Рабочий орган для удаления снежно-ледяного наката с поверхности дорог и аэродромов
Владельцы патента RU 2487970:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (RU)
Изобретение относится к машинам для очистки поверхности дорог и аэродромов в зимний период. Рабочий орган содержит раму, на которой шарнирно закреплены с возможностью поворота в вертикальной плоскости рычаги, несущие на свободных концах оси с режущими дисками с непрерывным односторонним клиновым ободом, каждый из которых установлен на оси с возможностью свободного вращения вокруг нее и под углом α к продольной оси рабочего органа, большим основанием наружу, два передних режущих диска размещены на общем рычаге и обращены друг к другу большими своими основаниями с углом β между ними и расстоянием h между режущими кромками в месте их схождения. Рама, оснащенная двумя рояльными колесами в ее задней части, установлена с возможностью поворота в вертикальной плоскости. Изобретение позволяет снизить энергоемкость и повысить эффективность процесса механического разрушения прочного снежно-ледяного наката. 4 ил.
Изобретение относится к машинам для очистки поверхности дорог и аэродромов в зимний период, в частности является рабочим органом для уборки уплотненного снега, снежно-ледяных образований и гололеда.
Известна машина для скалывания льда с мостовых [а.с. СССР №55609, Е01Н 5/12, опубл. 31.08.1939 г.], содержащая металлическую раму с установленными на ней в передней части дисковыми ножами; скребковый транспортер, расположенный в поперечном направлении позади ножей; отвал и дополнительные дисковые ножи, расположенные ступенчато, находящиеся за транспортером; и несколько скребковых транспортеров.
Недостатками рабочего органа являются: наличие большого количества активных исполнительных органов, привод которых требует значительных затрат энергии, дисковые ножи различной геометрической формы ориентированы перпендикулярно поверхности разрушаемого массива, чем обеспечивается лобовое резание - более энергоемкое, чем тангенциальное.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является рабочий орган льдоскалывающей машины [а.с. СССР №1404572, Е01Н 5/12, опубл. 23.06.1988 г.], включающий раму, установленную с возможностью поворота в вертикальной и горизонтальной плоскостях, на которой шарнирно закреплены с возможностью поворота в вертикальной плоскости рычаги, несущие на свободных концах оси с режущими дисками, расположенными в плане клином. Рабочий орган снабжен гидросистемой.
Недостатки рабочего органа следующие.
1. Элементы гидросистемы рабочего органа, обеспечивающие ударное воздействие режущего инструмента на разрушаемый массив и подъем (отрыв) режущих дисков от поверхности очищаемого покрытия: основные и дополнительные гидрораспределители, основное и дополнительное реле времени и электромагниты управления, существенно усложняют конструкцию рабочего органа и требуют значительных затрат энергии.
2. В конструкции использованы режущие диски с непрерывным двусторонним симметричным клиновым ободом, конструктивно предназначенные для расположения только под прямым углом к разрушаемому массиву, чем обеспечивается лобовое резание - более энергоемкое, чем тангенциальное.
3. Режущие диски перемещаются по поверхности без проворачивания. Режим резания в данном случае требует более значительных затрат энергии, по сравнению с режимом резания при вращающихся дисках, и способствует неравномерному и ускоренному износу режущих кромок инструмента.
4. Конструкция рабочего органа не исключает контакта режущей кромки диска с очищаемым покрытием, что может привести к повреждению последнего.
Техническим результатом изобретения является снижение энергоемкости и повышение эффективности процесса механического разрушения прочного снежно-ледяного наката.
Технический результат достигается тем, что в рабочем органе для удаления снежно-ледяного наката с поверхности дорог и аэродромов, содержащем раму, на которой шарнирно закреплены с возможностью поворота в вертикальной плоскости рычаги, несущие на свободных концах оси с режущими дисками, и гидросистему, новым является то, что рама, оснащенная двумя рояльными колесами, размещенными в ее задней части, установлена с возможностью поворота только в вертикальной плоскости, на свободных концах рычагов размещены режущие диски с непрерывным односторонним клиновым ободом, каждый из которых установлен на оси с возможностью свободного вращения вокруг нее и под углом α к продольной оси рабочего органа, большим основанием наружу, два передних режущих диска размещены на общем рычаге и обращены друг к другу большими своими основаниями с углом β между ними и расстоянием h между режущими кромками в месте их схождения, а гидросистема включает гидроцилиндры одностороннего действия.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 показан рабочий орган для удаления снежно-ледяного наката, вид сбоку; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - вид сверху; на фиг.4 - гидравлическая схема.
Рабочий орган для удаления снежно-ледяного наката с поверхности дорог и аэродромов состоит из рамы 1 (фиг.1), связанной посредством двух пар гидроцилиндров 2 и 3, вилки 4, кронштейна 5 и пальца 6 с тяговой рамой базовой машины с возможностью поворота в вертикальной плоскости относительно оси пальца 6. К раме 1 шарнирно прикреплены с возможностью поворота в вертикальной плоскости рычаги 7, соединенные с гидроцилиндрами 8 одностороннего действия, имеющими штоки 9. На свободных концах рычагов 7 (фиг.2) размещены режущие диски 10 с непрерывным односторонним клиновым ободом, каждый из которых содержит втулку 11 и установлен на оси 12 с возможностью свободного вращения вокруг нее в вертикальной плоскости большим основанием наружу и углом α между плоскостью большего основания и продольной осью рабочего органа. Оси 12 зафиксированы от осевого перемещения гайками 13. Два передних режущих диска 14 и 15 (фиг.3), имеющих меньший угол заострения, размещены на общем рычаге 16 и обращены друг к другу большими своими основаниями с углом β между ними и расстоянием h между режущими кромками в месте их схождения. Режущие диски 10, 14 и 15 установлены на раме 1 в плане клином, симметрично относительно продольной оси рабочего органа. В задней части рамы 1 (фиг.1, 3) с ее тыльной стороны установлены два рояльных колеса 17, каждое из которых прикреплено к раме 1 посредством кронштейна 18, стойки 19, оси 20 и вилки 21, состоящей из двух параллельных установленных вертикально пластин 22 с отверстиями для установки оси 23. Ось 20 и вилка 21 (фиг.1) соединены шарнирно посредством пальца 24. Для регулировки глубины погружения режущих дисков в разрабатываемый массив в направляющей крестовины 25 с возможностью продольного перемещения в ней установлен болт 26 с гайками 27 и 28, нижним концом шарнирно закрепленный на свободном конце рычага 29 вилки 21 посредством оси 30. Крестовина 25 установлена на свободном конце рычага 31 оси 20 с возможностью поворота в вертикальной плоскости относительно оси 32. Гидравлический насос 33 (фиг.4) посредством напорной линии 34 подключен к трехпозиционному четырехлинейному гидрораспределителю 35, обеспечивающему его сообщение в одной из позиций с регулятором давления 36, а в другой - с манометром 37, гидроаккумулятором 38 и бесштоковыми полостями гидроцилиндров 39 одностороннего действия, каждый из которых связан одним концом с рамой 1 (фиг.1), а другим - с кронштейном соответствующего рычага 7 и общего рычага 16. Сливная линия 40 (фиг.4) соединяет гидрораспределитель 35 с гидробаком 41.
Согласно изобретению рабочий орган устанавливается на очищаемое покрытие из транспортного положения в рабочее при помощи гидроцилиндров 2 и 3 базовой машины. Регулировка глубины погружения режущих дисков в разрабатываемый массив осуществляется изменением положения рамы 1 относительно тяговой рамы базовой машины. Передняя часть рамы 1 при извлеченном пальце 6 перемещается гидроцилиндрами 3 вверх или вниз до положения, при котором обеспечивается зазор между режущими кромками дисков 14 и 15 и очищаемым покрытием. При этом отверстия в вилке 4 совмещаются с одним из ближайших отверстий в кронштейне 5, и соединение фиксируется пальцем 6. Положение задней части рамы 1, исключающее контакт режущих кромок дисков 10 с очищаемым покрытием, устанавливается посредством регулировки рояльных колес 17. При последовательном вращении гаек 27 и 28 влево болт 26 внутри направляющей крестовины 25 перемещается вверх, воздействуя при этом на свободный конец рычага 29, жестко закрепленный с вилкой 21, которая в результате поворачивается относительно оси 24 влево вместе с закрепленным на ней рояльным колесом 17. При этом задняя часть рамы 1 опускается. При последовательном вращении гаек 28 и 27 вправо болт 26 внутри направляющей крестовины 25 перемещается вниз. Вилка 21, несущая рояльное колесо 17, поворачивается на оси 24 вправо, в результате чего опирающаяся на него рама 1 поднимается. Затем от насоса 33 гидрораспределителем 35 производится подпитка гидроаккумулятора 38 до необходимого по прочности удаляемого снежно-ледяного наката давления, величина которого контролируется по манометру 37.
Рабочий орган перемещается базовой машиной в направлении V и режущие диски 10, 14, 15, врезаясь в снежно-ледяной накат, разрушают его. При этом установленные на общем рычаге 16 режущие диски 14 и 15 взаимодействуют с цельным закрытым со всех сторон массивом, осуществляя блокированную схему резания.
Расстояние h между режущими кромками дисков 14 и 15 не должно быть малым. Его величину следует подбирать экспериментально, из условия наибольшей эффективности разрушения уступа забоя, остающегося в промежутке между дисками 14 и 15. Этим обеспечивается блокированное резание разрушаемого массива двумя отдельными дисками с односторонним непрерывным клиновым ободом, значительно менее энергоемкое, чем резание при минимальных значениях h, когда сближенные диски 14 и 15 фактически представляют собой один целый режущий диск с двухсторонним симметричным клиновым ободом.
Каждый из режущих дисков 14 и 15, перекатываясь по забою и взаимодействуя с разрушаемой средой в месте контакта режущей кромки с ней, создает напряжения. При достижении напряжениями предельных значений происходит растрескивание материала, скол и отделение фрагментов разрушения различной величины, которые под воздействием боковой конусной поверхности режущего диска вытесняются из забоя. Уступ забоя в промежутке между дисками 14 и 15 растрескивается и разрушается в результате воздействия силовых линий горизонтальной, вертикальной и боковой составляющих усилия резания, возникающих в месте контакта режущих кромок дисков с разрушаемой средой. Установка режущих дисков 14 и 15 с углом β между большими их основаниями обеспечивает уменьшение трения поверхности этих оснований о материал разрушаемого массива. В результате одновременного воздействия режущих дисков 14 и 15 на разрушаемый цельный массив образуется борозда, содержащая фрагменты разрушенного материала различной величины. Глубина борозды определяется заданной глубиной резания, а ширина - рабочей зоной пары режущих дисков 14 и 15, а также углами продольного и поперечного сколов разрушаемого материала.
Механизм взаимодействия с разрушаемой средой режущих дисков 10, 14 и 15 аналогичен. Однако первой следующей за дисками 14 и 15 парой дисков 10, расположенных симметрично относительно главной оси рабочего органа, совершается резание уже частично разрушенного массива. Скол и отделение фрагментов разрушения происходит при меньших затратах энергии и сопровождается их сдвигом в сторону полученной ранее борозды. Таким образом, имеет место полублокированная схема резания, значительно менее энергоемкая, чем блокированная. Эта схема реализуется и каждой последующей парой режущих дисков 10, расположенных симметрично относительно главной оси рабочего органа, осуществляющей резание массива частично разрушенного предыдущей парой. Установка каждого из режущих дисков 10 под углом α к продольной оси рабочего органа обеспечивает уменьшение трения поверхности большего основания диска о материал разрушаемого массива. Рабочие зоны режущих дисков взаимно перекрываются, чем обеспечивается разрушение снежно-ледяного наката по всей ширине захвата рабочего органа, которая определяется расстоянием а между наиболее удаленными от оси рабочего органа точками режущих кромок задней симметричной пары режущих дисков 10. Количество симметричных пар режущих дисков 10 может меняться в зависимости от конструкции и мощности базовой машины, несущей рабочий орган.
При встрече любого из режущих дисков 10 или пары дисков 14-15 с препятствием, прочность которого выше предела прочности разрушаемого наката, диски поднимаются, преодолевая давление, создаваемое гидроаккумулятором 38, и перекатившись по поверхности препятствия, возвращаются в исходное положение. Этим предотвращается поломка режущих дисков.
В данном изобретении упрощается конструкция рабочего органа, в том числе и гидравлическая схема. Разрушение прочного снежно-ледяного наката осуществляется в тангенциальном режиме режущими дисками с непрерывным односторонним клиновым ободом, свободно вращающимися на соответствующих осях, чем обеспечивается разрушение с меньшими затратами энергии при равномерном износе режущих кромок инструмента. Регулировкой глубины погружения режущих дисков в разрабатываемый массив исключается контакт режущей кромки диска с очищаемым покрытием.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет значительно снизить энергоемкость и повысить эффективность процесса механического разрушения прочного снежно-ледяного наката с поверхности дорог и аэродромов.
Рабочий орган для удаления снежно-ледяного наката с поверхности дорог и аэродромов, содержащий раму, на которой шарнирно закреплены с возможностью поворота в вертикальной плоскости рычаги, несущие на свободных концах оси с режущими дисками, и гидросистему, отличающийся тем, что рама, оснащенная двумя рояльными колесами, размещенными в ее задней части, установлена с возможностью поворота только в вертикальной плоскости, на свободных концах рычагов размещены режущие диски с непрерывным односторонним клиновым ободом, каждый из которых установлен на оси с возможностью свободного вращения вокруг нее и под углом, а к продольной оси рабочего органа, большим основанием наружу, два передних режущих диска размещены на общем рычаге и обращены друг к другу большими своими основаниями с углом β между ними и расстоянием h между режущими кромками в месте их схождения, а гидросистема включает гидроцилиндры одностороннего действия.
