УКЛАДЧИК ГЕОРЕШЕТКИ С ОБОРУДОВАНИЕМ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ГЕОРЕШЕТКИ И ЕЕ РАСПРАВЛЕНИЯ ПРИ УКЛАДКЕ
GEOWEB STACKER WITH EQUIPMENT FOR GEOWEB STORAGE AND STRAIGHTENING AT STACKING

Изобретение относится к области строительства с использованием объемной георешетки (далее - георешетки), в частности для строительства автодорог, путей для железнодорожного транспорта, взлетного полотна для аэродромов, при сооружении объектов различного назначения, для ландшафтного строительства, укрепления оврагов и склонов.
Известен способ и машина для упрочнения дорожного полотна с использованием объемной георешетки, см. опубликованные заявки РФ №2010153423, №2010153424 на изобретения, технические решения по которым приняты в качестве наиболее близких аналогов.
Укладка объемной георешетки сводится к следующим основным стадиям:
- подготовка участка (планировка, уплотнение, устройство дренажа и т.п.);
- распределение по подготовленному участку секций объемной георешетки и факультативно геотекстиля;
- растягивание и фиксация секций объемной георешетки на обусловленную проектом ширину для формирования объемной сотовой структуры;
- заполнение ячеек объемной георешетки засыпным материалом (песок, щебень, гравий и т.п.) в соответствии с проектом;
- планирование и уплотнение засыпанного материала, нанесение поверхностного асфальтобетонного или иного покрытия.
В настоящее время выполнение ряда технологических операций по укладке георешетки осуществляется специализированной дорожной машиной - укладчиком, адаптированным к месту проведения работ, например автодорога, аэродром, железнодорожное полотно и т.д. Секция георешетки, обусловленной проектом длины, находится на специальном устройстве укладчика, либо на сопряженной с ним платформе, и может быть барабанного типа. Рулоны геотекстиля также находятся на укладчике или на сопряженной с ним платформе.
Георешетка растягивается за счет воздействия на крайние ленты георешетки и саму георешетку рабочих органов (например, пластины, коробки, диски, звездочки) соответствующего механизма укладчика или вручную. Заполнение ячеек растянутой георешетки засыпным материалом, извлекаемым из бункера, расположенного на укладчике, либо на сопряженной с ним платформе, происходит практически сразу же после их формирования при растягивании, что позволяет применять временные анкерные стойки, удерживающие георешетку в растянутом положении, только на начальном участке установки геоматериалов, фактически до момента их засыпки, с последующим их удалением. Дальнейшее растягивание не требует применения анкеров, поскольку геотекстиль и георешетка будут удерживаться слоем засыпанного материала.
Использование геотекстиля факультативно и определяется решаемыми задачами при строительстве. В случае необходимости (ремонт полотна железной дороги без снятия рельсошпальной решетки) на Укладчике устанавливаются устройство для подъема рельсошпальной решетки, а также устройства подачи геоматериалов в подшпальное пространство, устройства растягивания геоматериалов, засыпки, планирования и уплотнения засыпного материала, находящиеся в рабочем положении в подшпальном пространстве.
Рабочие органы механизма растягивания могут иметь форму пластин, дисков, коробок и т.п., конструктивно сопряженных со звездочками, или иными элементами конструкции, которые при движении георешетки взаимодействуют со стенками георешетки, обеспечивая ее надежную фиксацию без срыва.
Механизированный способ укладки георешетки осуществляется следующим образом.
Платформа укладчика устанавливается на ремонтируемом участке дороги, на котором уже выполнены предшествующие установке геоматериалов технологические операции по подготовке участка. Георешетка извлекается из барабана на необходимую длину. Извлечение осуществляется вручную либо с помощью ручных или электрических лебедок или т.п. механизмов. Осуществляется разворот георешетки в поперечной плоскости на необходимый угол для установки георешетки на ребро при растягивании. Растягивающее устройство размещается над георешеткой, его коробки вставляются своими ребрами в карманы секции георешетки и разводятся на угол, соответствующий растягиванию георешетки на заданную ширину.
После засыпки нескольких рядов ячеек растянутой георешетки она прочно фиксируется на земляном полотне весом засыпного материала. Процесс продолжается, пока не будут израсходованы все геоматериалы, после чего барабан и рулон меняют, либо, в зависимости от конструкции укладчика, пополняют.
Недостатком ближайшего аналога является недостаточная механизация намотки и съема георешетки с барабана, а также процесса ее расправления, сложность контроля равномерности намотки, съема и расправления, и, следовательно, недостаточная эффективность работ по укладке георешетки.
Основной задачей предложенного технического решения является устранение указанных недостатков за счет механизации намотки, съема и расправления георешетки, а также усовершенствование укладчика.
Для решения поставленной задачи предложен укладчик георешетки, который содержит оборудование для хранения и расправления георешетки, включающее вращающийся на раме барабан, служащий для навивки, хранения и съема плети георешетки, состоящей из последовательно соединенных отдельных модулей георешетки заданных размеров, сопряженный с актуатором, обеспечивающим регулировку равномерной навивки и/или съема плети георешетки вдоль оси барабана, средства для продвижения плети георешетки по направляющей с барабана, по крайней мере, две траверсы, обеспечивающие расправление георешетки, выполненные с возможностью разведения для образования заданного угла между ними, сопряженные с зацепными средствами для удерживания краев георешетки в процессе ее расправления между указанными траверсами.
Актуатор дополнительно обеспечивает перевод плети георешетки в положение "плашмя" для обеспечения ее навивки на барабан, а также перевод плети георешетки в положение "на ребро" при ее съеме с барабана для обеспечения продвижения плети георешетки по направляющей к траверсам.
Указанные средства для продвижения плети георешетки содержат направляющие и/или вытяжные ролики и силовой привод, скорость вращения которого согласована со скоростью движения укладчика для обеспечения равномерного продвижения плети георешетки. Указанные средства для продвижения плети георешетки могут также содержать ограничители для предотвращения выброса георешетки с направляющей в процессе работы укладчика.
Предложено также оборудование для хранения георешетки, которое содержит вращающийся на раме барабан, служащий для навивки на него, хранения и съема с него плети георешетки, состоящей из последовательно соединенных отдельных модулей георешетки заданных размеров, сопряженный с актуатором, обеспечивающим регулировку равномерной навивки и/или съема плети георешетки вдоль оси барабана.
Предпочтительно, чтобы движение барабана и актуатора были согласованы посредством автоматической системы контроля. В частности, речь идет о согласовании скоростей двигателей в зависимости от параметров укладки.
Также предложено оборудование для расправления георешетки при ее укладке с использованием укладчика, которое содержит средства для продвижения плети георешетки, состоящей из последовательно соединенных отдельных модулей георешетки заданных размеров, по направляющей, по крайней мере, две траверсы, обеспечивающие расправление георешетки, выполненные с возможностью разведения для образования заданного угла между ними, сопряженные с зацепными средствами для удерживания краев георешетки в процессе ее расправления между указанными траверсами.
Предпочтительно, чтобы указанное оборудование содержало направляющие и/или вытяжные ролики и силовой привод, скорость вращения которого согласована со скоростью движения укладчика для обеспечения равномерного продвижения плети георешетки, а также ограничители для предотвращения выброса плети георешетки с направляющей.
Объемная георешетка изготавливается в виде секций из полимерных лент путем соединения их между собой (например, поперечными линейными сварными швами, расположенными в шахматном порядке), при хранении представляющих собой компактные модули, а при использовании растягиваемых в пространственную ячеистую конструкцию. Примеры георешетки известны из патентов РФ №№40751, 98763 на полезные модели.
Упомянутые секции (модули) георешетки имеют, большей частью, форму параллелепипедов длиной около 6 метров, высотой до 0,2 м и шириной (толщиной) около 0,12 м. Указанные размеры могут быть изменены, однако, поскольку модули имеют существенный вес (около 10 кг на погонный метр модуля), то увеличение длины модуля имеет существенные ограничения по части хранения, транспортировки и укладки. Как правило, модули георешетки хранятся в штабеле, а при использовании растягиваются и скрепляются друг с другом металлическими скобами механическим (электромеханическим) степлером согласно технологическому процессу.
Согласно настоящему изобретению для хранения, транспортировки и проведения работ по применению георешетки предлагается использовать не отдельные модули, упомянутые выше, а их совокупность, объединенные в общую плеть заданной длины, которая может быть намотана на барабан для подачи георешетки на механизм ее растягивания (расправления). Формирование плети георешетки состоит в поячейном скреплении модулей заданной длины между собой (например, механическим или электромеханическим степлером) в продольном направлении на длину, обусловленную технологическим процессом. Также может быть применен любой известный способ получения протяженной георешетки, имеющей объемную сотовую структуру в расправленном состоянии.
Необходимо предусмотреть возможность фиксации крайних участков георешетки при ее растягивании, для этого, как вариант, все ленты георешетки, из которых при скреплении образуется модуль, могут иметь одинаковую ширину, за исключением второй и предпоследней, которые выполнены более узкими, в силу чего вдоль модуля (плети георешетки) образуется один или два (сверху и снизу модуля) продольных кармана после первой и перед последней лентами. Эти карманы служат для зацепления при растягивании георешетки и подробно описаны в прототипе. Возможны также другие варианты фиксации краев георешетки посредством дополнительных сцепных элементов или прилагаемого давления.
Изготовленная плеть георешетки помещается на устройство хранения и транспортирования (барабан, стеллаж, пакет, короб, бухта и т.п.), транспортируется на место проведения работ и устанавливается на носитель. Далее плеть вытягивается на необходимую длину по транспортному конвейеру из устройства хранения и в упомянутые ее карманы вставляются ребра устройства расправления георешетки.
Вариант устройства расправления георешетки представляет собой две горизонтальные траверсы, например, коробчатой конструкции, снабженные ребрами, подлежащими вставке в продольные карманы георешетки. Траверсы расположены в одной плоскости и имеют возможность вращения на вертикальных осях, обеспечивая тем самым разведение траверс по углу относительно друг друга. Разведение траверс может осуществляться вручную, либо механическими, электрическими, гидравлическими и т.п. приводами. В сочетании с траверсами могут применяться ролики, используемые для направления плети георешетки карманами на ребра и/или для облегчения вытягивания плети георешетки из устройства хранения. В последнем случае ролики имеют возможность поджима к проходящей через них плети, имеют поверхность повышенной фрикционной способности и снабжены силовым приводом, вращение которого согласовано со скоростью движения носителя.
Следующие улучшения представляются существенными:
- объединение модулей (секций) георешетки в плеть заданной длины до выполнения работ по укладке георешетки;
- возможность навивки и хранения плети георешетки на барабане;
- наличие продольных карманов в плети георешетки позволяет соединять ее с устройством растягивания путем вставления в карманы предназначенных для этого ребер траверс;
- раздвижение траверс по углу позволяет механически растянуть георешетку на обустраиваемом участке на технологически обусловленную ширину;
- в том случае, если конец растянутой георешетки будет закреплен на грунте анкерами, а носитель продолжит движение, георешетка будет вытягиваться усилием носителя, двигаясь по конвейеру из устройства хранения, скользя карманами по ребрам, в растянутом состоянии, для сохранения которого по краям растянутой георешетки потребуется устанавливать анкеры, либо засыпать ячейки растянутой георешетки грунтом;
- конвейер (направляющая) и установленные на устройстве ролики способствуют организации движения плети георешетки на растягивание, при этом ролики, в случае наличия привода, вращение которого согласовано со скоростью движения носителя, могут способствовать силовому вытягиванию плети из устройства содержания (хранения).
Техническая сущность предложенного технического решения в отношении механизированного процесса расправления георешетки схематично пояснена на чертежах, демонстрирующих пример оборудования для расправления георешетки:
Фиг.1 - Оборудование для расправления георешетки (вид сверху);
Фиг.2 - Разрез по А-А, поясняющий расположение георешетки.
Пример оборудования для расправления георешетки содержит две траверсы 1 и 2. закрепленные с возможностью поворота относительно осей 3 и 4 на заданный угол, см. Фиг.1. Траверсы снабжены ребрами, предназначенными для вставления в карманы плети георешетки. В описываемом случае карманов по два с каждой стороны плети (сверху и снизу). Плеть георешетки вставляется в карманы, проходя через направляющие ролики 5 и 7. Ролик 5 имеет силовой привод (например, электо- или гидромотор-редуктор) 6. Ролик 7 может быть снабжен поджимным устройством 8. Ролики 5 и 7 имеют поверхность с усиленными фрикционными свойствами и снабжаются силовым приводом и поджимным устройством в зависимости от условий работы носителя. Движение плети георешетки на расправление производится по направляющей - желобу конвейера 9, при этом в опасных местах для предотвращения выброса плети в сторону предусмотрены ограничители 10. Для закрепления плети на грунте используются заостренные штыри - анкеры.
Расправление георешетки осуществляется следующим образом.
Укладчик помещается в начало рабочего движения. Траверсы 1 и 2 раскрепляются из транспортного положения и, если это предусмотрено конструкцией, надеваются на штыри осей вращения 3 и 4 и закрепляются на них. С помощью механизмов траверсы разводятся на рабочий угол и закрепляются в этом положении. Плеть георешетки вытягивается по конвейеру 9 между направляющих роликов 5 и 7 и надевается своими карманами на ребра траверс или иным образом закрепляется на направляющей. Несколько первых рядов ячеек растянутой георешетки закрепляются на грунте временными анкерами, подлежащими удалению после заполнения объемной георешетки сыпучими составами в соответствии с технологическим процессом. Укладчик начинает рабочее движение, при этом георешетка, будучи закрепленной на грунте, вытягивается из устройства содержания (барабана), растягивается (расправляется) между разведенными траверсами и остается в растянутом положении, если одновременно происходит заполнение ее ячеек сыпучим составом либо закрепление по краям временными анкерами. В том случае, когда масса плети достаточно велика, а путь ее перемещения на растягивание имеет большую протяженность, устройство может быть снабжено направляющими фрикционными роликами, обладающими приводом, скорость вращения которого согласована со скоростью движения укладчика, способствующими вытягиванию плети. Конвейер 9 снабжен ограничителями 10 для предотвращения выброса плети объемной георешетки в сторону.
Предложенное решение позволяет обеспечить обустройство участка поверхности путем механизированной укладки и растягивания модулей георешетки. Таким образом повышается производительность работ по обустройству земляной поверхности для различных строительных целей посредством замены применения раздельного растягивания и сращивания модулей георешетки большим количеством рабочих механизированным растягиванием заранее сформированной и установленной на носителе плети георешетки необходимой длины, например, посредством воздействия ребер, находящихся на траверсах растягивающего устройства, на стенки продольных внутренних карманов, образованных между крайними и сопряженными с ними лентами георешетки.
Для улучшения процесса растягивания георешетки в поперечном направлении возможна дополнительная установка шнека с противоположной навивкой пера из гибкого материала.
Улучшение качества транспортирования по конвейеру георешетки также достигается за счет применения в конструкции устройства расправки георешетки направляющих и вытяжных роликов с силовым приводом, скорость вращения которого согласована со скоростью движения носителя (укладчика), воздействующих на плеть, а также за счет оборудования конвейера для продвижения плети с ограничителями, препятствующими выбросу движущейся плети в сторону.
Качество уложенной и засыпанной сыпучими составами (например, песчано-гравийной смесью) георешетки может контролироваться геолокационным методом.
Для хранения и проведения работ по применению георешетки предлагается использовать комплект оборудования, состоящий из барабана, на котором хранится георешетка, и устройства (актуатора) для пошаговой равномерной навивки и съема витков плети георешетки. Упомянутый комплект устанавливается на носителе - укладчике (железнодорожной машине, железнодорожной платформе, автомобиле, автоприцепе и т.п.).
Плеть, состоящая из соединенных между собой модулей георешетки, расположенная первоначально в положении «на ребро», навивается на вращающийся барабан, при этом плеть, проходя через актуатор, переводится в положение «плашмя» и в процессе навивки, продвигается вдоль оси барабана вперед и назад, под воздействием роликов подвижной каретки актуатора, осуществляя равномерное укладывание витков. В процессе съема плети (витков) движение барабана и актуатора осуществляется в обратном направлении. При этом скорость размотки барабана осуществляется синхронизировано со скоростью укладки георешетки с учетом количества оставшихся витков на барабане. Согласование вращения барабана, движения актуатора, а также вращения описанных выше роликов устройства расправки георешетки, во избежание излишнего натяжения, либо образования петель, контролируется, например, автоматизированной системой с применением оптических линейных и угловых энкодеров.
Следующие улучшения представляются существенными:
- модули георешетки соединены в плеть до укладки георешетки;
- хранение георешетки на барабане позволяет механизировать непрерывный, в отличие от помодульного, процесс растягивания георешетки по поверхности участка (в пределах емкости барабана);
- большая емкость барабана позволяет обустроить за сопоставимое время значительно больший участок (дороги, железнодорожной насыпи и т.д.);
- применение актуатора позволяет производить качественный и контролируемый процесс намотки георешетки на барабан и ее съем при проведении работ.
Предложенное техническое решение дополнительно поясняется чертежами: Фиг.3 - Актуатор; Фиг.4 - Барабан.
Актуатор состоит из направляющей 11, по которой цепью 12 перемещается каретка 13 с двумя пассивными (вращающимися под воздействием проходящей сквозь них плети георешетки) роликами 14. Каретка 13 приводится в движение электроприводом 15. Ограничение движения вперед и назад регулируется концевыми выключателями 16. Барабан состоит из бобины 17, вращающейся на раме 18 под воздействием реверсивного электропривода 19.
Компоновка комплекта патентуемых устройств, устанавливаемая на укладчике, зависит от его конструкции и может отличаться взаимным расположением. Работа укладчика осуществляется следующим образом.
Предполагается, что плеть георешетки сформирована и сложена в бухту или иным технологически обоснованным способом, а описанные устройства установлены на носителе. Конец плети георешетки заводится сквозь ролики 14 актуатора, переводится из положения «на ребро» в положение «плашмя» и крепится на бобине 17 барабана в обусловленном месте. Каретка 13 актуатора устанавливается в исходное положение. Барабан и каретка приводятся в движение, при этом скорость вращения бобины 17 согласуется со скоростью движения каретки 13 так, чтобы навивка плети на бобину в положении «плашмя» осуществлялась равномерно, без перекрытия и раздвижения витков. После навивки на бобину всей подготовленной для этого плети комплект останавливается, движущиеся части его закрепляются в транспортном положении, свободный конец плети закрепляется на раме 18. Носитель (укладчик) готов к выдвижению на фронт работ.
Предложенный комплект устройств укладчика позволяет разместить на носителе большое ее количество в уже подготовленном для использования виде, что увеличивает время работы носителя до перезарядки, т.е. повышает его производительность, позволяет механизировать процесс растягивания георешетки, облегчает выполнение технологического процесса укладки георешетки, позволяет снизить количество обслуживающего персонала.
Таким образом, предложенный укладчик георешетки с усовершенствованным оборудованием для хранения и расправления георешетки имеет целый ряд преимуществ по сравнению с известными устройствами.