УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ КАТОК ДЛЯ ГРАЖДАНСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
COMPACTION ROLLER FOR CIVIL CONSTRUCTION

Настоящее изобретение относится к катку для уплотнения или утрамбовки грунта, в частности, при строительстве дорог.
При дорожном строительстве и устройстве новых спортплощадок и им подобных объектов грунт обычно временно уплотняется песком для того, чтобы массой песка уплотнить грунт. В процессе выполнения этой работы песок, выполняющий роль уплотнителя, выжимает из данного грунта воду и уплотняет массу самого грунта. Когда желаемое уплотнение грунта достигнуто, трамбовочный песок снова убирается, после чего, в зависимости от конечного плана использования, данный грунт может быть заасфальтирован, покрыт дерном или каким-то другим покрытием.
Недостаток вышеописанного способа состоит в необходимости доставки большого количества песка, поскольку для реализации этого способа часто требуется слой уплотнительного песка толщиной в один метр и более, поэтому данный способ является трудоемким. Для достижения желаемого уплотнения такой уплотнительный песок должен оставаться на уплотняемом грунте долгое время, а именно от 90 до 450 дней. И, наконец, это большое количество песка должно быть снова убрано, чтобы можно было продолжить дальнейшее строительство запланированной дороги, спортплощадки или другого подобного объекта. В общем и целом, этот способ уплотнения является дорогостоящим, трудоемким и затратным по времени.
В качестве альтернативного варианта вышеупомянутому способу для уплотнения грунта может использоваться другой тип уплотнительного средства, например, такой как каток. Известны различные виды катков для уплотнения грунта. Такие катки обычно состоят из металлического цилиндра, вращающегося вокруг ротационного вала, образуя часть транспортного средства. При этом помимо своего собственного веса этот вращающийся цилиндр дополнительно принимает на себя часть веса этого транспортного средства. При желании этот цилиндр катка для добавления ему дополнительного веса может также утяжеляться изнутри.
Например, в документе US 3,662,657 описывается дерновальный каток для трактора, в котором используются цилиндрические катки, способные заменять задние колеса этого трактора. В этом случае каждый каток содержит цилиндр, включающий в себя концентрическую камеру, заполненную водой. Корпуса данных катков включают центральную полость, расположенную вокруг оси, благодаря которой они могут быть установлены на соответствующие ступицы колеса. Причем вышеупомянутая камера не заполняется водой до тех пор, пока корпуса этих катков не будут установлены на ступицы колес.
И опять же, недостаток вышеупомянутого способа состоит в том, что эти утяжеленные жидкостью катки все еще остаются относительно громоздкими и соответственно неудобными для работы. Для других вариантов применения, отличных от дернования, например, таких как упомянутое выше строительство дорог, устройство спортплощадок и подобных им объектов, от катка часто требуется большее давление, и выполнение этого требования, согласно документу US 3,662,657, привело бы к увеличению размеров катка и соответственно сделало бы его еще менее удобным для работы.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы устранить вышеупомянутые недостатки, по меньшей мере, частично, или предложить более подходящий альтернативный вариант.
Эта задача достигается при использовании катка, обладающего свойствами, описанными в п. 1 согласно формуле настоящего изобретения. Этот каток включает корпус, который может катиться по грунту для создания на этом грунте уплотняющего давления. Корпус этого катка выполнен из множества секций, простирающихся в осевом направлении, при этом данные секции распределены по окружности вокруг центральной оси. В предпочтительном варианте эти секции катка соединены друг с другом таким образом, чтобы их можно было легко разъединить, то есть их можно собирать и разбирать непосредственно на стройплощадке, а также транспортировать отдельно друг от друга. Это обстоятельство позволяет обеспечить легкую и быструю транспортировку таких секций. В результате представляется возможным сборка корпусов катков, диаметр которых составляет, по меньшей мере, 3 метра, а вообще он может достигать и 10 метров, не доставляя при этом никаких неудобств для быстрой и безопасной перевозки по автодороге и не затрудняя их обслуживания на стройплощадке. Кроме того, это обстоятельство позволяет транспортировать отдельные секции на труднодоступные объекты, например, по узким дорожкам. Помимо облегчения транспортировки, само производство этих секций обычно менее трудоемко, чем производство корпусов катков большого диаметра.
В частности, каждая такая секция включает, по меньшей мере, одну жидкостную камеру. После того как секции доставлены на соответствующую стройплощадку, их можно соединить друг с другом, и при этом, в зависимости от желаемого давления уплотнения, одну или несколько секций можно полностью или частично заполнить жидкостью. Таким образом, имея каток с диаметром, составляющим, например, 10 метров, можно получить давление более чем 60 тонн на метр его ширины.
При еще более подробном рассмотрении следует заметить, что жидкостные камеры, расположенные в данных секциях, сообщаются друг с другом с помощью дополнительного насосного оборудования, служащего для перекачки жидкости между этими жидкостными камерами секций, причем управление этим насосным оборудованием осуществляется блоком управления; благодаря этому оборудованию осуществляют перетекание жидкости между секциями, что способствует созданию силы, которая приводит данный каток в движение. Этот блок управления оборудован таким образом, что во время работы он управляет перекачиванием жидкости из жидкостной камеры той секции, которая, учитывая направление движения катка, находится в данный момент сзади, в ту секцию, которая опять же, учитывая направление движения катка, находится в этот момент спереди. Положительно то, что данный каток не нуждается в каком-либо моторном транспортном средстве, а может работать автономно. При этом можно также легко установить производительность насоса и, следовательно, частоту вращения катка на таких низких показателях, что в результате желаемое уплотнение может быть достигнуто всего лишь после одного прохода данного катка по грунту. Хотя эту операцию, конечно, можно также проделать и несколько раз.
Следует отметить, что в документе US 4,861,187 описывается большая уплотнительная установка с катками, имеющая систему охлаждения двигателя и/или другое оборудование, такое как гидравлическое оборудование данной уплотнительной установки. Эта система охлаждения встроена в катки, которые для этого выполнены полыми и которые соединены с системой жидкостного охлаждения. Каждый такой каток имеет на своей окружности полые заостренные стержни. В данном катке просверлены отверстия, через которые охлаждающаяся жидкость свободно проходит в данные стержни и выходит из них.
Однако эта охлаждающаяся жидкость закачивается только лишь в сам полый каток и выкачивается из него же, не участвуя активно в операциях закачки в полые стержни и откачки из них. Таким образом, в отличие от настоящего изобретения, поток охлаждающей жидкости вместо обеспечения ускорения продвижения всей уплотнительной установки вызывает эффект торможения.
Далее предпочтительные варианты воплощения будут описаны в соответствующих подпунктах формулы изобретения.
Настоящее изобретение также относится к способу использования катка согласно одному из п.п. 15-17 формулы изобретения.
Настоящее изобретение ниже будет подробно описано со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 - схематичный вид в перспективе корпуса катка, составленного из множества секций;
фиг. 2 - схематичный вид в сечении одного варианта воплощения, имеющего жидкостной привод;
фиг. 3 - вид катка, соответствующего показанному на фиг. 1, но с плоскими гранями;
фиг. 4 - вид катка, соответствующего показанному на фиг. 1, но имеющего секции цилиндрической формы; и
фиг. 5 - поперечное сечение катка с фиг. 1, демонстрирующее вариант воплощения насосной установки.
На всех чертежах рассматриваемый каток обозначен ссылочной позицией 1. Этот каток 1 состоит из множества взаимосоединенных влагонепроницаемых секций 2, которые, будучи заполненными жидкостью 3', могут оказывать давление на грунт. Перетекание жидкости 3' между этими секциями 2 может производить силу, которая приводит каток 1 в движение.
Каток 1 может создавать большое давление в одной точке и вращать сам себя, так что в использовании трамбовочного песка, требуемого согласно предыдущему уровню техники, больше нет необходимости. Например, заполненный водой каток с 10-метровым диаметром может создать давление в 78 тонн на метр ширины.
Каток 1 может поставлять энергию для своего вращения при заполнении в вертикальной плоскости жидкостью большего количества секций 2 в одной половине этого катка 1, чем в другой его половине. Каток 1 будет перемещаться в направлении 4 той половины катка, где наполнение больше, как это показано на фиг. 2.
Все секции имеют, по меньшей мере, по одному соединительному отверстию 5 для закачки в секцию 2 или откачки из нее жидкости 3'. Если это соединительное отверстие 5 расположено на боковой стороне секции 2, то самая низкая точка откачки жидкости может быть определена с помощью вставки шланга 6 с утяжеленным всасывающим соплом 7 в секцию 2.
С помощью блока управления (не показано), например программируемого логического контроллера (PLC), для откачки могут быть выбраны одна или большее количество секций 2', и для полного заполнения могут быть выбраны одна или большее количество секций 2''. Присоединение этих выбранных секций 2 к входному или выходному отверстию жидкостного насоса с помощью управляемых запорных клапанов означает, что таким образом можно получить энергию для перемещения катка 1 в желаемом направлении. При этом частью этого процесса являются аэрация и деаэрация.
Чтобы этот каток 1 не мог завалиться на бок и чтобы при этом не требовалось никаких предохранительных приспособлений, ширина этого катка 1 должна быть больше, чем его высота.
Если секции 2 одинаково заполнены по всей ширине, то каток 1 будет катиться по прямой линии. Если секции 2 разделены внутри на сегменты 2a, 2b, как показано на фиг. 1, то направление движения будет в некоторой степени определяться неодинаковым заполнением этих разделенных секций 2. Направление движения может также зависеть от присоединения катков друг к другу, когда при этом один каток развивает большую направленную вперед движущую силу, чем другой.
В зависимости от применения секции 2 могут иметь различную форму. Каток 1 может постепенно продвигаться вперед (толчками), если сектора секции 2 имеют круглую форму, которые, будучи вместе, придают катку 1 круглую внешнюю форму, подобно той, что показана на фиг. 1 и 2.
Если же эти секции не образуют круглую внешнюю форму, то этот каток будет производить некий удар на грунт, и после преодоления положения мертвой точки он будет переворачиваться и опираться на следующую секцию.
На фиг. 3 показан вариант воплощения, в котором секции 2 имеют плоские внешние периферические стенки 10. Если каток 1 перемещается сам или его во время работы перемещают, предпочтительно, чтобы во время его переворота от одной секции к другой в грунте возникали вибрации. Эти локальные вибрации способствуют уплотнению грунта, как и сам толчок катка при его перевороте от одной секции к другой.
На фиг. 4 показан вариант воплощения, в котором данный каток составлен из множества цилиндрических секций 15, установленных на двух промежуточных рамах 16. Секции 15 имеют жидкостные камеры. В этом варианте воплощения в центральном пространстве 17, оставленным пустым между данными секциями 15, также может быть размещено насосное оборудование или другие типы приводных механизмов. Это обстоятельство означает, что данный вариант воплощения также может представлять собой каток, способный работать автономно.
Как показано на фиг. 5, каждая жидкостная камера 3 каждой секции 2 выполнена с отверстием откачивания 20, которое с помощью запорного клапана 21 присоединено к выкачивающему трубопроводу 22, и при этом каждая такая секция также выполнена с отверстием закачивания 24, которое с помощью запорного клапана 25 присоединено к закачивающему трубопроводу 26. Трубопроводы 22, 26 в данном варианте воплощения имеют форму колец, проходящих вдоль и/или через жидкостные камеры 3. Между выкачивающим трубопроводом 22 и закачивающим трубопроводом 26 расположен насос 28. С помощью этого насоса 28 и запорных клапанов 21, 25, управляемых должным образом с помощью блока управления (не показан), между конкретными секциями 2 можно создать жидкостные потоки. В приведенном примере показан такой поток 30, созданный посредством насоса 28 и открытых запорных клапанов 21', 25'. При этом соответствующий перенос веса внутри катка 1 заставит этот каток 1 перемещаться в направлении 4.
На фиг. 5 также ясно показано, что секторообразные секции 2 имеют усеченную форму, так что в центре корпуса катка образуется пустое пространство. В этом пространстве, например, может быть установлен блок управления (не показан). Кроме того, такая усеченная форма означает экономию материала, и при этом каждая отдельная секция имеет ограничения по высоте, что упрощает транспортировку, например, по автодороге.
Продемонстрированный вариант воплощения может быть дополнен многими другими вариантами. Например, отдельные секции могут устанавливаться путем непосредственного присоединения друг к другу на промежуточной раме, или же они могут соединяться вместе каким-либо другим способом. Данное соединение отличается тем, что его секции легко собираются и демонтируются, и при этом такое соединение выполняется, например, скользящим соединением или болтовым соединением. При желании вокруг собранных вместе секций может быть установлен выполненный в виде пластины элемент, который при работе катка упирается, в конечном итоге, в обрабатываемый грунт. Данные секции могут также иметь различную форму, и в собранном состоянии они могут опираться друг на друга или же стоять отдельно друг от друга. Если секция имеет множество сегментов, прилегающих друг к другу в осевом направлении, то эти сегменты могут быть выполнены посредством внутренних перегородок. Возможен также такой вариант выполнения сегментов секции, когда они могут полностью отделяться друг от друга и присоединяться друг к другу во время сборки. И в еще одном варианте воплощения секции могут также выполняться посредством перегородочных стенок, которые размещаются как уплотнители внутрь рукавоподобного элемента и отделяют эти секции друг от друга. При этом насосные средства могут включать внешний насосный агрегат, но могут также и располагаться внутри этих собранных секций. Желательно, чтобы секции имели одну и ту же конфигурацию. Это упрощает и производство, и сборку. Предпочтительно, чтобы используемой жидкостью являлась вода, но допустимо также применение другой жидкости или заполняющего вещества, например, такого как песок.
Таким образом выполняется каток, который может оказывать большое давление на грунт, в результате чего слои этого грунта утрамбовываются. Если каток состоит из секций, имеющих форму секторов с округленной внешней стороной, то такой каток оказывает, в основном, одинаковое давление. Если же каток состоит из установленных по кругу секций, которые не образуют однородную внешнюю сторону, то такой каток будет оказывать на грунт пульсирующее давление. С помощью дозирования количества жидкости, присутствующего в катке, можно добиться различного диапазона давления этого катка на грунт. Перераспределяя жидкость между секциями, этот каток может перемещать центр тяжести и в результате перемещать самого себя. Направление его перемещения может регулироваться внутренним разделением данных секций и неодинаковым заполнением получившихся частей. Это направление перемещения может регулироваться соединением катков вместе и неодинаковым заполнением этих катков. Если в качестве заполняемой жидкости используется вода, то нет необходимости привозить этот «груз» со стороны. Такой каток может собираться и разбираться на месте и является транспортабельным.