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
р
κ
р
κ,
р
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.
κ
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 (контактов 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 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 перераспределения 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 ограничены.
Недостатки вышеописанного аналога в значительной степени учтены и исправлены в RU 169573 в конструкции дорожного катка, принятого в качестве прототипа предлагаемой полезной модели.
κ
κ
Дорожный каток, описанный в RU 169573, содержит несущую раму 1 (нумерация позиций, узлов и блоков соответствует нумерации в описании прототипа) 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 (пневматиков). 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 Р 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.
0г
1
кп1
мах II
1
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 - σ При 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.
Сущность технического решения по RU 169573 состоит в том, что в качестве упругого элемента, обеспечивающего в каждом модуле плавное перераспределение нагрузки с одного вальца на другой путем его деформации, использованы шины пневматического вальца, подключенные к источнику сжатого воздуха. Шины, предназначенные для уплотнительных работ, выполненные из армированной резины, имеют значительную радиальную жесткость, которая ограничивает осевую деформацию шины, совокупность которых, установленных соосно, образуют пневматический валец. Образующая цилиндрическая поверхность шины обладает деформационной способностью в радиальном направлении достаточной для образования площадки в виде пятна контакта с уплотняемым материалом, в котором реализуется за счет контактных напряжений уплотняющая способность пневматического вальца. Пятно контакта может в незначительных пределах менять свою площадь, а значит и контактные напряжения, в зависимости от степени плотности укатываемого материала или, что также незначительно, от температуры, нагревающей шину, например, при контакте с горячей асфальтобетонной смесью. Изначальное давление воздуха в шине является константой, которая и определяет уплотняющую способность пневматического вальца. Исходя из вышеописанных особенностей конструкции шин пневматического вальца, использование их в качестве упругих элементов, предназначенных для перераспределения нагрузки между вальцами, сопряжено с необходимостью значительного повышения в них внутреннего давления воздуха в случае «перекачивания» нагрузки с гладкого вальца на пневматический и снижения давления в случае «перекачивания» нагрузки на гладкий валец. Процесс перераспределения нагрузки в целом сопровождается изменением площади пятна контакта шин в широком диапазоне и, следовательно, к непрогнозируемому изменению контактных давлений под последними при их использовании в процессе уплотнения, что, в конечном итоге, ведет к значительному снижению качества уплотнительных работ.
Таким образом, задачей полезной модели является улучшение качества уплотнительных работ при использовании процесса перераспределения нагрузки между вальцами в уплотнительных модулях дорожного катка.
Поставленная задача решается за счет того, что в дорожном катке, содержащем раму с кабиной, опирающуюся на пару уплотнительных модулей, каждый из которых включает пневматический и гладкий цилиндрический вальцы и выполнен поворотным относительно рамы катка а также снабжен устройством плавного перераспределения нагрузки между вальцами путем деформации упругого элемента, обеспечивающим им и возможность контакта с опорной поверхностью поодиночке или совместно, при этом устройство содержит две П-образные рамы, первая из которых связывает между собой вальцы модуля, а вторая охватывает первую и связана с нею дважды, во-первых, посредством горизонтального шарнирного соединения, что обеспечивает возможность наклона модуля, а во-вторых, с помощью, по меньшей мере, одного силового гидроцилиндра, шарнирно связанного с горизонтальной полкой одной из рам, шток которого через пару упругих элементов взаимодействует с полкой другой рамы независимо от направления движения штока, кроме того, вторая рама через поворотный механизм связана с рамой катка. Решению поставленной задачи способствует то, что упругий элемент выполнен в виде набора тарельчатых пружин.
Технический результат полезной модели состоит в том, что с пневматического вальца снята функция упругого элемента, которая выполняется гидроцилиндром при его взаимодействие с П-образными рамами модуля через пружины, что, в конечном итоге, способствует повышению качества уплотнительных работ.
На фиг.1 дано схематическое изображение общего вида дорожного катка;
на фиг.2 и 3 дано изображение одного из вариантов исполнения П-образных рам;
на фиг.4 дано изображение уплотнительного модуля с конструкцией П-образных рам, изображенных на фиг.2 и 3;
на фиг.5 дано изображение уплотнительного модуля с другим вариантом исполнения П-образных рам.
Дорожный каток содержит раму 1, с расположенной на ней кабиной 2, опирающейся на два уплотнительных модуля 3, каждый из которых включает пневматический и гладкий цилиндрический вальцы 4 и 5 соответственно. Модули выполнены поворотными относительно рамы 1 с помощью устройства, представленного на фиг.1 осью 6, связывающей вместе фрагмент рамы 1а и фрагмент 7 конструкции модуля. Собственно привод поворота на чертеже не показан. Каток снабжен устройством плавного перераспределения нагрузки между вальцами (УППНВ), которое, кроме того, обеспечивает им возможность контакта с опорной поверхностью поодиночке или совместно. УППНВ содержит две П-образные рамы, первая из которых - 8 (фиг. 2) связывает между собой вальцы 4 и 5 в модуле 3. Особенностью выполнения рамы 8 является то, что горизонтальная полка 9 рамы 8 снабжена концевыми горизонтальными пластинами 10, концы которых несут на себе упоры 11, со сквозными отверстиями 12. Вторая рама 13 (фиг.3) охватывает раму 8 с внешней стороны и связана с нею посредством осей 14, которые с отверстиями 15 рамы 8 образуют горизонтальное шарнирное соединение, обеспечивающее обеим рамам возможность поворота друг относительно друга. Рама 13 несет на себе вертикально расположенные проушины 16, предназначенные для шарнирного крепления гидроцилиндров 17, штоки 18 которых проходят через отверстия 12 рамы 8 (фиг.4) и с каждой стороны упоров 11 на штоках 18 установлены одинаковые блоки тарельчатых пружин 19, смонтированные между поршнями (условное определение) 20. На раме 13 каждого модуля 3, т.е. на ее горизонтальной полке 7 (ранее названный как фрагмент 7 конструкции модуля) закреплена ось 6, взаимодействующая с фрагментом 1а рамы катка 1 и образующая с последним шарнирное соединение, обеспечивающее поворот модуля 3 относительно рамы 1 в горизонтальном направлении. На фиг.4 и 5 даны схематические изображения двух вариантов исполнения уплотнительного модуля, разница между которыми заключается в расположении рам 8 и 13 относительно друг друга, что и вызывает некоторое изменение их конструкции, в частности, роль упоров 11, изображенных на фиг.4, выполняет выступ 21 на фиг.5.
Процесс уплотнения горячей асфальтобетонной смеси дорожным катком предлагаемой конструкции осуществляется в соответствии с технологическим алгоритмом, который описан в RU 169573 и приведен в настоящей заявке.
Разница в том, что процесс плавного перераспределения нагрузки между вальцами в каждом модуле осуществляется не с использованием упругого элемента в виде пневматического вальца, как в прототипе, а с помощью упругого элемента, представляющего собой два блока пружин 19, через которые на упоры 11 (фиг.4) и выступ 21 (фиг.1 и 5), усилие передается с поршней 20, размещенных на штоках 18 гидроцилиндров 17. Блоки 19 работают попеременно в зависимости от того, с какого органа на какой в пределах каждого модуля осуществляется плавное перераспределение нагрузки, в частности, с гладкого вальца 5 на пневматический валец 4 или с последнего на гладкий валец 6. В настоящей заявке конструкция прибора управления процессом перераспределения не рассматривается. Тем не менее, этот процесс демонстрируется на примере «перекачки» нагрузки с гладкого вальца 5 левого уплотнительного модуля 3 (фиг.1) на пневматический валец 4. Для этого осуществляют гидроцилиндром 17, посредством перемещения штока18 влево через поршень 20, сжатие правого блока пружин 19 со скоростью, определяемой параметрами технологического процесса уплотнения. Сжимаемые пружины создают на выступе 21 возрастающую силу Р, которая на плече L»создает момент PL с направлением против часовой стрелки. По мере возрастания момента нагрузка на гладкий валец 5 окажется на вальце 4, и окончание процесса «перекачки» будет зафиксировано моментом отрыва гладкого вальца 5 от опорного основания.