Конусный раскатчик к гусеничному экскаватору

Современные дорожно-строительные машины: катки, трамбовки, виброплиты и т. д. при воз- ведении насыпи из различных грунтов осуществляют послойное уплотнение материалов толщи- ной 0,3…0,8 м [1, 2, 4, 5, 9, 10, 16, 18].

Для уплотнения грунтов на большую глубину, достигающую нескольких метров, – это земляное полотно автомобильных дорог, дамбы, плотины и другие насыпи высотой до 4–6 м, целе-

Рис. 1. Агрегат для глубокого трамбования грунта

сообразно изучить опыт применения оборудования для глубокого уплотнения грунта при строительстве зданий и сооружений [3–7, 11, 12, 14, 15].

Известны способы глубокого уплотнения грунтов с помощью конусных оболочек, внедряемых в грунт с помощью ударных импульсов [6–8, 13]. Как показывают исследования ученых из г. Омска и Новосибирска, плотность грунта в результате глубинного уплотнения может быть повышена на 20–25 %, а несущая способность – в 1,5–2 раза.

Рабочий орган агрегата для глубокого уплотнения грунта представляет собой оболочку в виде усеченного конуса с диаметром оснований (0,9…0,4) м высотой около 4 м, установленного на шасси гидравлического экскаватора 5-й типоразмерной группы (рис. 1). Внутри конусной оболочки смонтиро- ван гидропневматический молот, с помощью которого конусная оболочка внедряется в грунт, раздвигая рыхлый материал в горизонтальном направлении, тем самым повышая его плотность и несущую способность. Образовавшиеся полости (скважины) засыпаются щебнем или песком, образуя сплошной массив во взведенной насыпи с высокими потребительскими свойствами.

Относительном недостатком применяемой конструкции является больш а я площадь контактной поверхности рабочего органа с грунтом, достигавшая 6 м², что требует установки гидромолотов большой мощности.

Новосибирскими и омскими учеными разработа н ы конструкции менее энергоем к их устройств многокатковых винтовых раскатчиков (рис. 2) [7–8, 19, 20].

Рис. 2. Многокатковый винтовой раскатчик: 1 – вал; 2 – катки

Сравнительным недостатком данной конструкции является сложность эксплуатации и ремонта в связи с запрессовкой грунта в зазоры между торцами катков и попаданием абразивного материала в подшипниковые узлы.

Южно-Уральский государственный университет (ЮУрГУ) предлагает проект нового навесного оборудования к гусеничному экскаватору с исп о льзованием импульсно-волновог о метода уплотнения [3, 17, 21]. При этом толщина свежеуложенного грунта в насыпи может достигать 4…6 м.

Рис. 3. Конусный раскатчик на базе гидравлического гусеничного экскаватора

Оборудование (предлагаемое ЮУрГУ) состоит из гидравлического экскаватора с конусным рабочим органом 1 , гидромотором 2 , траверсами 3 (рис. 3).

Боковая поверхность конуса может быть гладкой или в виде шнека. Конусный рас к атчик 1 приводится в движение с помощью коленчатого вала, п риводимого во враще н ие гидромотором 2 . Зная эксцентриситет коленчатого вала, определяют диаметр образовавшейся скважины

D = d + 21,                                                                              (1)

где D - диаметр скважины, d - диаметр конуса, t - эксцентриситет коленчатого вала.

Требуемый крутящий момент для качения нового р абочего органа при р а скатке суглинка определяется:

M = 0,266 ■ Q ■ 1,55 J1 - —tan ^а = 3154 Н ■ М .                                            (2)

V Е 2

Рис. 4. Конусный раскатчик

Мощность привода для вращения устройства составляет:

N = M ⋅ω= Mn ^π= 3154 ⋅ 2,2 = 6939Вт = 6,9кВт. (3)

Для проведения экспериментальных исследований разработан лабораторный стенд, который состоит из коленчатого вала 1 , конусного рабочего органа 2 , верхней крышки 3 , крышки подшипника 4 и подшипников 5 (рис. 4).

Обязательным условием проектируемого конусного раскатчика является требование сходимости пересечения участков осей коленчатого вала на вершине конуса. В этом случае вершина конуса перемещается строго по вертикали.

После проведения экспериментальных исследований будут разработаны технические условия на проектирование промышленного образца конусного раскатчика.

Изготовление нового рабочего органа для раскатки котлована возможно не только на машиностроительных заводах, но и в ремонтно-механических мастерских дорожно-эксплуатационных организаций (ДРСУ), поэтому можно ожидать уже в ближайшее время переход отрасли на новую технику и технологию.

Конусные раскатчики на гусеничных и колесных тракторах могут заинтересовать не только машиностроителей, но и работников дорожно-транспортной отрасли.

Выводы

• •    Разработка машин для глубокого уплотнения грунтов и их эксплуатация показала перспективность нового направления в машиностроительной отрасли; в то же время выявилось необходимость их конструкторской доработки с целью снижения энергоемкости процесса уплотнения грунтов.

• •    Конструкция конусного раскатчика, предложенная ЮУрГУ, обеспечивает значительное снижение установленной мощности привода за счет локального приложения внешней нагрузки. При этом контактная поверхность рабочего органа конусного раскатчика может отличатся на порядок от существующих конструкций.

• •    Мощность привода рабочего органа раскатчика, рассчитанная для конуса диаметром 800 мм и высотой 1500 мм, составила N_теор = 6,9 кВт, что свидетельствует о высокой эффективности предложенного технологического процесса.

• •    Применение конусного раскатчика может обеспечить увеличение плотности грунта на 20–25 % при значительном уменьшении его пористости и увеличение его несущей способности 1,5–2 раза.