УСТАНОВКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ ДОРОГИ

Предлагаемое устройство относится к области строительного оборудования, в частности, для упрочнения грунтового основания при строительстве автомобильных дорог.
В настоящее время в мире, в том числе и в России автомобильные дороги являются одним из основных видов транспорта для перевозки грузов и пассажиров.
Естественно, что чем качественнее дороги, тем дольше они эксплуатируются без ремонта, тем меньше они изнашивают автотранспорт, который по ним ездит, и тем меньше расходуется автомобилями топливно-смазочных материалов.
Однако такие дороги очень дорогие и требуют очень больших капитальных вложений при их строительстве.
Строительство дорог - особо актуальный вопрос для современной России, имеющей большую территорию, и не имеющей даже минимальной необходимой сети автомобильных дорог, особо в сельской местности.
Поэтому удешевление строительства автомобильных дорог, особенно нижних категорий (2-5) - важная государственная задача.
В связи с вышеуказанным, наряду с классическими технологиями строительства автомобильных дорог, важное значение могут иметь нетрадиционные технологии строительства, например, с использованием электрохимического упрочнения специально подготовленных грунтов.
Известно устройство (1) для электрохимического упрочнения смеси измельченного и увлажненного грунта с щелочными добавками путем пропускания постоянного тока, выполненное в виде набора электродов располагаемых на поверхности обрабатываемого участка и подключаемых к генератору постоянного тока.
Недостатками данного устройства являются, во-первых, большие трудозатраты на установку электрооборудования и, как следствие, низкая производительность, и во-вторых, нестабильность прочностных характеристик грунта по площади обработки вследствие использования при обработке грунта постоянного тока только одного направления.
Известно устройство (2) для электрохимического упрочнения смеси измельченного, увлажненного грунта с щелочными добавками путем пропускания постоянного тока через электроды, выполненные в виде катков, к одному из которых подсоединен «+», а к другому - «-» генератора постоянного тока.
Недостатком и данного устройства, несмотря на некоторое повышение производительности обработки, являлась нестабильность прочностных характеристик упрочненного грунта по площади обработки вследствие использования при обработке грунта только одного направления постоянного тока.
Известно устройство (3) для электрохимического упрочнения смеси измельченного, увлажненного грунта с щелочными добавками, выполненное в виде самоходной установки со смонтированным на ней узлом электрохимического упрочнения, включающим генератор постоянного тока, набор навесных пар поперечно установленных катков - электродов, подсоединенных к генератору так, что в парах обеспечивается разное направление прохождения тока через грунт.
Недостатками данного устройства, несмотря на повышение производительности и улучшение стабильности прочностных характеристик обработанного грунта, являлись: во-первых, зависимость прочностных характеристик обработанного грунта от качества поверхности подготовленного для обработки грунта, и, во-вторых, значительное время на настройку работы валков-электродов.
Вышеуказанное устройство (3) взято авторами в качестве прототипа предложенного, как наиболее близкое по технической сущности, так и по достигаемому техническому эффекту при использовании.
Задачей, которую авторы ставили при разработке предлагаемого устройства являлось повышение стабильности прочностных характеристик обработанного грунтового основания дороги за счет уменьшения влияния на данную характеристику качества подготовки поверхности грунта под обработку, с одновременным повышением производительности установки за счет уменьшения времени на подготовительные операции при настройке валков-электродов.
Данная задача решена в предлагаемой конструкции, содержащей самоходное шасси с узлом подвески и изменения высоты катков - электродов над обрабатываемым грунтовым снованием, в виде рамы, размещенной под шасси для закрепления на ней катков - электродов своими осями и подвешенной на гидроцилиндре, установленном на шасси, узел для пропускания через грунтовое основание в виде смеси утрамбованного и увлажненного измельченного грунта с химическими добавками, повышающими щелочную составляющую грунта, постоянного, импульсного, знакопеременного тока, включающий катки - электроды, соединенные с генератором постоянного тока через аппаратуру управления величиной и направлением постоянного тока между разноименными катками-электродами.
Новыми существенными признаками установки являются:
- закрепление катков-электродов своими осями непосредственно на общей раме узла подвески и изменения высоты катков - электродов над обрабатываемым грунтовым основанием;
- размещение рамы для крепления катков - электродов узла подвески и изменения высоты катков - электродов над обрабатываемым грунтовым основанием под шасси установки.
В частных случаях выполнения установки:
- токопроводящая обечайка каждого катка - электрода выполнена в осевом направлении катка составной, из нескольких частей, подпружиненных относительно оси катка с возможностью самостоятельного радиального перемещения;
- части обечаек соседних катков размещены на осях с возможностью перекрытия следа на обрабатываемом грунтовом основании при работе установки.
Новыми существенными признаками в частных случаях выполнения установки являются:
- выполнение токопроводящей обечайки каждого катка - электрода в осевом направлении катка составной, из нескольких частей, подпружиненных относительно оси катка с возможностью самостоятельного радиального перемещения;
- размещение частей обечаек соседних катков на осях с возможностью перекрытия следа на обрабатываемом грунтовом основании при работе установки.
По мнению авторов, вышеуказанные, новые признаки в совокупности с остальными позволяют повысить стабильность прочностных характеристик обработанного грунтового основания за счет уменьшения влияния качества подготовки поверхности грунта под обработку, с одновременным повышением производительности установки за счет уменьшения времени на подготовительные операции настройки валков.
Вышеуказанное позволяет признать указанные признаки существенными.
Предложенная установка представлена на фиг.1-4, где:
- на фиг.1 представлена общая компоновка установки;
- на фиг.2 представлен продольный разрез катка-электрода;
- па фиг.3 представлен поперечный разрез катка-электрода по пружинам;
- на фиг.4 представлена проекция катков-электродов на обрабатываемою грунтовую поверхность.
Самоходная установка для электрохимического упрочнения подготовленного грунтового дорожного полотна состоит из самоходное шасси 1 с размещенным на нем узлом подвески и изменения высоты катков - электродов над обрабатываемым грунтовым снованием, который содержит установленный на шасси 1 гидроцилиндр 2 с закрепленной на нем горизонтальной рамой 3, размещенной под шасси 1 между колесной базой 13.
Непосредственно на раме 3 на токопроводящих осях 4 установлен набор катков - электродов 5, являющихся частью узла пропускания через грунтовое основание постоянного, импульсного, знакопеременного тока, который кроме катков - электродов 5 включает еще генератор 6 постоянного тока и аппаратуру 7 управления величиной и направлением постоянного тока между разноименными катками-электродами 5.
Наружная токопроводящая обечайка 8 каждого катка-электрода 5 выполнена в осевом направлении катка составной, из нескольких частей (см. фиг.2), каждая из которых установлена с возможностью самостоятельного радиального перемещения относительно оси 4 за счет набора радиально сориентированных пружин 9, установленных между обечайкой 8 и осью 4 в обойме 12 (см. фиг.3).
Части обечаек 8 соседних катков 5 размещены на осях 4 с возможностью перекрытия следа на обрабатываемом грунтовом покрытии при работе остановки (фиг.4).
Аппаратура управления 7 величиной и направлением постоянного тока содержит регулятор величины постоянного тока 10 и коммутатор - переключатель 11 направления постоянного тока к каткам - электродам 5.
Работа установки заключается в следующем
В соответствии с известной технологией (2) подготовленный участок утрамбованной смеси измельченного увлажненного гранта с химическими добавками, повышающими его щелочную и кислотную составляющие, подвергается обработке постоянным импульсным знакопеременным током, путем перемещения предложенной установки по типу дорожною катка в прямом и обратном направлении.
Параметры обработки - плотность тока и количество проездов по обрабатываемому участку рассчитываются в соответствии с технологическими картами участка (2).
При нерабочем перемещении установки рама 4 с катками - электродами 5, за счет гидроцилиндра 2 приподнимается над землей, что существенно позволяет облегчить транспортировку установки к месту ее работы.
В рабочем режиме рама 4 с катками - электродами 5 этим же гидроцилиндром 2 вывешивается над уровнем грунта, подлежащего обработке, на необходимой высоте.
При перемещении установки в рабочем режиме генератор 6 вырабатывает постоянный ток, который регулируется по величине и направлению проходя через элементы 10, 11 аппаратуры управления 7 и далее через силовые линии поступает на токоподводящие оси 4 соответствующих катков 5, которые образуют электродные пары, контактирующие с подготовленным для обработки грантом, через которые пропускается постоянный ток.
При этом в результате сложных электрохимических, электроосматических, электролизных и др. процессов, происходящих в грунтовом основании, представляющем собой смесь утрамбованного и увлажненного измельченного грунта с химическими добавками, при пропускании постоянного знакопеременного тока, последнее упрочняется и превращается в некий синтезированный материал с прочностью, влагостойкостью, химической стойкостью, удовлетворяющей требованиям, предъявляемым даже к основаниям дорог средней категории качества, что доказано практикой отработки технологии.
Необходимо отметить, что новая подвеска катков - электродов (в прототипе каждый жесткий каток - электрод крепился к раме, установленной на гидроцилиндре в кузове автомобиля, на двух консольных двухметровых штангах-амортизаторах) в сочетании с выполнением наружной токопроводящей части 8 катков-электродов 5 в поперечном направлении составной, из нескольких частей, имеющих возможность самостоятельного радиального перемещения за счет пружинной подвески 9, позволили существенно улучшить прилегание катков-электродов 5, к поверхности грунтового основания по сравнению с прототипом, уменьшили влияние на данную характеристику качества подготовки поверхности грунта и, как следствие, повысили качество обработки грунтового основания и стабильность прочностных характеристик обработанного грунта, и одновременно повысить производительность установки за счет уменьшения времени на подготовительные операции при настройке катков - электродов.
При изготовлении установки использованы стандартные узлы и комплектующие, используемые в строительной технике. Так, например, для компоновки устройства использовано шасси автомобилей «ЗИЛ», «Урал» бортовой, в качестве генератора 6 постоянного тока - типовой агрегат ДАЛ-16, а в аппаратуре управления 7, в качестве регулятора 10 величины постоянного тока использован элемент НВ-15.
В настоящее время авторами изготовлен опытный образец установки, который прошел предварительные испытания, подтвердившие технический эффект, изложенный в материалах заявки.
Литература.
1. а.с. СССР №100527 от 18.11.1943 г. МПК: E02D, 3/12, «Способ упрочнения грунтов», авторы: Г.В.Богомолов, А.С.Коржуев и М.М.Кудрявцева.
2. а.с. СССР №66750 от 12.02.1944 г. МПК: E02D, 3/12, «Способ электрохимического закрепления грунтов», автор: М.М.Кудрявцева.
3. а.с. СССР №99251 от 20.11.1953 г. МПК: E02D, 3/12, «Самоходная установка для электростабилизации грунта». Авторы: В.И.Борисов, А.С.Морозов, Ф.Ф.Артюхин.