СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВ И ДРУГИХ ПОРОШКООБРАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ УКАТЫВАНИЕМ (ВАРИАНТЫ)
METHOD FOR COMPACTION OF SOILS AND OTHER POWDERY MATERIALS BY ROLLING (VERSIONS)

Изобретение относится к способам уплотнения грунтов и других порошкообразных материалов укатыванием вальцами катков.
Под порошкообразными материалами понимаются грунты, пески, гравийно-песчаные и щебеночные смеси, бетонные смеси, керамические массы, огнеупорные массы, металлические порошки и тому подобные материалы.
Принято считать, что уплотнение порошкообразных материалов при укатывании происходит под действием веса катка, опирающегося своими вальцами на насыпанный рыхлый пласт порошка. Эффективность уплотнения зависит от удельного давления на поверхность (см., например, БСЭ, 3 изд., том 11, стр.533).
При укатке 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).
Исходя из таких представлений невозможно достижение уплотнения порошков с плотностью, равной пределу прочности.
Авторами изобретения экспериментально доказано, что уплотнение происходит не от действия веса, а от действия движущейся поверхности вальцов, которые при своем движении захватывают своей поверхностью частицы грунта из колеи и вдавливают их в уплотняемый слой.
В основу изобретения положен факт действия поверхности вальцов на уплотняемый грунт.
Поставленная задача уплотнения вальцами катка порошкообразного материала с плотностью, соответствующей пределу прочности, решается следующим образом.
Для этого в способе уплотнения пласта порошкообразного материала укатыванием, заключающимся в укатывании вальцами катка предварительно насыпанного рыхлого пласта порошкообразного материала, рыхлый пласт порошкообразного материала насыпают между боковыми бортами жесткого ограждения, высота которого равна толщине уплотняемого пласта, а вальцы катка перекатывают по ограничивающему уплотняемую зону жесткому ограждению, при этом уплотняемый порошкообразный материал постоянно подсыпают в зону перед вальцами по ходу их движения слоем выше толщины уплотняемого пласта на 1/20-1/50 диаметра вальца до начала обратного выдавливания порошкообразного материала волной перед вальцами, после чего подсыпку материала перед вальцами прекращают, и, продолжая перекатывать вальцы по ограждению, догоняют образовавшуюся волну до конца ограждения, после чего перекатывание вальцов прекращают.
А также тем, что валец катка снабжают боковыми щитками, установленными поперек оси вращения вальца, и примыкающими к вальцу по части его контура, при этом расстояние между ними устанавливают так, чтобы оно не превосходило расстояние между ограничивающими уплотняемую зону жесткими ограждениями.
Кроме того, и тем, что очищают верхние поверхности жесткого ограждения от попадаемого на них материала с помощью устройства, закрепленного на щитках перед вальцом.
Кроме того, для улучшения захвата порошка вальцами они могут быть выполнены в части, осуществляющей захват частиц порошкообразного материала (между ограничивающими стенками) в форме многогранника.
А также для улучшения захвата порошка вальцами они могут быть выполнены в части, осуществляющей захват частиц порошкообразного материала (между ограничивающими стенками) с рифленой поверхностью.
Задача решается и тем, что уплотняемый порошкообразный материал постоянно подсыпают в зону перед вальцами по ходу их движения слоем выше толщины уплотняемого пласта на 1/20-1/50 диаметра вальца с помощью приспособления, установленного на катке.
Вариант выполнения способа.
В способе уплотнения пласта порошкообразного материала укатыванием, заключающимся в укатывании вальцами катка предварительно насыпанного рыхлого пласта порошкообразного материала, рыхлый пласт порошкообразного материала насыпают между боковыми бортами жесткого ограждения, высота которых равна толщине уплотняемого пласта, и высота поперечных стенок, соединяющих боковые борта, равна 1/10-4/5 от высоты боковых бортов, причем верхние поверхности боковых и поперечных бортов предварительно устанавливают в одной плоскости, а вальцы катка перекатывают по ограничивающему уплотняемую зону жесткому ограждению, при этом уплотняемый порошкообразный материал постоянно подсыпают в зону перед вальцами по ходу его движения слоем выше толщины уплотняемого пласта на 1/20-1/50 диаметра вальца до начала обратного выдавливания порошкообразного материала волной перед вальцами, после чего подсыпку материала перед вальцами прекращают, и, продолжая перекатывать вальцы по ограждению, догоняют образовавшуюся волну до конца ограждения, после чего перекатывание вальцов прекращают.
А также тем, что валец катка снабжают боковыми щитками, установленными поперек оси вращения вальца, и примыкающими к вальцу по части его контура, при этом расстояние между ними устанавливают так, чтобы оно не превосходило расстояние между ограничивающими уплотняемую зону жесткими ограждениями.
Кроме того, и тем, что очищают верхние поверхности жесткого ограждения от попадаемого на них материала с помощью устройства, закрепленного на щитках перед вальцом.
Кроме того, для улучшения захвата порошка вальцами они могут быть выполнены в части, осуществляющей захват частиц порошкообразного материала (между ограничивающими стенками) в форме многогранника.
А также для улучшения захвата порошка вальцами они могут быть выполнены в части, осуществляющей захват частиц порошкообразного материала (между ограничивающими стенками) с рифленой поверхностью.
Задача решается и тем, что уплотняемый порошкообразный материал постоянно подсыпают в зону перед вальцами по ходу их движения слоем выше толщины уплотняемого пласта на 1/20-1/50 диаметра вальца с помощью приспособления, установленного на катке.
Кроме того, тем, что поперечные стенки выполняют переменной высотой.
А также тем, что поперечные стенки выполняют пересекающимися между собой.
И тем, что поперечные стенки выполняют так, что их высота увеличивается от одного бокового борта до другого.
Кроме того, тем, что поперечные стенки выполняют так, что их высота увеличивается от середины до боковых бортов.
А также тем, что ограждение снабжают, по крайней мере, одной дополнительной продольной стенкой, которую выполняют высотой 1/10-4/5 от высоты боковых бортов, причем продольную стенку выполняют переменной высотой.
И тем, что поперечные стенки выполняют фасонными в плане.
Задача решается и тем, что продольные стенки выполняют фасонными в плане.
Кроме того, поперечные и продольные стенки выполняют с трапециевидным поперечным сечением, причем большее основание располагают сверху.
А также, поперечные и продольные стенки в местах их пересечения выполняют одинаковой высотой.
Осуществлять предлагаемый способ возможно известными катками, как ручными, так и моторными.
Валец катка может быть выполнен в виде жесткой обечайки, либо в виде пневматика, либо в виде обечайки, облицованной твердой резиной, либо в виде любой другой известной конструкции.
Для осуществления предлагаемого способа возможно применение различных жестких ограждений, ограничивающих уплотняемый пласт с боков. Например, при сооружении дорожной полосы в качестве ограждений могут быть использованы металлические прогоны с плоской вертикальной стенкой, деревянные брусья и доски, предварительно установленные бортовые камни и другие подобные элементы. При этом они могут быть связаны через нужное расстояние поперечными стенками, верхние поверхности которых лежат в одной плоскости с верхом боковых элементов.
Предлагаемые технические решения поясняются чертежами.
На фиг.1 показана схема осуществления способа при движении вальца слева на право (прямой ход), вид сбоку.
На фиг.2 показана схема осуществления способа при движении вальца справа налево (обратный ход), вид сбоку.
На фиг.3 показана схема осуществления способа, момент образования волны перед вальцом, вид сбоку.
На фиг.4 показана схема осуществления способа (вариант с использованием жесткого ограждения с поперечными стенками) при движении вальца слева на право (прямой ход), вид сбоку.
На фиг.5 показана схема осуществления способа (вариант с использованием жесткого ограждения с поперечными стенками) при движении вальца справа налево (обратный ход), вид сбоку.
На фиг.6 показана схема осуществления способа (вариант с использованием жесткого ограждения с поперечными стенками), момент образования волны перед вальцом, вид сбоку.
На фиг.7 показана схема осуществления способа, вид спереди.
На фиг.8 показана схема осуществления способа (посредством многогранного вальца), вид спереди.
На фиг.9 показана схема осуществления способа (посредством рифленого вальца), вид спереди.
На фиг.10 показана схема осуществления способа посредством катка, снабженного приспособлением для подсыпки перед вальцом слоя материала, превышающего нижнюю образующую вальца на 1/50-1/20 от диаметра вальца, вид сбоку.
На фиг.11 показана схема осуществления способа посредством катка, снабженного боковыми щитками и устройством для чистки верхней поверхности жесткого ограждения от попадаемого на них материала, вид спереди.
На фиг.12 показана конструктивная схема ограждения, вид сбоку.
На фиг.13 показана конструктивная схема ограждения, сечение по А-А.
На чертежах приняты следующие обозначения:
1 - ограждение,
2 - боковые борта,
3 - валец,
4 - волна,
5 - поперечная стенка,
6 - ось,
7 - устройство для передвижения вальца,
8 - боковой щиток,
9 - лапа,
10 - пластина,
11 - резиновый чистильщик,
12 - приспособление для подсыпки перед вальцом слоя материала, превышающего нижнюю образующую вальца на 1/50-1/20 от диаметра вальца,
13 - продольная стенка,
14 - подача порошкообразного материала,
15 - слой подсыпаемого порошкообразного материала,
16 - траектории движения материала при образовании волны,
Н - высота боковых бортов, равная высоте уплотняемого слоя,
h - высота слоя подсыпаемого порошкообразного материала,
1
h - максимальная высота поперечной и продольной стенок,
2
h - максимальная высота поперечной и продольной стенок.
Каток (фиг.10, 11) для осуществления способа уплотнения грунтов и других порошкообразных материалов укатыванием состоит из вальца 3, закрепленного на оси 6 с возможностью вращения вокруг нее, связанного с осью 6 устройства для передвижения вальца 7, которое, например, в ручном исполнении может быть выполнено в виде ручки, боковых щитков 8, смонтированных посредством лап 9 на оси 6, устройство для чистки верхней поверхности боковых бортов 2 жесткого ограждения 1 от попадаемого на них материала, выполненное, например, в виде пластин 10 с резиновыми чистильщиками 11, закрепленных с наружных сторон боковых щитков 8.
Каток, кроме того, может быть выполнен с устройством для передвижения вальца 7, например, в виде механизма передвижения для моторного исполнения, либо в виде дышла для прицепного исполнения.
Каток так же может быть снабжен приспособлением для подсыпки перед вальцом слоя материала 12, превышающего нижнюю образующую вальца на 1/50-1/20 от диаметра вальца.
Ограждение (фиг.12, 13) для осуществления способа уплотнения грунтов и других порошкообразных материалов укатыванием состоит из боковых бортов 2, по которым перекатываются вальцы катка, поперечных стенок 5, связывающих боковые борта 2, и продольных стенок 13. Поперечные стенки 5 выполнены с переменной высотой. При этом высота стенки, например, увеличивается от центра к краям. Продольные стенки 13 также выполнены с переменной высотой. Причем, например, высота увеличивается от середины между соседними поперечными стенками до поперечных стенок. При этом в месте пересечения поперечных стенок 5 с продольными 13 они, например, имеют одинаковую высоту.
Способ осуществляют следующим образом (вариант) (фиг.1-3, 7).
На требуемый участок предварительно устанавливают жесткое ограждение 1 со стенками (боковыми бортами) 2, равными по высоте уплотняемому пласту. При этом длина укатываемого пласта определяется длиной стенок (боковых бортов), а ширина - расстоянием между стенками ограждения. Ограниченную жестким ограждением зону со стенками (боковыми бортами), равными по высоте уплотняемому пласту, засыпают рыхлым порошкообразным материалом вровень с краями стенок. Затем на стенки 2 ограждения 1 вкатывают вальцы 3 катка и перекатывают их вдоль стенок (боковых бортов) 2 туда и обратно. При этом спереди вальцов 3 по ходу их движения под них подсыпают постоянно дополнительно порошкообразный материал слоем 1/20-1/50 диаметра вальцов 3. Вальцы 3 перекатывают до тех пор, пока перед вальцом не появится обратно выдавливаемая волна 4 уплотняемого материала. После чего, прекращают подсыпку материала под вальцы и, продолжая перекатывать валец 3 по ограждению, догоняют образующуюся волну 4 до конца ограждения 1 (за ее границы).
После этого процесс прекращают, и вальцы 3 скатывают с ограждающего ограждения 1.
Далее ограждение может быть переставлено и выше описанный процесс укатки пласта (изделия, дорожной полосы) продолжен.
Вариант осуществления способа (фиг.4-6).
На требуемый участок предварительно устанавливают жесткое ограждение 1 с боковыми бортами 2, равными по высоте уплотняемому пласту, и с поперечными стенками 5 высотой 1/10-4/5 от высоты боковых бортов 2, причем поперечные стенки 5 имеют переменную высоту. При этом длина укатываемой полосы определяется длиной боковых бортов 2, а ширина - расстоянием между стенками 2 ограждения 1. Ограниченную жестким ограждением 1 зону со стенками (боковыми бортами) 2, равными по высоте уплотняемому пласту засыпают рыхлым порошкообразным материалом вровень с краями стенок 2. Затем на стенки 2 ограждения 1 вкатывают вальцы 3 катка и перекатывают их вдоль стенок (боковых бортов) 2 туда и обратно. При этом спереди вальцов 3 по ходу их движения под них подсыпают постоянно дополнительно порошкообразный материал слоем 1/20-1/50 диаметра вальцов 3. Вальцы 3 перекатывают до тех пор, пока перед вальцом не появится обратно выдавливаемая волна 4 уплотняемого материала. При этом уплотняемый материал продавливается под поперечными стенками 5 в зазор между основанием и низом поперечных стенок 5. При этом повышается сопротивление внедрению вальцом 3 материала, что ведет к повышению степени уплотнения. После чего прекращают подсыпку материала под вальцы и, продолжая перекатывать валец 3, догоняют образующуюся волну 4 до конца ограждения (за ее границы).
После этого процесс прекращают, и вальцы 3 скатывают с ограждающего ограждения 1.
Далее ограждение может быть переставлено и выше описанный процесс укатки пласта (изделия, дорожной полосы) продолжен.
Вариант осуществления способа (фиг.8).
На требуемый участок предварительно устанавливают жесткое ограждение 1 со стенками (боковыми бортами) 2, равными по высоте уплотняемому пласту. При этом длина укатываемой полосы определяется длиной стенок (боковых бортов) 2, а ширина - расстоянием между стенками 2 ограждения 1. Ограниченную жестким ограждением 1 зону со стенками (боковыми бортами) 2, равными по высоте уплотняемому пласту засыпают рыхлым порошкообразным материалом вровень с краями стенок 2. Затем на стенки 2 ограждения 1 вкатывают вальцы 3 катка, у которых поверхность, в части расположенной над зоной, выполняют многогранной, и перекатывают их вдоль стенок (боковых бортов) 2 туда и обратно. При этом спереди вальцов 3 по ходу их движения под них постоянно подсыпают дополнительно порошкообразный материал слоем 1/20-1/50 диаметра вальцов 3. Вальцы 3 перекатывают до тех пор, пока перед вальцом не появится обратно выдавливаемая волна 4 уплотняемого материала. После чего, прекращают подсыпку материала впереди вальцов, и, продолжая перекатывать валец 3, догоняют образующуюся волну 4 до конца ограждения (за ее границы).
После этого процесс прекращают, и вальцы 3 скатывают с ограждающего ограждения 1.
Далее ограждение может быть переставлено и выше описанный процесс укатки пласта (изделия, дорожной полосы) продолжен.
Многогранная поверхность вальцов при укатке захватывает и вдавливает в укатываемый пласт большее количество материала, что положительно сказывается на производительности процесса.
Вариант осуществления способа (фиг.9).
На требуемый участок предварительно устанавливают жесткое ограждение 1 со стенками (боковыми бортами) 2, равными по высоте уплотняемому пласту. При этом длина укатываемой полосы определяется длиной стенок (боковых бортов) 2, а ширина - расстоянием между стенками ограждения. Ограниченную жестким ограждением 1 зону со стенками (боковыми бортами) 2, равными по высоте уплотняемому пласту, засыпают рыхлым порошкообразным материалом вровень с краями стенок. Затем на стенки 2 ограждения 1 вкатывают вальцы 3 катка, у которых поверхность, в части расположенной над зоной, выполняют рифленой, и перекатывают их вдоль стенок (боковых бортов) 2 туда и обратно. При этом спереди вальцов 3 по ходу их движения под них подсыпают постоянно дополнительно порошкообразный материал слоем 1/20-1/50 диаметра вальцов 3. Вальцы 3 перекатывают до тех пор, пока перед вальцом не появится обратно выдавливаемая волна 4 уплотняемого материала. После чего, прекрающают подсыпать перед вальцом материал и, продолжая перекатывать валец 3, догоняют образующуюся волну 4 до конца ограждения (за ее границы).
После этого процесс прекращают, и вальцы 3 скатывают с ограждающего ограждения 1.
Далее ограждение может быть переставлено и выше описанный процесс укатки пласта (изделия, дорожной полосы) продолжен.
Рифленая поверхность вальцов при укатке улучшает распределение материала по ширине, а также захват и вдавливание в укатываемый пласт порошкообразного материала, что положительно сказывается на качестве процесса.
Таким способом предельно просто решается казавшаяся неразрешимой техническая задача по уплотнению порошкообразных материалов до плотности, равной их пределу прочности.
В предложенном способе всегда, без какого-либо регулирования прочность порошкообразного материала под вальцами катка будет соответствовать удельному давлению вальца на порошкообразный материал, но и не сможет превысить предел прочности.
Достижение предела прочности характеризуется выдавливанием порошкообразного материала из-под вальца. Если в традиционном известном способе укатывания это приводило к вредному эффекту - разрушению укатанного слоя, то в предлагаемом способе обратное выдавливание характеризует достижение желаемого эффекта - уплотнения порошкообразного материала до предела прочности (ведь валец не «потонет» в уплотняемом материале, так как он на него не опирается).