КАТОК ДЛЯ ПРОМИНКИ ОСНОВАНИЙ ДОРОГ Российский патент 2010 года по МПК E01C19/26 

Изобретение относится к машинам для ускоренной подготовки оснований при возведении зимних дорог на болотах, а именно к машинам для проминки с формированием продольных полос в промораживаемых заболоченных основаниях в Северных условиях.

Известно устройство для образования лунок в грунте (SU 1742416 А1, кл. E02D 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 поверхности барабана со шпорами массы грунта, растительных остатков и влаги в момент проминки и вдавливания шпор, а также низкая эффективность процесса армирования по верхнему слою проминаемой поверхности 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 проминки до полного прекращения процесса.

Наиболее близким к заявляемому катку для проминки оснований является устройство для очистки поверхности рабочего органа машины (RU 2122616 C1, E01C 19/26, опубл. 27.11.1998, бюл. 33), содержащее раму и установленный на ней каток со шпорами. На раме установлен теплогенератор с форсунками, 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 низкая эффективность процесса проминки под дорожное основание 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

Задачей, на реализацию которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка устройства - катка для проминки дорожных оснований, обеспечивающего повышение эффективности процесса проминки поверхности дорожного основания под автозимники на болотах, исключая при этом риск выхвата грунта вершиной рабочего органа и повреждения проминаемой болотной поверхности.

Указанный технический результат достигается тем, что каток для проминки оснований дорог состоит из двух ступеней, соединенных между собой с помощью шарнира, через который при поворотах обеспечивается свободный поворот первой ступени относительно второй. Первая ступень представляет собой двухрядный пневмокаток с пневмоколесами, установленными на осях в шахматном порядке таким образом, что полосы, остающиеся не промятыми пневмоколесами первого ряда, проминаются пневмоколесами второго ряда. На раме второй ступени с помощью шарниров, гидроцилиндров и посредством оси установлен стальной барабан с профильными поясами на окружной поверхности. При этом рабочая поверхность профильных поясов и торцевых кромок стального барабана имеет округлую форму. На осях стального барабана и пневмоколесах установлены гидродвигатели с целью исключения бульдозерного эффекта. Перед первой ступенью комбинированного катка установлен планировщик-выравниватель с помощью шарниров и гидроцилиндров. На раме первой ступени установлено оборудование для гидропривода, а на раме второй ступени установлено оборудование для выработки электрической и тепловой энергии.

Наличие в устройстве новых элементов - профильных поясов, смонтированных на окружной поверхности барабана, обеспечивает формирование профильных полос в уплотняемой поверхности дорожного основания до выступления воды. Профильные пояса представляют собой выступы в форме кольцевых профилей на окружной рабочей поверхности стального барабана, предназначенные для формирования профильных полос (канавок) в уплотняемой грунтовой поверхности. При этом повышение эффективности проминки решается путем создания условий для ускорения процесса промораживания в глубину. А решение второй проблемы с точки зрения сохранения окружающей среды достигается путем создания условий для сохранения корневой системы от разрывов в процессе деформации при проминке и формировании профильных полос.

Основным фактором создания условий для ускоренного процесса промораживания в глубину является соотношение площадей теплообмена, соприкасающихся со средой окружающего морозного воздуха как источником холода и промораживаемой торфяной болотной поверхностью как потребителем холода. Роль промежуточной среды в теплообмене целесообразно выполнять посредством сбора и замораживания воды, как среды с высоким коэффициентом теплопроводности, в специально сформированных профильных полосах. Так, например, коэффициент теплопроводности не промятой поверхности воздушно-сухого торфа составляет 0,012…0,14 Вт/мК, а промятой поверхности, представляющей собой мерзлый влагонасыщенный торф, - 1,1…1,2 Вт/мК. Еще больший коэффициент теплопроводности характерен для льда 2,22…2,35 Вт/мК.

На основании вышеизложенного принято: ширина профильных поясов l'=2r, где r - радиус профильных поясов в поперечном сечении. Расстояние между осевыми линиями профильных поясов l определяется в зависимости от необходимой глубины промораживания и может быть определено по формуле

и тогда l=(h'''+r-r·cosα)2tgα+2r·sinα,

где α - угол наклона к вертикали радиуса промораживания, исходящего из произвольной точки формируемой поверхности профильной полосы, h''' - глубина формируемых профильных полос.

Соотношение расстояний l между осевыми линиями профильных поясов и радиусами r профильных поясов в поперечном сечении определяется коэффициентом ε=8, которое можно записать уравнением l=ε·r.

Количество профильных поясов z на стальном барабане длиной L и длиной припусков на левом и правом его торцевых концах l'' будет равно

Соотношение между необходимой глубиной промораживания Н и расстоянием l между осевыми линиями профильных поясов определяется коэффициентом τ, что можно записать как:

l=τ·H,

где коэффициент τ в зависимости от необходимой глубины промораживания Н будет иметь значения при: 20 см=1,5; 30 см=1,17; 40 см=1,0; 50 см=0,9.

Сохранение корневой системы от разрывов может подстраховываться величиной коэффициента растяжения корневой растительной системы γ, который оценивается отношением

При дополнительной к 2r величине углубления ВС условие допустимого значения коэффициента растяжения корневой растительной системы γ можно записать так:

γ<2

где ВС=Δh=(0…0,75)r.

Кроме этого, снижению возможной вероятности разрыва корневой системы способствует округлая форма рабочей поверхности профильных поясов и торцевых кромок стального барабана.

Общая глубина промораживания Н будет складываться из глубины поверхностного промораживания h^IV и глубины промораживания через лед h^V в профильных поясах и представится таким образом: Н=h^IV+h^V, где h^IV=2r и h^V=4r.

Изобретение поясняется чертежами,

где на фиг.1 изображен общий вид катка для проминки оснований дорог;

на фиг.2 - схема стального барабана катка для проминки дорожного основания, Д_б - диаметр стального барабана, Д_п - диаметр по внешней поверхности профильных поясов, L- длина стального барабана; l - расстояние между осевыми линиями профильных поясов, r - радиус профильных поясов в поперечном сечении;

на фиг.3 - схема проминки дорожного основания пневмоколесами катка, h -глубина проминки после прохода первой оси пневмокатка, h' - после прохода второй оси пневмокатка, е - модуль упругой деформации, L' - ширина захвата пневмокатка;

на фиг.4 - схема проминки дорожного основания стальным барабаном катка, h'' - суммарная глубина проминки после прохода стального барабана, h''' - глубина формируемых профильных полос, L'' - ширина захвата стального барабана;

на фиг.5 - схема к обоснованию основных параметров стального барабана катка для проминки дорожного основания, h^IV - глубина поверхностного промораживания дорожного основания через уплотняемую поверхность, h^V - глубина промораживания сплошного и несплошного через лед в профильных полосах, R,R' - радиусы промораживания соответственно с перекрытием и без перекрытия, l - расстояние между осевыми линиями профильных поясов, r - радиус профильных поясов в поперечном сечении, α - угол наклона к вертикали радиуса промораживания;

на фиг.6 - схема к обоснованию коэффициента растяжения корневой растительной системы - γ, r - радиус профильных поясов в поперечном сечении, h^VI - высота профильных поясов, Δh - дополнительное увеличение высоты профильных поясов.

Каток для проминки оснований (фиг.1 и фиг.2) содержит раму 1 первой ступени и раму 2 второй ступени, соединенные между собой шарниром 3, посредством которого при поворотах обеспечивается свободный поворот первой ступени относительно второй. Первая ступень представляет собой двухрядный пневмокаток с пневмоколесами 4, смонтированными на осях 5. Пневмоколеса 4 установлены на раме 1 первой ступени в шахматном порядке таким образом, что полосы, не промятой поверхности пневмоколесами первой оси, проминаются пневмоколесами второй оси (фиг.3). На раме 2 в средней части второй ступени катка для проминки оснований установлен стальной барабан 6 (фиг.1 и 2) с профильными поясами 7, смонтированными на окружной поверхности барабана 6. Переходы рабочих поверхностей профильных поясов 7 с диаметром по внешней поверхности (наружной окружности) Д_п (фиг.2) имеют округлую форму. Стальной барабан 6 (фиг.1) установлен на раме 2 второй ступени с помощью оси 8. На оси 8 стального барабана 6 установлен гидродвигатель 9. Для устранения бульдозерного эффекта гидродвигатели 10 установлены на первой и второй осях 5 двухрядного пневмокатка, опорных передних 11 и задних 12 пневмоколесах.

На раме 2 второй ступени установлен теплогенератор 13 с теплопроводом 14 и емкость для топлива 15, а также электростанция 16 с топливным баком 17.

На раме 1 первой ступени установлена гидронасосная установка 18 с баком для гидрожидкости 19. Перед первой ступенью катка для проминки оснований установлен планировщик-выравниватель 20 с помощью шарниров 21 и гидроцилиндров 22. Планировщик-выравниватель 20 предназначен для предварительной подготовки к проминанию дорожного основания 23.

Стальной барабан 6 установлен на раме 2 второй ступени с помощью шарниров 24, закрепленных на передних стойках 25 и гидроцилиндров 26, закрепленных на верхней балке 27. Поверхность стального барабана 6 изолирована от окружающей среды термокожухом 28. Термокожух 28 представляет собой стальной лист, изолированный по наружной поверхности термостойким изоляционным материалом. Внутренняя полость между барабаном 6 и термокожухом 28 соединена с теплогенератором 13 посредством теплопровода 14, оборудованного турбокомпрессором. Кроме того, на раме 1 первой ступени установлены два ряда пневмокатков с пневмоколесами 4 посредством осей 5, шарниров 30 и гидроцилиндров 31. Агрегатируется каток для проминки оснований с трактором - болотоходом типа Т-170 Ml 01 посредством прицепного устройства 29.

Каток для проминки оснований дорог под автозимники на болотах работает следующим образом.

В период наступления устойчивых заморозков и первых снегопадов начинают ускоренную подготовку подмораживаемой поверхности дорожного основания 23 (фиг.1) на болотах. Для этого каток для проминки оснований дорог под автозимники на болотах, установленный на двух передних пневмоколесах 11 и двух задних пневмоколесах 12, буксируется с помощью прицепного устройства 29 на заданное рабочее место. Далее опускается в рабочее положение до контакта с поверхностью дорожного основания 23 на болоте планировщик-выравниватель 20 с помощью шарниров 21, гидроцилиндров 22 и рамы 1 первой ступени, а также первая и вторая оси 5 пневмокатка с пневмоколесами 4 посредством шарниров 30 и гидроцилиндров 31. Опускается в рабочее положение до контакта с проминаемой поверхностью стальной барабан 6 посредством шарниров 24, гидроцилиндров 26, передних стоек 25, верхней балки 27 и рамы второй ступени 2. Запускается в рабочее состояние электростанция 16 с питанием из топливного бака 17 и теплогенератор 13, запитанный из емкости для топлива 15. Горячие газы из теплогенератора 13 по теплопроводу 14 поступают в пространство между стальным барабаном 6 и термокожухом 28 и тем самым исключается возможность намораживания на профильных поясах 7 и поверхности барабана 6 воды и составляющих примесей болотной поверхности дорожного основания 23. Запускается в рабочее состояние гидронасосная установка 18, запитанная из бака для гидрожидкости 19, включается передача трактора - болотохода и агрегат начинает рабочий ход с обеспечением плавности рабочего хода с помощью шарнира 3.

Установка на окружной рабочей поверхности стального барабана 6 профильных поясов 7 позволяет:

упростить устройство катка для проминки оснований дорог за счет компактности схемы;

повысить эффективность, надежность и качество процесса проминки оснований под автозимники на болотах с формированием профильных полос путем упрощения конструкции и внедрения рабочих элементов в виде профильных поясов с округлой формой рабочих поверхностей;

снизить стоимость изготовления и расходов на эксплуатацию катка для проминки оснований за счет упрощения конструкции;

исключить риск повреждения растительного покрова болотного основания, т.к. проминку оснований под автозимники на болотах с формированием профильных полос рекомендуется проводить через снежную прослойку, т.е. при наличии снежного покрова 5…10 см, до выступления воды на поверхности;

снизить повреждения корневой системы за счет ограничения величины коэффициента растяжения корневой растительной системы γ<2 при формировании профильных полос (канавок) и округлой формы рабочих поверхностей профильных поясов, а также торцевых поверхностей стального барабана.

Изобретение относится к машинам для ускоренной подготовки оснований при возведении зимних автодорог на болотах. Для повышения качества и прочности подготавливаемой поверхности болотного основания под автозимники, эффективности процесса проминки и ускорения процесса промораживания, проминаемой болотной поверхности, упрощения конструкции, снижения стоимости изготовления и расходов на эксплуатацию катка для проминки оснований каток для проминки оснований дорог содержит раму первой ступени и раму второй ступени, соединенные между собой с помощью шарнира, посредством которого при поворотах обеспечивается свободный поворот первой ступени относительно второй. Первая ступень представляет собой двухрядный пневмокаток с пневмоколесами, установленными на осях в шахматном порядке таким образом, что полосы, остающиеся не промятыми пневмоколесами первого ряда, проминаются пневмоколесами второго ряда. На раме второй ступени с помощью шарниров и гидроцилиндров и посредством оси установлен стальной барабан с профильными поясами, смонтированными на окружной поверхности барабана. Переходы рабочих поверхностей профильных поясов и торцевых кромок стального барабана имеют округлую форму, а коэффициент растяжения корневой растительности γ определяется как соотношение длины, огибающей окружные рабочие поверхности профильных поясов, равной 2πτ+2 ВС, и длины основания профильных поясов, равной 4r в поперечном сечении. Соотношение размеров поверхностей теплообмена через замороженную воду в профильных полосах определяется посредством оптимального отношения коэффициента ε: расстояний между осевыми линиями профильных поясов 1 и радиусами профильных поясов r в поперечном сечении ε=¹/_r=8. Перед первой ступенью комбинированного катка установлен планировщик-выравниватель с помощью шарниров и гидроцилиндров. На раме первой ступени установлено оборудование для гидропривода, на раме второй ступени установлено оборудование для выработки электрической и тепловой энергии. 6 ил.

Каток для проминки оснований, содержащий раму первой и второй ступеней, соединенные между собой с помощью шарнира, посредством которого при поворотах обеспечивается свободный поворот первой ступени относительно второй, при этом первая ступень представляет собой двухрядный пневмокаток с пневмоколесами, установленными на осях в шахматном порядке таким образом, что полосы, остающиеся не промятыми пневмоколесами первого ряда, проминаются пневмоколесами второго ряда, оси установлены на раме первой ступени с помощью шарниров и гидроцилиндров; на раме второй ступени с помощью шарниров и гидроцилиндров и посредством оси установлен стальной барабан с профильными поясами, смонтированными на окружной поверхности барабана, переходы рабочих поверхностей профильных поясов и торцевых кромок стального барабана имеют округлую форму, а коэффициент растяжения корневой растительной системы γ, представляющий собой соотношение длины огибающей окружные рабочие поверхности профильных поясов, равной 2πτ+2 ВС, и длины основания профильных поясов, равной 4r в поперечном сечении, определяют из условия:

где ВС - величина углубления, r - радиус профильных поясов в поперечном сечении, при этом соотношение размеров поверхностей теплообмена через замороженную воду в профильных полосах определено посредством коэффициента ε как ε=¹/_r=8, где l - расстояние между осевыми линиями профильных поясов; на оси стального барабана установлен гидродвигатель, дополнительно гидродвигатели установлены на передних и задних опорных пневмоколесах и на первой и второй осях пневмокатка, перед первой ступенью катка для проминки оснований установлен планировщик-выравниватель с помощью шарниров и гидроцилиндров; на раме первой ступени установлено оборудование для гидропривода, на раме второй ступени установлено оборудование для выработки электрической и тепловой энергии.