ВАЛЕЦ ДОРОЖНОГО КАТКА

Полезная модель относится к дорожным и строительным машинам и предназначена для уплотнения дорожно-строительных материалов.
Известен валец дорожного катка вибрационный [RU №2456401, Е01С 19/28, опубл. 20.07.2012], в котором дебалансные валы вибровальца могут вращаться в противофазе. Недостатком такого устройства является сложная конструкция вибровальца и распространение уплотняющих напряжений в материале от виброкатка только вверх и вниз в поперечной плоскости.
Известен валец дорожного катка [RU №2379407, Е01С 19/28, опубл. 20.01.2010], снабженный трамбующими грузами, перемещающимися по направляющим, установленными под углом от вертикали, что дает возможность создавать горизонтальное перемещение вальца по уплотняемому материалу. К недостаткам данного устройства следует отнести невозможность регулирования уплотняющего усилия и создание одностороннего ударного воздействия на уплотняемый материал только параллельно уплотняемой поверхности.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является дорожный вибрационный каток [RU №2690250, Е01С 19/28, опубл. 31.05.2018], снабженный двумя вибровозбудителями, вертикального и поперечно направленного действия, что позволяет создавать вертикальную и поперечную вибрации вальца при уплотнении материалов. Недостатком данного изобретения является конструктивная сложность виброкатка и создание вертикальных перемещений вальца только вверх и вниз, а горизонтальных только параллельно уплотняемой поверхности.
В виброкатках традиционного действия [1, 2, 3] реализуются перемещения вальцов только в одной плоскости, при этом уплотняющее воздействие быстро затухает по глубине слоя материала, в связи с быстрым формированием зон уплотнения под вальцами. При изменении характера перемещения вальцов по уплотняемому материалу создаются условия для распространения напряжений на значительную величину, что повышает эффективность и производительность уплотнения дорожно-строительных материалов и грунтов.
В настоящее время основной метод уплотнения виброкатками основан на следующем. При действии вниз динамической силы от вибровозбудителей валец катка совершает рабочее воздействие на уплотняемый материал, возникают сжимающие напряжения в слое материала и происходит его уплотнение, а при действии возбуждающей силы вверх совершается холостой ход. Поэтому в обычном вибровозбудителе только половина общего времени используется для совершения полезной работы уплотнения материалов и грунтов. Кроме того, современные вибрационные катки имеют достаточно сложную конструкцию, а динамическое и статическое усилие может передаваться только в вертикальной плоскости, что не позволяет уплотнять материал на значительную глубину.
Техническая задача полезной модели заключается в создании вращательно-сдвиговых напряжений в уплотняемом материале от одновременного воздействия вертикального, продольного и поперечного перемещения вальца по уплотняемому материалу.
Совместное действие вертикальных сжимающих, горизонтальных сжимающих и касательных напряжений в уплотняемом материале создает условия для реализации сдвигов между частицами, их перераспределению по уплотняемому слою материала и получению более плотной упаковки частиц по всей глубине уплотняемого слоя.
Техническая задача достигается тем, что валец дорожного катка содержит полураму, металлический валец, дебалансы с приводами от гидромоторов, отличающийся тем, что полурама выполнена качающейся, за счет крепления на катке с помощью шарнира, и имеющей ограничения по качанию в поперечной и продольной плоскости на угол, равный углу внутреннего трения уплотняемого материала, а дебалансы находятся на разных сторонах вальца и соединены между собой через соединительный вал, установленный на подшипниках качения, и имеют возможность вращаться в противоположные стороны в противофазе и изменять скорость и направление вращения.
Сравнение заявляемой полезной модели с прототипом показывает, что она отличается следующими признаками:
- полурама выполнена качающейся, за счет крепления на катке с помощью шарнира;
- полурама имеет ограничения по качанию в поперечной и продольной плоскости на угол, равный углу внутреннего трения уплотняемого материала;
- дебалансы находятся на разных сторонах вальца и соединены между собой через соединительный вал, установленный на подшипниках качения;
- дебалансы имеют возможность вращаться в противоположные стороны в противофазе и изменять скорость и направление вращения.
Поэтому можно предположить, что заявляемая полезная модель соответствует критерию «новизна».
Полезная модель может быть изготовлена на стандартном оборудовании, поэтому она соответствует критерию «промышленная применимость».
На рисунке схематично показана заявляемая полезная модель.
Дорожный каток содержит: 1 - качающуюся полураму; 2 - металлический валец; 3 - дебаланс на правой стороне вальца с приводом от гидромотора; 4 - вал вальца с правой стороны; 5 - гидромотор на правой стороне вальца; 6 - дебаланс на левой стороне вальца с приводом от гидромотора; 7 - гидромотор на левой стороне вальца; 8 - вал вальца с левой стороны; 9 - шаровой шарнир с ограниченными угловыми перемещениями; 10 - подшипники качения валов вальца; 11 - подшипники качения качающейся полурамы дорожного катка; 12 - соединительный вал вальца; 13 - уплотняемый дорожно-строительный материал; 14 - регулируемое ограничительное устройство.
Л
ПР
динамическая
динамическая
сдвига
При поступательном движении дорожного катка и включенных гидромоторах 5 и 7 вибровозбудителей, дебаланс 3 с правой стороны создает на вальце, через вал 4 и подшипники 10, попеременное динамическое воздействие на уплотняемый материал, в это же самое время, дебаланс 6 с левой стороны, через вал 8 и подшипники 10, создает попеременное динамическое воздействие на уплотняемый материал, но в противоположной фазе колебаний дебалансу 3. Металлический валец 2, закрепленный на полураме 1, в результате взаимодействия совместных колебаний дебалансов 3 и 6 начнет совершать совершает угловые перемещения относительно уплотняемой поверхности. На вальце попеременно слева и справа возникают динамические силы. На рисунке представлен рабочий момент формирования напряжений в уплотняемом материале от динамической силы с левой стороны вальца F и противоположной ей силы с правой стороны вальца F. В результате взаимодействия этих сил, в уплотняемом материале формируются зоны неравномерных вертикальных сжимающих и сдвиговых напряжений от силы F, которые в свою очередь формируют сдвиги в уплотняемом слое материала. Так как при этом происходит поступательное движение катка, то под вальцом, в результате сложения поступательного движения вальца, движения вальца в вертикальной плоскости и качающегося движения вальца в поперечной плоскости создаются вращательно-сдвиговые напряжения в уплотняемом материале. Учитывая, что валец имеет ограничения по возможности совершать угловые колебания в поперечной и продольной плоскостях под углом α, равным углу внутреннего трения уплотняемого материал, то сдвиговые напряжения распространяются на значительную глубину уплотняемого слоя.
В процессе работы дорожного катка происходит сложение поступательного движения катка с качающимися движениями вальца в вертикальной, продольной и поперечной плоскостях, что вызовет появление вращательно-сдвиговых напряжений в уплотняемом материале, которое обеспечит повышение эффективности уплотнения дорожно-строительных материалов.
При изменении скорости движения катка, частоты или направления вращения гидромоторов 5 и 7, дебалансы могут изменять направления и величины сжимающих и сдвиговых напряжений под вальцом в зависимости от вида уплотняемого материала.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет повысить качество уплотнения дорожно-строительных материалов при дорожном строительстве.