ВАЛЕЦ ДОРОЖНОГО КАТКА
COMPACTION ROLLER DRUM

Изобретение относится к дорожным и строительным машинам и предназначено для уплотнения дорожно-строительных материалов.
Известен валец катка (патент РФ 2016951, от 30.01.92, Е01С 19/26, авторы - Марченко И.И., Бандер И.В., Ямщиков В.В., опубликован 1994.07.30), содержащий обечайку с внутренней поверхностью в виде чередующихся выступов и впадин для размещения трамбующих грузов. Механизм фиксации грузов выполнен из двух полуцилиндров разного диаметра, жестко закрепленных на оси обечайки с образованием между ними вертикальной направляющей для перемещения грузов. Цилиндрическая поверхность полуцилиндра большего диаметра обращена к базовой машине.
Недостатком такого вальца является низкая эффективность уплотнения дорожно-строительных материалов устройством-аналогом, обусловленная значительным сопротивлением вращению вальца за счет попадания трамбующих грузов (при их подъеме) в клиноподобные просветы между выступами внутренней поверхности обечайки и полуцилиндром меньшего диаметра.
Кроме того, к недостаткам аналога следует отнести сложность конструкции, невозможность работы по челночной схеме и высокую энергоемкость уплотнения, обусловленную вертикальной траекторией движения грузов по направлению к уплотняемому материалу.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому, принятым за прототип, является валец катка (А.С. СССР №95624 от 14.12.1951, Е01С 19/25, E02F 03/24. Е.Г.Стригин, опубликовано 1958.09.11) для уплотнения грунта, содержащий обечайку, внутренняя поверхность которой образует направляющие, в которых размещены трамбующие грузы. Грузы поднимаются в рабочую точку за счет перекатывания вальца с их последующей фиксацией специальной защелкой. Затем грузы падают на грунт под действием силы тяжести.
Недостатком такого катка является сложность конструкции, а также ненадежность работы вследствие налипания грунта на грузы и заклинивания фиксаторов, создающих к тому же дополнительное сопротивление вращению вальца. Кроме того, движение грузов по вертикальной траектории увеличивает энергоемкость уплотнения и исключает возможность создания структуры грунта, устойчивой к воздействию поперечных касательных напряжений, создаваемых колесами транспортных средств на перекрестках и поворотах.
Задачей изобретения является повышение эффективности уплотнения дорожно-строительных материалов.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении качества уплотнения дорожно-строительных материалов путем снижения сопротивления деформированию, предотвращения поверхностного разрушения и отрицательного влияния на дорожную конструкцию поперечных касательных напряжений, возникающих в результате действия колес тяжелых транспортных средств на перекрестках и поворотах за счет создания структуры дорожно-строительных материалов, устойчивой к воздействию этих напряжений.
Технический результат достигается тем, что в вальце, содержащем обечайку, внутренняя поверхность которой образует направляющие с расположенными внутри них трамбующими грузами и устройствами их фиксации в виде защелок, согласно изобретению направляющие выполнены в виде отдельных наклонных труб, а устройства фиксации выполнены в виде впадин, оппозитно расположенных друг относительно друга на концах направляющих. Кроме того, направляющие имеют n-угольное поперечное сечение, где n≥5, а угол отклонения их от вертикали определяется формулой α≥ρ, где ρ - угол внутреннего трения уплотняемого материала.
Заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна", так как наличие механизма фиксации, состоящего из отдельных наклонных каналов для перемещения грузов, в верхних и нижних частях которых оппозитно расположены впадины для размещения грузов, неизвестно и является новым признаком. Также неизвестны и являются новыми признаками n-угольное поперечное сечение направляющих, где n≥5, и отклонение направляющих от вертикали на угол α≥ρ, где ρ - угол внутреннего трения уплотняемого материала. Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с аналогом и прототипом представлен в таблице.
ТаблицаСопоставительный анализ заявляемого изобретения с аналогом и прототипом
Объект
Возможность заклинивания механизма фиксации грузов
Возможность работы по челночной схеме
Создание структуры уплотняемого материала, устойчивой к поперечным касательным напряжениям
Энергоемкость уплотнения
Сопротивление вращению вальца
Эффектив-ность уплотнения
Аналог
Исключается
Исключается
Исключается
Высокая
Высокое
Низкая
Прототип
Не исключается
Не исключается
Исключается
Высокая
Высокое
Низкая
Заявляемый
Исключается
Не исключается
Создается
Низкая
Низкое
Высокая
Известно выполнение вертикальных направляющих, по которым снаружи осуществляется рабочий ход трамбующих плит трамбующей машины (например, Н.Я.Хархута и др. Дорожные машины. Л., Машиностроение, 1968. С.189; В.И.Окунев. Слово о "Раскате". О людях и машинах г.Рыбинск 2006 г. С.59). В этом случае сопротивление грунта уплотнению максимально, а его устойчивость к воздействию поперечных касательных напряжений от колес тяжелых транспортных средств недостаточна. Из тех же источников известны самопередвигающиеся виброплиты, снабженные вибраторами направленного действия, в которых возмущающая сила отклонена от вертикали в продольной плоскости, чем и обеспечивается передвижение.
Сопротивление уплотнению при этом снижается недостаточно, потому что угол отклонения приложенной силы от вертикали значительно меньше угла внутреннего трения материала. Структуры материала, устойчивой к воздействию поперечных касательных напряжений, не создается, т.к. возмущающая сила действует в продольном направлении.
В заявляемом объекте выполнение направляющих в виде наклонных труб, а устройств фиксации - в виде впадин, оппозитно расположенных друг относительно друга на концах направляющих, приводит к наклонным ударам трамбующих грузов о грунт в поперечном направлении, что обеспечивает соответствующее расположение частиц дорожно-строительного материала и, следовательно, создание структуры дорожно-строительного материала, устойчивой к отрицательному воздействию поперечных напряжений, возникающих от действия колес тяжелых транспортных средств на перекрестках и поворотах.
Сопоставительный анализ показывает несовпадение влияния отличительного признака и влияния сходного с ним признака на технический результат. Это доказывает соответствие заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень». Неизвестность из уровня техники новых признаков, касающихся выполнения направляющих с n-угольным поперечным сечением, где n≥5, и отклонение направляющих от вертикали на угол α≥ρ, где ρ - угол внутреннего трения уплотняемого материала, также доказывает соответствие заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен заявляемый валец в продольном сечении, а на фиг.2 - в поперечном.
Валец дорожного катка состоит из обечайки 1, механизма фиксации, выполненного из отдельных наклонных труб - направляющих 2 для перемещения шарообразных грузов 3, в верхних и нижних частях направляющих 2 оппозитно расположены впадины 4 для размещения грузов 3, оси 5.
1
1
Валец работает следующим образом. При вращении оси 5 происходит подъем грузов 3 из нижнего положения в верхнее и последующий рабочий ход по наклонным направляющим 2 вниз с передачей энергии уплотняемому материалу. Далее цикл повторяется. Направляющие 2 выполнены в виде отдельных наклонных труб n-угольного поперечного сечения, где n≥5. В этом случае в отличие от круглого поперечного сечения направляющих в заявляемом вальце продукты износа грузов 3 и направляющих 2, а также частицы уплотняемого материала скапливаются в углах сечения, как в ловушках и не препятствуют движению грузов 3. Направляющие 2 для перемещения грузов 3 отклонены от вертикали на угол, равный или превышающий угол внутреннего трения уплотняемого материала, α≥ρ. Как показали проведенные лабораторные исследования на асфальтобетонных смесях типа А и В и связных грунтах двух видов, при отклонении от вертикали деформирующего усилия значительно, в 2-3 раза снижается сопротивление материала деформированию. Это снижение происходит до достижения угла отклонения от вертикали, близкого к углу внутреннего трения. Дальнейший рост угла отклонения от вертикали деформирующего усилия не приводит к существенному снижению сопротивления материала деформированию. Следует отметить, что по сравнению с энергией Р груза, движущегося по вертикальному каналу (как у прототипа), груз, движущийся по наклонному под углом α=90-ρ каналу, обладает меньшей энергией Psinα. Но так как для большинства дорожно-строительных материалов угол внутреннего трения ρ составляет 15-36° (Хархута Н.Я. Машины для уплотнения грунтов. Л., "Машиностроение", 1973. 175 с.), то такое снижение энергии удара (на 3-19%) незначительно по сравнению с резким (в 2-3 раза) падением сопротивления материала деформированию. Это позволяет повысить эффективность уплотнения, уменьшить число проходов катка. Кроме того, наклонные удары падающих грузов 3 по уплотняемому материалу вдоль оси 5 вальца придадут материалу структуру, устойчивую к действию поперечных касательных напряжений. Такие напряжения создаются колесами тяжелых транспортных средств на перекрестках, поворотах и отрицательно влияют на дорожную конструкцию, вызывая ее поверхностное разрушение.
В процессе укатки угол внутреннего трения уплотняемых материалов возрастает примерно на 5-7°, поэтому механизм фиксации устанавливается по его конечному значению для наиболее прочного применяемого материала, например щебня.