НАВЕСНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РЫХЛЕНИЯ ПРОЧНЫХ ГРУНТОВ Российский патент 1994 года по МПК E02F5/32 

Изобретение относится к технике для земляных и открытых горных работ.

Известно навесное оборудование для рыхления прочных грунтов, смонтированное на базовой машине со стрелой. Это оборудование включает направляющую штангу, шарнирно соединенную со стрелой машины, и взаимодействующий с направляющей штангой клин-рыхлитель. На нижнем конце направляющей штанги имеется фиксаторно-прижимная головка, которая расположена в замкнутой полости корпуса клина-рыхлителя. Над клином-рыхлителем на направляющей штанге смонтирован боек, соединенный с грузовым канатом. Корпус клина-рыхлителя имеет вертикальный вырез, верхняя часть которого выполнена в виде сквозного паза в боковой стенке замкнутой полости, а нижняя - в виде прорези в клиновой части клина-рыхлителя. В вырезе корпуса установлен основной двуплечий рычаг, который упругими элементами подпружинен относительно корпуса. Одно из плеч основного рычага выполнено в виде скалывающего элемента, размещенного в прорези, а другое плечо расположено в сквозном пазу. Клин-рыхлитель снабжен двумя дополнительными шарнирно установленными в вырезе корпуса и расположенными симметрично относительно основного подпружиненного двуплечего рычага подпружиненными двуплечими рычагами, которые упругими элементами подпружинены относительно корпуса. Одни из плеч дополнительных двуплечих рычагов выполнены в виде дополнительных скалывающих элементов, размещенных в прорези клиновой части корпуса, а другие плечи расположены в сквозном пазу боковой стенки замкнутой полости с возможностью взаимодействия фиксаторно-прижимной головки направляющей штанги в прИзобретение относится к технике для оцессе рыхления до ее взаимодействия с плечом основного двуплечего рычага [1].

При этом длины основного h₂ и дополнительных h₁ скалывающих элементов соответствуют величинам
h₂= 1,7 , h₁= 0,7, где b - ширина скалывающих элементов;
Ψ - угол скола прочного грунта. Недостатком этого оборудования является то, что рыхление прочных грунтов основным и дополнительными скалывающими элементами происходит только в одну сторону, что снижает производительность рыхления.

Цель изобретения состоит в повышении производительности рыхления.

Эта цель достигается тем, что в навесном оборудовании для рыхления прочных грунтов боек имеет в нижней части полость, в которой расположены с возможностью взаимодействия с размещенными в сквозном пазу боковой стенки замкнутой полости плечами основного и дополнительных двуплечих рычагов соответственно подпружиненные основной и дополнительный ударные грузы, и снабжен устройством регулирования высотного положения ударных грузов. При этом устройство регулирования высотного положения ударных грузов выполнено в виде винтов, размещенных в бойке, основной и дополнительный ударные грузы и устройство регулирования высотного положения ударных грузов расположены соосно с направляющей штангой, дополнительный ударный груз расположен внутри основного ударного груза, расстояние от ударных грузов до соответствующих двуплечих рычагов соответствует величине
t₁- а соотношение между жесткостями пружин основного и дополнительного ударных грузов и массами этих средств соответствует величине
= , где v_б - скорость бойка в момент удара о клин-рыхлитель;
ω - собственная частота колебаний ударных грузов;
t₁ - время внедрения клина-рыхлителя после удара бойка;
m_к, m_б, m₁, m₂ - массы клина-рыхлителя, бойка, основного и дополнительного ударных грузов;
F - сила сопротивления грунта внедрению клина-рыхлителя на требуемой глубине рыхления;
g - ускорение свободного падения;
с₁ и с₂ - жесткость пружин основного и дополнительного ударных грузов.

Введение в состав навесного оборудования подпружиненных основного и дополнительного ударных грузов и устройства регулирования их высотного положения, а также выполнение расстояния от ударных грузов до соответствующих двуплечих рычагов при соблюдении соотношения между жесткостями пружин основного и дополнительного ударных грузов и массами этих грузов в соответствии с приведенными формулами позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности приложения к основному и дополнительным двуплечим рычагам комбинированного воздействия, состоящего из ударного воздействия со стороны основного и дополнительного ударных грузов и статического воздействия со стороны фиксаторно-прижимной головки, что позволяет рыхлить прочный грунт основным и дополнительными двуплечими рычагами в двух направлениях, тем самым повышая производительность рыхления. Поэтому вводимые в состав навесного оборудования подпружиненные основной и дополнительный ударные грузы и устройство регулирования высотного положения ударных грузов, а также выполнение расстояния от ударных грузов до соответствующих двуплечих рычагов при соблюдении соотношения между жесткостями пружин основного и дополнительных ударных грузов и массами этих грузов в соответствии с приведенными формулами следует рассматривать как существенные отличительные признаки, обеспечивающие получение положительного эффекта, а данное решение соответствующим критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображено навесное оборудование перед внедрением клина в грунт; на фиг. 2 - то же, при взаимодействии двуплечих рычагов с ударными грузами; на фиг. 3 - то же, при взаимодействии двуплечих рычагов с фиксаторно-прижимной головкой, на фиг. 4 - вид по стрелке А на фиг. 1.

Навесное оборудование для рыхления прочных грунтов монтируется на стреле 1 базовой машины и включает направляющую штангу 2, шарнирно соединенную со стрелой 1 и клин-рыхлитель 3. На нижнем конце направляющей штанги 2 имеется фиксаторно-прижимная головка 4, которая расположена в замкнутой полости 5 корпуса клина-рыхлителя 3. Над клином-рыхлителем 3 на направляющей штанге 2 смонтирован боек 6, соединенный с грузовым канатом 7. Корпус клина-рыхлителя 3 имеет вертикальный вырез, верхняя часть которого выполнена в виде сквозного паза 8 в боковой стенке 9 замкнутой полости 5, а нижняя - в виде прорези 10 в клиновой части клина-рыхлителя 3. В вырезе корпуса установлен основной двуплечий рычаг 11, который упругими элементами 12 и 13 подпружинен относительно корпуса. Одно из плеч основного рычага 11 выполнено в виде основного скалывающего элемента 14, размещенного в прорези 10, а другое плечо 15 расположено в сквозном пазу 8. Клин-рыхлитель 3 снабжен двумя дополнительными шарнирно установленными в вырезе корпуса и расположенными симметрично относительно основного подпружиненного двуплечего рычага 11 подпружиненными двуплечими рычагами 16 и 17, которые упругими элементами 18 подпружинены относительно корпуса. Одни из плеч дополнительных двуплечих рычагов 16 и 17 выполнены в виде дополнительных скалывающих элементов 19 и 20, размещенных в прорези 10 клиновой части корпуса, а другие плечи 21 и 22 расположены в сквозном пазу боковой стенки замкнутой полости с возможностью взаимодействия фиксаторно-прижимной головки 4 направляющей штанги 2 в процессе рыхления до ее взаимодействия с плечом основного двуплечего рычага 11. При этом длины основного h₂ и дополнительных h₁ скалывающих элементов соответствуют величинам
h₂= 1,7 , h₁= 0,7, где b - ширина скалывающих элементов;
Ψ - угол скола прочного грунта.

Боек 6 имеет в нижней части полость 23, в которой расположены с возможностью взаимодействия с размещенными в сквозном пазу 8 боковой стенки 9 замкнутой полости 5 плечом 15 основного рычага 11 и плечами 21 и 22 дополнительных рычагов 16 и 17 соответственно подпружиненный основной пружиной 24 основной ударный груз 25 и подпружиненный дополнительной пружиной 26 дополнительный ударный груз 27. Дополнительный ударный груз 27 расположен внутри основного ударного груза 25.

Боек 6 снабжен устройством регулирования высотного положения ударных грузов, выполненным в виде винтов 28 и 29, размещенных в бойке 6. Устройство регулирования высотного положения ударных грузов, кроме механического, может быть выполнено с гидравлическим или пневмати- а соотношение между жесткостями основной 24 и дополнительной 26 пружин и массами основного 25 и дополнительного 27 ударных грузов соответствует величине
t₁- а соотношение между жесткостями основной 24 и дополнительной 26 пружин и массами основного 25 и дополнительного 27 ударных грузов соответствует величине
= , где v_б - скорость бойка 6 в момент удара о клин-рыхлитель 3;
ω - собственная частота колебаний основного 25 и дополнительного 27 ударных грузов;
t₁ - время внедрения клина-рыхлителя 3 после удара бойка 6;
m_к, m_б, m_1, m₂ - массы клина-рыхлителя 3, бойка 6, основного 25 и дополнительного 27 ударных грузов;
F - сила сопротивления грунта внедрению клина-рыхлителя 3 на требуемой глубине рыхления;
g - ускорение свободного падения;
с₁ и с₂ - жесткость основной 24 и дополнительной 26 пружин.

Расстояние l от ударных грузов до соответствующих двуплечих рычагов определим на примере основного ударного груза.

Дифференциальное уравнение движения основного ударного груза 25 имеет вид
m = -C₁(h_у-h_к)+m₁g, где h_у - перемещение основного ударного груза 25 относительно грунта;
h_к - внедрение клина-рыхлителя 3 в грунт.

После преобразования имеем
+ω²h_у= V_ct- +g, где ω = ,
V_c= - скорость системы "боек-клин-рыхлитель" после удара бойка 6 о клин-рыхлитель 3;
Решение уравнения имеет вид
h_у= sinωt + (1-cosωt) - + V_ct, где a = - ускорение внедрения клина-рыхлителя 3 с бойком 6 в грунт; Перемещение основного ударного груза 25 относительно бойка 6 определяется по формуле
h_у-h_к= sinωt + (1-cosωt), где h_к= V_ct - - внедрение клина-рыхлителя 3 в грунт.

Время внедрения клина-рыхлителя 3 в грунт определяется по формуле
t₁= .

Тогда перемещение l₁ основного ударного груза 25 относительно бойка 6 к моменту окончания внедрения клина-рыхлителя 3 в грунт будет равно
l₁= sinωt₁+ (1-cosωt₁).

Скорость основного ударного груза 25 в момент окончания внедрения клина-рыхлителя 3 в грунт определяется по формуле
V = ( V_б-V_c)cosωt₁+ sinωt₁ .

На втором участке кинетическая энергия ударного груза 25 переходит в потенциальную энергию растянутой пружины 24.

Тогда справедливо выражение
= (l₁+l₂)l, где l₂ - перемещение основного ударного груза 25 на втором участке.

Откуда
l₂= - l₁.

Тогда суммарное перемещение основного ударного груза 25 относительно бойка 6 равно
l₃= l₁+ l₂= . После преобразований получаем
l₃= t₁.

Расстояние от основного ударного груза 25 до двуплечего рычага 11 определяется по формуле
l = l₃ + l, где l_c= -статическое растяжение основной пружины 24 под действием веса основного ударного груза 25.

Тогда
l t₁-.

Аналогично выводится уравнение для определения расстояния от дополнительного ударного груза 27 до дополнительных двуплечих рычагов 16 и 17.

Выполнение соотношения между жесткостями основной 24 и дополнительной 26 пружин и массами основного 25 и дополнительного 27 ударных грузов в соответствии с формулой = приводит к равенству собственных частот ω колебаний основного 25 и дополнительного 27 ударных грузов и величин статического растяжения пружин, а следовательно, к равенству расстояния от основного ударного груза 25 до основного двуплечего рычага и расстояния от дополнительного ударного груза 27 до дополнительных двуплечих рычагов 16 и 17.

Навесное оборудование работает следующим образом.

Клин-рыхлитель 3 устанавливается на грунт. При этом фиксаторно-прижимная головка 4 упирается в нижнюю поверхность полости 5. Затем сбрасывается боек 6, который перемещается вдоль штанги 2 и осуществляет удар по корпусу клина-рыхлителя 3. В результате удара последний внедряется в грунт. Основной 25 и дополнительный 27 ударные грузы, растягивая основную 24 и дополнительную 26 пружины, перемещаются вдоль штанги 2. Расстояние l от ударных грузов до соответствующих двуплечих рычагов при помощи устройства регулирования высотного положения ударных грузов выбирается таким, что удары ударных грузов о соответствующие двуплечие рычаги происходят после погружения клина-рыхлителя 3 на требуемую глубину рыхления. При этом основной 14 и дополнительные 19 и 20 скалывающие элементы поворачиваются по часовой стрелке, производя отрыв и сдвиг из забоя грунта. При подъеме основного 25 и дополнительного 27 ударных грузов происходит поворот основного 11 и дополнительных 16 и 17 двуплечих рычагов в исходное положение. После окончания ударного взаимодействия ударных грузов с соответствующими двуплечими рычагами и возврата двуплечих рычагов в исходное положение производят изъятие клина-рыхлителя 3 из грунта. Для этого поднимают штангу 2. При ее подъеме фиксаторно-прижимная головка 4 взаимодействует вначале с плечами 21 и 22 дополнительных рычагов 16 и 17, а следовательно, и дополнительных скалывающих элементов 19 и 20, которые производят отрыв и сдвиг из забоя грунта.

При дальнейшем подъеме штанги 2 фиксаторно-прижимная головка 4 начинает взаимодействовать с плечом 15 основного рычага 11. В результате происходит поворот основного рычага 11, а следовательно, и основного скалывающего элемента 14, который производит отрыв и сдвиг из забоя дополнительного объема грунта. После выставления клина-рыхлителя 3 на новое место фиксаторно-прижимная головка 4 опускается в полость 5 и упирается в ее нижнюю поверхность. При опускании головки 4 под действием пружин 12 и 13 происходит постепенный поворот основного рычага 11 и возврат основного скалывающего элемента 14 в исходное положение. При дальнейшем опускании головки 4 под действием пружин 18 происходит постепенный поворот дополнительных рычагов 16 и 17 и возврат дополнительных скалывающих элементов 19 и 20 в исходное положение. Далее производится новый цикл погружения клина-рыхлителя 3.

Таким образом, введение в состав навесного оборудования подпружиненных основного и дополнительного ударных грузов и устройства регулирования их высотного положения, а также выполнение расстояния от ударных грузов до соответствующих двуплечих рычагов при соблюдении соотношения между жесткостями пружин основного и дополнительного ударных грузов и массами этих грузов в соответствии с приведенными формулами позволяет рыхлить прочный грунт основным и дополнительными двуплечими рычагами в двух направлениях, тем самым повышая производительность рыхления.

Использование: рыхление прочных грунтов. Сущность изобретения: в нижней части имеет полость, в которой расположены с возможностью взаимодействия с плечами основного и дополнительных двуплечих рычагов подпружиненные основной и дополнительные ударные грузы. Последние снабжены механизмом регулирования их высотного положения, который может быть выполнен в виде винтов, размещенных в бойке. Основной и дополнительные ударные грузы и механизм регулирования высотного положения ударных грузов расположены соосно с направляющей штангой. Дополнительный ударный груз расположен внутри основного ударного груза. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. НАВЕСНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РЫХЛЕНИЯ ПРОЧНЫХ ГРУНТОВ, включающее базовую машину со стрелой, направляющую штангу, шарнирно соединенную с последней, клин-рыхлитель с замкнутой полостью, фиксаторно-прижимную головку направляющей штанги и смонтированный на ней свободно падающий боек, основной подпружиненный двуплечий рычаг и расположенные симметрично относительно него, шарнирно установленные в вырезе корпуса дополнительные подпружиненные двуплечие рычаги, причем одни плечи основного и дополнительных рычагов выполнены в виде скалывающих элементов, размещенных в прорези клиновой части корпуса, а другие - в сквозном пазу боковой стенки замкнутой полости, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности процесса рыхления, навесное оборудование снабжено основным и дополнительными подпружиненными ударными грузами и механизмом регулирования их высотного положения, при этом боек выполнен с полостью в нижней части, в которой с возможностью взаимодействия с размещенными в сквозном пазу боковой стенки замкнутой полости плечами основного и дополнительных двуплечих рычагов расположены подпружиненные основной и дополнительные ударные грузы. 2.Оборудование по п.1, отличающееся тем, что механизм регулирования высотного положения ударных грузов выполнен в виде винтов, размещенных в бойке. 3. Оборудование по п.1, отличающееся тем, что основной и дополнительные ударные грузы и механизм регулирования их высотного положения расположены соосно с направляющей штангой, а дополнительный ударный груз расположен внутри основного. 4. Оборудование по п. 1, отличающееся тем, что расстояние l от ударных грузов до соответствующих двуплечих рычагов соотсетствует величине
=-→
а соотношение между жесткостями пружин основного и дополнительного грузов соответствует величине C₁/C₂ = m₁/m₂,
где v_б - скорость бойка в момент удара о клин-рыхлитель;
ω - собственная частота колебаний ударных грузов;
t₁ - время внедрения клина-рыхлителя после удара бойка;
m_к, m_б, m₁, m₂ - массы клина-рыхлителя, бойка, основного и дополнительных ударных грузов соответственно;
F - сила сопротивления грунта внедрению клина-рыхлителя на требуемой глубине рыхления;
g - ускорение свободного падения;
C₁ и C₂ - жесткость пружин основного и дополнительного ударных грузов.