Устройство для уплотнения грунта

 

Изобретение относится к строительной технике и может быть использовано при строительстве земляного полотна дорог и других оснований сооружений. Технический результат - повышение эффективности процесса уплотнения и улучшение эксплуатационных показателей уплотняющих устройств. Устройство включает упруго соединенные между собой плиты. На нижней уплотняющей плите установлены опорные ролики и шарнирно присоединены вертикальные штанги с коаксиально смонтированными элементами. Над этими элементами на раме установлены с возможностью регулирования их вертикального положения упоры. К верхней пригрузочной плите шарнирно присоединен вертикальный шток, проходящий через отверстие в траверсе, соединенной с рамой. Верхняя часть штока соединена с гибким шатуном кривошипно-шатунного привода, содержащего приводной вал и обгонную муфту. К раме шарнирно присоединен опорный каток, соединенный с гидроцилиндром. Рабочая поверхность нижней уплотняющей плиты имеет кривизну, соответствующую закономерностям деформирования грунта. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к строительной технике и может быть использовано при строительстве земляного полотна дорог и других оснований сооружений.

Известно устройство для уплотнения грунта трамбованием, соединяемое с базовой машиной и включающее рабочий орган с плитами, приводимыми в действие кривошипно-полиспастным приводом и свободно сбрасываемыми с высоты подвеса (Хархута Н. Я. Машины для уплотнения грунтов. - Л.: Машиностроение, 1973. - 173 с.).

Также известна самоходная трамбующая машина, рабочий орган который выполнен с шарнирно укрепленным на базовой машине опорным щитом, на котором шарнирно подвешены трамбующие плиты. Причем между щитом и плитами установлены регулируемые пружины, а плиты взаимодействуют с рычагами, соединенными с шатунами кривошипно-шатунных механизмов (А.с. СССР N 247990, E 01 C, Б.И. N 23, 1969 г.).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для уплотнения грунта, включающее нижнюю и верхнюю плиты, соединенные вертикальными пружинами. Устройство соединено с базовой самопередающейся машиной и осуществляет уплотнение грунта под действием силы тяжести плит (Пат. ФРГ N 1484591, E 02 D 3/06, 1973 г.).

Недостатками всех указанных устройств являются их значительная металлоемкость и невозможность регулирования энергии удара, что снижает эффективность работы устройств.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности процесса уплотнения и улучшение эксплуатационных показателей уплотняющих устройств.

Устройство для уплотнения грунта включает упруго соединенные между собой плиты, на нижней уплотняющей плите установлены опорные ролики, к ней также шарнирно присоединены вертикальные штанги с коаксиально смонтированными упругими элементами. Над этими элементами на раме установлены с возможностью регулирования их вертикального положения упоры с указателем их положения, причем упоры и рама имеют отверстия для прохода штанг, а к раме присоединены проушины для прицепной рамы и направляющие опорных роликов. К верхней пригрузочной плите шарнирно присоединен вертикальный шток, проходящий через отверстие в траверсе, соединенной с рамой. Верхняя часть штока соединена с гибким шатуном кривошипно-шатунного привода, содержащего приводной вал и обгонную муфту. К раме шарнирно присоединен опорный каток, соединенный с гидроцилиндром.

Рабочая поверхность нижней уплотняющей плиты имеет кривизну, описываемую уравнением h_i= h_сл·ε_o(1+K_n·lg n_уд), где h_i - абсолютная деформация грунта за время i-го удара; h_сл - толщина уплотняемого слоя; ε_o - относительная деформация грунта за время первого удара; K_п - опытный коэффициент, зависящий от свойств грунта; n_уд - число ударов.

Предлагаемое устройство присоединяется к базовой машине, например трактору, оборудованному бульдозерным отвалом, обеспечивает повышение скорости удара за счет накопленной энергии упругих элементов при сниженных значениях массы плит и размаха их колебаний и позволяет регулировать сообщаемую грунту энергию, что повышает эффективность процесса уплотнения.

Кроме того, использование нижней уплотняющей плиты с криволинейной поверхностью обеспечивает возникновение в грунте при ударе нормальных и касательных напряжений, что реализует сжатие грунта со сдвигом, направленным под плиту, и устраняет возникновение призмы волочения грунта перед плитой.

На фигуре 1 представлена схема базовой машины, соединенной с устройством для уплотнения грунта. На этой схеме: 1 - устройство для уплотнения грунта; 2 - прицепная рама; 2 - гидрооборудование; 4 - базовая машина; 5 - бульдозерный отвал.

На фигуре 2 представлена схема предлагаемого устройства, а на фигуре 3 - схема к построению кривизны уплотняющей поверхности нижней плиты устройства.

Устройство (фиг. 2) для уплотнения грунта состоит из нижней 6 и верхней 7 плит, соединенных между собой упругими связями 8. К нижней плите прикреплены опорные ролики 9, а шарниром 10 присоединены направляющие штанги 11 с коаксиально смонтированными на них крупными элементами 12, контактирующими с регулируемыми, например, за счет резьбового соединения 13 упорами 14, имеющими указатель 15 их положения относительно рамы 16 с присоединенными к ней проушинами 17 и направляющими 18 для опорных роликов 9. В раме и регулируемых упорах 14 имеются отверстия 19 для прохода направляющих штанг. К верхней плите 7 шарниром 20 присоединен вертикальный шток 21, проходящий через отверстие в траверсе 22, соединенной с рамой 16. Шток 21 гибким шатуном 23 и шарнирами 24 и 25 соединен с кривошипом 26, обгонной муфтой 27 и приводным валом 28. Шарнирное соединение штанг и штока обусловлено необходимостью компенсации возможных перекосов при подъеме плит и ударе нижней из них о поверхность грунта.

К раме 16 шарниром 29 через жесткий элемент 30 присоединен опорный каток 31, соединенный с гидроцилиндром 32.

На фигуре 3 представлена схема взаимодействия нижней плиты 7 с деформируемым грунтом, где кривая 33 описывает уплотняющую поверхность плиты; кривая 34 устанавливает зависимость абсолютной деформации Δh от числа ударов n_уд; σ_Ai - определяет амплитудное значение контактного давления на грунт, а σ_Hi и σ_Ki - нормальная и касательная составляющие этого давления; h_сл - толщина уплотняемого слоя грунта.

Работает устройство следующим образом. При опущенном бульдозерном отвале 5 и выдвинутом положении гидроцилиндра 32 опорного катка 31 базовая машина 4 осуществляет послойное разравнивание отсыпанного слоя грунта основания сооружения. Затем с помощью гидроцилиндра бульдозерный отвал поднимается в транспортное положение, а гидроцилиндром 32 опорный каток 31 поднимается, приводя устройство в рабочее положение. Одновременно включается в работу гидрооборудование 3, приводится в действие вал 28 с кривошипами 26 и осуществляется перемещение базовой машины с рабочей скоростью V_p.

Устройство имеет две пары плит 6 и 7, работающих в противофазе. При вращении кривошипа с угловой скоростью ω происходит подъем одной пары плит, сжатие упругих элементов 12 и накопление потенциальной энергии. В этот период другая пара плит ускоренно перемещается вниз. В момент достижения кривошипом 26 крайней верхней точки A срабатывает обгонная муфта 27 и происходит ускоренное движение плит вниз, и накопленная потенциальная энергия плит 6 и 7 и упругих элементов 13 превращается в кинетическую, которая с повышенной скоростью в момент удара передается уплотняемому грунту, реализуя требуемое напряжение σ_A в пределах активной зоны h_сл.

Регулирование энергии удара достигается за счет изменения высоты 14 за счет резьбового соединения 13, а числа ударов n_уд скоростью ω вращения приводного вала 28 и скоростью V_p движения базовой машины 4.

Использование нижней плиты 6 с криволинейной поверхностью 33, соответствующей кривой 34 деформирования грунта, реализует возникновение в грунте при ударе нормальных σ_Hi и касательных σ_Ki напряжений, обеспечивает уплотнение грунта, со сдвигом, направленным под плиту, устраняет возникновение перед плитой призмы волочения грунта, что в итоге повысит эффективность рабочего процесса уплотнения и снизит энергоемкость.

Таким образом, заявляемое устройство имеет конструктивные особенности, которые позволяют повысить скорость удара плит за счет накопленной энергии упругих элементов, снизить массу и размах колебаний плит, а также регулировать сообщаемую грунту энергию, что обеспечивает повышение эффективности работы устройства и улучшение его эксплуатационных показателей.

Формула изобретения

1. Устройство для уплотнения грунта, присоединяемое к базовой машине, включающее упруго соединенные нижнюю и верхнюю плиты, отличающееся тем, что на нижней плите установлены опорные ролики и к ней шарнирно присоединены вертикально направляющие штанги с коаксиально смонтированными на них упругими элементами, над которыми на раме установлены с возможностью регулирования вертикального положения упоры с указателями их положения, причем упоры и рама имеют отверстия для прохода штанг, а к верхней плите шарнирно присоединен вертикальный шток, проходящий через отверстие в траверсе, присоединенной к раме, а верхняя часть штока соединена с гибким шатуном кривошипно-шатунного привода, содержащего приводной вал и обгонную муфту, при этом к раме шарнирно присоединен опорный каток, соединенный с гидроцилиндром.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рабочая поверхность нижней уплотняющей плиты имеет кривизну, описываемую уравнением h_i= h_сл·ε_o(1+K_nlgn_уд), где h_i - абсолютная деформация грунта за время i-го удара; h_сл - толщина уплотняемого слоя; ε_o - относительная деформация грунта за время первого удара; K_п - опытный коэффициент, зависящий от свойств грунта; n_уд - число ударов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3