RU2435896C1

RU2435896C1 - Method to compact loose medium

Info

Publication number: RU2435896C1
Application number: RU2010123303/11A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Николаевич Шилкин (RU); Анатолий Николаевич Шилкин
Original assignee: Анатолий Николаевич Шилкин
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2011-12-10

Abstract

FIELD: construction. ^ SUBSTANCE: method consists in vibration compression with the help of a vibration tool with a wedge lower edge of an element, which is introduced into a compacted medium. The vibration tool is forcedly submerged and withdrawn from the medium. In process of submersion and/or withdrawal of the vibration tool, it is given additional displacement, direction of which does not match the direction of submersion and/or withdrawal. The value of vibration tool additional displacement trajectory deviation from the direction of submersion and/or withdrawal makes at least half of thickness of the wedge in the wedge lower edge of the element introduced into the medium. ^ EFFECT: increased volume of compacted medium per one cycle of tool operation. ^ 3 cl

Description

Изобретение относится к области уплотнения сыпучих материалов, таких как щебень, гравий и пр. при строительстве, содержании и ремонте различных сооружений, в частности, его можно использовать при проведении путевых работ для поддержания в нормальном техническом состоянии балласта рельсового пути.The invention relates to the field of compaction of bulk materials, such as crushed stone, gravel, etc. during the construction, maintenance and repair of various structures, in particular, it can be used when carrying out track work to maintain the normal ballast of the rail track.

Известен способ уплотнения сыпучей среды путем поверхностной трамбовки с помощью качаемого относительно уплотняемого слоя трамбующего элемента с одновременным удержанием уплотняемого слоя от выпирания на поверхность в зоне воздействия трамбующего элемента посредством плиты, примыкающей к трамбующему элементу (см. патент РФ №2140481 по кл. Е01С 19/34, E02D 3/046, заявл. 22.09.1998, опубл. 27.10.1999 «Способ уплотнения грунта и других дорожно-строительных материалов»). При такой обработке уплотнение происходит только в самых поверхностных слоях, т.к. энергия колебаний быстро поглощается уплотняемой средой.There is a method of compaction of a granular medium by surface tamping using a tamper element swung relative to the sealable layer while simultaneously holding the sealable layer from protruding onto the surface in the area of the tamper element by means of a plate adjacent to the tamper element (see RF patent No. 2140481 according to class E01C 19 / 34, E02D 3/046, decl. 09/22/1998, publ. 10/27/1999 "Method of compaction of soil and other road-building materials"). With this treatment, compaction occurs only in the surface layers, since the vibrational energy is rapidly absorbed by the medium being sealed.

Уплотнение более глубоких слоев сыпучей среды может быть осуществлено посредством виброинструмента, погружаемого в слой уплотняемой среды. Примером такого уплотнения может служить уплотнение балласта рельсового пути с помощью виброинструмента - подбойки. Такой метод уплотнения носит название горизонтального виброобжатия балласта. Обычно при таком уплотнении вибрирующую подбойку заглубляют в балласт на требуемую глубину, после чего осуществляют ее поперечное перемещение по направлению к шпале, обеспечивая подачу балласта под шпалы, и обратное ее поперечное перемещение по направлению от шпалы, затем подбойку извлекают. В результате этого балласт под шпалами уплотняется, а в межшпальном пространстве разрыхляется. Осуществляют горизонтальное обжатие балласта с помощью подбоек, имеющих, как правило, лопатку с заостренной клиновидной нижней частью (угол наклона боковых поверхностей клиновой части составляет 5-35° к оси подбойки), которая облегчает погружение подбойки в балласт (см. патент РФ №2226581 по кл. Е01В 27/12, Е01В 27/16, заявл. 22.05.2003, опубл. 10.04.2004 «Лопатка подбойки»).The compaction of the deeper layers of the granular medium can be carried out by means of a vibrating tool immersed in the layer of the compaction medium. An example of such a seal is the sealing of the ballast of a rail track with the help of a vibro-tamper tool. This compaction method is called horizontal ballast vibration compression. Typically, with such a seal, the vibrating chuck is buried in the ballast to the required depth, after which it is transversely moved towards the sleepers, providing ballast under the sleepers, and its transverse movement in the direction from the sleepers is then removed. As a result of this, the ballast under the sleepers is compacted, and loosens in the inter-sleeper space. Horizontal compression of the ballast is carried out using pockets, usually having a blade with a pointed wedge-shaped lower part (the angle of inclination of the side surfaces of the wedge part is 5-35 ° to the axis of the punch), which facilitates immersion of the punch in the ballast (see RF patent No. 2226581 for class Е01В 27/12, ЕВВ 27/16, declared May 22, 2003, published April 10, 2004 “Shovel of a hammer”).

Наиболее близким по технической сущности, достигаемому результату и выбранным в качестве прототипа является способ уплотнения сыпучей среды путем виброобжатия с помощью виброинструмента с уширенной клиновой нижней кромкой (толщина кромки превышает 10 мм) элемента, внедряемого в среду. При этом клин имеет более тупой угол (угол задан соотношением: толщина лопатки у основания клина составляет не менее 1,5 высоты клина), чем угол клина в указанном выше техническом решении (см. патент РФ №2308559 по кл. Е01В 27/16, Е01В 27/12, заявл.12.12.2005, опубл. 20.10.2007 «Подбивочно-уплотнительный инструмент шпалоподбивочной машины»). Такой инструмент, также как указанный выше, осуществляет горизонтальное перемещение частиц среды под шпалы, которое производится путем поперечного перемещения инструмента внутри среды после его погружения на всю требуемую глубину. Кроме того, инструмент позволяет добиться осаживающего воздействия на частицы уплотняемой среды и в межшпальном пространстве. Уплотнение частиц среды в межшпальном пространстве, приведенных вибрацией в псевдоожиженное состояние, происходит как в процессе погружения инструмента, так и в процессе извлечения инструмента из среды. При погружении они уплотняются за счет вдавливания их утолщенной нижней кромкой инструмента, под воздействием собственного веса, а также за счет того, что частицы среды, налетая на боковые поверхности клиновидной кромки, отскакивают вниз. При извлечении инструмента частицы уплотняются за счет отскока вниз от клиновидной кромки и под воздействием собственного веса. Однако траектория перемещения инструмента в соответствии с этим способом такова, что как при погружении, так и при извлечении инструмента она представляет собой вертикальную прямую линию. Учитывая, что энергия вибрации в сыпучей среде быстро затухает, очевидно, что объем среды, расположенный непосредственно вокруг этой вертикальной прямой и уплотняемый в процессе заглубления и подъема инструмента за один цикл работы инструмента, невелик. Это снижает качество уплотнения сыпучей среды.The closest in technical essence, the achieved result and selected as a prototype is a method of compaction of granular medium by vibration compression using a vibrating tool with a widened wedge bottom edge (edge thickness exceeds 10 mm) of the element embedded in the environment. In this case, the wedge has a more obtuse angle (the angle is given by the ratio: the thickness of the blade at the base of the wedge is at least 1.5 the height of the wedge) than the angle of the wedge in the above technical solution (see RF patent No. 2308559 according to class E01B 27/16, ЕВВ 27/12, Dec. 12, 2005, published on 10/20/2007 “Tamping and sealing tool of the tamping machine”). Such a tool, as well as the one mentioned above, carries out horizontal movement of particles of the medium under the sleepers, which is performed by lateral movement of the tool inside the medium after it is immersed to the entire required depth. In addition, the tool allows you to achieve a precipitating effect on the particles of the medium to be sealed and in the inter-sleep space. The compaction of particles in the inter-sleeper space, brought by vibration to the fluidized state, occurs both in the process of immersion of the tool and in the process of removing the tool from the medium. When immersed, they are compacted by pressing them with a thickened lower edge of the tool, under the influence of their own weight, and also due to the fact that particles of the medium, flying onto the lateral surfaces of the wedge-shaped edge, bounce down. When removing the tool, the particles are compacted due to a rebound down from the wedge-shaped edge and under the influence of its own weight. However, the tool trajectory in accordance with this method is such that both when immersing and when removing the tool, it is a vertical straight line. Considering that the vibration energy in a granular medium decays quickly, it is obvious that the volume of the medium located directly around this vertical line and compacted during the deepening and lifting of the tool in one cycle of the tool is small. This reduces the compaction quality of the granular medium.

Задачей настоящего изобретения является повышение качества уплотнения сыпучей среды.The present invention is to improve the quality of compaction of granular medium.

Техническим результатом, получаемым при осуществлении данного изобретения, является возможность увеличения объема уплотняемой среды за один цикл работы инструмента.The technical result obtained by the implementation of this invention is the possibility of increasing the volume of the medium being sealed in one cycle of the tool.

Указанная задача решается за счет того, что в известном способе уплотнения сыпучей среды с помощью виброинструмента с клиновой нижней кромкой элемента, внедряемого в уплотняемую среду, при котором виброинструмент принудительно погружают и извлекают из среды, согласно изобретению в процессе погружения и/или извлечения виброинструмента ему сообщают дополнительное перемещение, направление которого не совпадает с направлением погружения и/или извлечения, причем величина отклонения траектории дополнительного перемещения виброинструмента от направления погружения и/или извлечения составляет не менее половины толщины клина клиновой нижней кромки элемента, внедряемого в среду.This problem is solved due to the fact that in the known method of compaction of a granular medium with a vibrating tool with a wedge bottom edge of an element embedded in a sealing medium, in which the vibrating tool is forcibly immersed and removed from the medium, according to the invention, it is informed to him when immersing and / or removing the vibrating tool additional movement, the direction of which does not coincide with the direction of immersion and / or extraction, and the deviation of the trajectory of the additional movement of the vibroinstrument is the direction of immersion and / or extraction is at least half the thickness of the wedge member the lower edge of the wedge, to introduce into the medium.

Траектория перемещения виброинструмента в процессе погружения и/или извлечения может представлять собой линию, выбранную из группы, включающей синусоидальную линию, зигзагообразную линию, впадины и вершины которой имеют V-образный и/или П-образный профиль, спиралевидную линию, линию, представляющую собой серию замкнутых кривых, соединенных прямой линией.The trajectory of the movement of the vibrating tool during immersion and / or extraction may be a line selected from the group including a sinusoidal line, a zigzag line, the troughs and vertices of which have a V-shaped and / or U-shaped profile, a spiral line, a line representing a series closed curves connected by a straight line.

После погружения виброинструмента возможно его перемещение в направлении, поперечном по отношению к направлению погружения.After immersion of the vibration tool, it is possible to move it in a direction transverse to the direction of immersion.

Исследования, проведенные по источникам патентной и научно-технической информации, показали, что заявляемый способ не известен и не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствует критериям новизна и изобретательский уровень.Studies conducted on the sources of patent and scientific and technical information have shown that the claimed method is not known and should not be explicitly learned from the prior art, i.e. meets the criteria of novelty and inventive step.

Способ может быть осуществлен с помощью известного оборудования на любом предприятии, специализирующемся в данной отрасли, и широко использован при уплотнении сыпучих сред, т.е. является промышленно применимым.The method can be carried out using well-known equipment at any enterprise specializing in this industry, and is widely used for compaction of bulk media, i.e. is industrially applicable.

Очевидно, что количество частиц сыпучей среды, которое оказывается под воздействием виброинструмента, совершающего внутри слоя сыпучего материала какое то перемещение, кроме строго вертикального заглубления или подъема, значительно превышает количество частиц среды, которые бы оказались под воздействием виброинструмента совершающего только вертикальное заглубление и извлечение инструмента из среды (как это происходит в прототипе). Приведенные под воздействием вибрации в псевдоожиженное состояние частицы среды, начинают перемещаться как в результате непосредственного сдвигающего усилия, передаваемого на них перемещаемым в среде виброинструментом, так и за счет отскока вниз от тупой клиновидной кромки и под воздействием собственного веса. При этом величина отклонения траектории дополнительного перемещения виброинструмента от вертикали должна составлять не менее половины толщины клина клиновой нижней кромки элемента, внедряемого в среду, для того чтобы прирастить ширину обработки по сравнению с шириной обработки, обеспечиваемой простым вибрированием инструмента. Учитывая, что объем частиц среды практически одновременно вовлеченных в вибропроработку довольно значителен, то наблюдается интенсивное оседание частиц с затеканием их в полости, расположенные в непосредственной близости от места обработки. Причем это наблюдается как при заглублении, так и при извлечении виброинструмента.It is obvious that the number of particles of the granular medium, which is under the influence of a vibrating tool that makes some movement inside the layer of bulk material, except for strictly vertical deepening or lifting, significantly exceeds the number of particles of the medium that would be exposed to a vibrating tool that only performs vertical deepening and removing the tool from environment (as happens in the prototype). The particles of the medium brought under the influence of vibration into the fluidized state begin to move both as a result of the direct shear force transmitted to them by the vibrating tool moved in the medium, and due to the bounce down from the blunt wedge-shaped edge and under the influence of its own weight. At the same time, the deviation of the trajectory of the additional movement of the vibrating tool from the vertical should be at least half the thickness of the wedge of the wedge lower edge of the element embedded in the medium in order to increase the processing width compared to the processing width provided by simple vibration of the tool. Considering that the volume of particles of the medium almost simultaneously involved in the vibration processing is quite significant, there is an intense sedimentation of particles with their flowing into cavities located in the immediate vicinity of the processing place. Moreover, this is observed both when deepening, and when removing the vibration tool.

Конкретную форму траектории перемещения виброинструмента в среде выбирают в зависимости от вида среды, желаемой степени ее уплотнения и т.п. факторов. От этого же зависит и в интенсивность смещения траектории перемещения от направления погружения/извлечения виброинструмента. Так, например, при уплотнении тяжело обрабатываемой среды выбирают траекторию перемещения с малой величиной отклонения от вертикали траектории перемещения и более частым циклическим изменением направления перемещения виброинструмента. Более легкая в обработке среда, позволяя уменьшить степень воздействия на нее, может быть обработана с большей величиной отклонения от вертикали траектории перемещения и более редкой сменой направления дополнительного перемещения.The specific shape of the trajectory of the vibration tool in the medium is selected depending on the type of medium, the desired degree of compaction, etc. factors. Depends on the same in the intensity of the displacement of the trajectory of movement from the direction of immersion / extraction of the vibration tool. So, for example, when compaction of a heavily processed medium, a trajectory of movement with a small amount of deviation from the vertical of the trajectory of movement and a more frequent cyclic change in the direction of movement of the vibration tool is selected. The easier to process medium, allowing to reduce the degree of impact on it, can be processed with a larger deviation from the vertical of the trajectory of movement and a rarer change of direction of additional movement.

Приведенные выше сведения показывают, что заявляемый способ позволяет добиться возможности увеличения объема уплотняемой среды за один цикл работы инструмента (т.е. за одно заглубление и подъем виброинструмента) и, следовательно, ведет к повышению качества уплотнения сыпучей среды.The above information shows that the inventive method allows to increase the volume of the medium to be sealed in one cycle of the tool (i.e., for one deepening and lifting of the vibration tool) and, therefore, leads to an increase in the quality of compaction of the granular medium.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Для обработки такого сыпучего материала, например, как щебеночный балласт рельсового пути, может быть использован обычный шпалоподбивочный агрегат с подбойками в качестве виброинструментов. Подбойки должны быть установлены в агрегате с возможностью совершения ими при заглублении и/или подъеме, например, циклического отклонения в обе стороны от вертикали. Причем нижняя кромка лопатки подбойки должна иметь клиновидную форму.For processing such bulk material, for example, as crushed stone ballast of a rail track, a conventional tamping unit with shocks can be used as vibration tools. Shocks should be installed in the unit with the possibility of making them when deepening and / or lifting, for example, cyclic deviations in both directions from the vertical. Moreover, the lower edge of the blades of the lining must be wedge-shaped.

Во время воздействия на обрабатываемую сыпучую среду, т.е. во время погружения и/или извлечения подбоек из щебеночного балласта подбойки передают на балласт вибрационные колебания, приводя его в псевдоожиженное состояние. Это позволяет подбойкам во время процесса погружения и/или извлечения совершать внутри слоя балласта, например, синусоидальные перемещения, величина которых превышает величину обычных вибрационных колебаний. При этом частицы щебня начинают перемещаться как в результате непосредственного сдвигающего усилия, передаваемого на них совершающими синусоидальное перемещение подбойками, так и за счет отскока вниз от тупой клиновидной нижней кромки лопатки, а также и под воздействием собственного веса. Это приводит к вибропроработке сразу большого объема щебня, что вызывает его интенсивное оседание с заполнением пустот под шпалами (что в некоторых случаях позволяет отказаться от горизонтальной подачи балласта под шпалы за счет перемещения лопатки подбойки поперек шпального ящика) с одновременным уплотнением и межшпального пространства. Так достигается высокое качество уплотнения балласта.During exposure to the processed bulk medium, i.e. during immersion and / or extraction of the treads from the ballast ballast, the tampers transmit vibrational vibrations to the ballast, bringing it into a fluidized state. This allows the heels during the process of immersion and / or extraction to make inside the ballast layer, for example, sinusoidal movements, the magnitude of which exceeds the value of ordinary vibrational vibrations. In this case, the gravel particles begin to move both as a result of the direct shear force transmitted to them by the sinusoidal displacements, and due to the rebound down from the blunt wedge-shaped lower edge of the scapula, as well as under the influence of its own weight. This leads to vibroprocessing immediately of a large volume of crushed stone, which causes its intensive subsidence with filling voids under the sleepers (which in some cases allows to refuse the horizontal supply of ballast under the sleepers by moving the blades of the hammer across the sleeper box) with simultaneous compaction and inter-sleeper space. This achieves a high quality ballast seal.

Claims

1. The method of compaction of a granular medium by vibrocompression using a vibrating tool with a wedge-shaped lower edge of the element inserted into the sealing medium, in which the vibrating tool is forcibly immersed and removed from the medium, characterized in that during the immersion and / or extraction of the vibrating tool it is informed of additional movement, direction which does not coincide with the direction of immersion and / or extraction, and the deviation of the trajectory of the additional movement of the vibration tool from the direction of immersion and / or extraction is not less than half the thickness of the wedge of the wedge bottom edge of the element embedded in the environment.

2. The method according to claim 1, characterized in that the trajectory of the additional movement of the vibration tool is a line selected from the group including: a sinusoidal line, a zigzag line, the troughs and vertices of which have a V-shaped and / or U-shaped profile, a spiral line , a line representing a series of closed curves connected by a straight line.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that after immersion of the vibration tool it is moved in a direction transverse to the direction of immersion.