НЕВЕСОМЫЙ КАТОК ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВ И ДРУГИХ ПОРОШКООБРАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ПЛОТНОСТЬЮ, СООТВЕТСТВУЮЩЕЙ ПРЕДЕЛУ ИХ ПРОЧНОСТИ
WEIGHTLESS ROLL FOR COMPACTION OF SOILS AND OTHER POWDERY MATERIALS WITH DENSITY THAT CORRESPONDS TO THEIR DENSITY LIMIT

Изобретение относится к уплотняющей технике, в частности к каткам для уплотнения грунтов и других порошкообразных материалов.
Под порошкообразными материалами понимаются грунты, пески, гравийно-песчаные и щебеночные смеси, бетонные смеси, керамические массы, огнеупорные массы, металлические порошки и тому подобные материалы.
Известно, что рабочими органами катков служат вальцы или колеса, которые перекатываются по уплотняемому материалу. Считается, что эффективность уплотнения зависит от удельного давления, то есть от отношения веса катка к опорной поверхности вальца (колеса), находящейся в соприкосновении с уплотняемым материалом (см., например, Дорожно-строительные машины. Справочное пособие. М.: Машгиз, 1963 или БСЭ, 3 изд, том 11, стр.533).
Давление на поверхности контактов этих рабочих органов с уплотняемым материалом, например грунтом, развиваются за счет силы тяжести этих машин. Ввиду контактных давлений в грунте возникают напряжения, которые и влекут за собой деформации. Необратимые части этих деформаций определяют эффект уплотнения.
При укатке, так же как и при других методах уплотнения, должно соблюдаться общее правило, согласно которому максимальное давление не должно превосходить предела прочности уплотняемого грунта.
При несоблюдении этого правила будет иметь место выжимание грунта из-под рабочего органа в стороны, то есть разрушение его структуры (см. Н.Я.Хархута, д.т.н., профессор. «Машины для уплотнения грунтов. Теория, расчет и конструкция». Л., «Машиностроение», 1973, стр.14, 40, 86).
Недостатком известных катков, исходя из приведенного представления, является то, что катками достичь предельного уплотнения, равного пределу прочности грунта, никогда не удастся. Причина этого - непосредственное опирание вальцов катка на поверхность уплотняемого материала и передача на эту поверхность всего веса катка. При достижении предельного уплотнения, равного пределу прочности грунта, продвижение катка по уплотняемой поверхности прекратится, и каток начнет «зарываться» в грунт и разрушать ранее уплотненную структуру.
Кроме невозможности предельного уплотнения, традиционный каток нельзя применить в заводских условиях для уплотнения порошкообразных материалов в закрытых формах.
Господствующее сотни лет мнение, что каток действует на уплотняемый грунт весом (силой тяжести), контактным давлением, ошибочно, так как на катке нет материальных деталей, называемых весом, силой тяжести, давлением и т.п.
В действительности каток действует на уплотняемый грунт движущимися поверхностями вальцов. Движение поверхностей вальцов вызывает движение частиц грунта, приводящее к их уплотнению. При передвижении катка вальцы закатывают грунт под себя, захватывая его своими поверхностями.
В основу изобретения положена задача создания невесомого катка для уплотнения грунтов и других порошкообразных материалов с плотностью, равной пределу их прочности, в котором вальцы действуют на материал своей поверхностью, но при этом не опираются на него, то есть невесомы относительно уплотняемого материала.
Поставленная задача решается тем, что невесомый каток для уплотнения грунтов и других порошкообразных материалов с плотностью, соответствующей пределу их прочности, включающий раму и валец, снабжен приспособлением для подсыпки перед вальцом слоя материала, превышающего нижнюю образующую вальца, а валец смонтирован на раме с возможностью вывешивания его над уплотняемым материалом касательно к последнему.
А также тем, что приспособление для подсыпки порошкообразного материала выполнено с возможностью подачи его слоем, превышающим нижнюю образующую вальца, на 1/50-1/30 от диаметра вальца.
Кроме того, валец смонтирован внутри рамы с возможностью его возвратно-поступательного движения с амплитудой 1/10-1/2 диаметра вальца.
Поставленная задача решается также тем, что приспособление для подсыпки перед вальцом слоя материала выполнено в виде бункера-течки, установленного с одной стороны вальца.
А также тем, что приспособление для подсыпки перед вальцом слоя материала выполнено в виде бункера-течки, установленного с двух сторон вальца.
Вследствие невесомости вальца, под который организована постоянная дополнительная подсыпка уплотняемого материала, контактное давление всегда автоматически будет соответствовать прочности материала под вальцом, а при достижении давления, равного пределу прочности материала, будет происходить его выдавливание из-под вальцов в сторону, но без разрушения уплотненного слоя. Выдавливание будет характеризовать момент окончания процесса уплотнения. Причем никакого регулирования или управления контактным давлением не требуется.
Контролировать качество уплотнения можно по величине расходуемой мощности на передвижения вальца (она будет постоянна при достижении предельного уплотнения) или по максимальному контактному давлению на вальце (давление не может превысить предел прочности уплотняемого грунта).
Посредством невесомого катка достигается равномерная плотность по всей толщине укатываемого слоя с непосредственным контролем качества уплотнения в ходе укатки.
На фиг.1 показана конструктивная схема дорожного невесомого катка.
На фиг.2 показана конструктивная схема дорожного невесомого катка (вариант расположения вальца относительно механизма передвижения рамы катка).
На фиг.3 показан вид сбоку по фиг.2.
На фиг 4 показана конструктивная схема катка для изготовления изделий в формах (при движении катка относительно формы).
На фиг.5 показана конструктивная схема катка для изготовления изделий в формах (при движении формы относительно катка).
На чертежах приняты следующие обозначения:
1 - рама катка,
2 - механизм передвижения рамы катка,
3 - валец,
4 - верхняя проектная поверхность уплотняемого материала, подсыпаемый порошкообразный материал,
5 - приспособление для подсыпки порошкообразного материала под валец (для образования колеи),
6 - подсыпаемый извне слой порошкообразного материала (искусственная колея),
7 - форма,
Н - высота уплотняемого слоя,
h - высота подсыпаемой колеи.
Невесомый каток для уплотнения грунтов и других порошкообразных материалов с плотностью, соответствующей пределу их прочности (фиг.1), содержит раму 1, которая может быть снабжена механизмом передвижения 2 для возможности осуществления продольного перемещения катка вдоль уплотняемого слоя порошкообразного материала, валец 3, смонтированный на раме с возможностью вывешивания его над уплотняемым слоем так, чтобы он только соприкасался своей нижней образующей поверхностью с верхней проектной поверхностью 4 уплотняемого материала, и приспособление для подсыпки порошкообразного материала под валец в виде бункера-течки 5 (для образования колеи) слоем 6, превышающим нижнюю образующую вальца на 1/50-1/30 от диаметра вальца. Каток может передвигаться либо от механического привода, либо вручную.
На фиг.2 и 3 представлена другая компоновочная схема невесомого катка, при которой механизм передвижения рамы катка располагается за пределами укатываемого слоя.
На фиг.4 и 5 представлены варианты исполнения невесомого катка для уплотнения грунтов и других порошкообразных материалов с плотностью, соответствующей пределу их прочности, используемый для изготовления изделий в формах (опалубках). Устройство катков аналогично описанному выше. При этом форма 7 расположена так, чтобы верхняя открытая поверхность формы совпадала с нижней образующей поверхности вальца. Причем уплотнение материала осуществляется либо при движении катка вдоль неподвижной формы, либо при движении формы под катком.
Работа предлагаемых невесомых катков осуществляется следующими способами.
Вариант 1.
При уплотнении дорожной полосы из грунта, песка, щебня, бетонной и асфальтобетонной смеси и другого дорожно-строительного материала сначала рыхлый материал насыпают слоем, равным проектной толщине. Затем валец катка вывешивают в раме катка над насыпанным рыхлым слоем так, чтобы нижняя образующая цилиндрического вальца катка касалась верхней проектной поверхности формируемого слоя дорожкой одежды либо земляного основания. Валец катка переносят над насыпанным слоем вдоль слоя туда и обратно, причем под валец постоянно подсыпают дополнительно тот же порошкообразный материал слоем в 1/50-1/30 от диаметра вальца.
Диаметр вальца выбирают также в зависимости от максимального размера частиц уплотняемого материала. Диаметр вальца должен быть равен 30-50 размерам частицы.
Валец переносят вдоль полосы до тех пор, пока перед вальцом по всей его длине не появится волна обратно выжимаемого из-под вальца порошка. Появление волны характеризует достижение во всем объеме уплотняемого слоя плотности, соответствующей пределу прочности (пределу текучести). При появлении волны подсыпку материала под валец прекращают и каток выводят с уплотняемого слоя в сторону выжатой волны.
Вариант 2.
Если каток выполнен с возможностью возвратно-поступательного движения вальца относительно рамы катка с амплитудой качания 0,5 диаметра вальца, то возможно уплотнение дорожной полосы всего за один проход вдоль дорожной полосы.
В этом случае валец в начале уплотняемой полосы сначала качают возвратно-поступательного при непрерывной подсыпке под валец дополнительного количества порошка слоем толщиной 1/50-1/30 от диаметра вальца до появления перед вальцом обратно выжимаемой волны. После появления такой волны валец перемещают вдоль уплотняемой полосы вслед за выжимаемой волной от начала до конца полосы при сохранении постоянной подсыпки под валец слоя порошка толщиной 1/50-1/30 от диаметра вальца и возвратно-поступательного перемещения вальца внутри рамы катка.
Вариант 3.
При изготовлении изделий из порошков в формах валец перемещают относительно формы, а порошок подсыпают под валец аналогично вариантам 1 и 2.
Вариант 4.
При изготовлении изделий из порошков в формах рама с вальцом устанавливается стационарно, например, в станине строгального станка, а форма с изделием перемещается туда и обратно под вальцом, под который постоянно подсыпается дополнительный порошок. Движение формы и подача материала под валец останавливаются после появления перед вальцом волны обратно выпираемого материала и выхода вальца в сторону выжатой волны за пределы формы.