Валец дорожного катка
Владельцы патента RU 2379407:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ГОУ ИрГТУ) (RU)
Изобретение относится к дорожным и строительным машинам и предназначено для уплотнения дорожно-строительных материалов. Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении качества уплотнения дорожно-строительных материалов путем снижения сопротивления деформированию, предотвращения поверхностного разрушения и отрицательного влияния на дорожную конструкцию поперечных касательных напряжений, возникающих в результате действия колес тяжелых транспортных средств на перекрестках и поворотах за счет создания структуры дорожно-строительных материалов, устойчивой к воздействию этих напряжений. Технический результат достигается тем, что в вальце, содержащем обечайку, направляющие с расположенными в них трамбующими грузами и устройствами их фиксации, направляющие выполнены в виде отдельных наклонных труб n-угольного поперечного сечения, где n≥5. Угол отклонения направляющих от вертикали α≥ρ, где ρ - угол внутреннего трения уплотняемого материала. Устройства фиксации выполнены в виде впадин, оппозитно расположенных друг относительно друга на концах направляющих. 2 ил., 1 табл.
Изобретение относится к дорожным и строительным машинам и предназначено для уплотнения дорожно-строительных материалов.
Известен валец катка (патент РФ 2016951, от 30.01.92, Е01С 19/26, авторы - Марченко И.И., Бандер И.В., Ямщиков В.В., опубликован 1994.07.30), содержащий обечайку с внутренней поверхностью в виде чередующихся выступов и впадин для размещения трамбующих грузов. Механизм фиксации грузов выполнен из двух полуцилиндров разного диаметра, жестко закрепленных на оси обечайки с образованием между ними вертикальной направляющей для перемещения грузов. Цилиндрическая поверхность полуцилиндра большего диаметра обращена к базовой машине.
Недостатком такого вальца является низкая эффективность уплотнения дорожно-строительных материалов устройством-аналогом, обусловленная значительным сопротивлением вращению вальца за счет попадания трамбующих грузов (при их подъеме) в клиноподобные просветы между выступами внутренней поверхности обечайки и полуцилиндром меньшего диаметра.
Кроме того, к недостаткам аналога следует отнести сложность конструкции, невозможность работы по челночной схеме и высокую энергоемкость уплотнения, обусловленную вертикальной траекторией движения грузов по направлению к уплотняемому материалу.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому, принятым за прототип, является валец катка (А.С. СССР №95624 от 14.12.1951, Е01С 19/25, E02F 03/24. Е.Г.Стригин, опубликовано 1958.09.11) для уплотнения грунта, содержащий обечайку, внутренняя поверхность которой образует направляющие, в которых размещены трамбующие грузы. Грузы поднимаются в рабочую точку за счет перекатывания вальца с их последующей фиксацией специальной защелкой. Затем грузы падают на грунт под действием силы тяжести.
Недостатком такого катка является сложность конструкции, а также ненадежность работы вследствие налипания грунта на грузы и заклинивания фиксаторов, создающих к тому же дополнительное сопротивление вращению вальца. Кроме того, движение грузов по вертикальной траектории увеличивает энергоемкость уплотнения и исключает возможность создания структуры грунта, устойчивой к воздействию поперечных касательных напряжений, создаваемых колесами транспортных средств на перекрестках и поворотах.
Задачей изобретения является повышение эффективности уплотнения дорожно-строительных материалов.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении качества уплотнения дорожно-строительных материалов путем снижения сопротивления деформированию, предотвращения поверхностного разрушения и отрицательного влияния на дорожную конструкцию поперечных касательных напряжений, возникающих в результате действия колес тяжелых транспортных средств на перекрестках и поворотах за счет создания структуры дорожно-строительных материалов, устойчивой к воздействию этих напряжений.
Технический результат достигается тем, что в вальце, содержащем обечайку, внутренняя поверхность которой образует направляющие с расположенными внутри них трамбующими грузами и устройствами их фиксации в виде защелок, согласно изобретению направляющие выполнены в виде отдельных наклонных труб, а устройства фиксации выполнены в виде впадин, оппозитно расположенных друг относительно друга на концах направляющих. Кроме того, направляющие имеют n-угольное поперечное сечение, где n≥5, а угол отклонения их от вертикали определяется формулой α≥ρ, где ρ - угол внутреннего трения уплотняемого материала.
Заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна", так как наличие механизма фиксации, состоящего из отдельных наклонных каналов для перемещения грузов, в верхних и нижних частях которых оппозитно расположены впадины для размещения грузов, неизвестно и является новым признаком. Также неизвестны и являются новыми признаками n-угольное поперечное сечение направляющих, где n≥5, и отклонение направляющих от вертикали на угол α≥ρ, где ρ - угол внутреннего трения уплотняемого материала. Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с аналогом и прототипом представлен в таблице.
| Таблица Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с аналогом и прототипом |
||||||
| Объект | Возможность заклинивания механизма фиксации грузов | Возможность работы по челночной схеме | Создание структуры уплотняемого материала, устойчивой к поперечным касательным напряжениям | Энергоемкость уплотнения | Сопротивление вращению вальца | Эффектив- ность уплотнения |
| Аналог | Исключается | Исключается | Исключается | Высокая | Высокое | Низкая |
| Прототип | Не исключается | Не исключается | Исключается | Высокая | Высокое | Низкая |
| Заявляемый | Исключается | Не исключается | Создается | Низкая | Низкое | Высокая |
Известно выполнение вертикальных направляющих, по которым снаружи осуществляется рабочий ход трамбующих плит трамбующей машины (например, Н.Я.Хархута и др. Дорожные машины. Л., Машиностроение, 1968. С.189; В.И.Окунев. Слово о "Раскате". О людях и машинах г.Рыбинск 2006 г. С.59). В этом случае сопротивление грунта уплотнению максимально, а его устойчивость к воздействию поперечных касательных напряжений от колес тяжелых транспортных средств недостаточна. Из тех же источников известны самопередвигающиеся виброплиты, снабженные вибраторами направленного действия, в которых возмущающая сила отклонена от вертикали в продольной плоскости, чем и обеспечивается передвижение.
Сопротивление уплотнению при этом снижается недостаточно, потому что угол отклонения приложенной силы от вертикали значительно меньше угла внутреннего трения материала. Структуры материала, устойчивой к воздействию поперечных касательных напряжений, не создается, т.к. возмущающая сила действует в продольном направлении.
В заявляемом объекте выполнение направляющих в виде наклонных труб, а устройств фиксации - в виде впадин, оппозитно расположенных друг относительно друга на концах направляющих, приводит к наклонным ударам трамбующих грузов о грунт в поперечном направлении, что обеспечивает соответствующее расположение частиц дорожно-строительного материала и, следовательно, создание структуры дорожно-строительного материала, устойчивой к отрицательному воздействию поперечных напряжений, возникающих от действия колес тяжелых транспортных средств на перекрестках и поворотах.
Сопоставительный анализ показывает несовпадение влияния отличительного признака и влияния сходного с ним признака на технический результат. Это доказывает соответствие заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень». Неизвестность из уровня техники новых признаков, касающихся выполнения направляющих с n-угольным поперечным сечением, где n≥5, и отклонение направляющих от вертикали на угол α≥ρ, где ρ - угол внутреннего трения уплотняемого материала, также доказывает соответствие заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен заявляемый валец в продольном сечении, а на фиг.2 - в поперечном.
Валец дорожного катка состоит из обечайки 1, механизма фиксации, выполненного из отдельных наклонных труб - направляющих 2 для перемещения шарообразных грузов 3, в верхних и нижних частях направляющих 2 оппозитно расположены впадины 4 для размещения грузов 3, оси 5.
Валец работает следующим образом. При вращении оси 5 происходит подъем грузов 3 из нижнего положения в верхнее и последующий рабочий ход по наклонным направляющим 2 вниз с передачей энергии уплотняемому материалу. Далее цикл повторяется. Направляющие 2 выполнены в виде отдельных наклонных труб n-угольного поперечного сечения, где n≥5. В этом случае в отличие от круглого поперечного сечения направляющих в заявляемом вальце продукты износа грузов 3 и направляющих 2, а также частицы уплотняемого материала скапливаются в углах сечения, как в ловушках и не препятствуют движению грузов 3. Направляющие 2 для перемещения грузов 3 отклонены от вертикали на угол, равный или превышающий угол внутреннего трения уплотняемого материала, α≥ρ. Как показали проведенные лабораторные исследования на асфальтобетонных смесях типа А и В и связных грунтах двух видов, при отклонении от вертикали деформирующего усилия значительно, в 2-3 раза снижается сопротивление материала деформированию. Это снижение происходит до достижения угла отклонения от вертикали, близкого к углу внутреннего трения. Дальнейший рост угла отклонения от вертикали деформирующего усилия не приводит к существенному снижению сопротивления материала деформированию. Следует отметить, что по сравнению с энергией Р груза, движущегося по вертикальному каналу (как у прототипа), груз, движущийся по наклонному под углом α1=90-ρ каналу, обладает меньшей энергией Psinα1. Но так как для большинства дорожно-строительных материалов угол внутреннего трения ρ составляет 15-36° (Хархута Н.Я. Машины для уплотнения грунтов. Л., "Машиностроение", 1973. 175 с.), то такое снижение энергии удара (на 3-19%) незначительно по сравнению с резким (в 2-3 раза) падением сопротивления материала деформированию. Это позволяет повысить эффективность уплотнения, уменьшить число проходов катка. Кроме того, наклонные удары падающих грузов 3 по уплотняемому материалу вдоль оси 5 вальца придадут материалу структуру, устойчивую к действию поперечных касательных напряжений. Такие напряжения создаются колесами тяжелых транспортных средств на перекрестках, поворотах и отрицательно влияют на дорожную конструкцию, вызывая ее поверхностное разрушение.
В процессе укатки угол внутреннего трения уплотняемых материалов возрастает примерно на 5-7°, поэтому механизм фиксации устанавливается по его конечному значению для наиболее прочного применяемого материала, например щебня.
Валец дорожного катка, содержащий обечайку, направляющие с расположенными в них трамбующими грузами и устройствами их фиксации, отличающийся тем, что направляющие выполнены в виде отдельных наклонных труб n-угольного поперечного сечения, где n>5, при этом угол отклонения от вертикали направляющих α≥ρ, где ρ - угол внутреннего трения уплотняемого материала, а устройства фиксации выполнены в виде впадин, оппозитно расположенных относительно друг друга на концах направляющих.
