Уплотняющий рабочий орган асфальтоукладчика

 

Изобретение относится к области дорожного строительства, а точнее к оборудованию для уплотнения горячих асфальтобетонных смесей в процессе укладки последних на дорожное основание, касается конструкции уплотняющего рабочего органа асфальтоукладчика. Технический результат - повышение эффективности процесса уплотнения. Уплотняющий рабочий орган выполнен в виде плиты, установлен с углом атаки по отношению к дорожному основанию. При этом угол атаки не превышает угол внутреннего трения уплотняемого материала. Плита одним концом шарнирно связана с рамой асфальтоукладчика, а другим также шарнирно – с источником колебаний. Ось шарнира связи с рамой лежит вне зоны контакта с уплотняемым материалом. Плита выполнена с рабочей поверхностью из двух секций, задняя из которых представляет собой часть цилиндра по его длине. Ось шарнира связи задней секции с рамой асфальтоукладчика лежит на образующей поверхности цилиндра. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области дорожного строительства, а точнее к оборудованию для уплотнения горячих асфальтобетонных смесей в процессе укладки последних на дорожное основание. Изобретение касается конструкции уплотняющего рабочего органа асфальтоукладчика и направлено на повышение эффективности процесса уплотнения.

Известен рабочий орган асфальтоукладчика, включающий раму с шарнирной связью и винтовым регулятором для соединения с тяговыми брусьями асфальтоукладчика, который имеет шарнирно присоединенную к раме двухсекционную уплотняющую плиту с источником колебаний в передней ее части и упругой подвеской в задней. Каждая секция уплотняющей плиты выполнена в виде части цилиндра по его длине. Шарнирное соединение плиты и рамы расположено в средней части плиты между источником колебаний и упругой подвеской, выполненной в виде горизонтальной рессоры. При этом ширина задней секции плиты превышает ширину передней, а место их соединения расположено у шарнира соединения плиты с рамой. Источник колебаний обеспечивает изменение частоты и амплитуды колебаний, а также может перемещаться вдоль плиты. Подбором соотношения ширины секций можно обеспечить уплотнение асфальтобетонной смеси передней частью в ударном, а задней - в вибрационном режимах. Такой рабочий орган обеспечивает повышение эффективности уплотнения за счет одновременного использования различных амплитуд колебаний. Кроме того, снижается энергоемкость процесса за счет уплотнения двумя рабочими поверхностями от одного источника колебаний, а подбор рационального соотношения частоты и амплитуды секций может увеличить производительность. Такая конструкция уплотняющего рабочего органа реализует более сложный по сравнению с трамбующим брусом вид нагружения. Благодаря криволинейной поверхности воздействие на частицы уплотняемого материала осуществляется не только в вертикальном направлении, но и с небольшим продольным смещением. Такое совместное воздействие на уплотняемый материал интенсифицирует и ускоряет процесс уплотнения. В результате формируется более компактная структура слоя асфальтобетона. Это позволяет получить коэффициент уплотнения до 0,90-0,92 [1].

Тем не менее, после использования данного рабочего органа необходимо произвести укатку уплотняемого слоя асфальтобетонной смеси для достижения нормируемых значений коэффициента уплотнения и завершения формирования сдвигоустойчивой структуры асфальтобетона, способной сопротивляться эксплуатационным нагрузкам. Кроме того, работа уплотняющих органов такой конструкции сопровождается значительными динамическими нагрузками, в результате чего снижается надежность работы уплотняющей плиты и асфальтоукладчика в целом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является рабочий орган асфальтоукладчика, выполненный в виде плиты с рабочей поверхностью, представляющей собой пару секций, задняя из которых выполнена в виде части цилиндра по его длине. При этом плита связана шарнирно с рамой асфальтоукладчика и с источником колебаний, причем ось шарнирной связи плиты с рамой совмещена с геометрической осью цилиндра задней секции. Такой рабочий орган реализует сложный вид нагружения уплотняемого материала, сочетая вертикальное силовое воздействие на слой асфальтобетонной смеси передней секции со знакопеременным горизонтальным воздействием задней секции, обеспечивая получение компактной, высокопрочной, сдвигоустойчивой структуры асфальтобетона при минимальном использовании дополнительных средств уплотнения, а именно дорожных катков. Источник колебаний сообщает передней секции рабочего органа вертикальное перемещение с некоторой частотой и амплитудой. Задняя секция рабочего органа в силу специфики своего соединения с рамой асфальтоукладчика совершает осциллирующее или крутильное колебание. Асфальтобетонная смесь, попадая в зону действия передней секции рабочего органа, уплотняется в режиме вибротрамбования, подвергаясь воздействию вертикальной нагрузки. Затем при движении асфальтоукладчика предварительно уплотненная смесь попадает в зону действия задней секции рабочего органа, где под действием знакопеременной осциллирующей нагрузки ее плотность достигает величины коэффициента уплотнения не менее 0,94 [2].

Основным недостатком прототипа, как и аналога, является недостаточно высокая окончательная плотность слоя, что не позволяет отказаться от применения звена катков для доведения дорожного покрытия до требуемой плотности. Тем не менее, ресурс повышения плотности у такой конструкции существует. Во-первых, можно уменьшить скорость движения асфальтоукладчика. Это приведет к увеличению числа силовых воздействий на элементарный участок уплотняемого материала, что в свою очередь обеспечит рост плотности слоя материала. Во-вторых, можно увеличить амплитуду и частоту колебаний уплотняющей плиты, что также приведет как к росту числа воздействий на элементарную площадку уплотняемого материала, так и к интенсификации силового воздействия. Однако оба пути приводят к потерям, не компенсирующим положительные результаты: в первом случае к уменьшению скорости передвижения асфальтоукладчика, а значит снижению производительности машины, во втором случае - к недопустимым динамическим нагрузкам на машину с опасностью ее разрушения, так как уплотняющая плита представляет собой неуравновешенную массу значительной величины и повышение частоты колебаний, необходимое для компенсации числа воздействий на элементарный участок уплотняемого покрытия, что приведет к повышенным динамическим воздействиям на всю металлоконструкцию машины. Это обстоятельство не только снижает срок службы асфальтоукладчика, но и приводит к снижению ровности дорожного покрытия.

Таким образом, задачей изобретения является повышение эффективности уплотнения за счет улучшения качества уплотняемого слоя дорожного покрытия.

Поставленная задача решается за счет того, что в уплотняющем рабочем органе асфальтоукладчика, выполненном в виде плиты, одним концом шарнирно связанной с рамой асфальтоукладчика, а другим - также шарнирно с источником колебаний, причем ось шарнира связи с рамой асфальтоукладчика лежит вне зоны контакта с уплотняемым материалом, а плита выполнена с рабочей поверхностью из двух секций, задняя из которых представляет собой часть цилиндра по его длине, согласно изобретению ось шарнира связи задней секции с рамой асфальтоукладчика лежит на образующей поверхности цилиндра.

Плита может быть установлена с углом атаки по отношению к дорожному основанию, который не превышает угол внутреннего трения уплотняемого материала.

Сущность изобретения состоит в том, что благодаря установке уплотняющей плиты под определенным углом атаки напряженно-деформированное состояние в уплотняемом слое возрастает по мере продвижения уплотняемого материала от передней части уплотнителя к задней по ходу движения асфальтоукладчика. Это обеспечивает получение компактной, высокопрочной и сдвигоустойчивой структуры асфальтобетона при минимальном использовании дополнительных средств уплотнения, а именно дорожных катков.

На чертежах, прилагаемых к описанию, дано схематическое изображение:

- на фиг.1 - уплотняющий рабочий орган асфальтоукладчика в виде плиты с двухсекционной рабочей поверхностью;

- на фиг.2 - уплотняющий рабочий орган асфальтоукладчика в виде плиты с плоской рабочей поверхностью, упрощенное схематическое изображение для отражения силовой картины взаимодействия уплотняющего органа с материалом;

- на фиг.3 - траектория движения отдельных точек рабочей поверхности двухсекционной плиты.

Уплотняющий рабочий орган асфальтоукладчика представляет собой плиту 1, которая своей рабочей поверхностью 2 обращена к уплотняемому материалу 3, выкладываемому шнековым распределителем (на чертеже не показан) на основание 4. За плитой 1 установлена выглаживающая плита 5, основным назначением которой является фиксация толщины формируемого слоя асфальтобетона. Плита 1 выполнена, как у прототипа, т.е. в виде двух секций, задняя из которых представляет собой часть цилиндра 6 по его длине. При этом ось шарнира А, соединяющего плиту 1 с рамой 7 асфальтоукладчика, совпадает с геометрической осью цилиндра задней секции. Передняя трамбующая секция 8 плиты 1 может быть также выполнена в виде части цилиндра, которая посредством шарнирной связи 9 соединена с источником колебаний 10, выполненным, например, в виде кривошипно-шатунного механизма. Плита 1 установлена в рабочем положении под углом α, величина которого не превышает угол внутреннего трения уплотняемого материала. В целом величина α зависит от вида материала и его температуры в момент укладки. Ось шарнира В связи с асфальтоукладчиком лежит на цилиндрической образующей поверхности задней секции вне зоны контакта с уплотняемым материалом. Перемещение оси шарнира из положения А в положение В позволяет расширить технологические возможности двухсекционной плиты, что показано на фиг.3 и пояснено в следующем разделе.

Работает уплотняющий рабочий орган асфальтоукладчика следующим образом.

Источник колебаний 10 сообщает передней секции уплотняющего рабочего органа в виде плиты 1 вертикальное перемещение с некоторой частотой и амплитудой. В результате передняя секция уплотняет слой асфальтобетонной смеси аналогично традиционному брусу, обеспечивая вертикальное нагружение материала. В то же время перемещение, передаваемое рабочему органу источником колебаний, создает вращение задней секции относительно оси шарнира А, соединяющего рабочий орган с рамой 7 асфальтоукладчика. Величина, направление и частота изменения момента сил трения зависят от характеристик и параметров работы источника колебаний, конструктивных параметров рабочего органа и свойств уплотняемого материала. В зависимости от точки расположения оси шарнира связи плиты 1 с рамой 7 изменяется характер движения задней секции, что соответствует различным режимам осцилляции. При этом точки поверхности задней секции уплотняющей плиты 1, контактирующей со слоем материала, движутся по линиям дуг разных радиусов. Проекции этих перемещений на горизонтальную и вертикальную оси определяют смещение частичек слоя уплотняемого материала в этих же направлениях и соответственно величину деформации и напряжений в слое, которые и определяют в конечном итоге достигаемую плотность дорожного покрытия. Асфальтобетонная смесь, попадая в зону действия передней секции рабочего органа, уплотняется в режиме вибротрамбования, подвергаясь воздействию, главным образом, вертикальной нагрузки. Затем при движении асфальтоукладчика предварительно уплотненная смесь попадает в зону действия задней секции рабочего органа, где под действием знакопеременной осциллирующей нагрузки ее плотность может достигнуть требуемых значений. При расположении оси шарнира задней секции в точке А имеет место создание чистых крутильных (сдвиговых) напряжений в материале, величина которых зависит от угла атаки при установке рабочего органа. При расположении оси шарнира в точке В происходит возрастание вертикальной составляющей на слой со стороны задней секции при продвижении материала к выглаживающей плите 5. Траектория движения точек рабочей поверхности плиты при размещении оси шарнира в положении А и В показана на фиг.3 соответствующими стрелками. На фиг.2 показано направление сил, действующих со стороны плиты 1 на слой асфальтобетонной смеси. Так, слой материала 3, находящийся под плитой и лежащий на дорожном основании 4, находится под действием силы Р (сила со стороны уплотняющей плиты) и силы трения - Р х f. Проецируя эти силы на ось, параллельную дорожному основанию, получаем две составляющие вышеназванных сил, а именно Р sinα и Р х f cosα. Продвижение слоя материала в направлении под плиту к шарниру Б возможно лишь при условии Р х f cosα > Р sinα. Отсюда f > sinα/cosα. Или, заменяя f на tg ϕ, имеем: tg ϕ>tgα. Откуда ϕ>α. Здесь ϕ - угол внутреннего трения уплотняемого материала, а α - угол атаки. Таким образом, угол атаки должен быть в пределах угла внутреннего трения уплотняемого материала. Последний зависит от состава рецепта асфальтобетонной смеси и может достигать значений в 20-25°. Установка уплотняющей плиты под углом атаки ведет к тому, что создаются оптимальные условия для уплотнения асфальтобетонной смеси. Так, в частности, для плиты с плоской рабочей поверхностью амплитуда колебаний различных точек этой поверхности при расположении оси шарнира в точке Б будет оптимально соответствовать степени плотности смеси, т.е. менее плотной смеси на входе под плиту соответствуют и большие амплитуды колебаний. А более плотной смеси, например, вблизи шарнира Б соответствуют малые амплитуды. Установка плиты под углом атаки дает возможность достигать величин коэффициента уплотнения, в частности, на уровне 0,96-0,98, что потребует минимального уплотнения методом укатки, т.е. с использованием дорожного катка. В этом смысле потребуется только каток легкой весовой категории, основное назначение которого - дополнительная сдвиговая тренировка уплотняемого материала.

Источники информации

1. А.с. СССР №1668519, кл. Е 01 С 19/48, публ. 07.08.91 г.

2. Патент РФ №2078869, кл. Е 01 С 19/48, публ. 10.05.97 г. (прототип).

Формула изобретения

1. Уплотняющий рабочий орган асфальтоукладчика, выполненный в виде плиты, одним концом шарнирно связанной с рамой асфальтоукладчика, а другим - также шарнирно с источником колебаний, причем ось шарнира связи с рамой асфальтоукладчика лежит вне зоны контакта с уплотняемым материалом, а плита выполнена с рабочей поверхностью из двух секций, задняя из которых представляет собой часть цилиндра по его длине, отличающийся тем, что ось шарнира связи задней секции с рамой асфальтоукладчика лежит на образующей поверхности цилиндра.

2. Уплотняющий рабочий орган по п.1, отличающийся тем, что плита установлена с углом атаки по отношению к дорожному основанию, который не превышает угол внутреннего трения уплотняемого материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3