Валец дорожного катка

(51) 01 19/26 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ уменьшении энергоемкости процесса уплотнения дорожно-строительных материалов. Технический результат заключается в бесступенчатом изменении контактного давления уплотняющего вальца на уплотняемую поверхность за счет принудительного равномерного изменения радиуса кривизны обечайки вальца в зоне пятна контакта с уплотняемой поверхностью. Сущность изобретения состоит в том, что валец дорожного катка, содержащий обечайку из упругого материала с расположенными в е полости и контактирующими с внутренней поверхностью обечайки опорными роликами, соединенными с гидроцилиндрами, смонтированными на раме катка,отличающийся тем,что опорные ролики установлены внутри обечайки на всю е ширину и с обоих концов соединены осями при помощи шарнирных четырехзвенников, причем оси двух противоположных опорных роликов в вертикальной плоскости дополнительно соединены с гидроцилиндром.(72) Дудкин Михаил Васильевич Гурьянов Георгий Александрович Речицкий Сергей Васильевич Андреев Федор Владимирович Невзоров Александр Сергеевич Понякшев Артем Анатольевич(73) Республиканское государственное казенное предприятие Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(56) Предварительный патент РК 18131, кл. Е 01 С 19/26 Е 01 С 19/23, 2006(57) Валец дорожного катка относится к устройствам для уплотнения грунтов и дорожностроительных материалов,и может быть использован на различных строительных объектах. Задача, на решение которой направлено изобретение,заключается в упрощении конструкции,повышении эффективности и 21592 Изобретение относится к устройствам для уплотнения грунтов и дорожно-строительных материалов, и может быть использовано на различных строительных объектах. Известен дорожный каток,оснащенный уплотняющим вальцом с упругой обечайкой,гидроцилиндрами и опорными роликами /А.с. СССР 1096330, Бюл.21. 1984/. Опорные ролики размещены по симметричному замкнутому контуру переменного радиуса кривизны. Поворотом вальца вокруг оси достигается изменение давления на уплотняемый материал, так как при повороте вальца на определенный угол изменяется радиус кривизны вальца в зоне его контакта с уплотняемой поверхностью. Сближение уплотняющей части вальца и его оси под действием веса катка предотвращается промежуточными роликами. Недостатком известного устройства является малая эффективность бесступенчатого изменения воздействия на уплотняемый материал вследствие малого возможного угла поворота вальца переменной кривизны относительно вертикальной оси. При небольшом угле поворота вальца относительно вертикальной оси давление на уплотняемый материал практически не изменяется,а повернуть валец на больший угол не позволят промежуточные ролики, на которые опирается ведущая ось вальца. При повороте вальца на любой угол, вместе с ним будут поворачиваться и промежуточные ролики. Но здесь надо учесть, что промежуточные ролики служат для передачи уплотняющего веса катка от ведущей оси, на которой эта масса сосредоточена, на опорные ролики. Одновременно промежуточные ролики не дают ведущей оси упасть на опорные ролики, так как ведущая ось лежит на промежуточных роликах,которые, в свою очередь, лежат на опорных роликах. Поворот промежуточных роликов вместе с вальцом вокруг вертикальной оси изменит давление на них ведущей оси, а при повороте вальца на 90 ведущая ось может упасть на опорные ролики, так как при вертикальном положении большой оси эллипса е ничто не поддерживает от перемещения вниз по вертикали под действием веса катка. Ось вальца просто упадет на опорные ролики. Да и маленький радиус вальца в этом положении за счет небольшого пятна контакта может способствовать проваливанию вальца в уплотняемый материал и способствовать горизонтальному сдвигу материала при движении катка, что непременно приведет к снижению качества уплотнения и волнообразованию на уплотняемой поверхности. Известен также валец дорожного катка,содержащий гибкую обечайку, гидроцилиндры и опорные валики, опирающиеся на внутреннюю поверхность обечайки / А.с. СССР 935569, Бюл.22. 1982/. Цилиндрическая обечайка при повороте опорных валиков гидроцилиндром деформируется, и этим изменяет радиус кривизны опорной поверхности, площадь контакта и удельное давление на уплотняемый материал. Основным недостатком известного устройства является малый диапазон изменения радиуса 2 кривизны обечайки в зоне контакта с уплотняемым материалом и отсутствие закона изменения кривизны обечайки в зоне контакта с уплотняемым материалом. Вследствие того, что опорные ролики имеют малый диаметр, а масса катка сосредоточена на их осях, вращение роликов испытывает большое сопротивление качению по гибкой обечайке, в полости которой они установлены. При упоре обечайки в уплотняемый материал, что произойдет даже при небольшом вдавливании обечайки в уплотняемую поверхность под действием тяжести катка, обечайка будет стремиться занять положение,соответствующее минимальному сопротивлению реакциям уплотняемой поверхности. Т.е., она будет менять кривизну своей поверхности не только под опорными роликами, но и в зоне контакта с уплотняемым материалом,поддаваясь его прочности, особенно, когда опирание будет только на один опорный ролик, радиус которого невелик и под которым и будет происходить уплотнение материала. Ввиду того, что обечайка гибкая, вес катка, опирающегося на опорный ролик, велик, а радиус этого опорного ролика мал, он сам может вдавиться в обечайку, которая при этом, приняв форму опорного ролика, сама вдавится в уплотняемый материал, и уже не сможет катиться по уплотняемой поверхности, а начнет скользить по ней, что в наиболее неблагоприятных положениях приведет к срыву уплотнения. Известен также валец дорожного катка,содержащий обечайку из упругого материала, с расположенными в е полости и контактирующими с внутренней поверхностью обечайки опорными роликами, соединенными с одним концом гидроцилиндра, другой конец которого установлен на раме катка / А.с. СССР 1176001. Бюл.32,30.08.1985/. Основным недостатком известного устройства является небольшой диапазон изменения радиуса кривизны обечайки в зоне контакта с уплотняемым материалом, потому что изменяющие этот радиус опорные и поддерживающие ролики находятся близко от уплотняемой поверхности и при выдвижении штока гидроцилиндра, двигающего кронштейн с указанными роликами, они могут упереться в уплотняемый материал,что,несомненно, сорвет процесс уплотнения дорожностроительных материалов. Да и при изгибе обечайки получается,что она зажимается между поддерживающими и опорными роликами и ими же и изгибается. А так как при уплотнении материала обечайке нужно катиться по нему, то для преодоления усилия, с которым она будет зажата между этими роликами, потребуется много энергии,а зона обечайки, где радиус кривизны будет изменен, окажется вне пятна контакта с уплотняемым материалом, так как их контакт будет ограничен конструкцией шарнира с поддерживающими роликами, находящимися с наружной стороны вальца. При увеличении радиуса обечайки изгибающий е шарнир просто выдвинется до касания с уплотняемым материалом и начнет его пахать перед вальцом катка, что 21592 ограничивает возможности данного устройства и может привести к срыву работоспособности катка и процесса уплотнения в целом. Прототипом изобретения является валец дорожного катка / Предварительный патент Республики Казахстан 18131,15.12.2006/,содержащий обечайку из упругого материала с расположенными в е полости и контактирующими с внутренней поверхностью обечайки опорными роликами, соединенными с гидроцилиндрами,смонтированными на раме катка. При движении катка обечайка перекатывается по поверхности уплотняемого материала. Упираясь во внутреннюю часть обечайки опорные ролики, установленные по торцам обечайки, действием гидроцилиндров деформируют ее, и она принимает форму изменяющегося эллипса. При этом радиус кривизны вальца в зоне контакта с уплотняемой поверхностью принудительно изменяется. При максимальном выдвижении гидроцилиндров радиус кривизны вальца в зоне контакта с уплотняемой поверхностью имеет максимальное значение, а, следовательно,давление вальца на уплотняемый материал минимально. Увеличение давления вальца катка в зоне контакта с уплотняемой поверхностью достигается втягиванием штока гидроцилиндров, а вместе с ними и опорных роликов, которые втягиваясь или выдвигаясь относительно оси вальца в горизонтальной плоскости,могут изменять кривизну обечайки, которая в свободном состоянии принимает форму круга. Деформация вальца в горизонтальной плоскости за счет увеличения радиуса обечайки увеличивает пятно контакта вальца с уплотняемой поверхности и уменьшает угол контакта (или угол наката) обечайки вальца катка на уплотняемый материал. Основным недостатком прототипа является то,что обечайка вальца,являясь гибкой,деформируется и удерживается в сдеформированном состоянии только по краям, у торцевых кромок вальца, где в не в горизонтальной плоскости упираются опорные ролики. Уплотнение материалов же происходит по всей ширине вальца, который в середине ничем не деформируется и получается, что в спокойном состоянии середина вальца будет стремиться занять круглое положение, а при наезде на любое препятствие или камень будет деформироваться по непредсказуемому закону,вплоть до изгиба всего вальца по оси, что будет нарушать ровность покрытия и качество уплотнения. Если же середина вальца не будет иметь эллиптическую форму, то и пятно контакта с уплотняемым материалом останется прежним и не будет регулируемого бесступенчатого изменения уплотняющего усилия, что значительно снижает эффективность известного прототипа. Процесс уплотнения дорожно-строительных материалов наиболее эффективен,когда максимальные контактные давления под рабочими органами катков изменяются в строгом соответствии с изменением предела прочности уплотняемого материала на всем протяжении укатки, когда давления под рабочим органом уплотнителя приближаются по своей величине к пределу прочности материала, но не превышают его. На каждом этапе процесса уплотнения интенсивность воздействия рабочих органов на слой материала должна соответствовать изменяющимся свойствам смеси. При излишне высоких контактных давлениях будет происходить пластическое течение материала из-под вальцов катка, что влечет за собой еще и волнообразование, существенно ухудшающее ровность поверхности. При недостаточных давлениях не будет достигнута требуемая плотность слоя, что отрицательно скажется на прочности,несущей способности и долговечности дорожного покрытия. Задача, на решение которой направлено изобретение,заключается в упрощении конструкции,повышении эффективности и уменьшении энергоемкости процесса уплотнения дорожно-строительных материалов. Технический результат заключается в бесступенчатом изменении контактного давления уплотняющего вальца на уплотняемую поверхность за счет принудительного равномерного изменения радиуса кривизны обечайки вальца в зоне пятна контакта с уплотняемой поверхностью. Сущность изобретения состоит в том, что валец дорожного катка, содержащий обечайку из упругого материала с расположенными в е полости и контактирующими с внутренней поверхностью обечайки опорными роликами, соединенными с гидроцилиндрами, смонтированными на раме катка,согласно изобретению,опорные ролики установлены внутри обечайки на всю е ширину и с обоих концов соединены осями при помощи шарнирных четырехзвенников, причем оси двух противоположных опорных роликов в вертикальной плоскости дополнительно соединены с гидроцилиндром. Признаки, отличающие заявляемое изобретение,в совокупности с известными в данной области,позволяют обеспечить равномерное изменение давления по всей длине зоны контакта опорной поверхности и уплотняющего вальца за счет одинакового варьирования радиуса его кривизны по всей ширине обечайки. При помощи гидроцилиндра шарнирный четырехзвенник может равномерно менять расстояние между осями роликов и соответственно меняется контур гибкой обечайки вальца. Это в свою очередь, приводит к изменению диаметра кривизны обечайки в зоне е контакта с уплотняемым материалом. Рабочие диаметры кривизны могут изменяться отдо . Сочленение рычажного механизма с осями роликов осуществляется посредством шарниров с встроенными подшипниками качения. При сжатии обечайки в вертикальной плоскости пятно контакта с опорной поверхностью увеличивается,а давление на покрытие уменьшается. Вальцом с большим радиусом кривизны можно уплотнять пластичные материалы,такие как горячий асфальтобетон, без сдвига его в 3 21592 горизонтальной плоскости, так как уплотняющее усилие невелико и не выдавливает горячую смесь из-под вальца. По мере остывания асфальтобетона и увеличения его сопротивления уплотнению, его уплотняют вальцом с меньшим радиусом кривизны,который, соответственно, создает повышенное давление на опорную поверхность. Бесступенчатое изменение радиуса кривизны вальца одного дорожного катка, а, следовательно, и контактных давлений на уплотняемую поверхность, позволяет заменить несколько катков различных типоразмеров с обычными вальцами. Так как наибольшая эффективность процесса уплотнения грунтов и асфальтобетонных смесей достигается тогда, когда давления под рабочими органами катков поддерживаются близкими к пределу прочности уплотняемого материала, валец с равномерным бесступенчатым изменением давлений на уплотняемую поверхность ведет уплотнение дорожно-строительных материалов усилиями близкими к пределу прочности уплотняемого материала,не превышая этого предела. Следовательно, применение катков с ведущим вальцом переменной кривизны (преимущественно эллиптической формы) позволяет уменьшить массу катка, повысить производительность, сократить номенклатуру и число катков, одновременно находящихся на месте работ. Изобретение поясняется чертежом, где с торца изображен валец дорожного катка с обечайкой в форме эллипса, вытянутой большой осью в горизонтальной плоскости. Валец дорожного катка, содержит обечайку 1 из упругого материала с расположенными в е полости и контактирующими с внутренней поверхностью обечайки опорными роликами 2, соединенными с гидроцилиндрами 3, смонтированными на раме катка 4, отличающийся тем, что опорные ролики 2 установлены внутри обечайки 1 на всю ее ширину и с обоих концов соединены осями 5 при помощи шарнирных четырехзвенников 6, причем оси 5 двух противоположных опорных роликов 2 в вертикальной плоскости дополнительно соединены с гидроцилиндром 3. Валец дорожного катка работает следующим образом. При движении катка обечайка 1 перекатывается по поверхности уплотняемого материала. Внутри обечайки 1 перекатываются контактирующие с ней опорные ролики 2. Упираясь во внутреннюю часть обечайки 1 опорные ролики 2, установленные на всю ширину обечайки 1, под действием рычагов четырехзвенников 6 и гидроцилиндров 3 равномерно деформируют ее, и она принимает эллиптическую форму. При этом радиус кривизны вальца в зоне контакта с уплотняемой поверхностью принудительно равномерно изменяется по всей ширине вальца. Рычажные четырехзвенники смонтированы так,что при втянутом гидроцилиндре 3 радиус кривизны обечайки 1 вальца в зоне контакта с уплотняемым материалом имеет максимальное значение, а,следовательно, давление вальца на материал минимально, что необходимо при первоначальном проходе катка. При максимальном выдвижении гидроцилиндров 3 радиус кривизны обечайки 1 вальца в зоне контакта с уплотняемой поверхностью имеет минимальное значение, а, следовательно,давление вальца на уплотняемый материал максимально, и, следовательно, можно уплотнять материал с высокой плотностью, когда требуются большие усилия для преодоления его сопротивления уплотнению. После нескольких проходов катка при указанном положении вальца степень уплотнения поверхности достигает предела. Контактные давления должны принимать такие рациональные значения, дальнейшее увеличение которых приводит к незначительному росту деформации уплотняемого слоя. При уменьшении максимальных контактных давлений под вальцом с большими значениями линейного давления и радиуса кривизны вальца, увеличивается длина пятна контакта вальца с уплотняемым слоем, что приводит к увеличению времени действия уплотняющей нагрузки, а, следовательно, и к увеличению вертикальной деформации слоя или его плотности. При этом будет обеспечиваться высокое качество и стабильность данных слоев при более высокой производительности нового катка. Особенности конструкции позволяют снизить металлоемкость дорожного катка, при сохраненных силовых характеристиках, за счет бесступенчатого изменения контактного давления вальца катка на уплотняемую поверхность и использовать один и тот же каток в начале и конце укатки. Кроме того,сокращается номенклатура катков, применяемых в дорожном строительстве, повышается качество дорожного покрытия. В целом использование таких катков способно существенно повлиять на темпы строительства дорожных сооружений и расширение сети автомобильных дорог в нашей стране и за рубежом. Применение катка с изменяемой геометрической формой уплотняющих вальцов позволит интенсифицировать процесс уплотнения дорожно-строительных материалов и улучшить условия работы машиниста. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Валец дорожного катка, содержащий обечайку из упругого материала с расположенными в ее полости и контактирующими с внутренней поверхностью обечайки опорными роликами, соединенными с гидроцилиндрами, смонтированными на раме катка,отличающийся тем, что опорные ролики установлены внутри обечайки на всю ее ширину и с обоих концов соединены осями при помощи шарнирных четырехзвенников, причем оси двух противоположных опорных роликов в вертикальной плоскости дополнительно соединены с гидроцилиндром.