Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

УПЛОТНЯЮЩАЯ МАШИНА С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ РАБОЧИМ ОРГАНОМ

Карнаухов Н.Н. 1 Мерданов Ш.М. 1 Костырченко В.А. 1 Мадьяров Т.М. 1
1 ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет»
Рассмотрена проблема возведения автомобильных дорог в суровых климатических условиях. Произведен патентный анализ, который показал достоинства и недостатки существующих конструкций, которые были учтены при разработке уплотняющей машины с дополнительным рабочим органом. Применение машины для уплотнения дорожных насыпей позволяет: достигнуть значительного повышения темпов и качества процесса уплотнения; полностью исключить «бульдозерный эффект» перед устройством посредством проминания насыпи вальцами с вращением от гидропривода; значительно упростить процесс регулирования величины удельного давления и продолжительности воздействия на уплотняемую поверхность и конструкцию уплотняющего устройства; эффективно уплотнять слой дорожной насыпи практически любой толщины. Предлагаемая конструкция уплотняющей машины позволяет увеличить несущую способность дорожного полотна, а также повысить его долговечность и уменьшить стоимость возведения метра дороги.
рабочий орган
грунт
уплотнение
автомобильная дорога
дорожное основание
1. Колунина В.А., Костырченко В.А., Мадьяров Т.М. Проектирование машины для содержания и ремонта временных зимних дорог на базе снегоболотохода «Странник» // Наземные транспортно-технологические комплексы и средства: материалы Международной научно-технической конференции. – Тюмень, 2015. – С. 150–153.
2. Колунина В.А., Костырченко В.А., Мадьяров Т.М. Приоритеты развития наземных транспортно-технологических комплексов в освоении континентального шельфа // Наземные транспортно-технологические комплексы и средства: материалы Международной научно-технической конференции. – Тюмень, 2015. – С. 147–149.
3. Костырченко В.А., Мадьяров Т.М. Влияние когерентного излучения на процесс растепления снежной массы при строительстве автозимников // Наземные транспортно-технологические комплексы и средства: материалы Международной научно-технической конференции. – Тюмень, 2015. – С. 373–376.
4. Костырченко В.А., Спиричев М.Ю., Шаруха А.В., Мадьяров Т.М., Строительство временных зимних дорог как элемент приоритетного направления развития науки, технологий и техники в российской федерации // Нефть и газ Западной Сибири: материалы Международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию Тюменского индустриального института / ответ. ред. О.А. Новоселов. – Тюмень, 2013. – С. 147–151.
5. Костырченко В.А., Шаруха А.В., Спиричев М.Ю., Мадьяров Т.М., Строительство временных зимних дорог как элемент приоритетного направления развития науки, технологий и техники в Российской Федерации // Нефть и газ западной Сибири: материалы Международной научно-технической конференции. – Т.4. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2013. – 173 с. (147–151).
6. Мадьяров Т.М., Мерданов Ш.М., Костырченко В.А. Устройство для ремонта автозимников // Интерстроймех 2014: материалы Международной научно-технической конференции. – Самара, 2014. – С. 229–232.
7. Мадьяров Т.М., Костырченко В.А., Шаруха А.В., Спиричев М.Ю. Влияние зимних дорог на жизнедеятельность растений крайнего севера // Нефть и газ Западной Сибири: материалы Международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию Тюменского индустриального института / ответ. ред. О.А. Новоселов. – 2013. – С. 53–59.
8. Мерданов Ш.М., Обухов А.Г., Костырченко В.А., Мадьяров Т.М. Самоходный скрепер со снегоуплотняющим агрегатом // Инженерный вестник Дона. – 2014. – № 3 – Режим доступа: http:// http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2014/2511 (доступ свободный) – Загл. с экрана.
9. Мерданов М.Ш., Костырченко В.А., Мадьяров Т.М. Проектирование вибрационного катка для строительства временной зимней дороги // Наземные транспортно-технологические комплексы и средства: материалы Международной научно-технической конференции. – Тюмень, 2015. – С. 207–209.
10. Мерданов Ш.М. Механизированные комплексы для строительства временных зимних дорог: монография. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2013. – 196 с.
11. Мерданов Ш.М., Сысоев Ю.Г., Костырченко В.А., Мадьяров Т.М. Машина для ремонта временных зимних дорог // Инженерный вестник Дона. – 2014. – Т. 29. – № 2. – С. 101.
12. Обухов А.Г., Мерданов Ш.М., Костырченко В.А., Мадьяров Т.М. Самоходный скрепер со снегоуплотняющим агрегатом // Инженерный вестник Дона. – 2014. – Т. 30. – № 2. – С. 58.
13. Петухова О.А., Цыдыпова Д.О., Костырченко В.А., Анализ проблем зимнего содержания автомобильных дорог // Транспортные и транспортно технологические системы: материалы Международной научно-технической конференции, – Тюмень: ТюмГНГУ, 2013 – 236 с.
14. Петухова О.А., Цыдыпова Д.О., Костырченко В.А., Корнилова М.А. Cохранение экологического баланса при строительстве снеголедовых дорог // Проблемы функционирования систем транспорта: материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных / ответ. ред. В.И. Бауэр. – 2012. – С. 321–324.
15. Сысоев Ю.Г., Мерданов Ш.М., Мадьяров Т.М., Костырченко В.А. Машина для ремонта временных зимних дорог // Инженерный вестник Дона. – 2014. – № 2. – Режим доступа: http:// www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2412 – Загл. с экрана.

Российская Федерация на сегодняшний день насчитывает 1396 тысяч километров дорог, что является неотъемлемой частью развития государства. По автомобильным дорогам происходит передвижение легкового, грузового и специального транспорта. От данных путей сообщения зависит экономическое благосостояние страны [1].

Строительство автомобильных дорог – это отрасль, которая объединяет в себе несколько направлений: проектирование, строительство, ремонт и обслуживание дорог различного назначения. Поэтому в данной области совместно работают множество организаций, которые осуществляют управление, организацию работ и надзор за состоянием дорожного покрытия, оборудования и технических средств. Автомобильными дорогами называются дороги высокого качества, большой протяженности и с достаточной пропускной способностью. Классификация автомобильных дорог представлена в таблице.

Строительный процесс дорог объединяет в себе целый ряд мероприятий: подготовка проекта объекта и утверждение его, предварительная подготовка участка и его разработка, транспортировка материалов и укладка их, оборудование оградительных конструкций и сооружение инженерных коммуникаций, обустройство территории и многое другое. Это процесс довольно сложный и ответственный, так как качество дорожного покрытия влияет на безопасность движения транспорта и на комфорт передвижения.

С каждым годом требования к строительству автомобильных дорог возрастают. Увеличивается количество машин и скорость передвижения по автодорогам. Соответственно, появляется необходимость в изобретении новых конструкций машин для строительства автомобильных дорог, а также новых технологий по ускоренному возведению дорожных насыпей при скоростном строительстве автомобильных дорог [2–4].

Классификация автомобильных дорог

Класс автомобильной дороги

Категория автомобильной дороги

Общее количество полос

Ширина полосы движения, м

Центральная разделительная полоса

Пересечения с автомобильными дорогами, велосипедными и пешеходными дорожками

Пересечения с железными дорогами и трамвайными путями

Доступ на дорогу с примыканиями в одном уровне

Автомагистраль

IA

4 и более

3,75

Обязательна

В разных уровнях

В разных уровнях

Не допускается

Скоростная дорога

4 и более

3,75

Допускается без пересечения прямого направления

Дорога обычного типа (нескоростная дорога)

4 и более

3,75

Допускаются пересечения в одном уровне со светофорным регулированием

II

4

3,5

Допускается отсутствие

Допускается

2 или 3

3,75

Не требуется

Допускаются пересечения в одном уровне

III

2

3,5

IV

2

3,0

Допускаются пересечения в одном уровне

V

1

4,5 и более

В технологии строительства существуют проблемы: «бульдозерный эффект», длительное возведение дорожного полотна, отсутствие универсальной машины для выполнения нескольких операций при уплотнении дорожного основания. Для решения данных проблем предлагаются новые конструкции машин для уплотнения дорожных насыпей, а более конкретно к машинам для эффективного послойного уплотнения грунтов, гравийно-щебеночных и стабилизированных грунтовых смесей при скоростном строительстве автомобильных дорог [5–7].

Наиболее распространенные машины, осуществляющие уплотнение грунтов земляного полотна, – это дорожные катки различных типов. Наиболее эффективными, как в России, так и за рубежом, считаются вибрационные катки с металлическими вальцами, обладающие высокой производительностью и меньшей массой в сравнении со статическими катками. Основной проблемой для любых дорожных катков является то, что они должны адаптировать свои параметры и обеспечивать контактные напряжения для уплотнения грунтовых слоев от свежеотсыпанного состояния до нормативной плотности. Нормативные документы и практика строительства рекомендуют производить уплотнение грунтовых слоев как минимум двумя разными (по массе) катками. Все это увеличивает энергоемкость и себестоимость строительства автомобильных дорог, снижает общий темп работ. Задача создания уплотняющей техники, обеспечивающей уплотнение грунтов до требуемой плотности одной машиной, до сих пор не решена, и это является значительной научной проблемой.

Задачей изобретения является повышение интенсивности и качества уплотнения дорожных насыпей. Поставленная задача решается путем достижения технического результата, который заключается в увеличении прочности уплотнения и увеличении скорости.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной машине для уплотнения дорожных насыпей, содержащей последовательно соединенные базовую машину с тяговой рамой и боковыми стенками ковша, П-образную дополнительную раму с пневмоопорами, основной валец с рамой, особенностью является то, что базовая машина снабжена дополнительным вальцом, установленным на двух гидроцилиндрах для обеспечения его вертикального перемещения, причем длина контактной площади и вес дополнительного вальца меньше, чем у основного, и, кроме того, для увеличения тягового усилия вальцы оборудованы гидродвигателями. Установка дополнительного вальца на двух гидроцилиндрах позволяет регулировать усилия взаимодействия дополнительного и основного вальцов, на уплотняемую поверхность, по величине удельного давления и продолжительности воздействия, а также исключить возможность «бульдозерного эффекта» (возникновение сдвига, перемещения грунта перед рабочим органом), а для увеличения тягового усилия основному и дополнительному вальцам придается вращательное движение с помощью гидропривода [8–11].

Именно заявляемые конструктивные особенности машины позволяют исключить отрицательный эффект коэффициента трения путем замены процесса работы уплотнителя по принципу скользящего движения на принцип вращательного движения.

pic_21.tif

Уплотняющая машина с дополнительным рабочим органом: 1 – базовая машина; 2 – ведущие колеса; 3 – тяговая рама; 4 – боковые стенки ковша; 5 – пневмоопоры; 6 – гидроцилиндр; 7 – основной валец; 8 – дополнительный валец; 9 – гидроцилиндр; 10 – упор

 

Машина для уплотнения дорожных насыпей состоит из базовой машины с ведущими колесами и тяговой рамой, боковых стенок ковша с дополнительной рамой, которая опирается на пневмоопоры и связана тяговой рамой с гидроцилиндрами, основного вальца и дополнительного вальца, смонтированного в задней части машины с помощью двух гидроцилиндров и двух упоров. На основном и дополнительном вальцах установлены гидродвигатели.

Машина для уплотнения дорожных насыпей работает следующим образом. В случае необходимости перебазирования машины с объекта на объект гидроцилиндрами поднимают боковые стенки ковша на которых установлен валец, а гидроцилиндрами поднимают дополнительный валец. Используя колеса тягача и пневмоопоры, машина может перемещаться со скоростью до 50 км/ч [12–13].

В процессе первоначального уплотнения дорожной насыпи (первые 2...3 прохода) возникает необходимость движения машины задним ходом, а в последующем – челночным способом или в любых направлениях. Машина устроена таким образом, что для повышения интенсивности и качества уплотнения дорожных насыпей основной и дополнительный вальцы установлены с возможностью регулирования усилий их взаимодействия на уплотняемую поверхность. Регулирование усилий осуществляется по величине удельного давления гидроцилиндрами, а по продолжительности воздействия – радиусами вальцов, причем у основного вальца они больше, чем у дополнительного. Работа осуществляется по принципу перемещения контактной площадки вальцов по уплотняемой поверхности. Площадки соприкосновения рабочего органа с уплотняемой поверхностью остаются взаимно неподвижными, т.к. окружные скорости вальцов равны скорости перемещения машины за счет подбора оборотов привода их вращения. Кроме того, увеличение тягового усилия и исключение «бульдозерного эффекта» обеспечивается путем придания основному и дополнительному вальцам (при отсутствии заводского и пневмоопорам вращательного движения с помощью гидродвигателей [14–15].

Применение машины для уплотнения дорожных насыпей позволяет:

– достигнуть значительного повышения темпов и качества процесса уплотнения;

– полностью исключить «бульдозерный эффект» перед устройством посредством проминания насыпи вальцами с вращением от гидропривода;

– значительно упростить процесс регулирования величины удельного давления и продолжительности воздействия на уплотняемую поверхность и конструкцию уплотняющего устройства;

– эффективно уплотнять слой дорожной насыпи практически любой толщины.

Разработанная машина с дополнительным рабочим органом позволяет сократить время уплотнения дорожного основания, снизить экономические затраты.

Рецензенты:

Захаров Н.С., д.т.н., профессор, действительный член Российской академии транспорта, г. Тюмень;

Торопов С.Ю., д.т.н., профессор кафедры «Транспорт углеводородных ресурсов», ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет», г. Тюмень.



Библиографическая ссылка

Карнаухов Н.Н., Мерданов Ш.М., Костырченко В.А., Мадьяров Т.М. УПЛОТНЯЮЩАЯ МАШИНА С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ РАБОЧИМ ОРГАНОМ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 9-2. – С. 236-239;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39081 (дата обращения: 08.07.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074