ДОРОЖНЫЙ КАТОК

Полезная модель относится к области дорожного строительства, в частности к конструкции самоходных дорожных катков, предназначенных для уплотнения слоев дорожного покрытия, устраиваемого из горячих асфальтобетонных смесей и других битумоминеральных материалов.
κ
κ
p
κ
ρ
κ
p
Уплотнение слоев дорожных одежд, устраиваемых из горячих асфальтобетонных смесей, выполняется самоходными дорожными катками различного типа и массы. К ним относятся катки с гладкими металлическими вальцами как статического, так и вибрационного действия, а также катки на пневматических шинах и комбинированные. Комбинированный - это двухосный каток, который сочетает в себе пневматический и гладкий металлический вибрационный валец. Мировая промышленность выпускает широкую номенклатуру названных катков, различающихся по массе и конструкции. Это обстоятельство обусловлено существующей технологией уплотнения конструктивных слоев дорожной одежды и широким диапазоном изменения прочностных свойств уплотняемого материала. Так, в начале процесса уплотнения после укладки слоя асфальтобетонной смеси асфальтоукладчиком ее температура составляет порядка 140°С. Заканчивают процесс уплотнения при температурах 70-75°С. Слой такой смеси в начале уплотнения представляет собой тяжелую вязкую жидкость, не всегда способную выдержать большую нагрузку от воздействия уплотняющих машин - дорожных катков. Эта нагрузка передается через поверхность контакта вальцов со слоем уплотняемого материала и оценивается величиной контактного давления - σ. Основное правило уплотнения требует, чтобы на протяжении всего процесса уплотнения выполнялось условие σ=(0,8-0,9)σ, где σ - контактное давлением под вальцом, σ - предел прочности уплотняемого материала [Хархута Н.Я. Машины для уплотнения грунтов. Л., «Машиностроение», 1973]. Изменение предела прочности асфальтобетонной смеси в процессе уплотнения происходит от двух факторов - уплотнение материала и остывание слоя смеси. Поэтому мировая практика производства уплотняющих машин основана на выпуске широкой номенклатуры дорожных катков, различающихся как по массе, так и по характеру силового воздействия на уплотняемую среду. Каждая единица, из этой номенклатуры уплотняющих машин, используется на том или ином технологическом этапе процесса уплотнения, где ее эффективность максимальная. Однако, основное правило уплотнения, заключающееся в том, чтобы контактные давления «σ», создаваемые рабочим органом (вальцом), не превышали предела прочности «σ» уплотняемого материала, сохраняется для всей номенклатуры машин. В связи с этим, дорожно-строительные организации вынуждены иметь в наличии разнообразные дорожные катки, различающиеся по типу и массе, что затрудняет как их обслуживание, так и применение в деле.
Для сокращения номенклатуры дорожных катков применяются различные методы регулирования контактных давлений под вальцом за счет изменения его массы. Такие, например, как заполнение внутренней полости вальца или специальной емкости водой или бетоном, навешивание на каток подвижных грузов и т.п.
Существенным недостатком описанных способов регулирования контактных давлений под вальцами дорожного катка является необходимость останавливать машину и затрачивать время на балластировку катка, изменяя его массу, а следовательно и контактные давления под вальцами катка.
Указанные недостатки компенсируются применением самоходного дорожного катка, описанного в SU №1401097, который принят в качестве прототипа.
Каток-прототип содержит несущую раму, на которой смонтированы основные агрегаты и механизмы. К ним, в первую очередь, относятся ДВС, сопряженный с гидростанцией, кабина оператора, а также совокупность рабочих органов, на которые опирается рама. Рабочие органы объединены в пару уплотняющих модулей, каждый из которых включает пневматический и гладкий цилиндрический вальцы. Каждый модуль представляет собой платформу, установленную на раме с возможностью поворота и оснащенную соответствующим механизмом. Рабочие органы каждого модуля связаны с платформой посредством пары балансирных балок, установленных с обеих сторон платформы и связанных с нею посредством шарниров, расположенных в середине каждой балки. Рабочие органы смонтированы между балками и на ее концах. При этом пневматические вальцы расположены с внешней стороны модулей, а гладкие металлические - напротив друг друга. Платформа и балки связаны между собой с помощью, по меньшей мере, двух гидроцилиндров, которые могут располагаться со стороны одной из балок. При работе катка гидроцилиндры делают возможным поворот балок вокруг шарниров, связывающих их с платформой, что позволяет вывешивать тот или иной рабочий орган над уплотняемой поверхностью, распределяя нагрузку общей массы катка на два или три вальца.
к
κ
Описанный каток является универсальным уплотнительным средством, позволяющим изменять как контактное давление на уплотняемую поверхность, так и вид рабочего органа: статический, вибрационный, пневматический. При одной и той же массе катка подъем одного или двух вальцов приводит к увеличению контактных давлений «σ» на опорные вальцы. В противном случае при увеличении количества опорных точек (контактнов вальцов с уплотняемой поверхностью) контактные давления «σ» уменьшаются.
Возможность поворота модулей относительно рамы позволяет значительно (минимум в 1,5 раза) увеличить ширину укатки, а, значит, и повысить производительность дорожно-строительных работ в плане уплотнения асфальтобетонной смеси.
Перечисленные достоинства прототипа ведут к уменьшению номенклатуры, используемых на уплотнительных работах катков, а также повышению производительности и качеству собственно уплотнения.
κ
Основным недостатком катка прототипа является конструктивная сложность уплотнительных модулей, которая выражается, прежде всего, в сложности кинематической схемы каждого модуля, предусматривающей связь и взаимодействия двух механических систем: механизма поворота и устройства распределения нагрузки между вальцами. Каждая из названных систем представляет собой достаточно сложный, с конструктивной и технологической точек зрения, узел. Кроме того, контактные давления под вальцами катка при принятом способе их регулирования, изменяются ступенчато, в зависимости от количества опорных вальцов. В то время как прочностные свойства смеси изменяются непрерывно и плавно в процессе уплотнения, как за счет нарастания плотности слоя, так и в результате остывания смеси. Другими словами, несоответствие изменения σ под вальцами катка технологическим параметрам уплотняемой смеси не способствует получению качественного асфальтобетонного покрытия, т.е. технологические возможности катка-прототипа ограничены.
Таким образом, задачей полезной модели является упрощение конструкции катка и улучшение его технологических возможностей.
Поставленная задача решается за счет того, что в самоходном дорожном катке, содержащем раму, опирающуюся на пару уплотнительных модулей, каждый из которых включает пневматический и гладкий цилиндрический вальцы, при этом каждый модуль оснащен механизмом его поворота относительно рамы и устройством перераспределения нагрузки между вальцами. Последний образован из пневматического вальца, связанного с регулируемым источником сжатого воздуха.
κ
Технический результат предлагаемого усовершенствования состоит в устранении из катка конструктивно и технологически сложного механического устройства перераспределения нагрузки между вальцами и заменой его более простым, основанным на использовании пневматики устройством, дающим возможность плавного регулирования σ во всем диапазоне изменяющейся температуры и плотности асфальтобетонной смеси.
κ
κ
На фиг. 1 дано схематическое изображение фрагмента дорожного катка. На фиг. 2 дан график, поясняющий работу катка предлагаемой конструкции. Самоходный дорожный каток содержит несущую раму 1, на которой смонтированы ДВС 2 и кабина 3 оператора. Рама 1 опирается на пару уплотнительных модулей 4, содержащих рабочие органы. Каждый модуль 4 включает пневматический и гладкий цилиндрический вальцы 5 и 6 соответственно, которые установлены на концах балок 7, охватывающих вальцы с их торцов. Балки 7 жестко связаны с вертикальной стойкой 8, которая смонтирована в раме 1 с возможностью поворота под действием механизма 9. Как известно, пневматический валец состоит из набора пневматических шин. В рассматриваемой конструкции катка внутренние полости всех шин сообщены с регулируемым источником 10 сжатого воздуха. Такая конструкция широко известна из уровня техники и, в частности, широко используется в автомобилях повышенной проходимости. Источник 10 содержит блок 11, содержащий компрессор и ресивер, который связан с регулятором 12 давления, снабженным рукояткой 13 для случая ручного процесса регулирования давления в шинах пневматического вальца 5. Оператор при этом ориентируется по монитору 14, отражающему перераспределение нагрузки с одного вальца на другой в пределах одного модуля, хотя процессом регулирования охвачены оба модуля. Картина перераспределения на мониторе может быть представлена графиком, изображенным на фиг. 2 и построенным в координатах давления воздуха в шинах пневматического вальца (Р) и контактного давления (σ). Закономерность изменения σ от Ρ на графике представлена условно прямыми как для пневматического вальца 5, так и гладкого цилиндрического вальца 6. Предлагаемое устройство распределения нагрузки между вальцами может управляться в автоматическом режиме пакетом специальных программ, которые заложены в ЭВМ 15.
Процесс перераспределения нагрузки осуществляется следующим образом.
мах п
мах п
0 г.
1
кп1
мах п
кг1
2
3
4
кп2
кп3
кп4
кг2
кг3
кг4
мах г
κπ
кг
Условно принимается, что в исходном положении давление в шинах пневматического вальца 5 имеет максимальное значение Р (Фиг. 2), что соответствует максимальному давлению под пневматиком σ. При таком давлении в шинах контактное давление на цилиндрическом вальце равняется нулю - σПри необходимости перераспределения контактного давления с пневматического вальца 5 на гладкий валец 6 в шинах снижают давление воздуха на величину Р, что соответствует контактному давлению под пневматическим вальцом σ. Истинное давление в шинах вальца равняется Р - Р. При этом пневматический валец проседает и происходит перераспределение нагрузки на гладкий валец, которая возрастает и дает под последним контактное давление, равное σ. Дальнейшее уменьшение давления воздуха в шинах до величин Р, Р, Р ведет к соответствующему уменьшению контактных давлений под пневматическим вальцом до величин σ, σ, σ и соответствующему возрастанию контактных давлений под цилиндрическим вальцом - σ, σ, σ. При давлении воздуха в шинах, равном нулю под гладким вальцом будет максимальное контактное давление σ. Следует особо подчеркнуть условности графического изображения представленных там зависимостей σ≈ƒ(Р) и σ≈ƒ(Р). Собственно график не выражает количественных характеристик процесса перераспределения контактного давления, а дает только представление о качественном характере этого процесса перераспределения. Перераспределение контактного давления с цилиндрического вальца на пневматический осуществляется в обратном порядке.