СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКОГО УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВ И МАТЕРИАЛОВ КАТКАМИ (ВАРИАНТЫ) И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR DYNAMIC COMPACTION OF SOILS AND MATERIALS WITH ROLLERS (VERSIONS) AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Группа изобретений относится к строительству, в частности к дорожным каткам для вибрационного уплотнения грунтов и материалов при строительстве дорог и аэродромов.
Известен способ вибрационного уплотнения грунтов и материалов катками при строительстве дорог и аэродромов, включающий операции перекатывания трехсекционного вальца по уплотняемой поверхности, создание контактных уплотняющих напряжений в опорных поверхностях вальцов грузами, в котором преобразование статического воздействия грузов вальцов на контактную поверхность в динамическое вибрационное воздействие осуществляют путем вращения на кривошипе средней секции вальца относительно боковых секций вальца [Патент RU 2301861, C.1, 2007, БИ №18].
Известен способ [Патент RU 2301861, C.1, 2007, БИ №18] вибрационного уплотнения грунтов и материалов трехсекционным вальцом, включающий операции перекатывания вальцов по уплотняемой поверхности, создание контактных уплотняющих напряжений в опорной поверхности вальцов грузами, в котором преобразование статического воздействия грузов вальцов на контактную поверхность в динамическое воздействие осуществляют путем одновременного вращения на кривошипах средней и боковых секций вальца.
Известно устройство для вибрационного уплотнения [Патент RU 2301861 C.1, 2007, Бюлл. №18] грунтов и материалов трехсекционным вальцом, содержащее каток, выполненный из средней и двух крайних секций вальцов, механизм привода перекатывания вальцов, кривошипный вал, механизм привода кривошипного вала, выполненный в виде гидромоторов и зубчатых передач.
Недостатками способов и устройства для вибрационного уплотнения грунтов и материалов является сложная реализация способа и сложная конструкция трехсекционного вальца.
Задачей группы способов и устройства для вибрационного уплотнения грунтов и материалов является преобразование статического воздействия грузов катка на опорную поверхность в динамическое воздействие путем вращения одной секции вальца относительно другой секции и создание простой конструкции двухсекционного вальца.
Технический результат изобретения состоит в упрощении конструкции и повышении эффективности уплотнения за счет использования боковой вибрации.
Поставленная задача в части первого варианта выполнения способа вибрационного уплотнения грунтов и материалов двухсекционным вальцом, включающая операции перекатывания двухсекционного вальца по уплотняемой поверхности, создание грузами вальца контактных напряжений в уплотняемой поверхности, в котором согласно изобретению операцию преобразования статического воздействия грузов вальца на уплотняемую поверхность в динамическое воздействие осуществляют при помощи операции вращения на кривошипе одной секции вальца относительно другой, ось которой неподвижна относительно рамы катка.
Поставленная задача в части второго варианта выполнения способа вибрационного уплотнения грунтов и материалов двухсекционным ваьлцом, включающая операции перекатывания вальца по уплотняемой поверхности, создание грузами контактных напряжений в уплотняемой поверхности, в котором согласно изобретению операцию преобразования статического воздействия грузов вальца на уплотняемую поверхность в динамическое воздействие осуществляют при помощи операции одновременного вращения на кривошипах обоих секций вальца относительно оси коренных подшипников кривошипного вала, при этом фазовый сдвиг кривошипов составляет 180°.
Поставленная задача в части выполнения устройства решена за счет того, что в известном устройстве, содержащем тягач, каток с двухсекционным вальцом, грузы вальца, кривошипный вал, механизм привода вибрации двухсекционного вальца, согласно изобретению кривошипный вал установлен коренными подшипниками на раме катка, одна секция вальца установлена на кривошипе с возможностью свободного вращения в шатунном подшипнике, привод движения ведущей секции вальца выполнен в виде гидромотора и зубчатых передач.
Сущность группы изобретений поясняется чертежами, где на фиг.1 и фиг.2 показаны схемы первого варианта выполнения способа; на фиг.3 и фиг.4 схемы второго варианта выполнения способа; на фиг.5 представлен общий вид катка для вибрационного уплотнения грунтов и материалов; на фиг.6 представлена конструкция двухсекционного вальца для вибрационного уплотнения грунтов и материалов.
Группа изобретений для вибрационного уплотнения грунтов и материалов катками содержит (фиг.1 - фиг.4) 1, 2 - секции вальца; 3 - рама; 4 - грузы; 5 - кривошипный приводной вал; 6 - тягач (фиг.5); 7 - гидромотор привода кривошипного вала (фиг.6); 8 - гидромотор привода ходового механизма катка; 9, 10 - зубчатая передача движения вальца, состоящая из шестерни 9 и колеса 10; 11, 12 - внешние опоры секций вальца на раме; 13, 14, 15, 16 - внутренние опоры секций вальца.
1
2
Сущность работы способа по первому варианту выполнения (фиг.1 и фиг.2) состоит в том, что уплотнение грунтов и материалов осуществляют перекатыванием двухсекционного вальца по уплотняемой поверхности, контактную поверхность вальца нагружают вертикальной силой, равной сумме весов рамы и грузов секций вальца , который преобразуют в динамическое силовое воздействие на опорную поверхность поочередно под левой N(t) или правой N(t) секциями. В положении, показанном на фиг.1, левая секция вальца создает в опорной поверхности динамическую силу
где  - центробежная сила инерции вращающейся секции вальца.
При повороте кривошипного вала 5 на 180° ситуация изменяется: правая секция вальца создает в опорной поверхности динамическую силу
.
При повороте кривошипного вала 5 на 90° относительно положения, изображенного на фиг.1, левая и правая секции вальца окажутся на опорной поверхности и обе секции вальца будут воспринимать силы тяжести катка, тогда
1
2
Если обозначить А А - площади опорных поверхностей секций вальца, то средние контактные уплотняющие напряжения под секциями вальца в этот момент будут
Представленные формулы показывают, как в предложенном способе уплотнения статические силы тяжести катка преобразуются в периодически изменяющиеся динамические давления, многократно превышающие средние контактные давления.
Частоту динамического воздействия можно регулировать изменением угловой скорости кривошипного приводного вала 5, а интенсивность уплотнения грунтов и материалов можно регулировать изменением скорости поступательного перемещения катка.
Сущность работы способа по второму варианту выполнения (фиг.3) отличается тем, что обе секции вальца вращаются одновременно со сдвигом кривошипов на 180°, поэтому если в способе для первого варианта исполнения имеется одна нестационарная центробежная сила инерции , то в способе (фиг.2) для второго варианта выполнения имеется нестационарная гармоническая пара сил  Пара сил ,  возбуждает бобковые колебания вальца, которые являются положительным фактором, обеспечивающим интенсивное воздействие на уплотняемую поверхность.
Устройство вибрационного уплотнения грунтов по первому варианту выполнения способа (фиг.5, 6) работает следующим образом. При поступательном перемещении тягача 6 секции вальца 1, 2 перекатываются по уплотняемой поверхности грунта или материала, одновременно при вращении кривошипного вала 5 секции вальца совершают периодические вертикальные перемещения, в результате которых статическое воздействие от веса  превращается в динамическое воздействие на опорную поверхность  При этом динамические реакции ,  периодически изменяются в больших пределах. Привод поступательного перемещения катка выполнен в виде гидромотора 8, ведущей шестерни 9 и зубчатого колеса 10 на приводном вальце. Привод вращения кривошипного вала 5 выполнен в виде гидромотора 7 и механической передачи.