ВИБРОТРАМБОВКА ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
VIBRATING RAMMER FOR COMPACTION OF ROAD CONSTRUCTION MATERIALS

Изобретение относится к области строительной техники, в частности к поверхностным вибрационным плитам, используемым для послойного уплотнения предварительно спланированных насыпных грунтов, гравийно-щебеночных материалов на различных площадках, например дорожках парков и приусадебных участков, в стесненных условиях строительства - траншеях и пазухах, а также для уплотнения асфальтобетонных смесей при ямочном ремонте дорог.
Плиты, как правило, имеют плоский рабочий орган, который вводится в состояние колебательных движений и перемещается по поверхности грунта. Они (плиты) в большинстве случаев имеют центробежный возбудитель колебаний или вибратор, представляющий собой вал с эксцентриком, вращение которого преимущественно осуществляется от двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Для изоляции последнего от вибрации его располагают на отдельной раме (платформе), которая связана с плитой посредством различного рода амортизаторов. При работе вибратора возникает центробежная или вынуждающая сила, которая приводит в колебательное движение плиту. За счет кинетической энергии плиты в состояние колебательного движения вводятся контактирующие с ней частицы грунта, что и способствует его уплотнению. При отсутствии ударных импульсов со стороны уплотнителя частицы грунта оказываются под воздействием только инерционных сил, характерных для вибрации. Поэтому вибрированием уплотняются несвязные и слабо связные грунты - пески, супеси, у которых связи между частицами невелики. Связный грунт, характеризуемый значительными силами связи между частицами, может быть уплотнен вибрированием, сочетающимся с дополнительной нагрузкой, имеющей ударный (трамбующий) характер. Для уплотнения связных грунтов используются вибротрамбующие плиты. В данном случае эффективность уплотнения оценивается величиной ударного импульса, который определяется как произведение массы падающего тела на его скорость в момент удара. При работе вибротрамбующей плиты взаимодействующий с ней материал подвергается совместному воздействию вибрации и удара, что существенно расширяет диапазон грунтов различной связности, подвергаемый уплотнению.
Важным параметром вибрационного уплотнителя является его способность к самостоятельному перемещению в процессе уплотнения. Для этого используют вибраторы направленного или ненаправленного действия. В первом случае корпус вибратора устанавливают под углом к горизонту. Во втором случае вибратор смещают относительно центра тяжести плиты вперед по ходу ее движения [Хархута Н.Я. Машины для уплотнения грунтов. Л., «Машиностроение», 1973, 176 с.].
Известна вибротрамбовка [SU №1470834], предназначенная для уплотнения грунта, содержащая трамбующую плиту (далее плита) с крышкой, образующих корпус. На плите расположен привод, соединенный с вибратором клиноременной передачей. Для возможности работы плиты в режиме вибротрамбования и одновременного ее передвижения, вибратор смещен относительно центра тяжести плиты вперед. Плита установлена под острым углом к уплотняемой поверхности, а на ее опорной части, передней по ходу ее движения, выполнены канавки трапециевидной формы. Канавки служат для исключения отката плиты назад и получения возможности устойчивого движения вперед.
Основными недостатком описанной вибротрамбовки является наличие на передней части плиты канавок трапецеидальной формы, которые существенно ухудшают условия уплотнения различных дорожно-строительных материалов. В процессе работы вибротрамбовки верхний слой уплотняемого материала разрушается этими канавками, что вызывает необходимость проведения дополнительных работ по выравниванию и уплотнению. Этот недостаток особенно проявляется, при уплотнении асфальтобетона, оставляя на его поверхности бороздки, что недопустимо по условиям СНиП. Другим недостатком рассматриваемой конструкции является расположение привода вибратора на плите. Здесь он подвергается воздействию вибрационных и виброударных нагрузок в процессе работы.
Конструкция вибротрамбовки (РФ №2164973), принятая за прототип, частично свободна от недостатков, описанного выше аналога. Она предполагает размещение привода на отдельной платформе, связанной с плитой через амортизаторы. Однако это не позволяет полностью изолировать двигатель привода, кинематически связанный с вибратором, от воздействия рабочих динамических нагрузок на подшипниковые узлы. При этом значительно ухудшаются условия смазки двигателя, нарушаются зазоры в узлах сопряжений. В результате, двигатель (как правило, ДВС) выходит из строя раньше положенного срока. Кроме того, оператор, который управляет вибротрамбовкой с помощью рукояти, закрепленной на платформе, также подвергается вибрационному воздействию. Это приводит к ухудшению условий труда, выражающихся в повышенной утомляемости оператора и снижении производительности его труда.
Таким образом, задачей изобретения является увеличение срока службы привода вибратора и улучшение условий работы оператора.
Поставленная задача решается за счет того, что в вибротрамбовке, включающей плиту с платформой, несущей привод, кинематически связанный с вибратором, размещенным на плите, платформа установлена на опорах качения и связана с плитой посредством шарнира с горизонтальной осью. Последний расположен противоположно вибратору на конце плиты, имеющей закругленную рабочую поверхность, описанную радиусом с центром, лежащим на оси шарнира. Киематическая связь вибратора с приводом выполнена в виде двухступенчатой ременной передачи, промежуточные шкивы которой установлены соосно с горизонтальным шарниром. При этом вибратор и шарнир смонтированы на плите по разные стороны относительно центра тяжести плиты и расстояние между ними определяется по формуле:
L≥Jв/M*В;
где Jв - момент инерции опорной плиты относительно центра масс опорной плиты;
L - горизонтальная проекция линии, соединяющей ось вибратора с осью шарнира;
М - масса плиты с вибратором;
В - расстояние от оси шарнира до центра масс плиты.
Техническая сущность изобретения заключается в том, что соединение платформы с плитой с помощью шарнира с горизонтальной осью, отстоящего от вибратора на расстоянии, определяемом по вышеприведенной формуле, исключает передачу на платформу, несущую привод, вертикальных колебаний в процессе работы вибротрамбовки, а следовательно, и передачу этих колебаний на двигатель и рукоять оператора. Это обеспечивает как благоприятные условия работы оператору, так и двигателю, в виде продления срока его службы. Кроме того, взаимное расположение вибратора и шарнира, расстояние между которыми определяется по вышеуказанной формуле, способствует повышению эффекта уплотнения. В этом случае под действием вынуждающей силы плита совершает колебания относительно шарнира. При этом передняя часть плиты колеблется с большой амплитудой в вертикальной плоскости, что обеспечивает ей наиболее эффективный виброударный режим работы. И в дополнение этому, задняя часть опорной плиты совершает осцилляции по уплотняемой поверхности, вращаясь вокруг шарнира. Такой комбинацией силовых воздействий на уплотняемый материал достигается максимальный эффект уплотнения.
На чертежах, прилагаемых к описанию, даны следующие изображения:
- на фиг.1 - общий вид вибротрамбовки в рабочем положении;
- на фиг.2 - схема, поясняющая работу вибротрамбовки;
- на фиг.3 - общий вид вибротрамбовки в транспортном положении.
Вибротрамбовка содержит плиту 1, которая с помощью шарнира 2, имеющего горизонтальную ось, связана с платформой 3, опирающуюся на опоры качения 4 и несущую рукоятку 5. На переднем конце плиты 1, противоположно шарниру 2, установлен вибратор 6, а на платформе 3 размещен привод 7 (ДВС). Последний посредством двухступенчатой клиноременной передачи 8 связан с вибратором 6. Промежуточные шкивы 9 ременной передачи установлены соосно с шарниром 2, который с вибратором 6 размещен на плите 1 по разные стороны ее центра тяжести (Ц.Т.). Конец плиты 1 в зоне расположения шарнира 2 имеет рабочую поверхность закругленной формы, описанной радиусом R с центром, лежащим на оси шарнира 2. Расстояние между шарниром 2 и вибратором 6 определяется по формуле:
L≥Jв/M*В;
где Jв - момент инерции опорной плиты относительно центра масс опорной плиты;
L - горизонтальная проекция линии, соединяющей ось вибратора с осью шарнира;
М - масса плиты с вибратором;
В - расстояние от оси шарнира до центра тяжести плиты.
Индексами A, D и С на фиг.2 обозначены направления движения плиты 1 в рабочем положении.
Работает вибротрамбовка следующим образом. При вращении вала вибратора возникает центробежная сила, которая каждый момент времени изменяет свое направление. Под действием этой силы, передняя часть опорной плиты совершает колебания относительно точки соединения ее с рамой привода. При этом передняя часть опорной плиты колеблется с большой амплитудой в вертикальной плоскости, что обеспечивает ей наиболее эффективный виброударный режим работы. В дополнение этого задняя часть опорной плиты совершает осцилляции по уплотняемой поверхности относительно точки присоединения рамы привода с опорной плитой, радиусом равным расстоянию от точки присоединения до уплотняемой поверхности. Такой комбинацией силовых воздействий на уплотняемый материал достигается максимальный эффект уплотнения. Указанный режим работы уплотнителя обеспечивается при определенных соотношениях его параметров определяемых формулой - L≥Jв/M*В.