УСТАНОВКА ДЛЯ СТАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ НЕЖЕСТКОГО АЭРОДРОМНОГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 2024 года по МПК E01C23/07 

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации нежестких аэродромных покрытий, включая асфальтобетонные и иные покрытия, укрепленные пластичными вяжущими, а также покрытия из металлических, пластмассовых или деревянных плит.

Изобретение может быть использовано в установках для статических испытаний нежесткого аэродромного покрытия, в том числе для определения несущей способности нежестких аэродромных покрытий прямыми измерениями.

Согласно «Руководству по проектированию аэродромов. Часть 3. Покрытия» Док.9157. ИКАО», «Классификационное число воздушного судна (ACN), ACN воздушного судна численно определяется как двойная приведенная одноколесная нагрузка, выраженная в тысячах килограмм. Ранее указывалось, что давление в пневматике одного колеса устанавливается 1,25 МПа. Кроме того, приведенная одноколесная нагрузка является функцией прочности грунтового основания. Классификационное число воздушного судна (ACN) определено только для четырех категорий грунтового основания (т.е. высокая, средняя, низкая и сверхнизкая прочности). При численном определении ACN используется коэффициент «два» (2) для получения соответствующего значения ACN против шкалы полной массы, чтобы целое число значений ACN можно было использовать с приемлемой точностью.

Прямые методы определения реакции под нагрузкой. В прежних теоретических положениях, касающихся работы покрытия, отмечалась пропорциональная зависимость между нагрузкой и прогибом плиты, при этом предполагалось, что прогиб плиты должен характеризовать способность покрытия выдерживать нагрузку. При этом также предполагалось, что прогиб покрытия, установленный для определенной прилагаемой нагрузки, можно пропорционально скорректировать и предсказать прогиб, который появится при других нагрузках. Эти положения составляли основу оценки покрытий. Опыт испытаний и результаты исследовательских работ вскоре указали на сильные тенденции, устанавливающие связь между работой покрытия, величиной нагрузки и прогибом, а также привели к установлению лимитирующих прогибов для оценки. С тех пор проведено большое количество контрольных испытаний и тщательно проанализировано большое количество опытных данных, которые подтверждают тесную взаимосвязь между прогибом покрытия и предполагаемым сроком службы покрытия при повторении нагрузки «до разрушения», которая вызывает такой прогиб. Однако эту взаимосвязь, хотя она и тесная, невозможно хорошо отобразить с помощью одной линии или кривой. Она отражает довольно широкий диапазон, в пределах которого, как представляется, сказывается влияние многих второстепенных факторов».

Согласно существующим нормам и правилам («Федеральные Авиационные правила» ФАП 262, «Руководство по эксплуатации гражданских аэродромов», РЭГА РФ 94, «Руководство по проектированию аэродромов. Часть 3. Покрытия» Док.9157. ИКА), возможность эксплуатации различными типами воздушных судов искусственных покрытий аэродромов по принятому в международной практике методу ACN-PCN сводятся к определению одноколесной нагрузки при давлении в пневматике колеса 1,25 МПа, при которой достигаются предельные состояния для данного типа покрытия: предельная деформация в случае нежестких покрытий или предельный момент в случае жестких покрытий. Определение деформаций под одноколесной нагрузкой и установление предельной нагрузки, соответствующей предельной деформации, может выполняться прямыми наблюдениями. Классификационные числа PCN и ACN определяются по формуле PCN (ACN) = 2M, где M - масса в тоннах нагрузки на покрытие, приложенной через одноколесную опору с давлением в шине колеса 1,25 МПа («Руководство по эксплуатации гражданских аэродромов». РЭГА РФ 94).

Известна установка для статических испытания прочности дорожных одежд и грунтовых оснований, содержащая грунтовый канал с дорожной одеждой, гидравлический или механический домкрат с динамометром, круглый жесткий штамп и индикаторы, упорную балку, отличающаяся тем, что грунтовый канал разделен на отсеки, каждый из которых заполнен определенным типом грунта с определенной прочностью основания из него, на которых устроены дорожные одежды, при этом по боковым сторонам канала размещены анкерно закрепленные стойки, к которым закреплены направляющие для перемещения упорной балки над грунтовым основанием или дорожной одеждой (патент РФ № 2338827C1 на изобретение «УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ПРОЧНОСТИ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД И ГРУНТОВЫХ ОСНОВАНИЙ», МПК E01C 23/07, опубл. 20.11.2008). Недостатком установки является ее громоздкость, трудоемкость проведения статических испытаний и невозможность применения метода ACN-PCN для определения несущей покрытия прямыми наблюдениями.

Известна установка для испытания прочности аэродромных и дорожных покрытий, включающая опору и установленную на ней жесткую, груженную балластом платформу с пневматическими колесами по углам и приспособлением для крепления водила. В средней части платформы снизу смонтирована силовая плита с кронштейном, а опора соединена с кронштейном с возможностью ее замены через двуякоплоскостной шарнир. Нагрузка на испытуемое основание создается весом балласта, нагружаемого на платформу. Балластом могут служить, например, железобетонные плиты, которые грузятся таким образом, чтобы центр тяжести его совпадал с осью шарнира. Точность центровки контролируется по обжатию угловых транспортных колес (авторское свидетельство СССР № 579370 на изобретение «Установка для испытания прочности аэродромных и дорожных покрытий», МПК E01C 23/07, опубл. 05.11.1977). Известное устройство характеризуется громоздкостью, что затрудняет его перемещение. Кроме того, известное устройство является только средством нагружения и не позволяет определить прочность аэродромного покрытия.

Известно устройство для определения прочности дорожных одежд, содержащее раму на шарнирных опорах, на которой установлены измерительный рычаг и связанный с ним индикатор, отличающееся тем, что, с целью определения кривизны чаши прогиба поперечного профиля дорожной одежды, измерительный рычаг снабжен шарнирной опорой и пружиной натяжения, соединенной с рамой Ш-образ ной формы, при этом шарнирная опора измерительного рычага и две шарнирные опоры рамы установлены на одной оси (авторское свидетельство СССР № 1127938 на изобретение «Устройство для определения прочности дорожных одежд», МПК E01C 23/07, опубл. 07.02.1984). Недостатком известного решения является громоздкость, невысокая точность определения несущей способности покрытия и невозможность определения предельной несущей способности с применением метода ACN-PCN.

Известна установка для испытания прочности дорожных покрытий, включающая платформу с пневматическими колесами по углам и водилом, самолетную опору и балласт. Установка снабжена поворотной рамой и подъемным механизмом, платформа выполнена из двух шарнирно сочлененных частей, связанных гидроцилиндром, поворотная рама одним концом шарнирно связанна с подъемным механизмом, а балласт и самолетная опора размещены на поворотной раме. Устройство имеет два положения: транспортное и рабочее, которые изменяются при помощи гидроцилиндров (авторское свидетельство СССР № 1629368 на изобретение «Установка для испытания прочности дорожных покрытий», МПК E01C 23/07, опубл. 23.02.1991). Недостатками данного технического решения является громоздкость, невозможность менять нагрузку, невозможность определения предельной несущей способности с применением метода ACN-PCN.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков является установка для статических испытаний нежесткого аэродромного покрытия, содержащая пространственную рамную конструкцию, средство нагружения и нагружающее колесо, ось которого связана с рамной конструкцией с возможностью вращения. Рамная конструкция содержит продольные и поперечные балок с опорными колесами и водилом. Установка снабжена грузовой фермой, выполненной из продольных и поперечных балок с консолями и подвешенной посредством пальцев и подшипников на поперечных балках рамы с возможностью балансирования относительно продольной оси рамы, а средство нагружения (грузы) размещены на консолях грузовой фермы. Установка снабжена демпфирующими элементами, продольные балки грузовой фермы размещены под продольными балками рамы, а демпфирующие элементы - между продольными балками рамы и грузовой фермы (авторское свидетельство СССР №1731892 на изобретение «Тележка для нагружения дорожных покрытий», МПК E01C 23/07, опубл. 07.05.1992). Недостатком установки является ее громоздкость, трудоемкость проведения статических испытаний и невозможность использования метода ACN-PCN для определения предельной несущей способности покрытия прямыми наблюдениями.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание эффективного устройства для статических испытаний нежесткого аэродромного покрытия.

Технический результат, достигаемый в результате решения поставленной задачи, заключается в упрощении проведения статических испытаний для определения несущей способности нежестких аэродромных покрытий за счет снижения трудозатрат на монтаж и транспортировку установки и повышении точности измерений за счет обеспечения возможности определения предельной нагрузки прямыми измерениями по методу ACN-PCN.

Указанный технический результат достигается тем, что установка для статических испытаний нежесткого аэродромного покрытия содержит пространственную рамную конструкцию, средство нагружения и нагружающее колесо, ось которого связана с рамной конструкцией с возможностью вращения. Рамная конструкция выполнена сборно-разборной. В качества нагружающего колеса использовано пневмоколесо с давлением 12,5 ± 0,5 кг/см², установленное по центральной продольной оси рамной конструкции. В качестве средства нагружения использованы два синхронно работающие домкрата, установленные на рамной конструкции, по обеим сторонам от колеса. Установка содержит две маслостанции, одна из которых подключена через разветвитель к домкратам, а другая – к тормозной системе пневмоколеса.

Предпочтительно, чтобы рамная конструкция содержала: две продольные балки, две поперечные планки и опорную плиту для продольных балок; при этом каждая из продольных балок была выполнена составной из жестко соединенных горизонтальной и наклонной продольных балок и содержала по две обоймы с подшипниками, одна из которых была закреплена в месте соединения наклонной и горизонтальной продольных балок и предназначена для связи с осью нагружающего колеса, а вторая обойма была закреплена в конце наклонной продольной балки и предназначена для связи с осью, жестко закрепленной на опорной плите, поперечные планки были связаны с продольным балками посредством болтового соединения.

Предпочтительно также, чтобы ось на опорной плите была жестко закреплена через металлическую вставку.

Предпочтительно также, чтобы рамная конструкция содержала страховочные ограничители для домкрата, установленные на продольных балках.

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с прототипом показал, что во всех случаях исполнения оно отличается от известного, наиболее близкого технического решения:

- выполнением рамной конструкции сборно-разборной;

- использованием в качества нагружающего колеса пневмоколеса с давлением 12,5 ± 0,5 кг/см²;

- выполнением нагружающего колеса, установленным по центральной продольной оси рамной конструкции;

- использованием в качестве средства нагружения двух синхронно работающих домкратов, установленных на рамной конструкции, по обеим сторонам от колеса;

- наличием двух маслостанций, одна из которых подключена к домкратам через разветвитель, а другая подключена к тормозной системе пневмоколеса.

В предпочтительных случаях исполнения изобретение отличается от известного, наиболее близкого технического решения:

- выполнением рамной конструкции содержащей: две продольные балки, две поперечные планки и опорную плиту для продольных балок;

- выполнением каждой из продольных балок составной из жестко соединенных горизонтальной и наклонной продольных балок;

- выполнением продольных балок, содержащими по две обоймы с подшипниками, одна из которых закреплена в месте соединения наклонной и горизонтальной продольных балок и предназначена для связи с осью нагружающего колеса, а вторая обойма закреплена в конце наклонной продольной балки и предназначена для связи с осью, жестко закрепленной на опорной плите, выполнением поперечных планок, связанными с продольным балками посредством болтового соединения;

- наличие на опорной плите оси, жестко с закрепленной через металлическую вставку;

- выполнением рамной конструкции, содержащей страховочные ограничители для домкрата;

- выполнением страховочных ограничителей, установленными на продольных балках.

Выполнение рамной конструкции сборно-разборной упрощает монтаж и транспортировку установки. Использование в качества нагружающего колеса пневмоколеса с давлением 12,5 ± 0,5 кг/см², выполнением нагружающего колеса, установленным по центральной продольной оси рамной конструкции, использование в качестве средства нагружения двух синхронно работающих домкратов, установленных на рамной конструкции, по обеим сторонам от колеса, наличие двух маслостанций, одна из которых подключена к домкратам через разветвитель, а другая подключена к тормозной системе пневмоколеса позволяет создать увеличивающуюся до достижения предельной деформации нагрузку при постоянном удельном давлении пневмоколеса на нагружаемую поверхность покрытия, упрощает и повышает точность определения несущей способности аэродромного покрытия, обеспечивая возможность определения предельной нагрузки прямыми измерениями по методу ACN-PCN.

Выполнение рамной конструкции содержащей: две продольные балки, две поперечные планки и опорную плиту для продольных балок; выполнение каждой из продольных балок составной из жестко соединенных горизонтальной и наклонной продольных балок, выполнение продольных балок, содержащими по две обоймы с подшипниками, одна из которых закреплена в месте соединения наклонной и горизонтальной продольных балок и предназначена для связи с осью нагружающего колеса, а вторая обойма закреплена в конце наклонной продольной балки и предназначена для связи с осью, жестко закрепленной на опорной плите, наличие на опорной плите оси, жестко с закрепленной через металлическую вставку, выполнением рамной конструкции, содержащей страховочные ограничители для домкрата, установленных на продольных балках, выполнение поперечных планок, связанными с продольным балками посредством болтового соединения, обеспечивает возможность быстрого монтажа и разборки при транспортировке, устойчивое положение установки, простоту и точность определения предельных нагрузок.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется схемными чертежами устройства для оценки ровности поверхности аэродромного покрытия, представленными на фиг. 1-4.

На фиг. 1 представлен схемный чертеж установки для статических испытаний нежесткого аэродромного покрытия, вид сбоку.

На фиг. 2 представлен схемный чертеж установки для статических испытаний нежесткого аэродромного покрытия, изометрический вид рамной конструкции.

На фиг. 3 представлен схемный чертеж установки для статических испытаний нежесткого аэродромного покрытия, разрез Б-Б на фиг. 1.

На фиг. 4 представлен схемный чертеж установки для статических испытаний нежесткого аэродромного покрытия, разрез В-В на фиг. 1.

В предпочтительном варианте исполнения установка для статических испытаний нежесткого аэродромного покрытия содержит пространственную сборно-разборную рамную конструкцию 1, средство нагружения 2 и нагружающее колесо 3, установленное по центральной продольной оси рамной конструкции 1. В качества нагружающего колеса 3 использовано пневмоколесо с давлением 12,5 ± 0,5 кг/см². Ось 4 пневмоколеса 3 связана с рамной конструкцией 1 с возможностью вращения. В качестве средства нагружения 2 использованы два синхронно работающие домкрата 2-1, 2-2, установленные на рамной конструкции 1, по обеим сторонам от колеса 3. Установка содержит маслостанцию 5, подключенную через разветвитель 6 к домкратам 2-1, 2-2, и маслостанцию 7, подключенную к тормозной системе (на чертеже не показана) пневмоколеса 3 шлангом высокого давления 8. Рамная конструкция 1 содержит: две продольные балки 9, 10 две поперечные планки 11, 12 и опорную плиту 13 для продольных балок 9, 10. Каждая из продольных балок 9, 10 выполнена составной и содержит горизонтальные 9.1, 10.1 и наклонные 9.2, 10.2 продольные балки жёстко соединены внахлест посредством сварки. Продольные балки 9, 10 содержат обоймы 14 с подшипниками 15 для связи с осью 4 колеса 3. На свободных концах каждой из наклонных 9.2, 10.2 продольных балок жестко закреплено посредством сварки по обойме 16 с подшипниками 17 для связи с осью 18, жестко закрепленной на опорной плите 13 через металлическую вставку 19. Рамная конструкция 1 содержит страховочные ограничители 20 для домкратов 2.1, 2.2, установленные на горизонтальных продольных балках 9.1, 10.1. Поперечные планки 11, 12 связаны с продольным балками 9, 10 посредством болтового соединения 21

Пример исполнения заявленной установки

Установка для статических испытаний нежесткого аэродромного покрытия включает авиационное колесо 3 с пневматиком широкого профиля, например 950×400, давлением 12,5+0,5 кг/см² и допустимой стояночной нагрузкой 11500 кг. Может применяться колесо 1080×400 с давлением 12,5+0,5 кг/см², стояночной нагрузкой 13800 кг или иные колеса с давлением 12,5 кг/см² и высокой стояночной нагрузкой. Колесо 3 нагружается двумя синхронно работающими домкратами 2.1, 2.2, упирающимися в противовес средства нагружения 2, например противовес экскаватора. Колесо 3 установлено в рамную конструкцию 1, включающую продольные балки 9, 10 из угольного прокатного профиля №10, имеющие горизонтальные полки 9.1, 9.2 и наклонные части – лафеты 9.2 и 10.2, соединенные сваркой, причем полки 9.1, 10.1 приварены внахлест соответственно на лафетные наклонные части 9.2, 10.2. Наклонные лафетные части 9.2, 10.2 имеют длину 2500 мм и опираются на поперечную опорную плиту 13 длиной 2000 мм из стальной полосы 20×300 мм. Соединение лафетных частей 9.2, 10.2 и поперечной опорной плиты 13 осуществляется за счет обойм 16 с металлическими (бронзовыми или чугунными) подшипниками скольжения 17, в которые входит ось 18, приваренная к поперечной опорной плите 13 через металлическую вставку 19 для обеспечения возможности вращения обоймы 16 вокруг оси 18. Обоймы 16 приварены к лафетным частям 9.2, 10.2 продольных балок 9, 10. Ось 4 колеса 3 входит в обойму 14 с подшипниками скольжения 15. Обойма приварена к продольным балкам 9, 10 в месте соединения – лафетных частей 9.2, 10.2 и соответствующих горизонтальных полок 9.1, 10.1.

Лафетные части 9.2, 10.2 и горизонтальные полки 9.1, 10.1 выполнены симметрично слева и справа от колеса 3 и имеют возможность быть сняты с осей 4, 18 для демонтажа и перевозки всей конструкции. В рабочем положении левая и правая часть рамной конструкции 1 фиксируются в рабочем положении на осях при помощи верхней 11 и нижней 12 фиксирующих планок, присоединенных болтовым соединением 21 к левой 9 и правой 10 продольным балкам рамы. На горизонтальные полки 9.1, 10.1 в момент испытаний устанавливаются два однотипных домкрата 2.1, 2.2, например ДГ10-200П или ДГ20-200 мм, присоединенных через разветвитель 6 и два шланга высокого давления 23 к одной маслозакачивающей станции с манометром 24, например НРГ 2000-2,2, через разветвитель 6, позволяющий синхронно подключить два домкрата 2.1, 2.2. Маслозакачивающая станция 7, например НРГ 700-2,7, присоединяется к тормозной системе колеса шлангом высокого давления 8. Для установки домкратов на горизонтальных полках 9.1,10.1 приварены страховочные ограничители 20 из углового профиля №10. Для измерения деформаций покрытия под нагрузкой применяется прецизионный нивелир с точностью замера 0,01-0,05 мм, отсчеты снимаются по маркам со шкалой имеющей миллиметровые деления, установленным у колеса. Стопорный болт 25 предназначен для фиксации оси 4 колеса 3 .

Заявляемая установка с эталонным давлением в пневматике колеса 1,25 МПа для статического нагружения обеспечивает определение предельной нагрузки, соответствующей предельной деформации (прогибу) нежесткого покрытия, установленного для аэродромных нежестких покрытий в соответствии с п.7.9.3. СП 121.13339-2019 «Аэродромы» или в случае металлических, пластиковых или деревянных плит изготовителем поименованных плит. Установка нагружает пневмоколесо до достижения предельного прогиба. При достижении предельного прогиба фиксируется предельная нагрузка. Удвоенная предельная нагрузка соответствует классификационному числу покрытия PCN. Таким образом, применение предлагаемой установки для статических испытаний аэродромных покрытий позволяет установить классификационное число PCN нежестких облегченных покрытий прямыми измерениями При этом категория грунта устанавливается по результатам штамповых испытаний, зондирования или инженерно-геологических изысканий, выполненных при строительстве аэродрома, толщина асфальтобетонных слоев устанавливается по результатам бурения или по проектно-исполнительной документации строительства аэродрома.

Перечень конструктивных элементов

1 пространственная сборно-разборная рамная конструкция

2 средство нагружения

2.1 домкрат левый

2.2 домкрат правый

3 нагружающее певмоколесо

4 ось пневмоколеса

5 маслостанция, подключенная к домкратам 2-1, 2-2,

6 разветвитель для подключения маслостанции к домкратам

7 маслостанция, подключенная к тормозной системе пневмоколеса

8 шланг высокого давления подключения маслостанции 7 к тормозной системе пневмоколеса

9 продольная балка левая

9.1 горизонтальные продольная балка левая

9.2 наклонная продольная балка левая

10 продольная балка правая

10. 1 горизонтальная продольная балка правая

10.2 наклонная продольная балка правая

11 поперечная планка верхняя

12 поперечная планка нижняя

13 опорная плита

14 обойма для связи продольных балок 9, 10 с осью 4 колеса 3

15 подшипник скольжения обоймы 14

16 обойма для связи с осью 18 на опорной плите

17 подшипник скольжения обоймы 16

18 ось на опорной плите

19 металлическая вставка, соединяющая ось 18 с опорной плитой 13

20 страховочные ограничители для домкратов 2.1, 2.2, установленные на горизонтальных продольных балках 9.1, 10.1

21 болтовое соединение поперечных планок 11, 12 с продольным балками 9, 10

22 …

23 шланги высокого давления, присоединенные от домкратов через разветвитель к маслозакачивающей станции 5

24 манометр маслозакачивающей станции 5 для домкратов

25 стопорный винт для фиксации оси 4 колеса 3.

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации нежестких аэродромных покрытий и может быть использовано в установках для статических испытаний нежесткого аэродромного покрытия, в том числе для определения несущей способности нежестких аэродромных покрытий прямыми измерениями. Устройство содержит пространственную рамную конструкцию, средство нагружения и нагружающее колесо, ось которого связана с рамной конструкцией с возможностью вращения. Рамная конструкция выполнена сборно-разборной. В качестве нагружающего колеса использовано пневмоколесо с давлением 12,5 ± 0,5 кг/см², установленное по центральной продольной оси рамной конструкции. В качестве средства нагружения использованы два синхронно работающие домкрата, установленные на рамной конструкции, по обеим сторонам от колеса. Устройство содержит две маслостанции, одна из которых подключена через разветвитель к домкратам, а другая – к тормозной системе пневмоколеса. Технический результат заключается в упрощении проведения статических испытаний и повышении точности измерений. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Установка для статических испытаний нежесткого аэродромного покрытия, содержащая пространственную рамную конструкцию, средство нагружения и нагружающее колесо, ось которого связана с рамной конструкцией с возможностью вращения, отличающаяся тем, что рамная конструкция выполнена сборно-разборной, в качестве нагружающего колеса использовано пневмоколесо с давлением 12,5 ± 0,5 кг/см², установленное по центральной продольной оси рамной конструкции, в качестве средства нагружения использованы два синхронно работающие домкрата, установленные на рамной конструкции, по обеим сторонам от колеса, установка содержит две маслостанции, одна из которых подключена через разветвитель к домкратам, а другая – к тормозной системе пневмоколеса.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что рамная конструкция содержит: две продольные балки, две поперечные планки и опорную плиту для продольных балок; каждая из продольных балок выполнена составной из жестко соединенных горизонтальной и наклонной продольных балок и содержит по две обоймы с подшипниками, одна из которых закреплена в месте соединения наклонной и горизонтальной продольных балок и предназначена для связи с осью нагружающего колеса, а вторая обойма закреплена в конце наклонной продольной балки и предназначена для связи с осью, жестко закрепленной на опорной плите, а поперечные планки связаны с продольным балками посредством болтового соединения.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что ось на опорной плите жестко закреплена через металлическую вставку.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что рамная конструкция содержит страховочные ограничители для домкрата, установленные на продольных балках.