ДОРОЖНЫЙ КАТОК Советский патент 1996 года по МПК E01C19/26 

Изобретение относится к строительству, а именно к машинам для уплотнения асфальтобетона и других связанных дорожно-строительных материалов, преимущественно, к каткам статического и вибрационного действия.

Целью изобретения является снижение энергоемкости процесса уплотнения при одновременном повышении качества дорожного покрытия.

На чертеже изображена вакуумная камера катка.

Дорожный каток содержит раму 1 с вальцами 2, между которыми подвешена при помощи привода вертикального перемещения, выполненного в виде силового цилиндра 3 с канатно-блочной системой 4, вакуумная камера 5, выполненная в виде цилиндра и открытая со стороны дорожного покрытия. Внутри вакуумной камеры 5 с возможностью свободного вращения вокруг оси размещен перфорированный диск 6 с установленными на нем лопастями 7. Диск через ступицу 8 соединен с гидромотором 9, жестко закрепленным по центру на верхней стенке 10 камеры 5. Цилиндрическая боковая стенка 11 с отверстиями 12 вакуумной камеры 5 ограничена снизу эластичным уплотнением 13. К вакуумной камере 5 сверху примыкает сообщающаяся с ней отверстиями 14 пневматическая камера 15, образованная верхней стенкой 10 вакуумной камеры 5 и пластиной 16, соединенными наружным 17 и внутренним 18 эластичными элементами в виде стенок, передающими полный вес вакуумной камеры 5 на пластину 16. Отверстия 14 выполнены как можно ближе к внутреннему эластичному элементу 18. Наружный эластичный элемент 17 размещен на одинаковом расстоянии от центра с боковой стенкой 11 камеры 5 по ее периметру. Камеру 5 посредством направляющих 19 и винтовой пары 20 устанавливают на раме 1.

Дорожный каток работает следующим образом. При уплотнении дорожного покрытия шток гидроцилиндра 3 выдвигается и вакуумная камера 5 опускается в рабочее положение, при котором упоры 20 устанавливаются на раме 1. При включении гидромотора в гидросистему катка диск 6, с установленными на нем лопастями 7, начинает вращаться и перемещать находящиеся в камере 5 массы воздуха от ее центра к периферии. Перемещаемые массы воздуха выбрасываются через отверстия 12 боковой стенки 11 камеры 5, создавая тем самым разрежение в вакуумной камере 5 и в пневматической камере 15. Перфорация диска 6 выполнена с целью уравновешиваний давления с обеих его сторон и устранения осевой нагрузки на диск, исключая тем самым его прогиб.

Разрежение в вакуумной камере распределяется неравномерно. Как показали лабораторные эксперименты, разрежение больше в центре камеры, чем у ее краев.

Проведенные расчеты позволили установить, что, исходя из требуемых условий работы вакуумного устройства, площадь вакуумной камеры 5 может превышать площадь пневматической камеры 15 не более чем на 20% В этом случае сила, с которой вакуумная камера 5 притягивается к поверхности уплотняемого материала, меньше силы притяжения верхней стенки 10 к пластине 16. Вследствие этого верхняя стенка 10 приближается к пластине 16, деформируя эластичные элементы 17 и 18, являющиеся стенками пневматической камеры 15, и между эластичным уплотнением 13 вакуумной камеры 5 и дорожным покрытием остается зазор h, который определяется жесткостью элементов 17 и 18, а также величиной разрежения в вакуумной камере 5 и пневматической камере 15.

В дальнейшем воздух под действием вращающегося диска 6 с лопастями 7 перемещается от центра вакуумной камеры 5 к ее краям, по инерции выбрасываясь частично через отверстия 12 в цилиндрической стенке 11 камеры 5 и, частично, через зазор h между эластичным уплотнением 13 и дорожным покрытием, создавая тем самым воздушный поток (воздушную рубашку), препятствующий попаданию свободного воздуха из атмосферы в полость вакуумной камеры 5 через зазор h и разбрасывающий в стороны из зоны действия вакуумной камеры смачивающую уплотняющие вальцы 2 жидкость, оставшуюся на поверхности покрытия после их прохода. Таким образом, выбрасываемые лопастями 7 массы воздуха через отверстия 12 и зазор h обеспечивают в вакуумной камере 5 разрежение и компенсируют фильтрацию воздуха внутрь вакуумной камеры 5 через поры в уплотняемом материале и частичное подсасывание воздуха через зазор. Усилие разрежения в вакуумной камере 5 передается через направляющие 19 и регулируемые с помощью винтовой пары упоры 20 сверху на раму 1, обеспечивая увеличение сцепного веса дорожного катка.

По мере укатывания плотность уплотняемого материала увеличивается, уменьшается осадка рабочих органов вальцов 2 дорожного катка и увеличивается зазор h. При этом давление в вакуумной камере 5 увеличивается по причине некоторого подсасывания воздуха через увеличенный зазор h. Увеличенное давление передается в пневматическую камеру 15 и, воздействуя на ее стенки, обеспечивает обратную деформацию наружного 17 и внутреннего 18 эластичных элементов, т.е. их растяжение. При этом высота пневматической камеры 15 увеличивается, а вакуумная камера 5 опускается, способствуя уменьшению давления в ней.

Если давление в вакуумной камере 5 уменьшается при уменьшении зазора h, то уменьшается давление и в пневматической камере 15. Под действием снизившегося давления происходит уменьшение объема пневматической камеры 15 за счет сжатия ее эластичных элементов 17 и 18. Вследствие этого, вакуумная камера 5 приподнимается и давление в ней восстанавливается. Таким образом, обеспечивается автоматическое регулирование давления в вакуумной камере 5 и поддержание его на постоянном уровне.

Для выяснения закономерностей работы предлагаемой конструкции вакуумного устройства нами проведены лабораторные испытания макетного образца вакуумной камеры. Макет имел уменьшенные в 2,86 раза размеры по сравнению с действительным объектом. Все эксперименты проводились согласно теории подобия, используемой при моделировании лопастных машин, согласно которой величина разрежения в вакуумной камере действительного объекта равна величине разрежения в макете вакуумной камеры, умноженной на квадрат коэффициента геометрического подобия, т.е.

ΔP_в.к= ΔP_м•K2T

=ΔP_м•2,86², (1)
В результате экспериментов установлено, что величина разрежения в предлагаемой конструкции вакуумной камеры распределяется неравномерно по всей площади вакуумной камеры 5 и имеет максимальное значение в центре камеры, убывающее от центра к периферии по определенному закону, т.е.

ΔP_м= f(R), (2)
где R радиус вакуумной камеры.

Тогда сила притяжения вакуумной камеры к покрытию, например, при R 600 мм,

Чтобы между вакуумной камерой и поверхностью уплотняемого материала образовался зазор h, необходимо, чтобы сила F_в.к. была меньше силы притяжения вакуумной камеры F_п.к к пластине 16, т.е. F_в.к. < F_п.к. (4)
Так как величина разрежения в пневматической камере 15 имеет в каждый момент времени постоянное значение по всему ее объему, то можно определить минимальную площадь пневматической камеры 15, при которой будет осуществляться автоматическое регулирование установки вакуумной камеры 5 над покрытием. Так, при R 600 мм и площади вакуумной камеры Sв.к 1,13 м² условие (4) выполняется, как показали расчеты, при площади пневматической камеры 15, имеющей значения S_п.к. > 0,86 м².

С учетом возможности использования на различных дорожных катках вакуумных камер с соответствующими им радиусами R, расчетным путем установлено, что площадь вакуумной камеры S_в.к. может быть больше площади пневматической камеры S_п.к не более чем на 20% согласно условию (4).

Нами были проведены расчеты по определению мощности, идущей на создание необходимого в вакуумной камере разрежения. Расчеты велись по двум вариантам: по конструкции прототипа и по предлагаемой конструкции, чтобы можно было произвести сравнение.

Используя известные физические зависимости для определения весового расхода воздуха через зазор h под действием перепада давлений атмосферного и в вакуумной камере, для прототипа расчетным путем установлено, что этот расход для вакуумной камеры диаметром 1,2 м равен 16,18 Н/с при величине зазора h 20 мм.

Кроме того, используя известные зависимости, был определен расход воздуха через уплотняемый слой при фильтрации воздуха под действием вакуумной камеры. При тех же геометрических размерах вакуумной камеры для начала процесса уплотнения этот расход равен 0,9 Н/с. Таким образом, полный весовой расход воздуха, необходимый для создания необходимого разрежения в прототипе, равен 17,08 Н/с, что соответствует мощности вакуумного наcoca, с учетом механического КПД равной 21,23 кВт.

Что касается мощности, требуемой для создания необходимого для работы предлагаемой вакуумной камеры разрежания, то она зависит от весового расхода воздуха, обеспечивающегося при его фильтрации через уплотняемый слой, и от весового расхода воздуха, поступление которого через зазор h в вакуумную камеру ограничено воздушным потоком (воздушной рубашкой), направленным из полости вакуумной камеры с помощью лопастей 7. Если первый весовой расход, обусловленный фильтрацией воздуха через слой, как и в случае прототипа, равен для начала процесса уплотнения 0,9 Н/с при R 0,6 м, то второй расход определить расчетом не представлялось возможным в силу отсутствия соответствующих математических выражений. Поэтому, этот расход был определен экспериментальным путем в лабораторных условиях, используя при этом теорию подобия. В первом случае вакуумная камера (макет) была опущена на покрытие (h 0) и определялась мощность мотора, требуемая для создания необходимого разрежения. Во втором случае между макетом вакуумной камеры и покрытием устанавливался зазор, соответствующий 20 мм на действительном объекте, а также замерялась мощность, требуемая для создания необходимого разрежения. Используя прямую пропорцию в мощностях и теорию подобия, были определены весовой расход воздуха, необходимый для создания требуемого разрежения в предлагаемой вакуумной камере, равный 2,88 Н/с для начала процесса уплотнения и при R 0,6 м, а также мощность, с учетом КПД гидромотора равная 3,58 кВт.

Таким образом, расчеты и эксперименты позволили установить, что мощность на привод предлагаемой конструкции вакуумного устройства в шесть с лишним раз меньше мощности, идущей на привод вакуумного устройства прототипа. В результате лабораторных экспериментов и расчетов установлено, что предлагаемая конструкция вакуумного устройства позволяет сэкономить мощность на его привод в шесть раз, по сравнению с прототипом, или снизить общую энергоемкость катка, с учетом мощности на его передвижение, на 25 30%
Предлагаемая конструкция вакуумного устройства требует значительного меньшего, по сравнению с прототипом, расхода воздуха для создания в вакуумной камере необходимого разрежения. Это ведет к тому, что существенно снижается скорость потока воздуха в зазоре между уплотнением камеры 13 и дорожным покрытием а, следовательно, отсутствует разрушение покрытия путем вырывания частиц смеси потоком воздуха. Данное обстоятельство положительно сказывается на качестве дорожного покрытия.

Направление потока воздуха из центра к периферии вакуумной камеры обеспечивает отсутствие смачивающей вальцы катка жидкости в зоне работы камеры, что устраняет проникновение жидкости внутрь уплотняемого слоя по порам. Отсутствие смачивающей вальцы катка жидкости внутри уплотняемого слоя также ведет к повышению качества готового покрытия и к продлению его срока службы.

Отсутствие у вакуумного устройства специального компрессора с соответствующим приводом для создания вакуума, с одной стороны, и некоторое усложнение конструкции вакуумной камеры, с другой стороны, в целом ведет к упрощению общей конструкции вакуумного устройства, а следовательно, и дорожного катка в целом, по сравнению с прототипом, что снижает материальные и трудовые затраты при его изготовлении.

Изобретение относится к машинам для уплотнения дорожно-строительных материалов и позволит снизить энергоемкость процесса уплотнения при одновременном повышении качества дорожного покрытия. Дорожный каток содержит раму, самоходное шасси с уплотняющими рабочими органами и средства создания вакуума. На раме смонтирована вакуумная камера. Вакуумная камера сообщена с пневматической камерой. Пневматическая камера образована верхней стенкой вакуумной камеры и эластичными элементами. Средства создания вакуума выполнены в виде перфорированного диска. Диск установлен по вертикальной оси в вакуумной камере. Диск выполнен с лопастями. В корпусе вакуумной камеры по периметру образованы отверстия. 1 ил.

Дорожный каток, содержащий самоходное шасси с уплотняющими рабочими органами, средство создания вакуума, смонтированную на раме катка с возможностью вертикального перемещения по направляющим вакуумную камеру, открытую со стороны дорожного покрытия и сообщенную с пневматической камерой, образованной верхней стенкой вакуумной камеры, жестко прикрепленной к направляющим пластиной, смонтированной над верхней стенкой вакуумной камеры, и эластичными элементами, посредством которых пластина соединена по периметру с верхней стенкой вакуумной камеры, отличающийся тем, что, с целью снижения энергоемкости процесса уплотнения при одновременном повышении качества дорожного покрытия, средство создания вакуума выполнено в виде симметрично установленного по вертикальной оси в вакуумной камере перфорированного приводного диска с лопастями, а в корпусе вакуумной камеры по периметру в плоскости диска образованы отверстия.