ДОРОЖНЫЙ ВИБРОКАТОК
VIBRATING PAVEMENT ROLLER

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и аэродромов, а именно к дорожным вибрационным каткам для уплотнения грунтов и материалов.
Известен дорожный виброкаток [см., например, патент RU №2301861 МПК Е01С 19/28, опубликованный 27.06.2007, Бюл. №18] [1], который содержит переднюю полураму, валец, разделенный на три секции, расположенные на одном коленчатом валу. Три секции вальца реализуют сложенный режим уплотнения грунта. Крайние и средняя секции вальца работают в противофазе, т.е. с углом рассогласования 180 градусов. Когда средняя секция вальца движется вниз, т.е. уплотняет материал, крайние секции движутся вверх, совершают холостой процесс. Таким образом, осуществляется уплотнение материалов и грунтов тремя согласованно работающими секциями. Недостатком устройства [1] является сложная конструкция вальца и недостаточная производительность катка.
Известен также виброкаток [патент RU №2405881, Кл. Е01С 19/28, опубликованный 10.12.2010, Бюл. №34] [2], в котором валец выполнен в виде двух секций с возможностью* вращения на коленчатом валу, что дает возможность совершать каждой секцией вибровальца вертикальные движения в противофазе. При движении одной секции вниз совершается рабочий ход уплотнения материала, вторая секция совершает холостое перемещение вверх. Недостатком устройства [2] является сложная конструкция коленчатого вала привода вращений секций вибровальца.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство [патент RU №2647537 С1, опубл. 16.03.2018, Бюл. №8] [3], содержащее переднюю полураму, валец, вал внутри вальца с закрепленными на нем тремя небалансами общей радиальной вибрации. Два крайних дебаланса, расположенных слева и справа, ориентированы относительно друг друга с углом рассогласования 180 градусов, а средний дебаланс ориентирован относительно других дебалансов с углом 90 градусов. Устройство [3] совершает вертикальные колебания, чередующиеся последовательно с поперечными колебаниями вальца.
Общим недостатком современных виброкатков является использование дебалансов общей радиальной вибрации, рабочий цикл которых содержит рабочую и холостую фазы периода одного цикла.
В течение одного полупериода цикла вибрации совершается рабочий процесс - уплотнение материала, а вторая часть полупериода является холостой. Поэтому только половина рабочего времени дорожного катка используется для совершения полезной работы уплотнения материала.
Технический результат предложенного изобретения заключается в использовании дополнительных дебалансов, которые выполняют рабочий процесс с фазовым рассогласованием 90 градусов одновременно с основными дебалансами и уменьшают временя холостой фазы процесса основных дебалансов.
Задачей изобретения является повышение интенсивности колебательного процесса вибровальца за счет совмещения в одном рабочем цикле вибровозбудителя возбуждения, создаваемого основными дебалансами и дополнительными дебалансами, установленными на валах с фазовым рассогласование на угол 90 градусов с основными дебалансами.
Поставленная задача изобретения решена тем, что дорожный виброкаток, содержащий переднюю полураму, цилиндрический валец, валы внутри вальца, расположенные соосно, два основных дебаланса общей радиальной вибрации, закрепленные на валах, оси которых совпадают с геометрической осью вальца, дебалансы идентично ориентированы для синхронной работы, подшипники качения, резинометаллические амортизаторы, в которых согласно изобретению валец снабжен дополнительной парой дебалансов, закрепленных соответственно на валах, при этом дополнительные дебалансы синхронно ориентированы друг относительно друга и установлены относительно основной пары дебалансов с углом рассогласования 90 градусов.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид дорожного катка, на фиг. 2 показан разрез вибровальца, на фиг. 3 представлена работа основного и дополнительного дебалансов на левом валу в режиме совместного уплотнения грунта и материала на 1/4 периода вращения дебалансов; на фиг. 4 представлена работа основного и дополнительного дебалансов на правом валу в режиме совместного уплотнения грунта и материала на 1/4 периода вращения дебалансов.
На фиг. 1, 2, 3, 4 показаны следующие позиции дорожного виброкатка: 1 - передняя полурама; 2 - задняя полурама; 3 - ходовой механизм; 4 - валец; 5, 6 - соответственно левый и правый вибровал; 7, 8 - подшипник вибровальца; 9 - карданный вал; 10, 11 - основная пара дебалансов, 12, 13 - дополнительная пара дебалансов; 14 - гидромотор привода вращения вибровалов с дебалансами; 15 - гидромотор поступательного движения вальца; 16 - резинометаллические амортизаторы; 17 - соединительная муфта привода вальца.
Валы 5, 6 расположены на геометрической оси вибровальца 4 и опираются на подшипники качения. На фиг. 2 гидромотор 15 передает крутящий момент через резинометаллические амортизаторы 16 вальцу 4, обеспечивая поступательное перемещение катка. Одновременно гидромотор 14 осуществляет вращение вала 5 с дебалансами 10, 12 и при помощи карданного вала 9 обеспечивает вращение вала 6 с дебалансами 11, 13.
∂1
∂2
При поступательном перемещении катка и одновременном вращении основных дебалансов 10, 11 возникают динамические возбуждающие силы Р (фиг. 3) и Р (фиг. 4).
∂1
∂2
∂1
∂2
∂1z
∂1
∂2z
∂2
Все дебалансы закреплены на валах 5, 6 и вращаются с одинаковой угловой скоростью ω. В положении, указанном на фиг. 3 и фиг. 4, силы Р, Р вертикальные и имеют максимальное значение проекции на вертикальную ось z (см. фиг. 3). При повороте небаланса из указанного положения проекции сил Р, Р на ось z уменьшаются Р≤Р; Р≤Р от номинального значения до нуля. На фиг. 3 показаны силы  которые являются динамическими силами дебалансов при повороте валов на угол ϕ.
∂3
∂4
∂3z
∂4z
Одновременно возбуждающие силы Р и Р второй пары дебалансов 12, 13 (фиг. 3) входят в рабочую зону и их проекции Р, Р, направленные вниз, увеличиваются от нулевого значения до номинального при повороте валов 5, 6 на 90 градусов.
∂1z
∂3z
∂3z
∂4z
Таким образом, силы вертикального уплотняющего воздействия дебалансов Р и P снижаются, а рабочее уплотняющее воздействие Р, P возрастают при повороте валов на угол 90 градусов. Суммарное вертикальное силовое воздействие направленное вниз практически остается постоянным. Именно это является новизной предложенного изобретения и техническим результатом. Таким образом, рассмотренные две пары дебалансов осуществляют практически постоянное вертикальное воздействие вниз в течение 1/4 периода вращения дебаланса.
Используя фиг. 3 определим повышение производительности виброкатка, в течение 1/4 периода вращения дебаланса происходит суммирование вертикальных уплотняющих сил. Кроме этого дебалансы 10, 12 и 11, 12 одновременно в течение 1/4 периода вращения создают вертикальную уплотняющую силу, направленную вниз и обеспечивают уплотнение материала и увеличение важного фактора времени действия уплотняющей вертикальной силы. Предложенное изобретение позволяет увеличить полезное время уплотнения материала за один период до значения времени 3/4 периода вращения дебалансов за счет уменьшения времени холостого хода.
Традиционный каток имеет одинаковое время уплотнения и холостого хода равное половине периода вращения дебаланса. Следовательно, время полезной работы - уплотнения за один оборот вала увеличивается с 1/2 периода до 3/4 периода, т.е. в 1,5 раза.
Таким образом, предложенное изобретение увеличивает производительность катка в 1,5 раза. Технический результат изобретения достигнут тем, что использование дополнительных дебалансов позволяет в 1,5 раза повысить эффективность работы катка за счет увеличения времени вертикального возбуждающего воздействия на уплотняемый материал и одновременно повысить производительность дорожного катка за счет уменьшения числа проходов, необходимых для уплотнения материалов и грунтов.