ТАРЕЛЬЧАТО-ПРУЖИННЫЙ ВИБРАЦИОННЫЙ ВАЛЕЦ
PLATE-AND-SPRING VIBRATORY DRUM

Изобретение относится к устройствам для уплотнения грунта, предназначено для вибрационного уплотнения грунта и может быть использовано на предприятиях дорожно-строительной отрасли.
В настоящее время одной из самых острых проблем в дорожном строительстве является проблема уплотнения грунтовых оснований. Для решения этой проблемы предлагаются различные механизмы и устройства.
Из уровня техники известен пневмошинный вибрационный валец (патент US № 5788408, 1998.08.04, Е01С 19/28 (2006.01.01), E01C 19/22 (20060101); E01C 019/28), содержащий раму, крепления шин к раме, выполненные в виде подшипниковых узлов и устройств для защиты от вибрации. Устройство для возбуждения вибрационных колебаний содержит вибрационный вал, установленный с внутренней стороны наружного диаметра шины между подшипниковыми узлами, установленными с обеих сторон данной шины. Данное вибрационное устройство передает вибрацию шине путем вращения вибрационного вала. Вращательное движение валу передается от привода вибровозбудителя. При включении режима вибрации вибрационные импульсы от шин передаются уплотняемой среде, за счет чего и происходит реализация процесса уплотнения.
Также известен валец дорожного катка (патент RU №2227189 С2, 2004.04.20, Е01С 19/27). Валец содержит вибратор, гидромоторы привода вибратора и вальца, обечайку в виде набора дисков, на которых смонтированы шины, заполненные жидкостью. Шины посажены вплотную друг к другу или порознь с пластинами на боковых поверхностях, на торцевых поверхностях вальца имеются съемные пластины, позволяющие снизить потери вибрационной энергии на деформирование боковых поверхностей шин в направлении, параллельном оси вальца. При работе катка в вибрационном режиме вибратор создает колебания и передает их жидкости внутри шин. Жидкость, являющаяся несжимаемым телом, передает вибрацию на внешнюю поверхность вальца, которая, контактируя с уплотняемым материалом, передает его частицам энергию, необходимую для уплотнения.
Наиболее близким к предлагаемому является валец дорожного катка (патент RU № 2001132500 А, 2003.08.27, Е01С 19/28), содержащий раму, основную ось, набор упругих оболочек (шин). На вальце закреплена дополнительная рама с возможностью поворота относительно его оси для регулирования направления приложения динамических импульсов, выполненная в виде каркаса, состоящего из двух частей, соединенных посередине шарниром, и набора роликов, оси которых закреплены в каркасе, при этом концы дополнительной рамы соединены вибрационным устройством, закрепленным на оси вальца, способным периодически сжимать-разжимать шины, создавая динамические импульсы.
Главным недостатком трех вышеописанных моделей является невозможность применения их на связных грунтах ввиду геометрической конфигурации шин. Применение вальцов такого типа имеет смысл только на несвязных и малосвязных грунтах, следовательно, применение таких вальцов невозможно на всех этапах возведения грунтового основания, что увеличит срок окупаемости данных устройств при применении их в дорожном строительстве. К значительным недостаткам данных моделей можно отнести низкую уплотняющую эффективность высокочастотных колебаний при их приложении к упругим оболочкам типа шин. Также стоит отметить достаточную сложность этих конструкций, что отрицательно сказывается на параметрах надежности данных моделей.
Технической задачей, решаемой изобретением, является универсализация вибрационного вальца в плане его применения при уплотнении всех типов грунтов (как связных, так и несвязных), упрощении его конструкции, повышении надежности.
Технический результат данного изобретения заключается в получении необходимого уплотняющего воздействия на грунт любого типа (связного и несвязного), в оптимизации конструкции с целью ее упрощения и повышения надежности.
Технический результат достигается тем, что устройство состоит из стоек, на которых установлен вал посредством подшипниковых узлов, на внешней стороне наружного диметра вала закреплен валец, выполненный в виде пакета тарельчатых пружин, внутренней стороной своего внутреннего диаметра, а внутри вала установлен магнитострикторный источник вибрации, состоящий из бойка, выполненного с возможностью движения в плоскости, продольной к оси вальца, при помощи электромагнитной катушки, функцией которой является создание магнитных сил, и возвратной пружины, функцией которой является создание обратного движения бойка в плоскости, продольной к оси вальца, под действием сил упругости, причем магнитострикторный источник вибрации выполнен с возможностью создания вибрационного поля, а вследствие этого, и деформирующего воздействия на пакет тарельчатых пружин с помощью упорной пластины, которая приварена к вальцу и функцией которой является передача вибрационного воздействия от бойка магнитострикторного источника вибрации непосредственно на сам валец.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен тарельчато-пружинный вибрационный валец.
Устройство состоит из стоек 4, на которых установлен вал 6 посредством подшипниковых узлов 5. На внешней стороне наружного диметра вала 6 закреплен валец 3, выполненный в виде пакета тарельчатых пружин 9, внутренней стороной своего внутреннего диаметра, а внутри вала 6 установлен магнитострикторный источник вибрации 10, состоящий из бойка 7, выполненного с возможностью движения в плоскости, продольной к оси вальца 3, при помощи электромагнитной катушки 1, функцией которой является создание магнитных сил, и возвратной пружины 8, функцией которой является создание обратного движения бойка 7 в плоскости, продольной к оси вальца 3, под действием сил упругости. Причем магнитострикторный источник вибрации 10 выполнен с возможностью создания вибрационного поля, а вследствие этого, и деформирующего воздействия на пакет тарельчатых пружин 9 с помощью упорной пластины 2, которая приварена к вальцу 3 и функцией которой является передача вибрационного воздействия от бойка 7 магнитострикторного источника вибрации 10 непосредственно на сам валец 3.
Устройство работает следующим образом: при подаче переменного тока на электромагнитную катушку 1, боек 7 под воздействием магнитных сил начинает движение в плоскости, продольной к оси вальца 3. При прекращении действия электромагнитных сил боек 7 под воздействием сил упругости возвратной пружины 8 начинает обратное движение и посредством удара передает свою кинетическую энергию упорной пластине 2. Упорная пластина 2, присоединенная к телу тарельчатой пружины путем сварки, полученную от бойка 7 энергию передает вальцу 3. Под воздействием этого динамического воздействия валец начинает деформироваться, передавая энергию этой деформации уплотняемой среде, за счет чего и происходит процесс уплотнения данной среды.
В целом устройство обеспечивает достаточное уплотняющее воздействие на грунт разных типов, объясняется это тем, что, во-первых, геометрическая форма вальца является наиболее оптимальной как на стадии уплотнения несвязных грунтов, так и на стадии уплотнения предварительно укатанного связного грунта. Во-вторых, динамическое усилие, развиваемое на границе контакта валец-грунт благодаря деформированию вальца магнитостриктором, является достаточным для уплотнения грунта на всех стадиях возведения земляного основания дороги.
Конструкция устройства обладает простотой и надежностью. Это обеспечивается тем, что валец состоит из набора тарельчатых пружин, которые являются простыми в изготовлении, надежными и износостойкими в процессе работы. Валец, изготовленный по такой схеме, не изнашивается при восприятии значительных динамических нагрузок, он нетребователен к условиям эксплуатации, прост в ремонте, состоит из унифицированных стандартных изделий.