RU2301861C1

RU2301861C1 - Method and device for ground and material compaction with rollers (variants)

Info

Publication number: RU2301861C1
Application number: RU2005133559/03A
Authority: RU
Inventors: Владимир Никитич Тарасов (RU); Владимир Никитич Тарасов
Original assignee: Владимир Никитич Тарасов
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2007-06-27

Abstract

FIELD: construction, particularly road-rollers for ground and material compaction during road and aerodrome building.

SUBSTANCE: method in accordance with the first embodiment involves rolling rollers over surface to be compacted; creating contact stresses in support surface of the rollers; converting static load applied to support surface into dynamic action by rotating central roller connected to crankshaft relatively side rollers, wherein central roller length is equal to sum of side roller lengths. Method in accordance with the second embodiment involves rolling rollers over surface to be compacted; creating contact stresses in support surface of the rollers with weights; converting static weight action upon support surface into dynamic action by simultaneous rotating central and side rollers connected to crankshafts relatively crankshaft journal-bearings fastened to roller frame to provide 180° phase shift of the crankshafts. Device in accordance with the first embodiment comprises roller rotation drive mechanism, wherein central roller is rotatingly supported by crankshaft bearings. The crankshaft rests upon bearings installed in side rollers. Side roller supports are made as bearings fastened to roller frame. Crankshaft drive mechanism is made as hydraulic drive and gearings. Roller rotation drive mechanism includes hydraulic drive and tooth gearings. Device is accordance with the second embodiment comprises crankshaft drive mechanism, wherein central roller provided with pneumowheels is supported by crankshaft so that central roller may freely rotate by bearings. Crankshaft is installed on roller frame and supported by bearing assembly. Side rollers with pneumowheels may freely rotate in bearings fastened to roller frame. Crankshaft drive mechanism is made as hydraulic drive and gearings.

EFFECT: simplified device structure and increased sealing efficiency.

5 cl, 7 dwg

Description

Группа изобретений относится к строительству, в частности к дорожным каткам для уплотнения грунтов и материалов при строительстве дорог и аэродромов.The group of inventions relates to construction, in particular to road rollers for compaction of soils and materials in the construction of roads and airfields.

Известен способ уплотнения грунтов и материалов катками, реализуемый в устройстве [Дорожные машины. Отраслевой каталог. - М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1987. - 508 с.], по которому производят перекатывание вальца по уплотняемой поверхности материала, нагружение опорной поверхности вальца статическими грузами, указанные операции повторяют многократно (5...10 раз) для получения требуемой плотности поверхности.A known method of compaction of soils and materials with rollers, implemented in the device [Road machines. Industry catalog. - M .: TsNIITEstroimash, 1987. - 508 p.], Which rolls the roll on a compacted surface of the material, loads the supporting surface of the drum with static loads, these operations are repeated many times (5 ... 10 times) to obtain the desired surface density.

Устройство для осуществления данного способа представляет собой каток статического действия [Дорожные машины. Отраслевой каталог. - М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1987. - 508 с.], содержащий цилиндрический валец, тягач, грузы в виде балласта.A device for implementing this method is a static action roller [Road machines. Industry catalog. - M .: TsNIITEstroymash, 1987. - 508 p.], Containing a cylindrical roller, a tractor, loads in the form of ballast.

Недостатком данного способа и устройства является малая производительность катка, обусловленная необходимостью многократных повторных проходов катка по одному месту уплотняемой поверхности. Известен способ уплотнения грунтов и материалов катками, реализуемый в устройстве [см., например, а.с. №1178825, кл. Е01С 19/28, опубл. 1985], по которому производят перекатывание вальцов по уплотняемой поверхности материала, одновременно секциям вальцов придают маятниковые колебания с помощью приводного кривошипного вала и шатунов, обеспечивающих многократные динамические воздействия секций вальцов по одному месту уплотняемой поверхности. Устройство, реализующее способ [см., например, а.с. №1178825, кл. Е01С 19/28, опубл. 1985], содержит вальцы, соединенные с шатунами, которые подвешены на кривошипном валу на раме катка, систему управления амплитудой колебания вальцов, выполненную в виде гидроцилиндров.The disadvantage of this method and device is the low performance of the roller, due to the need for repeated repeated passes of the roller in one place of the sealing surface. A known method of compaction of soils and materials with rollers, implemented in the device [see, for example, A. with. No. 1178825, class E01C 19/28, publ. 1985], according to which the rollers are rolled over the compacted surface of the material, pendulum vibrations are simultaneously imparted to the roll sections by means of a drive crank shaft and connecting rods, providing multiple dynamic effects of the roll sections in one place of the compacted surface. A device that implements the method [see, for example, A. with. No. 1178825, class E01C 19/28, publ. 1985], contains rollers connected to connecting rods, which are suspended on a crank shaft on the roller frame, a control system for the amplitude of oscillation of the rollers, made in the form of hydraulic cylinders.

Недостатком способа является несовершенство маятниковой схемы колебаний вальцов, а недостатком устройства является сложная конструкция, обусловленная использованием длинных шатунов, обеспечивающих маятниковые колебания вальцов. Известен также виброкаток для уплотнения грунтов и материалов, содержащий тягач, цилиндрический валец, раму, вал вибратора, приводной механизм вибратора и механизм перекатывания вальца [см., например, а.с. №1189926, кл. Е01С 19/28, опубл. 1985]. Недостатком этого устройства является малая эффективность высокочастотного возмущающего воздействия, создаваемого дебалансами, сложность конструкции.The disadvantage of this method is the imperfection of the pendulum oscillation scheme of the rollers, and the disadvantage of this device is the complex structure due to the use of long connecting rods, providing pendulum oscillations of the rollers. Also known is a vibratory roller for compaction of soils and materials, comprising a tractor unit, a cylindrical roller, a frame, a vibrator shaft, a vibrator drive mechanism and a roller rolling mechanism [see, for example, a.s. No. 1189926, class E01C 19/28, publ. 1985]. The disadvantage of this device is the low efficiency of the high-frequency disturbance created by unbalances, the complexity of the design.

Задачей группы способов и группы изобретений является преобразование статического воздействия грузов катка на опорную поверхность в динамическое воздействие, создание более простой и технологичной конструкции катка.The task of the group of methods and group of inventions is to convert the static effect of the rink loads on the supporting surface into a dynamic effect, creating a simpler and more technological design of the rink.

Поставленная задача в части первого варианта выполнения способа решена за счет того, что в известном способе, включающем операции перекатывания вальцов по уплотняемой поверхности, создание контактных уплотняющих напряжений в опорной поверхности вальцов грузами, согласно способу по первому варианту выполнения осуществляют преобразование статического воздействия грузов на опорную поверхность вальцов в динамическое воздействие путем вращения на кривошипе оси центрального вальца относительно оси боковых вальцов, при этом длина среднего вальца равна суммарной длине боковых вальцов.The problem in part of the first embodiment of the method is solved due to the fact that in the known method, including the operation of rolling the rollers on the sealing surface, the creation of contact sealing stresses in the supporting surface of the rollers with loads, according to the method according to the first embodiment, the static effect of the loads is converted to the supporting surface rollers in a dynamic action by rotation on the crank axis of the Central roller relative to the axis of the side rollers, while the length of the of the roller is equal to the total length of the side rollers.

Поставленная задача в части второго варианта выполнения способа решена за счет того, что в известном способе, включающем операции перекатывания вальцов по уплотняемой поверхности, создание контактных уплотняющих напряжений в опорной поверхности вальцов грузами, согласно способу по второму варианту выполнения осуществляют преобразование статического воздействия грузов на опорную поверхность вальцов в динамическое воздействие путем одновременного вращения на кривошипах осей центральной и боковых секций вальцов относительно подшипников кривошипного вала на раме вальцов с фазовым сдвигом кривошипов 180°. Поставленная задача в части первого варианта устройства решена за счет того, что в известном устройстве, содержащем тягач, цилиндрические вальцы, раму, грузы, кривошипный вал, механизм привода кривошипного вала, механизм перекатывания вальцов, согласно изобретению средний валец установлен с возможностью свободного вращения на кривошипе, который опирается на подшипники, установленные в боковых вальцах, при этом опоры левого и правого вальцов выполнены в виде подшипников, закрепленных на раме вальцов, механизм привода кривошипного вала выполнен в виде гидромотора и механических передач, механизм привода перекатывания вальцов выполнен в виде гидромотора и механических зубчатых передач. Поставленная задача в части второго варианта устройства решена за счет того, что в известном устройстве, содержащем тягач, цилиндрические вальцы с пневматическими колесами, раму вальцов, грузы, кривошипный вал, механизм привода кривошипного вала, согласно изобретению кривошипный вал установлен на подшипниковых опорах на раме вальцов, средний валец с пневмоколесами установлен на кривошипе с возможностью свободного вращения на подшипниках; боковые вальцы с пневмоколесами установлены с возможностью свободного вращения в подшипниках, закрепленных на раме вальцов, механизм привода кривошипного вала выполнен в виде гидромотора с передаточными механизмами.The problem in part of the second embodiment of the method is solved due to the fact that in the known method, including the operation of rolling the rollers on the sealing surface, the creation of contact sealing stresses in the bearing surface of the rollers with loads, according to the method of the second embodiment, the static effect of the loads is converted to the supporting surface rollers in dynamic action by simultaneous rotation on the cranks of the axes of the central and side sections of the rollers relative to the bearings crankshaft shaft on the frame of the rollers with a phase shift of the cranks of 180 °. The problem in part of the first embodiment of the device is solved due to the fact that in the known device containing a tractor, cylindrical rollers, frame, cargo, crank shaft, drive mechanism of the crank shaft, rolling mechanism of the rollers, according to the invention, the middle roller is mounted with free rotation on the crank , which relies on bearings mounted in the side rollers, while the bearings of the left and right rollers are made in the form of bearings mounted on the frame of the rollers, the crank shaft drive mechanism in made in the form of a hydraulic motor and mechanical gears, the drive mechanism for rolling rollers is made in the form of a hydraulic motor and mechanical gears. The problem in part of the second variant of the device is solved due to the fact that in the known device comprising a tractor, cylindrical rollers with pneumatic wheels, a roller frame, weights, a crank shaft, a crank shaft drive mechanism, according to the invention, the crank shaft is mounted on bearing bearings on the roller frame , the middle roller with pneumatic wheels mounted on a crank with the possibility of free rotation on bearings; side rollers with pneumatic wheels are installed with the possibility of free rotation in bearings mounted on the frame of the rollers, the crank shaft drive mechanism is made in the form of a hydraulic motor with gears.

Сущность группы изобретений поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема первого варианта выполнения способа; на фиг.2 - схема передачи статического воздействия на боковые вальцы; на фиг.3 показана схема кинематики вращения среднего вальца относительно боковых вальцов для первого варианта выполнения способа. На фиг.4 показана кинематическая схема второго варианта выполнения способа уплотнения; на фиг.5 изображен общий вид катка, реализующий два варианта выполнения способа и два варианта выполнения устройства; на фиг. 6 представлен первый вариант выполнения устройства по первому варианту выполнения способа; на фиг.7 приведена конструкция второго варианта выполнения устройства по первому варианту выполнения способа.The essence of the group of inventions is illustrated by drawings, where figure 1 shows a diagram of a first embodiment of the method; figure 2 - diagram of the transmission of static effects on the side rollers; figure 3 shows a diagram of the kinematics of rotation of the middle drum relative to the side rollers for the first embodiment of the method. Figure 4 shows the kinematic diagram of the second embodiment of the sealing method; figure 5 shows a General view of the roller, implementing two variants of the method and two variants of the device; in FIG. 6 shows a first embodiment of a device according to a first embodiment of a method; 7 shows the design of the second embodiment of the device according to the first embodiment of the method.

Группа изобретений для уплотнения грунтов и материалов содержит (фиг.1, 2) средний валец 1, боковые вальцы 2, 3, кривошипный вал 4, раму 5 вальцов, на которой закреплены коренные подшипники 6, 7 кривошипного вала 4, привод 8 кривошипного вала, дополнительные кривошипы 9, 10 (фиг.4), установленные в боковых вальцах 2, 3, тягач 11, соединенный с рамой 5 (фиг.5), ведущий мост 12 тягача, шарнир 13 рамы катка, грузы 14, гидромотор 15 (фиг.6) привода кривошипного вала, опорные подшипники 16, 17 кривошипного вала, подшипники 18, 19 среднего вальца на кривошипе, зубчатый венец 20 закреплен жестко в вальце 2 и соединен с зубчатым колесом 21 и гидромотором 22, средний валец 23 с пневмоколесами (фиг.7), боковые вальцы 24, 25 с пневмоколесами.The group of inventions for compaction of soils and materials contains (FIGS. 1, 2) a middle roller 1, side rollers 2, 3, a crank shaft 4, a frame 5 of rollers on which the main bearings 6, 7 of the crank shaft 4 are mounted, the drive 8 of the crank shaft, additional cranks 9, 10 (Fig. 4) installed in the side rollers 2, 3, the tractor 11 connected to the frame 5 (Fig. 5), the drive axle 12 of the tractor, the hinge 13 of the roller frame, weights 14, the hydraulic motor 15 (Fig. 6) the drive of the crank shaft, thrust bearings 16, 17 of the crank shaft, bearings 18, 19 of the middle roller on the crank, gear ring 20 fixed rigidly in the roller 2 and connected to the gear wheel 21 and the hydraulic motor 22, the middle roller 23 with pneumatic wheels (Fig.7), side rollers 24, 25 with pneumatic wheels.

Сущность работы способа по первому варианту выполнения (фиг.1, 2, 3) состоит в том, что уплотнение грунтов и материалов осуществляют перекатыванием вальцов по уплотняемой поверхности, контактную поверхность вальцов нагружают вертикальной силой G, которую преобразуют в динамические воздействия N₁(t), N₂(t) опорной поверхности вальцов вращением среднего вальца 1 на кривошипе 4 относительно боковых вальцов 2, 3. На фиг.1, 2 показано как нормальная реакция опорной поверхности N₁ среднего вальца при повороте кривошипа на угол 180° преобразуется в реакцию N₂ боковых вальцов. Суммарная площадь опорной поверхности боковых вальцов равна опорной поверхности среднего вальца. Благодаря этому в поверхностях контакта под средним вальцом и под боковыми вальцами возникают одинаковые средние контактные напряженияThe essence of the method according to the first embodiment (Figs. 1, 2, 3) is that the compaction of soils and materials is carried out by rolling the rollers along the sealing surface, the contact surface of the rollers is loaded with vertical force G, which is converted into dynamic effects N ₁ (t) , N ₂ (t) of the supporting surface of the rollers by rotating the middle roller 1 on the crank 4 relative to the side rollers 2, 3. Figure 1, 2 shows how the normal reaction of the supporting surface N _{1 of the} middle roller when the crank is rotated through an angle of 180 ° is converted into a reaction ju N ₂ side rolls. The total area of the supporting surface of the side rollers is equal to the supporting surface of the middle roller. Due to this, the same average contact stresses appear in the contact surfaces under the middle roller and under the side rollers

где A₁=A₂ - соответственно опорные поверхности средних и боковых вальцов.where A ₁ = A ₂ - respectively, the supporting surface of the middle and side rollers.

Для катка с одним сплошным цилиндрическим вальцом средние контактные напряжения равныFor a roller with one continuous cylindrical roller, the average contact stresses are equal

где G - нагрузка на валец.where G is the roller load.

Формулы (1), (2) показывают, что предлагаемый способ позволяет повысить средние контактные напряжения в 2 раза, причем в пределах длины контактной поверхности в направлении качения вальца динамические воздействия на опорную поверхность являются частотными (многократными) и могут составлять 5...10 воздействий в каждой точке опорной поверхности. По сравнению с вибрационными катками предлагаемый способ воздействия является динамическим низкочастотным. Именно это свойство определяет высокую эффективность предлагаемого способа. На фиг.3 показана траектория вращения оси среднего вальца относительно боковых секций. В положениях кривошипа B₁, В₃ все вальцы катка расположены на одной горизонтальной поверхности. Контактные напряжения в этот момент соответствуют формуле 2. В положении кривошипа В₂ средний валец опущен (фиг.1), в положении В₄ кривошипа средний валец поднят (фиг.2), а боковые вальцы опущены. В обоих рассмотренных предельных случаях средние контактные напряжения в опорных поверхностях вальцов увеличиваются в два раза по сравнению с известными способами. Сущность работы способа по второму варианту выполнения (фиг.4) состоит в том, что вальцы катка перекатывают по опорной поверхности, нагружают опорные поверхности вальцов грузами и осуществляют преобразование статической нагрузки G в динамические воздействия N₁(t), N₂(t) путем одновременного вращения центров среднего и боковых вальцов на кривошипах относительно коренных подшипников кривошипного вала. Такая схема в отличие от первого варианта выполнения способа является динамически уравновешенной, так как силы инерции среднего и боковых вальцов полностью уравновешены. При прочих равных условиях второй вариант выполнения способа является практически равноценным первому, однако отличается более сложной конструкцией кривошипного вала.Formulas (1), (2) show that the proposed method allows to increase the average contact stress by 2 times, and within the length of the contact surface in the direction of rolling of the roller, the dynamic effects on the supporting surface are frequency (multiple) and can be 5 ... 10 impacts at each point of the supporting surface. Compared with vibration rollers, the proposed method of exposure is dynamic low-frequency. It is this property that determines the high efficiency of the proposed method. Figure 3 shows the trajectory of rotation of the axis of the middle drum relative to the side sections. In the positions of the crank B ₁ , B ₃ all the rollers of the roller are located on one horizontal surface. Contact stresses at this moment correspond to formula 2. In the position of the crank В _{2, the} middle roller is lowered (Fig. 1), in the position В _{4 of the} crank, the middle roller is raised (Fig. 2), and the side rollers are lowered. In both considered limiting cases, the average contact stresses in the supporting surfaces of the rollers doubled in comparison with the known methods. The essence of the method according to the second embodiment (Fig. 4) is that the rollers of the roller are rolled over the supporting surface, the supporting surfaces of the rollers are weighed and the static load G is converted into dynamic effects N ₁ (t), N ₂ (t) by simultaneous rotation of the centers of the middle and side rollers on the cranks relative to the main bearings of the crank shaft. Such a scheme, in contrast to the first embodiment of the method, is dynamically balanced, since the inertia forces of the middle and side rollers are completely balanced. Ceteris paribus, the second embodiment of the method is almost equivalent to the first, but differs in a more complex construction of the crank shaft.

Устройство уплотнения грунтов и материалов по первому варианту выполнения работает следующим образом (фиг.5). При поступательном перемещении тягача 11 вальцы катка перекатываются по опорной поверхности и одновременно осуществляют преобразование вертикальной нагрузки G вальцами 1, 2, 3 в динамическое воздействие N₁(t), N₂(t) (фиг.6). Средний валец 1 катка вращается на кривошипном валу 4 и опирается на подшипники 18, 19 кривошипа с возможностью свободного вращения. В свою очередь кривошипный вал опирается на подшипники 16, 17, установленные в опорах 6, 7 боковых вальцов 2, 3. Боковые вальцы 2, 3 снабжены подшипниками и закреплены на раме 5 вальцов. Работа устройства уплотнения грунтов и материалов по второму варианту выполнения (фиг, 7) отличается от устройства по первому варианту выполнения тем, что средний 23 и боковые вальцы 24, 25 снабжены пневматическими колесами и сплошным кривошипным валом 4, который имеет опоры 6, 7 на раме 5 вальцов катка. Вальцы катка на кривошипном валу установлены на подшипниках с возможностью свободного вращения. Предложенные способы и конструкции катков являются более эффективными по сравнению с известными способами и конструкциями катков.The device compaction of soils and materials according to the first embodiment is as follows (figure 5). With the translational movement of the tractor 11, the rollers of the roller roll over the supporting surface and simultaneously convert the vertical load G with rollers 1, 2, 3 into the dynamic effect of N ₁ (t), N ₂ (t) (Fig.6). The middle roller 1 of the roller rotates on the crank shaft 4 and rests on the bearings 18, 19 of the crank with the possibility of free rotation. In turn, the crank shaft is supported by bearings 16, 17 installed in bearings 6, 7 of the side rollers 2, 3. The side rollers 2, 3 are provided with bearings and are mounted on the frame 5 of the rollers. The operation of the soil and material compaction device according to the second embodiment (FIG. 7) differs from the device according to the first embodiment in that the middle 23 and side rollers 24, 25 are equipped with pneumatic wheels and a continuous crank shaft 4, which has bearings 6, 7 on the frame 5 rollers. The rollers of the roller on the crank shaft are mounted on bearings with the possibility of free rotation. The proposed methods and designs of the rollers are more effective in comparison with the known methods and designs of the rollers.

Claims

1. The method of compaction of soils and materials by rollers, including the operation of rolling the rollers on the sealing surface, the creation of contact sealing stresses in the bearing surface of the rollers with loads, characterized in that the static effect of the loads of the rollers on the contact surface is converted into a dynamic effect by rotation on the crank of the middle roller relative to side rolls, while the length of the middle roll is equal to the total length of the side rolls.

2. The method of compaction of soils and materials by rollers, including the operation of rolling the rollers on the sealing surface, the creation of contact sealing stresses in the supporting surface of the rollers with loads, characterized in that the static effect of the loads of the rollers on the contact surface is converted into a dynamic effect by simultaneous rotation on the cranks of the middle and side rollers relative to the bearings of the crank shaft mounted on the frame of the rollers with a phase shift of the cranks of 180 °.

3. A device for compaction of soils and materials containing a tractor, rollers, frame, cargo, crank shaft, a drive mechanism of the crank shaft, a drive mechanism for rolling rollers, characterized in that the middle roller is mounted to rotate on the bearings of the crank, which is supported by bearings mounted in the side rollers, while the supports of the side rollers are made in the form of bearings mounted on the frame of the rollers; the crank shaft drive mechanism is made in the form of a hydraulic motor and mechanical gears; the drive mechanism for rolling rollers is made in the form of a hydraulic motor and mechanical gears.

4. A device for compaction of soils and materials containing a tractor, rollers with pneumatic wheels, a frame, weights, a crank shaft, a crank shaft drive mechanism, characterized in that the middle roller with pneumatic wheels is mounted on the crank with the possibility of free rotation on bearings; the crank shaft is mounted on the bearings of the roller frame, the side rollers with pneumatic wheels are installed with the possibility of free rotation in the bearings mounted on the roller frame; the drive mechanism of the crank shaft is made in the form of a hydraulic motor with gears.