установка для скоростного строительства жестких аэродромных покрытий

Формула изобретения

1. Установка для скоростного строительства жестких аэродромных покрытий, содержащая бетоноукладчик, состоящий из рамы, установленной на многоопорном гусеничном шасси, систему слежения, включающую устройство стабилизации положения этой рамы по копирной струне и по уровню основания, а также силовой узел, блок управления и комплект рабочих органов по укладке цементобетонной смеси покрытия, включающий глубинный вибратор, отличающаяся тем, что установка снабжена установленными на боковых выносных рамах бетоноукладчика выдвижными конвейерами с бункерами для укладки дополнительно второго и третьего слоев покрытия, а также дополнительными комплектами рабочих органов с глубинными вибраторами по укладке цементобетонной смеси второго и третьего слоев покрытия, каждый из названных комплектов соединен с ЭВМ, связанной с блоком управления установки; при этом первый из упомянутых конвейеров установлен между комплектами рабочих органов по укладке первого и второго слоев покрытия, а второй - между комплектами рабочих органов по укладке второго и третьего слоев покрытия; все упомянутые комплекты рабочих органов снабжены соединенными с ЭВМ регуляторами частоты колебания вибраторов, а на комплектах рабочих органов по укладке первого и второго слоев покрытия размещены датчики толщины укладки цементобетонной смеси в слоях; при этом расстояние (L) между осями глубинных вибраторов вышеупомянутых комплектов рабочих органов определяется следующей зависимостью:

L<tV,

где t - время начала схватывания цементобетонной смеси;

V - минимальная технологическая рабочая скорость движения установки.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что комплекты рабочих органов по укладке первого и второго слоев покрытия снабжены приводными профилированными валами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к аэродромному и дорожному строительству, а именно к установкам для скоростного строительства жестких аэродромных покрытий, и может быть использовано при строительстве аэродромов для современных сверхтяжелых воздушных судов типа Ан-225, Боинг-777-200, нагрузки от которых требуют толщины покрытия, значительно превышающей толщину однослойного покрытия, которое может быть возведено известными конструкциями бетоноукладчиков.

Существующие устройства для строительства жестких аэродромных и дорожных покрытий, а точнее бетоноукладчики, не позволяют вести укладку цементобетонной смеси слоями различной толщины с разными прочностными характеристиками и различными материалами заполнителей за один проход бетоноукладчика.

Таков, например, бетоноукладчик ДС-111 со скользящими формами, входящий в комплект машин для скоростного строительства цементобетонных покрытий. Бетоноукладчик состоит из рамы, установленной на многоопорном гусеничном шасси, и содержит систему слежения, включающую устройство стабилизации положения этой рамы по колирной струне и по уровню основания, датчик общей толщины покрытия, а также силовой узел, блок управления и комплект рабочих органов по укладке цементобетонной смеси покрытия, включающий глубинные вибраторы [I].

Эта конструкция является наиболее близкой по технической сущности к данному изобретению.

ДС-111 позволяет выполнять распределение, дозирование и уплотнение бетонной смеси, а также формирование профиля и отделку поверхности и боковых кромок укладываемого покрытия за один проход бетоноукладчика только из бетона одной марки и одного гранулометрического состава и только в один слой ограниченной толщины.

При эксплуатации известного устройства осуществить укладку цементобетонной смеси в три слоя, используя различные марки цементобетона и различные заполнители, как по гранулометрии, так и по исходным материалам за один проход бетоноукладчика не представляется возможным.

Отмеченные недостатки известной конструкции не могут быть устранены и путем использования трех бетоноукладчиков (ДС-111), движущихся один за другим. В этом случае для строительства трехслойного цементобетонного покрытия потребуется дополнительно два бетоноукладчика и два распределителя бетона, что делает процесс машиноемким. Кроме того, при такой организации невозможно создать условия хорошей адгезии (сцепления поверхностей) одного слоя с другим, так как нельзя отрегулировать временной интервал укладки слоев покрытия, т.е. чтобы укладка последующего слоя выполнялась до начала схватывания бетона предыдущего слоя. Необходимо отметить, что использование нескольких бетоноукладчиков повышает вероятность сбоев в работе в несколько раз по сравнению с предлагаемым изобретением, представляющим собой единую конструкцию, при эксплуатации которой достаточно одного оператора, что также весьма существенно.

Изобретение направлено на обеспечение строительства многослойного покрытия за один проход установки, а также на повышение прочностных характеристик покрытия за счет улучшения условий адгезии слоев путем сокращения времени между укладками слоев.

Это достигается тем, что установка для скоростного строительства жестких аэродромных покрытий содержит бетоноукладчик, состоящий из рамы, установленной на многоопорном гусеничном шасси, систему слежения, включающую устройство стабилизации положения этой рамы по копирной струне и по уровню основания, а также силовой узел, блок управления и комплект рабочих органов по укладке цементобетонной смеси покрытия, включающий глубинный вибратор.

Установка снабжена выдвижными конвейерами с бункерами для укладки дополнительно второго и третьего слоев покрытия, а также дополнительными комплектами рабочих органов с глубинными вибраторами по укладке цементобетонной смеси второго и третьего слоев покрытия, каждый из названных комплектов соединен с ЭВМ, связанной с блоком управления установки. При этом первый из упомянутых конвейеров установлен между комплектами рабочих органов по укладке первого (нижнего) и второго слоев покрытия, а второй - между комплектами рабочих органов по укладке второго и третьего слоев покрытия. Все упомянутые комплекты рабочих органов снабжены соединенными с ЭВМ регуляторами частоты колебания вибраторов, а на комплектах рабочих органов по укладке первого и второго слоев покрытия размещены датчики толщины укладки цементобетонной смеси в слоях; при этом расстояние (L), м, между осями глубинных вибраторов выше упомянутых комплектов рабочих органов определяется следующей зависимостью:

L<tV,

где t, мин - время начала схватывания цементобетонной смеси;

V, м/мин - минимальная технологическая рабочая скорость движения установки.

Обоснование зависимости:

При L>tV имеют место процессы гидролиза и гидратации цемента, т.е. физико-химическое превращение цементного теста в камень.

При этом образовавшиеся структурные связи интенсивно нарушаются, объединение слоев на их контакте в единый монолит ослабляется, вследствие чего прочностные характеристики покрытия в целом снижаются, что недопустимо.

В случае L=tV начинается схватывание бетона, протекающее на первых этапах твердения и характеризующееся превращением пластичного теста в цементный камень, т.е. возникают неблагоприятные процессы, изложенные выше. С целью избежания начала возникновения этих отрицательных явлений и недопустимости снижения заданных по проекту прочностных характеристик покрытия расстояние L определяется вышеизложенной зависимостью, т.е. L<tV.

Необходимо заметить, что комплекты рабочих органов по укладке первого и второго слоев покрытия снабжены приводными профилированными валами для увеличения адгезирующих поверхностей смежных слоев покрытия.

Указанная выше совокупность существенных признаков, отличающих изобретение от наиболее близкого аналога, позволяет при осуществлении изобретения получить технический результат, а именно улучшить условия адгезии слоев путем сокращения времени между укладками слоев покрытия.

Благодаря достижению технического результата, который может быть получен при осуществлении изобретения, обеспечивается строительство многослойного покрытия за один проход установки, а также повышаются прочностные характеристики покрытия, т.е. решается задача, на которую направлено создание изобретения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 схематично представлен общий вид установки;

на фиг.2 изображен вид сверху (установка в плане);

на фиг.3 показан узел А фиг.1;

на фиг.4 представлена схема управления установкой.

Позиции на чертежах обозначают: рама 1 бетоноукладчика 2, которая установлена на четырехопорном гусеничном шасси 3. Бетоноукладчик 2 имеет комплект рабочих органов 4 по укладке цементобетонной смеси первого (нижнего) слоя покрытия. Комплект рабочих органов 4 состоит из: лопастного вала, шнека, отвала шнека, вибробруса или трамбующих брусьев, вибробруса-дозатора. Вышеперечисленные конструктивные элементы комплекта рабочих органов 4 на чертежах не показаны, т.к. широко известны в технике. Для увеличения адгезирующих поверхностей смежных слоев покрытия комплект рабочих органов 4 снабжен приводными профилированными валами 5. Благодаря этому увеличивается общая поверхность адгезирующих (сцепляемых) слоев и создается более плавный переход от одного слоя покрытия с цементобетоном одной марки к другому слою покрытия с цементобетоном другой марки.

Установка содержит также выдвижной конвейер 6 с бункером 7 для приема цементобетонной смеси для укладки дополнительного второго слоя покрытия. Для укладки цементобетонной смеси второго слоя покрытия предусмотрен комплект рабочих органов 8. Этот комплект 8 включает: лопастной вал, фрезу-шнек с отвалом, вибробрус или трамбующие брусья, вибробрус-дозатор. Перечисленные конструктивные элементы комплекта рабочих органов 8 широко известны в технике и на чертежах не показаны. Кроме того, комплект 8 снабжен приводными профилированными валами 9. Для приема цементобетонной смеси для укладки дополнительного третьего слоя покрытия на бетоноукладчике 2 установлен выдвижной конвейер 10 с бункерами 11. Бункеры 7 и 11 установлены на боковых выносных рамах 12 бетоноукладчика 2 для удобства выгрузки в них цементобетонной смеси из транспортных средств. Непосредственно под ними находятся выдвижные конвейеры 6 и 10.

Для укладки и уплотнения цементобетонной смеси третьего слоя покрытия и его окончательной отделки установка снабжена комплектом рабочих органов 13. Этот комплект состоит из: лопастного вала, шнека, отвала шнека, вибробруса или трамбующих брусьев, вибробруса-дозатора, плавающих выглаживающих плит (выглаживающих лент или брусьев). Перечисленные конструктивные элементы комплекта рабочих органов известны в технике и на чертежах не показаны.

Для уплотнения цементобетонной смеси предусмотрены глубинные вибраторы 14, 15, 16, которые схематично изображены на фиг.2, входят соответственно в комплекты рабочих органов 4, 8, 13 и установлены так, что расстояние (L), м, между осями этих вибраторов определяется вышеупомянутой (на стр. 3 описания) зависимостью: L<tV.

При этом все комплекты рабочих органов 4, 8, 13 снабжены соответственно регуляторами 17, 18, 19 частоты колебания вибраторов, соединенными с ЭВМ 20 (фиг.4). А на комплектах рабочих органов 4, 8 по укладке первого и второго слоев покрытия размещены датчики 21, 22 толщины укладки цементобетонной смеси в слоях.

Кроме того, в установке предусмотрен силовой узел 23, блок управления 24 и система слежения 25 (фиг.4), включающая устройство 26 стабилизации положения рамы 1 по копирной струне 27 и по уровню основания.

Копирная струна 27 устанавливается параллельно укладываемой полосе покрытия (вне этой полосы). Сбоку рамы 1 бетоноукладчика 2 размещена выносная штанга 28 таким образом, чтобы ее конец касался копирной струны 27. На основании штанги 28 расположен датчик 29 системы слежения 25. Для определения объема цементобетонной смеси в бункерах 7, 11 установлены соответственно датчики 30, 31, а для включения конвейеров 6, 10 для подачи смеси из бункеров 7, 11 предусмотрены соответственно датчики 32, 33.

Датчики 34, 35, 36 включения соответственно комплектов рабочих органов 4, 8, 13 установлены по продольной оси бетоноукладчика 2 непосредственно перед рабочими органами. Датчики 32, 33 включения-выключения конвейеров 6, 10 установлены на боковых краях рамы 1.

Перед началом возведения покрытия с помощью известных геодезических приборов в соответствии с проектом строительства покрытия устанавливается копирная струна 27, которая служит ориентиром направления укладываемого покрытия и его окончательного строительства по высоте.

Перед работой установки производят ее наладку, заключающуюся в следующем. Характеристики цементобетонной смеси (жесткость, гранулометрический состав, соотношение весовых частей компонентов смеси и др.) вводят в память ЭВМ 20, которая соединена с блоком управления 24.

В зависимости от характеристик цементобетонной смеси осуществляется регулировка (настройка) частоты колебаний глубинных вибраторов 14, 15, 16 и вибробрусов комплектов рабочих органов первого (нижнего), второго и третьего слоев покрытия, а также учитывается количество внесенных в смесь необходимых добавок, улучшающих удобоукладываемость смеси и способствующих долговечности покрытия.

Работа установки осуществляется следующим образом.

С помощью существующего распределителя бетона ДС-109 (на чертежах не показан) производится прием цементобетонной смеси из автомобильного транспорта и ее распределение на место укладываемого покрытия. Далее оператор, находящийся у блока управления 24, включает ходовую часть - гусеничное шасси 3 бетоноукладчика 2, вследствие чего начинается его движение в направлении предварительно распределенной цементобетонной смеси по заранее установленной копирной струне 27.

Как только в процессе движения бетоноукладчика 2 датчик 34 достигнет предварительно распределенной смеси, включаются рабочие органы комплекта 4 по укладке первого (нижнего) слоя покрытия. Возведение нижнего слоя осуществляется путем вибрирования и уплотнения цементобетонной смеси на толщину, заданную проектом покрытия, которая контролируется датчиками 21 системы слежения 25. При дальнейшем движении бетоноукладчика 2, как только датчик 32 достигнет начала уложенного нижнего слоя покрытия, включается конвейер 6, в результате чего цементобетонная смесь из бункера 7 поступает на уложенный нижний слой покрытия, а датчик 35 при достижении им поступившей с конвейера смеси дает сигнал на включение рабочих органов 8 по укладке и уплотнению второго (среднего) слоя покрытия. Контроль толщины второго укладываемого слоя осуществляется датчиками 22 системы слежения 25. Необходимо отметить, что после завершения укладки нижнего слоя, а также после окончания укладки среднего слоя каждый из этих слоев прокатывают приводными профилированными валами 5, 9 для увеличения адгезирующих поверхностей контактирующих слоев. Далее при движении бетоноукладчика 2 датчик 33, достигнув начала уложенного и уплотненного среднего слоя покрытия, включает конвейер 10 для подачи смеси из бункера 11 на средний слой покрытия. По мере поступления смеси из бункеров 7, 11 на конвейеры 6, 10 датчики 30, 31 сигнализируют на блок управления 24 о необходимости пополнения бункеров 7, 11 и даются команды (например, световой и звуковой сигнализацией) на выгрузку смеси из транспортных средств (последние на чертежах не показаны).

Когда рабочие органы комплекта 13 возведения третьего верхнего слоя покрытия достигнут цементобетонной смеси, поступившей с конвейера 10 на средний слой покрытия, датчик 36 включает их в работу и осуществляется распределение, укладка, уплотнение и финишная (окончательная) отделка верхнего слоя покрытия. После включения рабочих органов комплекта 13 по укладке третьего слоя возведение общей конструкции трехслойного покрытия продолжается до тех пор, пока датчик 34 по включению рабочих органов комплекта 4 даст команду в блок управления 24 на последовательное отключение рабочих органов комплектов 4, 8, 13, т.е. комплектов по укладке нижнего слоя, среднего и затем верхнего слоя покрытия.

После остановки комплекта 13 рабочих органов оператор останавливает гусеничное шасси 3 бетоноукладчика 2, и работа по строительству жесткого трехслойного аэродромного покрытия завершается.

Использование предлагаемой установки для скоростного строительства жестких аэродромных покрытий дает преимущество по сравнению с устройством, взятым за прототип, заключающееся в возможности расположения в среднем слое покрытия бетонов более низких проектных классов по прочности на растяжение при изгибе, чем для верхнего и нижнего слоев, так как в соответствии с эпюрой напряжений при изгибе от воздействия сосредоточенной нагрузки величина этих напряжений в среднем слое трехслойного покрытия будет минимальной по сравнению с верхним и нижним слоями покрытия, что позволяет уменьшить затраты на строительство покрытия.

Следует отметить, что существующая известная конструкция позволяет возводить однослойные покрытия толщиной, не превышающей 40 см. В случае укладки покрытия большей толщины имеет место плохая проработка цементобетонной смеси, что не допустимо, т.к. значительно снижает прочностные характеристики покрытия.

В связи с этим, когда по условиям расчета требуется устройство покрытия толщиной более 40 см, проектируются двухслойные покрытия с разделительной прослойкой между слоями в виде пергамина, пленки или подобных материалов, чтобы обеспечить независимое перемещение каждого слоя относительно друг друга при воздействии климатических факторов. Устройство же двухслойных покрытий с жестким соединением слоев между собой теоретически обосновано и более предпочтительно.

Однако на практике не применяется ввиду невозможности организации таких работ, т.к. требует весьма четких временных интервалов в укладке второго слоя после первого.

Использование предлагаемой установки позволяет, исключая вышеуказанные недостатки известных решений, возводить покрытия толщиной, превышающей указанную выше (т.е. выше 40 см) в два раза и более.

Нагрузки от современных сверхтяжелых воздушных судов типа Ан-225, Боинг-777-200 и им подобных требуют толщины цементобетонного покрытия, возведенного с помощью предлагаемой установки, порядка 50+60 см (в зависимости от кода грунтового основания).

Расчеты показывают, что для эксплуатации воздушного судна Боинг-777-200 требуется возвести жесткое покрытие, используя предлагаемую установку, общей толщиной 54 см, тогда как в случае устройства двухслойного цементобетонного покрытия с разделительной прослойкой между слоями, т.е. в случае использования известного решения, общая толщина покрытия под это воздушное судно составляет (40+37), т.е. 77 см (при том же коде грунтового основания).

Таким образом, при использовании предлагаемой установки толщина покрытия уменьшается приблизительно на 30%, что позволяет существенно снизить расходы строительных материалов, а также сэкономить энергоресурсы при приготовлении цементобетонной смеси и ее укладке и в целом дает значительную экономию капитальных вложений.

Источник информации

1. А.Г.Иноземцев, А.А.Васильев, В.Т.Шевченко и др. Машины для скоростного строительства автомобильных дорог и аэродромов. - М.: Машиностроение, 1982, стр. 58.