повысить эффективность их вдавливания.

Конструкция барабана обеспечивает возвратно-поступательное перемещение шпор, способствующее их плавному вхождению в дорожное основание и крутому выходу, исключающему выхват грунта вершиной шпоры, что в сочетании с цилиндрической формой шпоры диаметром 6...8 см и высотой 20...25 см снижает повреждаемость растительного покрова при подготовке дорожного основания почти в 2,5...3 раза по сравнению с ранее известными неподвижными шпорами профиля треугольной формы.

Кривизна контура окружной поверхности кулачков под взаимодействием противодавлений пружин и кулачков через ролики способствует периодическому осевому перемещению шпор по закономерности задаваемой профилем рабочей поверхности кулачков, что исключает выхват грунта вершиной шпоры при выходе из лунки, создает возможность использования энергоэкономичных шпор цилиндрической формы длиной 25...30 см и снижения повреждений растительного покрова при прокалывании почти в 2,5...3 раза по сравнению с ранее известными неподвижными шпорами профиля треугольной формы.

Изобретение поясняется чертежами, где на (фиг.1) изображен общий вид катка с подвижными шпорами для подготовки оснований под автозимники на болотах, на (фиг.2) - схема расположения мест прокола лунок первым и вторым барабаном; на (фиг.3) - схема принципа действия механизмов прокалывания лунок; на (фиг.4) - схема расположения кулачков на кулачковом валике первого барабана; на (фиг.5) - схема расположения кулачков на кулачковом валике второго барабана; на (фиг.6) - схема компоновки элементов механизма прокалывания лунок; на (фиг.7) - схема монтажа барабанов на кулачковом валике; на (фиг.8) - схема, вид по стрелке Б сечения А-А (фиг.7); на (фиг.9) - кривая входа и выхода шпор из лунки в зависимости от угла поворота барабана.

Каток с подвижными шпорами для подготовки оснований под автозимники на болотах (фиг.1) содержит раму 1 и установленные на ней рабочие органы в виде первого барабана 2 и второго барабана 3. На наружной поверхности каждого барабана - 2, 3 установлены подвижные шпоры 4. На раме 1 установлены теплогенераторы 5 с форсунками 6, емкость для топлива 7 с насосом и топливопроводами, электростанция 8 с топливным баком 9 и гидронасосная установка 10 с баком для гидрожидкости 11. Барабан 2 с подвижными шпорами 4 смонтирован первым в средней части рамы 1 посредством двух шарнирных звеньев 12, закрепленных на передних опорах 13, и двух гидроцилиндров 14, закрепленных на верхней балке 15 с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси кулачкового валика 16 первого барабана 2 (фиг.3). Второй барабан 3 с подвижными шпорами 4 смонтирован вторым в средней части рамы 1 посредством двух шарнирных звеньев 17, закрепленных на задних опорах 18, и двух гидроцилиндров 19, закрепленных на верхней балке 15 с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси кулачкового валика 16 второго барабана 3 (фиг.3). Первый барабан 2 и второй барабан 3 закрыты кожухами 20. Внутренние полости кожухов 20 соединены с теплогенераторами 5 через теплопроводы 21, оборудованные турбокомпрессорами. Рама 1 катка опирается на обрабатываемое дорожное основание 22 через два передних и два задних 23 уширенных пневмоколеса низкого давления. Дополнительный привод и взаимоположение по углу поворота первого и второго барабана осуществляются за счет установки цепной передачи 24 между первым 2 и вторыми 3 барабанами (фиг.3), цепной передачи 25 (фиг.3) от задних пневмоколес 23 (фиг.1) низкого давления на второй барабан 3, а также установки на задних пневмоколесах 23 низкого давления гидродвигателей 26. Агрегатируется каток с трактором - болотоходом типа Т-170 M1.01 посредством прицепного устройства 27. Первый барабан 2 и второй барабан 3 сконструированы и установлены на каток таким образом, что на первом барабане расстояние между шпорами в ряду 40, 40 и т.д. (фиг.2) и между рядами 40, 40 и т.д. (фиг.2) шпор увеличены в два раза, а на втором барабане 3 смонтированы шпоры 4 и расположены неподвижные кулачки 28 на кулачковом валике 16 (фиг.5) таким образом, что каждая из шпор 4 второго барабана 3 попадает со смещением по диагонали в среднюю часть расстояния между шпорами 4 в каждом ряду 40, 40 и т.д. (фиг.2) первого барабана 2, и каждый ряд шпор 4 второго барабана 3 попадает в среднюю часть между рядами 40 и 40 шпор 4 и т.д (фиг.2) первого барабана 2. С этой целью предусматривается соблюдение четкого взаимоотношения между угловым поворотом первого 2 и второго барабана 3 с помощью цепной передачи 24 (фиг.3). Первый барабан 2 и второй барабан 3 состоят из блока 29 (фиг.8) с гнездами 30 под сборки 31, сборки 31 (фиг.3, фиг.6) содержат подпружиненные шпоры 4 цилиндрической формы с роликами 32, неподвижного кулачкового валика 16 с кулачками 28 и стальной трубы 33 большого диаметра (трубы диаметром 1400 мм и более считаются трубами большого диаметра) с дополнительной промежуточной внутренней трубой 34 и отверстиями 35 круглой формы под шпоры 4 с уплотнительными устройствами типа уплотнений между штоком и крышкой обычного гидроцилиндра (на схеме не показано). Промежуточная внутренняя труба 34 предназначена для облегчения монтажа сборок 31 и блока 29 (фиг.8). Причем блок 29 (фиг.8) с гнездами 30 под сборки 31 подпружиненных шпор 4 имеет жесткую связь со стальной трубой 33 большого диаметра и промежуточной внутренней трубой 34. Блок 29 установлен на неподвижном кулачковом валике 16 на подшипниках качения 36 через боковые крышки 37 с возможностью свободного вращательного движения блока 29 со стальной трубой 33 вокруг кулачкового валика 16, обеспечивая тем самым осевое возвратно-поступательное движение шпор 4, путем копирования поверхности неподвижных кулачков 28 (фиг.3) роликами 32, укрепленными на конечностях шпор 4, контактирующих с поверхностями кулачков 28. Каждому неподвижному кулачку 28 (фиг.3) придана криволинейная форма окружной рабочей поверхности, обеспечивающая плавное вхождение шпор 4 в дорожное основание при прокалывании (положение С′) (фиг.6) и крутой выход из лунки 38, (положение С) (фиг.6), согласно кривой (поз.f) (фиг.9), исключающий выхват прокалываемой массы дорожного основания 22. Уплотнение рабочих конечностей шпор 4 в отверстиях под них 35 в трубах 33 большого диаметра исключает возможность попадания загрязнений под давлением при прокалывании во внутреннюю полость стальной трубы 33. Для повышения надежности процесса прокалывания между барабанами 2, 3 катка и его задними уширенными пневмоколесами 23 низкого давления установлена связь в виде цепной передачи 25 (фиг.1). Кроме того, на задних опорных колесах 23 (фиг.1) установлены гидродвигатели 26 (фиг.1). Форма крутизны контура окружной поверхности кулачков 28 под взаимодействием противодавлений пружин 39, (фиг.3) и кулачков 28 через ролики 32 способствует периодическому осевому возвратно-поступательному движению шпор 4 по закономерности, задаваемой профилем рабочей поверхности кулачков 28 (фиг.6). При этом соотношение минимальных расстояний между шпорами 4 (a·b) (фиг.2), где (а - усредненное расстояние между рядами шпор; b - усредненное расстояние между шпорами в ряду; а′ - расстояние между одноименными рядами шпор 40...40...40 и т.д. или 41...41...41 и т.д.; b′ - расстояние между шпорами в одноименных рядах 40, 40, 40 и т.д. или 41, 41, 41 и т.д., см. фиг.2). Оптимальные размеры по диаметру - d варьируют в пределах 6...8 см в сечении при высоте шпор h, соответствующей минимально необходимой глубине промораживания 20...25 см [Л.Г.Телегин, Д.И.Карташов. Организация строительства линейной части магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1971] и соответствующей конструктивно разности по длине между величиной вылета вершины кулачка 28 относительно поверхности его основания в виде окружности 42 (фиг.6).

Каток с подвижными шпорами для подготовки оснований под автозимники на болотах работает следующим образом.

В период наступления устойчивых заморозков и первых снегопадов для подготовки подмораживаемой поверхности дорожного основания 22 (фиг.2) на болотах каток посредством двух передних и двух задних уширенных пневмоколес 23 низкого давления буксируется с помощью прицепа 27 на заданное рабочее место. Далее опускается в рабочее положение до контакта с дорожным основанием 22 на болоте первый барабан 2 посредством рамы 1, двух шарнирных звеньев 12, передней опоры 13 с помощью двух гидроцилиндров 14, посредством верхней балки 15, горизонтальной оси кулачкового валика 16. Аналогично опускается и второй барабан 3 посредством средней части рамы 1, двух шарнирных звеньев 17, задних опор 18 двумя гидроцилиндрами 19, посредством верхней балки 15. При этом включается электростанция 8, питающаяся из топливного бака 9, и гидронасосная установка 10, запитанная из бака 11, а также два теплогенератора 5 с форсунками 6. Топливо из топливного бака 7 по системе топливопроводов поступает в топки теплогенераторов 5, где распыляется через форсунки 6 и сгорает. Из теплогенераторов 5 через теплопроводы 21 горячие газы поступают во внутренние полости термоизолирующих кожухов 20, омывают их поверхности, нагревая при этом рабочие поверхности барабанов 2 и 3 со шпорами 4, исключая тем самым процесс намораживания влаги и попутных примесей на рабочей поверхности барабанов 2 и 3 со шпорами 4. После чего включают рабочую скорость трактора посредством прицепного устройства 27 и гидродвигателей 26 на задние колеса 23 катка. С помощью цепной передачи 25 от задних колес 23 с гидродвигателями 26 вращение передается на второй барабан 3 и далее от второго барабана 3 на первый барабан 2 через цепную передачу 24. Такая компоновка привода рабочих органов барабанов и расстановка шпор на первом барабане 2 и втором барабане 3 в рядах поз 40, поз.41 и между рядами 40-41 обеспечивает возможность попадания каждой из шпор 4 (поз.41) второго барабана 3 со смещением по диагонали в среднюю часть расстояния между шпорами 4 (фиг.2), (фиг.3), (фиг.4) и (фиг.5) в рядах (поз.40) первого барабана 2 и каждый ряд (поз.41) шпор 4 второго барабана 3 попадает в среднюю часть между рядами (поз.40) шпор 4 первого барабана 2. В процессе вращения вокруг кулачков 28 неподвижных кулачковых валиков 16 первого 2 и второго 3 барабанов, жестко соединенных с блоками 29 и сборками 31 подпружиненных шпор 4, и установка их на кулачковых валиках на подшипниках качения 36, (фиг.3), (фиг.4), (фиг.5), (фиг.7) и (фиг.8), обеспечивает свободное вращательное движение. При этом форма кривизны рабочей поверхности кулачков 28 обеспечивает плавное вхождение шпор 4 (вид С′) (фиг.6) в дорожное основание при прокалывании и крутой выход из лунки 38 (вид С) (фиг.6) согласно кривой (поз.f) (фиг.9), исключающий выхват вершиной шпоры прокалываемой массы дорожного основания. Возможность попадания загрязнений во внутреннюю полость стальной трубы 33 большого диаметра исключается за счет монтажа уплотнений между рабочей поверхностью каждой из шпор 4 и поверхностями отверстий 35 в стенках трубы 33 большого диаметра и внутренней дополнительной трубы 34 типа уплотнений между штоком и крышкой гидроцилиндров. Периодическое осевое возвратно-поступательное движение шпор 4 обеспечивается путем взаимодействия противодавлений кулачков 28 и пружин 39 через ролики 32 (фиг.3), (фиг.4), (фиг.5) и (фиг.6), (поз.f) (фиг.9) по закономерности, задаваемой профилем рабочей поверхности кулачков 28 согласно кривой (поз.f) (фиг.9).

е - для симметричной формы кулачка; f - для кулачка специальной формы.

Установка двух барабанов с подвижными шпорами на раме катка, гидропривода на задних опорных колесах, цепной передачи от задних колес на барабаны, цепной передачи между барабанами и кулачковых валиков со специальным профилем кулачков соответствующим размещением их на валиках и шпор круглой формы с заостренным наконечником рабочей поверхности позволяет:

- исключить риск напрессовки и зависания грунта между шпорами;

- исключить возможность выхвата вершинами шпор массы материала дорожного основания при выходе шпор из лунок;

- максимально плотно, четко и точно располагать лунки в дорожном основании;

- повысить эффективность, надежность и качество процесса проминки и прокалывания дорожного основания под автозимники на болотах;

- снизить повреждаемость поверхности растительного покрова в 2,5...3 раза по сравнению с предшествующими устройствами для прокалывания дорожных оснований на болотах.

На Фиг.9: h (см) - глубина входа шпоры в болотное основание в зависимости от угла (α°) поворота барабана вокруг кулачка кулачкового валика.

Каток с подвижными шпорами для подготовки оснований под автозимники на болотах содержит раму (1), рабочие органы в виде первого барабана (2) и второго барабана (3) с подвижными шпорами, установленных на раме. На раме (1) установлены два теплогенератора (5), соединенные с первым 2 и вторым 3 барабанами, электростанция (8) и гидронасосная установка (10) с баком для гидрожидкости (11). Барабан (2) с подвижными шпорами (4) смонтирован первым в средней части рамы (1) посредством двух шарнирных звеньев, закрепленных на передних опорах (13) и двух гидроцилиндрах (14), закрепленных на верхней балке (15) с возможностью вращаться вокруг горизонтальной оси кулачкового валика (16) первого барабана (2). Барабан (3) с подвижными шпорами (4) смонтирован вторым в средней части рамы (1) посредством двух шарнирных звеньев (17), закрепленных на задних опорах (18) и двух гидроцилиндрах (19), закрепленных на верхней балке (15) с возможностью вращаться вокруг горизонтальной оси кулачкового валика (16) (фиг.3) второго барабана (3). Первый барабан (2) и второй барабан (3) закрыты кожухами (20). Внутренние полости кожухов (20) соединены с теплогенераторами (5) через патрубки (21), оборудованные турбокомпрессорами. Рама (1) катка опирается на дорожное основание (22), на болотах через два передних уширенных пневмоколеса (23) низкого давления и два задних колеса (23) аналогичного типа. Дополнительный привод и взаиморасположение по углу поворота первого (2) и второго (3) барабанов осуществляются за счет установки цепной передачи (24) между первым (2) и вторым (3) барабанами, (фиг.3), цепной передачи (25) (фиг.3) от задних пневмоколес (23), (фиг.1) низкого давления на второй барабан (3), а также установки на задних пневмоколесах (23) низкого давления гидродвигателей (26). Агрегатируется каток с трактором-болотоходом типа Т-170 M1.01 посредством прицепного устройства (27). Установка двух барабанов с подвижными шпорами на раме катка, гидропривода от задних колес на барабаны и цепной передачи между барабанами и кулачковых валиков со специальным профилем кулачков и шпор круглой формы с заостренным наконечником рабочей поверхности позволяет:

- исключить риск зависания грунта между шпорами;

- исключить возможность выхвата массы материала дорожного основания вершинами шпор при выходе их из лунок;

- четко и точно располагать лунки в дорожном основании;

- повысить эффективность, надежность и качество процесса проминки и прокалывания дорожного основания под автозимники на болотах;

- значительно снизить повреждаемость растительного покрова болотного основания при прокалывании. 9 ил.

Каток с подвижными шпорами для подготовки оснований под автозимники на болотах, содержащий рабочий орган, выполненный в виде барабана со шпорами, установленный на раме, на которой расположены теплогенератор, соединенный с барабаном, электростанция и гидронасосная установка, отличающийся тем, что имеет второй барабан, при этом первый и второй барабаны состоят из блока с гнездами под сборки подпружиненных шпор цилиндрической формы с роликами, неподвижного кулачкового валика и стальной трубы большого диаметра с отверстиями под шпоры круглой формы, причем блок с гнездами имеет жесткую связь со стальной трубой большого диаметра и установлен на кулачковом валике на подшипниках качения, обеспечивающих свободное вращательное движение блоку со стальной трубой вокруг кулачковых валиков барабанов, упомянутые барабаны на раме установлены таким образом, что каждая из шпор второго барабана при его вращении попадает со смещением по диагонали в среднюю часть расстояния между шпорами в ряду первого барабана, а каждый ряд шпор второго барабана попадает в среднюю часть между рядами шпор первого барабана, каждому кулачку придана форма, обеспечивающая плавное вхождение шпоры в дорожное основание при прокалывании и крутой выход из лунки, исключающий выхват прокалываемой массы дорожного основания, при этом рабочие конечности каждой шпоры располагаются в отверстиях стальной трубы большого диаметра, между барабанами катка и его задними опорными пневмоколесами низкого давления установлена связь в виде цепной передачи, на задних колесах установлены гидродвигатели.