МАШИНА ДЛЯ УКЛАДКИ ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ В ДОРОЖНОЕ ПОЛОТНО И СПОСОБ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ
MACHINE FOR LAYING OF GEOSYNTHETIC MATERIALS INTO ROADBED AND METHOD OF ITS OPERATION

Заявленное техническое решение относится к области автодорожного, железнодорожного, аэродромного строительства и, в частности, к дорожным машинам, предназначенным для укрепления грунтов на площадках различного назначения и обустройства дорожной одежды постоянных, временных дорог, железнодорожных насыпей и аэродромов, путем укладки в сооружаемую грунтовую конструкцию дорожной одежды армирующих геосинтетических материалов, например, таких как объемная георешетка и геотекстиль, с целью улучшения ее прочностных и эксплуатационных свойств.
Известны и распространены способы укладки геосинтетических материалов, таких как, например, геотекстиль, геосетка, объемная георешетка, на предварительно подготовленную земельную поверхность по ее площади вручную, путем растягивания упомянутых материалов большим количеством дорожных рабочих, с последующим закреплением растянутых секций временными анкерами, впоследствии извлекаемыми перед нанесением верхнего слоя дорожной одежды (покрытия).
Известна машина для укладки геосинтетических материалов в подбалластный слой железнодорожного полотна без снятия рельсошпальной решетки (патент на изобретение №2477349 от 10 марта 2013 г.), принятая за прототип.
Машина содержит устройство для подъема рельсошпальной решетки. Машина снабжена устройством для содержания и подачи геотекстиля, предназначенного для его укладывания под объемную георешетку, устройствами для барабанного содержания объемной георешетки, устройством для подачи объемной георешетки под поднятую рельсошпальную решетку и растягивания ее на обусловленную проектом ширину направляющими механизмами с регулируемым углом разведения относительно оси машины, вставляемыми своими ребрами в конструкцию георешетки.
Георешетка защищена от соскальзывания с направляющих конструктивно сопряженными с ними элементами. Машина также снабжена устройством для содержания, подачи и распределения засыпного материала в объемную георешетку, устройством для сбрасывания засыпного материала с поверхности шпал и головок рельсов в междушпальные ящики, устройством для увлажнения засыпного материала перед его уплотнением, устройством для выравнивания и уплотнения засыпного материала.
Недостатком машины-прототипа является конструкция устройства содержания георешетки, т.к. предложен горизонтальный барабан с навитой на нем сложенной (нерастянутой) георешеткой в виде протяженной плети прямоугольного сечения, которая, при вытягивании для подачи на растяжку, придает вращению барабана различную скорость при изменении диаметра намотки, что обуславливает необходимость устранять инерцию вращения тормозами, причем погрешности торможения чреваты сходом плети с барабана и образованием петель, при этом возможно возникновение травмоопасной ситуации.
Следует также отметить, что прототип разрабатывался и применяется исключительно для целей ж/д строительства, поэтому просто непригоден для работ без наличия рельсошпальной решетки, по которой движется машина.
Известен механизированный способ укладки геосинтетических материалов (геотекстиля и объемной георешетки) в конструкцию дороги (патент на изобретение RU №2476634 от 27 февраля 2013 г.), принятый за прототип, состоящий в том, что тяговым усилием специальной дорожной машины на подготовленный к обустройству участок земляного полотна растягивают геоматериалы (геотекстиль и объемную георешетку).
Геоматериалы извлекают из находящихся на машине либо сопряженных с ней платформах устройств содержания, причем объемную георешетку устанавливают поверх геотекстиля и трансформируют в ячеистую объемную конструкцию, которая на начальном участке крепится к грунту несколькими временными анкерными стойками, а затем сразу же засыпается обусловленным проектом материалом (песок, песчано-гравийная смесь и т.п.) из расположенного на машине либо сопряженного с ней бункера, причем засыпной материал сразу же разравнивается и уплотняется.
При использовании способа, принятого за прототип, растянутая георешетка фиксируется временными анкерами, применение которых допускает возможность слабой фиксации штырей при попадании в твердый грунт, а следовательно, необходимость ручного добивания незакрепленных штырей.
Также при реализации этого способа затруднена замена барабанов для содержания георешетки после расходования плети. Предполагается наличие дополнительной техники (подъемных кранов) для снятия пустого и установки нового барабана. В условиях узких мест при ремонте, например ж/д пути, это порождает дополнительные сложности.
Кроме того, недостаточная емкость барабана, а следовательно, длина обустраиваемого пути будет обуславливать частые остановки машины для смены барабана, т.е. потребуется увеличение времени ремонтных работ ("окна").
Известен пакетный способ хранения и использования объемной георешетки, состоящий в компактной укладке на носителе плети объемной георешетки обусловленной длины, при котором объемная георешетка сложена серпантином в единичный слой или пакет (стопку) слоев, между которыми проложены конструктивные элементы, позволяющие разъединить слои друг от друга, причем использование георешетки осуществляется ее вытягиванием за один из концов, а вытягиваемый слой изолирован от воздействия других слоев (заявка РФ RU 2014136768).
Задачей настоящего технического решения является распространение упомянутого способа, в настоящее время реализуемого только в железнодорожном строительстве для укладки геосинтетических материалов (геотекстиля и объемной георешетки) в защитный подбалластный слой железнодорожного полотна, на другие области дорожного строительства путем разработки конструкции полезной машины, не связанной с использованием рельсового пути, а также применение в предлагаемой машине с целью увеличения площади дорожной поверхности, обустраиваемой в промежутках между зарядками машины расходуемыми геосинтетическими материалами, пакетного способа хранения и использования объемной георешетки, и исключение необходимости установки и извлечения временных анкеров для удержания растянутой формы объемной георешетки до ее засыпки.
Упомянутые в заявке способ и машина реализуются выполнением технологических операций по обустройству поверхности с использованием носителя большой проходимости, т.е. широкого диапазона применения, с которого производится укладка на подготовленный грунт в обусловленных технологическим проектом местах подстилающего полотнища геотекстиля и, поверх него, объемной георешетки с последующей засыпкой, разравниванием и уплотнением ее засыпной смесью, причем носитель снабжен несколькими пакетами из георешетки большой длины, компактно послойно уложенной серпантином, а слои пакета скреплены стяжками, предотвращающими их рассыпание при хранении и транспортировке.
Для предотвращения сцепления слои проложены съемными конструктивными элементами, убираемыми по мере расходования слоя.
Наличие съемных конструктивных элементов позволяет приподнимать все верхние слои пакета над нижним слоем с помощью подъемного устройства, захватывающего концы этих элементов, тем самым освобождая нижний слой плети для вытягивания за свободный конец механизмом вытягивания плети механизм растяжки объемной георешетки.
Механизм растяжки объемной георешетки, так же как и механизм крепления рулона геотекстиля, в описываемом техническом решении аналогичен механизмам машины-прототипа.
Растянутая объемная георешетка сохраняет свое положение благодаря заполнению ее ячеек засыпной смесью из засыпателя, который представляет собой раму на колесном ходу, сопряженную с направляющими механизма растяжки.
Колеса засыпателя установлены на балансирах, позволяющих сохранять горизонтальное положение бункера засыпателя при укладке объемной георешетки соседней полосы, во время которой оси колес расположены на разной высоте.
На раме засыпателя установлены также бункер засыпателя, предназначенный для содержания засыпной смеси и дозированной выдачи ее на засыпку георешетки по ее краям, содержащий также шнековый ворошитель слежавшейся засыпной смеси, отвал, разравнивающий и уплотняющий засыпанную смесь, прижимной ролик и профильные резиновые гусеницы свободного вращения, исключающие изменение конфигурации объемной георешетки до ее засыпки, тем самым исключающие необходимость использования временных анкеров.
Пополнение засыпной смеси в бункере засыпателе осуществляется стандартной дорожной техникой (погрузчики фронтальные и телескопические, экскаваторы-погрузчики и т.п.).
Перемещения колес засыпателя происходит по колеям за пределами георешетки, что исключает возможность повреждения решетки до момента ее засыпания засыпной смесью и ее уплотнения.
Указанные способ и машина укладки геоматериалов (объемной георешетки и геотекстиля) имеют преимущества в сравнении с прототипами, поскольку не связаны с применением рельсового пути, позволяют обустраивать неограниченную площадь поверхности установкой на ней объемной георешетки в любом, обусловленном заданием направлении, проще по способу хранения и извлечения георешетки на растяжку, проще по конструкции, поскольку отсутствуют барабан и устройства, обеспечивающие и регулирующие скорость вращения барабана, в пакете хранится большая длина плети георешетки, чем в барабане допустимых на железной дороге габаритов, что сокращает число простоев, связанных с заменой расходуемого материала, используют носитель высокой проходимости.
Следует также отметить, что прототип разрабатывался и применяется исключительно для целей ж/д строительства, поэтому просто непригоден для работ без наличия рельсошпальной решетки, по которой движется машина.
Заявляемые способ и машина позволяют производить работы по оборудованию дорожного полотна в широком диапазоне областей применения при существенном сокращении ручного труда и времени выполнения работ.
Техническая сущность решения полезной машины поясняется Фиг. 1-4, на которых изображены проекции машины в сборе, а на Фиг. 2 дано ее объемное изображение. На Фиг. 3 изображен засыпатель, фиксирующий георешетку и геотекстиль в расправленном состоянии до этапа основной засыпки грунтом. На Фиг. 4 изображена профильная резиновая гусеница, фиксирующая раскрытую георешетку.
1. Головная секция тягового модуля;
2. Ведомая секция;
3. Соединительный узел платформы и гусеничных секций;
4. Платформа для установки поддонов;
5. Боковые направляющие поддона резервной георешетки;
6. Подъемные стойки пакетов георешетки;
7. Складной гидравлический кран;
8. Поддон с пакетом георешетки;
9. Транспортные стяжки пакета;
10. Механизм вытягивания плети георешетки;
11. Направляющие устройства раскрытия георешетки;
12. Рама засыпателя;
13. Рулон подстилающего геотекстиля;
14. Прижимной ролик;
15. Бункер засыпателя;
16. Профильная резиновая гусеница;
17. Сминаемый зуб гусеницы;
18. Тележка профильной резиновой гусеницы;
19. Направляющие катки гусеницы;
20. Дозатор выдачи грунта;
21. Отвал-скребок;
22. Гидроцилиндры регулировки прижима отвала;
23. Ячейки, засыпанные грунтом;
24. Опорные колеса засыпателя георешетки.
Предложенная полезная машина для укладки геосинтетических материалов в дорожное полотно (Фиг. 1 и Фиг. 2) состоит из стандартного тягового модуля, состоящего из головной секции 1 и ведомой секции 2, в качестве основы которых используется упомянутый выше двухзвенный вездеход на гусеничном ходу ДТ-10/20/30, с необходимыми доработками.
Тяговый модуль доработан установкой соединительных шарнирных узлов 3, расположенных на головной 1 и ведомой секции 2, и установленных на них платформой 4 с направляющими 5 и подъемными стойками 6.
На платформе 4 в районе головной секции транспортера 1 жестко закреплен складной гидравлический кран 7. С помощью крана 7 на платформу 4 и направляющие 5 последовательно устанавливаются два транспортных поддона 8 с закрепленными на них пакетами объемной георешетки. Поддоны с пакетами георешетки 8 имеют возможность перемещаться по направляющим 5 силовыми механизмами (например, лебедками), входящими в экипировку транспортера.
Каждый пакет на платформе 8 закреплен транспортными стяжками 9, которые не дают преждевременно смещаться поддону и плети георешетки при транспортировке и хранении.
Концы конструктивных элементов, расположенных между слоями плети в пакете, находящемся на ведомой секции транспортера, перед началом работ вводятся в зацепление с конструктивными элементами подъемных стоек 6, второй пакет устанавливается и закрепляется после первого на направляющие 5 головной секции 1.
На конце платформы 4 после пакета, находящегося на ведомой секции, устанавливается механизм вытягивания плети георешетки 10, состоящий из вертикально расположенных прижимных и силовых роликов.
Направляющие устройства раскрытия георешетки 11 опираются на раму засыпателя 12 (Фиг. 3). Установленный под направляющей 11 рулон с полотнищем геотекстиля 13 разматывается одновременно (или, при подготовке работ, в иной технологической последовательности) с укладкой на него растягиваемой георешетки, образуя подстилающее полотнище. Развернутая георешетка по высоте фиксируется прижимным роликом 14, чтобы исключить ее схождение с направляющих 11. Для фиксации развернутой георешетки по ширине, т.е. для предотвращения закрытия ячеек расправленной георешетки, используются установленные справа и слева бункера засыпателя 15 профильные резиновые гусеницы 16 со сминаемыми зубьями-"подушками" 17, облегающими ребра ячеек георешетки при прижатии к ней зуба-"подушки".
Гусеницы закреплены на тележках 18 крепящей подпружиненной подвеской к раме засыпателя 12 и вращаются вместе с направляющими катками 19, гусеницы и катки приводятся в движение воздействием стенок ячеек георешетки при зацеплении с ними зубьями-"подушками" 17 при перемещении засыпателя 15, что препятствует обратному схождению растянутых ячеек, пока они находятся под засыпатеплем 15.
Над гусеницами 16 на раме засыпателя 12 (Фиг. 3) расположен бункер засыпателя 15 с грунтом, который поступает с левым и правым дозаторами 20. При работе засыпная смесь поступает в дозаторы самотеком. Для предотвращения слипания грунта в бункере 15 в нем устанавливается шнековый ворошитель (не показан).
Закрепленный на раме засыпателя 15 клиновой отвал-скребок 21 предназначен для разравнивания засыпной смеси и поджатия его с помощью гидроцилиндров 22, что позволяет засыпать ячейки по краям георешетки 23 для образования двух закрепляющих полос засыпанных ячеек, не позволяющих всей растянутой георешетке менять свою конфигурацию.
Опорные колеса засыпателя 24 установлены на балансирах, позволяющих сохранять горизонтальное положение бункера засыпателя при перемещении их, с одной стороны, по засыпанной георешетке, а с другой - по подготовленному к приему геоматериалов уровню грунта.
Пополнение засыпной смеси в бункере засыпателя 15 осуществляется стандартной дорожной техникой.
Описанная выше машина для укладки геоматериалов в дорожное полотно применяется следующим способом:
- машина, снаряженная объемной георешеткой и геотекстилем, с заполненным засыпной смесью бункером засыпателя, устанавливается в соответствии с технологическим процессом на расчищенную и подготовленную трассу;
- с пакета плети, установленного на ведомой секции транспортера, снимаются транспортные стяжки;
- после снятия транспортных стяжек подъемные стойки поднимают все слои пакета, находящегося на ведомой секции транспортера, (кроме нижнего) вверх, что позволяет освободить нижнюю плеть георешетки вручную либо ручной лебедкой, вытянуть ее и закрепить ее между вертикальными роликами устройства подачи георешетки, которое затем вытягивает плеть на величину, достаточную для заправки в приемный узел устройства раскрытия георешетки, причем так, чтобы края плети были зафиксированы на направляющих и скользили по ним, что обусловило бы при движении тягового модуля переход георешетки из состояния "плети" в состояние полного раскрытия, при условии закрепления конца развернутой георешетки, уложенного на грунт, с помощью засыпателя;
- контролируется наличие зацепления профильных гусениц с ячейками растянутой георешетки с обеих ее сторон;
- машина начинает движение. По мере продвижения машины надлежит контролировать засыпку растянутой над геотекстилем объемной георешетки засыпным материалом из дозаторов бункера, откуда он двумя ручьями - справа и слева - стекает на правый и левый края лежащей на грунте георешетки, закрепляя ее по месту, проверять равномерность заполнения и уплотнения ячеек по краям растянутой георешетки;
- бункер надлежит пополнять по мере опорожнения стандартными погрузчиками, для чего в технологически обусловленном месте следует организовать хранилище засыпной смеси;
- после извлечения всех петель георешетки с нижнего слоя удалить освободившиеся межслойные прокладки для повторного использования - опустить оставшийся пакет до упора в транспортный поддон, освободить новый нижний слой плети, приподняв над ним стопку слоев пакета с помощью подъемных стоек;
- начать вытягивать георешетку с этого слоя до полного извлечения.
Далее указанные действия повторяются до полного срабатывания всего пакета, после чего пустой транспортный поддон удаляется.
Затем транспортером подачи пакетов на освободившееся место доставляют поддон с оставшимся пакетом, и операции по его использованию повторяются.
После укладки всей объемной георешетки, содержавшейся на машине, она отводится на перезарядку, а уложенную георешетку с подостланным под нее геотекстилем полностью засыпают засыпной смесью, производят ее разравнивание и уплотнение стандартными дорожными машинами, после чего производят изготовление прочих слоев дорожной одежды в соответствии с проектом.
Технический результат, полученный вследствие применения предложенной машины упомянутым способом, выражается в ускорении и удешевлении технологического процесса изготовления дорожной одежды за счет возможности механизированного обустройства больших площадей поверхности грунтоукрепляющим покрытием, таким как объемная георешетка и геотекстиль. Причем увеличение площадей обустройства возникает не только за счет уменьшения использования ручного труда, используемого для этого в настоящее время, но и за счет применения пакетирования объемной георешетки, как способа, позволяющего разместить большее количество грунтоукрепляющего покрытия в единице предназначенного для содержания покрытия объема носителя, сократить время перезарядки машины расходуемым материалом, уменьшить количество транспорта, используемого для его перемещения.