ДОРОЖНЫЙ ВИБРОКАТОК
ROAD VIBRATING 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 вследствие ограниченной угловой скорости вращения коленчатого вала.
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 дебалансами 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 в одном периоде колебаний.
В течение одного полупериода цикла вибрации совершается рабочий процесс - уплотнение материала, а вторая часть полупериода является холостой, во время которой валец подпрыгивает над опорной поверхностью. Поэтому только половина рабочего времени дорожного катка используется для совершения полезной работы уплотнения материала, а вторая половина содержит недостаток, заключающийся в том, что при подпрыгивании вальца на уплотняемой поверхности при его падении вниз возникает рассогласование фазы вынуждающей силы вибровозбудителя и вертикального перемещения вальца под действием силы тяжести. При подпрыгивании вальца над опорной поверхностью исчезает реакция вальца с уплотняемым материалом, прекращается процесс вибрационного уплотнения материала вальцом. Вертикальные ускорения вынужденных колебаний в несколько раз превышают ускорение свободного падения g, поэтому дебаланс быстро проходит рабочую зону угол ϕ=0,5 π и в момент окончания падения вальца образуется угол опережения фазы вращения дебаланса с вертикальным перемещением. В результате этого ухудшается процесс уплотнения.
Изобретение позволяет уменьшить или полностью исключить процесс отрыва вальца от опорной поверхности за счет уменьшения вертикального перемещения вальца вверх.
Технический результат предложенного изобретения заключается в использовании двух дебалансов, которые выполняют рабочий процесс с фазовым рассогласованием 90 градусов в результате этого уменьшается время холостой фазы вращения дебалансов и исключается перемещение вальца вверх.
Задачей изобретения является исключение процесса подпрыгивания вибровальца за счет совмещения в одном рабочем цикле динамических процессов двух последовательно работающих дебалансов, установленных с фазовым рассогласованием 90 градусов.
Поставленная задача изобретения решена тем, что дорожный виброкаток, содержащий переднюю полураму, цилиндрический валец, валы внутри вальца, расположенные соосно, два дебаланса общей радиальной вибрации, закрепленные на валах, оси которых совпадают с геометрической осью вальца, дебалансы идентично ориентированные для синхронной работы, подшипники качения, резинометаллические амортизаторы, в котором согласно изобретению дебалансы соответственно смещены к левому и правому торцам вибровальца и закреплены на валах с рассогласованием в направлении вращения на угол 90 градусов.
д1
д2
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид дорожного катка, на фиг. 2 показано сечение вибровальца, на фиг. 3 представлена работа дебалансов, когда вынуждающая сила Р левого дебаланса совершает уплотняющее действие; на фиг. 4 показан процесс уплотнения, когда правый дебаланс осуществляет уплотнение силой Р.
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 валы; 7, 8 - подшипники левого вала; 9, 10 - подшипники правого вала; 11 - карданный вал, 12, 13 - соответственно левый и правый дебалансы; 14 - гидромотор привода вращения вибровалов с дебалансами; 15 - гидромотор поступательного движения вальца; 16 - резинометаллические амортизаторы; 17 - соединительная муфта привода поступательного движения вальца.
д1
д2
Дополнительно на фиг. 3 и фиг. 4 обозначены параметры: Р и Р - вынуждающие центробежные силы дебалансов 12 и 13; ω - угловая скорость вращения дебалансов.
На фиг. 2 ось симметрии плоскости дебаланса 12 направлена вниз, а для дебаланса 13 перпендикулярна чертежу и оси вальца, т.е. по фазе вращения дебалансы 12 и 13 сдвинуты на угол ϕ=90 градусов.
Валы 5, 6 расположены на геометрической оси вибровальца 4 и опираются соответственно на подшипники качения 7, 8 и 9, 10. На фиг. 2 гидромотор 15 передает крутящий момент через резинометаллические амортизаторы 16 вальцу 4, обеспечивая поступательное перемещение вальца. Одновременно гидромотор 14 осуществляет вращение вала 5 с дебалансом 12 и при помощи карданного вала 11 обеспечивает вращение вала 6 с дебалансом 13.
д1
д2
При поступательном перемещении катка и одновременном вращении дебалансов 12, 13 возникают динамические вынуждающие силы Р, Р (фиг. 3), (фиг. 4) и совершается процесс уплотнения материалов и грунтов.
На фиг. 3 и фиг. 4 показаны дебалансы в плоскости их вращения, т.е. в сечении, перпендикулярном оси вальца. Однако, в этом случае они будут наложены один на другой, что не удобно для объяснения принципа работы вибровальца. Поэтому условно плоскости вращения дебалансов раздвинуты на расстояние  между дебалансами.
На фиг. 3 вынуждающая сила дебаланса 12 направлена вниз и создает максимальное уплотняющее действие вальца 4 на уплотняемый материал, при этом вынуждающая сила дебаланса 13 горизонтальная и уплотняющее действие не создает. При повороте дебаланса 12 на угол ϕ=ωt вертикальная составляющая вынуждающей силы уменьшается
Однако дебаланс 13 на рис. 4 входит в режим уплотнения и появляется вертикальное вынуждающее воздействие второго дебаланса 13
Результирующая вынуждающая сила на вальце для этой фазы равна
При повороте дебалансов на угол 0,5ϕ из положения, показанного на рис. 3, суммируются силы двух дебалансов по формуле (3).
Технический результата изобретения получен благодаря исключению процесса подпрыгивания вальца, во время которого прекращается процесс уплотнения. Кроме того, в течение времени падания вальца вниз под действием ускорения силы тяжести совершается опережающее вращение дебалансов, которое ухудшает процесс уплотнения.
Предложенное изобретение повышает эффективность процесса уплотнения и повышает производительность катка.