Наконечник рыхлителя для разрушения твердых и мерзлых грунтов
Владельцы патента RU 2301866:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (RU)
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для оснащения рабочих органов горных и землеройных машин, в частности к машинам для разработки прочных и мерзлых грунтов. Технический результат - уменьшение усилия, необходимого для скола грунта, снижение энергоемкости процесса разрыхления грунта, повышение срока службы наконечника рыхлителя для разрыхления твердых и мерзлых грунтов. Наконечник рыхлителя для разрушения твердых и мерзлых грунтов содержит хвостовик с пазом для крепления и клинообразную рабочую часть, которая образована передней лобовой поверхностью, двумя боковыми поверхностями и задней поверхностью. Рабочая часть лобовой поверхности, расположенная в месте наиболее интенсивного износа, армирована вдоль продольной осевой линии Н-Н тремя рядами концентраторов напряжений, представляющих собой элементы круглой формы, выступающие над лобовой рабочей поверхностью и заглубленные в тело наконечника. При этом расстояние между концентраторами в ряду L и расстояние между рядами l равно трехкратно увеличенной величине их диаметра. 3 ил.
Изобретение относится к строительству, в частности к машинам для разработки прочных и мерзлых грунтов.
Известен зуб рыхлителя (а.с. 1585472, МПК 5 Е02F 5/32, 9/28, опубл. 15.08.1990, бюл. №30), включающий режущую кромку, переднюю грань с глухим продольным пазом, боковые и заднюю грани. В продольном пазе установлено с возможностью перемещения основание заостренного выступа. Продольный паз выходит на поверхность задней грани, к которой крепится посредством винтов крышки. Между задней гранью основания выступа и крышкой размещен упругий элемент, а между дном продольного паза и передней гранью основания выступа установлен демпфирующий элемент.
Недостатком этого зуба рыхлителя является большое значение усилия, необходимого для скола грунта, высокая энергоемкость процесса разрыхления грунта, низкий срок службы.
Известна коронка рыхлителя бульдозера (пат. 2088730, МПК 7 Е02F 9/28, опубл. 08.27.1997), включающая клинообразный хвостовик с пазом для крепления и клинообразную рабочую часть, которая образована передней волнообразной поверхностью, двумя боковыми поверхностями и задней волнообразной поверхностью с расположенным на ней вдоль продольной оси коронки фигурным пазом. Задняя волнообразная поверхность рабочей части выполнена выпукло-вогнутой, а выпукло-вогнутая кривая, лежащая в продольном сечении коронки на задней поверхности коронки, образована сопряжением дуг как минимум двух окружностей разного радиуса.
Недостатком этой коронки является большое значение усилия, необходимого для скола грунта, высокая энергоемкость процесса разрыхления грунта, низкий срок службы.
Наиболее близким к предлагаемому наконечнику рыхлителя для разрушения твердых и мерзлых грунтов является рабочий орган рыхлителя (а.с. 1668578, МПК 5 Е02F 5/32, 9/28, опубл. 1991, бюл. №29), включающий основание с выемкой на его внутренней грани. В последней на направляющих роликах установлена бесконечная лента. К ней одними из своих кромок прикреплены выполненные в виде частей цилиндров концентраторы. Выемка основания закрыта защитным упругим элементом.
Недостатком этого рабочего органа рыхлителя является большое значение усилия, необходимого для скола грунта, высокая энергоемкость процесса разрыхления грунта, низкий срок службы.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание наконечника рыхлителя, обеспечивающего снижение усилия, необходимого для скола грунта, снижение энергоемкости процесса разрыхления грунта, повышение срока службы.
При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в снижении необходимой для скола грунта энергоемкости процесса разрыхления грунта и повышении срока службы наконечника рыхлителя для разрушения твердых и мерзлых грунтов.
Указанный технический результат достигается тем, что конструкция рабочего органа наконечника рыхлителя твердых и мерзлых грунтов позволяет рабочий процесс рыхления целостных твердых и мерзлых грунтов осуществлять комбинированным способом, путем образования трещин с последующим частичным крошением, смятием и частичным образованием дисперсной массы, которая обтекает все рабочие поверхности благодаря тому, что рабочая часть лобовой поверхности, расположенная в месте наиболее интенсивного износа, армирована вдоль продольной осевой линии Н-Н (фиг.1) тремя рядами концентраторов напряжений. Концентраторы напряжений представляют собой элементы круглой формы, выступающие над лобовой рабочей поверхностью и заглубленные в тело наконечника, при этом расстояние между концентраторами в ряду L и расстояние между рядами l равно троекратно увеличенной величине их диаметра, а интенсивность процесса образования трещин резко возрастает при входе вершин концентраторов напряжений в силовой контакт с разрыхляемым грунтом.
Повышение производительности, снижение удельных энергозатрат и увеличение срока службы достигаются путем замены процесса рыхления сплошной рабочей поверхностью процессом точечного рыхления системой концентраторов напряжений комбинированным способом, включающим последовательность операций: образование трещин с частичным крошением, смятием и частичным образованием дисперсной массы.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен наконечник рыхлителя, вид сверху; на фиг.2 представлен наконечник рыхлителя, вид сбоку по стрелке А; на фиг.3 представлена схема образования трещин в контакте концентраторов напряжений с грунтом, где обозначено O-Е и O-F - направление лучей из точки контакта О; O'-F и О'-G - направление лучей из точки O' и т.д.
Наконечник рыхлителя для разрушения твердых и мерзлых грунтов содержит хвостовик 1 с клинообразным пазом 2, для крепления на рыхлителе, шплинтовочным отверстием 3, поясом жесткости 4 и клинообразную рабочую часть 5, образованную передней лобовой рабочей поверхностью 6, боковыми поверхностями и задней поверхностью 7, и носок 8 с режущей кромкой передней лобовой поверхности 6. Все поверхности расположены под углом друг к другу. При этом передняя лобовая поверхность 6, как наиболее нагруженная рабочая поверхность, подвергающаяся кроме силовых нагрузок интенсивному абразивному износу, армирована вдоль продольной осевой линии Н-Н тремя рядами 9-10-11 концентраторов напряжений 12, представляющих собой элементы круглой формы, выступающие над лобовой рабочей поверхностью и заглублены в тело наконечника, при этом расположение между концентраторами напряжений 12 в ряду L и расстояние между рядами l равно трехкратно увеличенной величине их диаметра.
Наконечник рыхлителя для разрушения твердых и мерзлых грунтов работает следующим образом.
При перемещении наконечника рыхлителя 1 по горизонтали (стрелка V, фиг.3), установленного на рыхлителе с помощью клинообразного паза 2, размещенного в хвостовике 1, усиленного поясом жесткости 4, и шплинтовочного отверстия 3 вершины концентраторов напряжений 12 будут циклически входить в контакт с массивом грунта в точках пересечения горизонталей по ходу движения с вертикалями и вступать в силовое взаимодействие, сопровождающееся сколом массива грунта с последующим частичным крошением, смятием и частичным образованием дисперсной массы. Концентраторы напряжений 12 из-за выступающих размеров над передней лобовой рабочей поверхностью 6 (плоскость АВСД) (см. фиг.1), вдавливаясь в грунт, создают концентрации напряжений в грунте с одновременно возникающими усилиями, веерообразно направленными от горизонтального ОЕ, O'F, O''G и т.д. (см. фиг.3) (направление движения V наконечника рыхлителя) до перпендикулярного к нему вертикального направления O'F, O'G, О''Н и т.д., способствующих разрушению грунта, которые сначала уплотняют пласт в точках контакта, а затем скалывают его по направлениям действия сил с последующим частичным крошением, смятием и частичным образованием дисперсной массы, которая далее обтекает все рабочие поверхности 6, 7 и боковые поверхности клинообразной рабочей части 5 наконечника рыхлителя.
Таким образом, деформация скола, благодаря концентраторам напряжений и силам, направленным вертикально из точек касания концентраторов напряжений с грунтом, производящим веерообразно скол грунта от плоскости скольжения ОЕ, O'F, O''G и т.д. (см. фиг.3) до вертикального направления к ней, направления OF, O'G, O''Н и т.д., уменьшает усилие, необходимое для скола элементов грунта, снижает энергоемкость процесса разрыхления грунта и повышает срок службы наконечника рыхлителя для разрушения твердых и мерзлых грунтов.
Применение наконечника рыхлителя для разрушения твердых и мерзлых грунтов позволяет: уменьшить усилие, необходимое для скола элементов грунта; снизить энергоемкость процесса разрыхления грунта; повысить срок службы наконечника рыхлителя для разрушения твердых и мерзлых грунтов.
Наконечник рыхлителя для разрушения твердых и мерзлых грунтов, включающий хвостовик с пазом для крепления и клинообразную рабочую часть, которая образована передней лобовой поверхностью, двумя боковыми поверхностями и задней поверхностью, отличающийся тем, что рабочая часть лобовой поверхности, расположенная в месте наиболее интенсивного износа, армирована вдоль продольной осевой линии Н-Н тремя рядами концентраторов напряжений, представляющих собой элементы круглой формы, выступающие над лобовой рабочей поверхностью и заглубленные в тело наконечника, при этом расстояние между концентраторами в ряду L и расстояние между рядами l равно трехкратно увеличенной величине их диаметра.
