РЫХЛИТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК E02F5/30 

Изобретение относится к землеройным машинам и предназначено для разработки мерзлых грунтов.

Известен рыхлитель, включающий базовую машину, и соединенный с ней посредством параллелограммной подвески рыхлительный зуб, предназначенный для рыхления мерзлого грунта (Фиделев А.С. и Чубук Ю.Ф. Строительные машины. Киев: Выща школа, 1979, с 216, рис. 182).

Недостатками этого рыхлителя являются громоздкость и сложность конструкции, заключающиеся в применении гидроцилиндров заглубления рыхлительного зуба и связанной с ними гидроаппаратуры (гидронасос, гидрораспределитель, фильтры, масляный бак), а также низкая производительность рабочего процесса.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для динамического воздействия на грунт (авт. св. N 1023043, кл. Е 02 F 5/30), включающее барабан с диаметральными направляющими, по которым в результате вращения барабана под действием силы тяжести двигаются рабочие органы, имеющие клиновидные наконечники.

Недостатком этого устройства является незначительная производительность работы ввиду того, что малая масса рабочих органов не позволяет им проникать в грунт на значительную глубину.

Целью изобретения является повышение производительности работы рыхлителя.

Указанная цель достигается тем, что в продольных сквозных отверстиях, выполненных в грунтозацепах траковых звеньев, установлены цилиндрические торсионы, средние части которых жестко закреплены коническими пальцами, расположенными параллельно траковым звеньям, а к выступающим концам жестко прикреплены коническими пальцами перпендикулярно траковым звеньям дву- и однозубые (попеременно) рыхлительные наконечники с плоскими рабочими сторонами, установленные с возможностью поворота до упора в стенки грунтозацепов опорных буртиков рыхлительных наконечников.

Заявляемый рыхлитель обладает существенными отличиями, так как его основные признаки (принцип действия и конструкции) не совпадают с признаками известных уже решений, благодаря чему достигается новый положительный эффект, выраженный в повышении производительности процесса рыхления мерзлого грунта.

Повышение производительности разработки мерзлого грунта достигается тем, что при движении базовой машины под действием ее веса и силы тяги рыхлительные наконечники, преодолевая суммарные силы сопротивления грунта и жесткость торсионов, проникают в грунт, отклонялась от первоначального положения и скалывания элементы грунта, находящиеся перед внедрившимися в грунт рыхлительными наконечниками, а затем по мере движения базовой машины, т. е. когда ведущее колесо сходит, а опорное колесо еще не накатывается на рассматриваемое в произвольно взятый момент траковое звено, рыхлительные наконечники под воздействием высвобождающейся энергии торсионов, преодолевают суммарную силу сопротивления грунта, скалывая те элементы грунта, которые находятся за внедрившимися рыхлительными наконечниками.

Скол элемента массива мерзлого грунта возможен благодаря тому, что мерзлый грунт характеризуется хрупкостью и малыми пластическими деформациями.

На фиг. 1 показан предлагаемый рыхлитель; на фиг. 2 - траковое звено с цилиндрическим торсионом и двузубным рыхлительным наконечником; на фиг. 3 - то же, с однозубным рыхлительным наконечником; на фиг. 4 и 5 - вид сбоку рыхлительного наконечника; на фиг. 6 - цилиндрический торсион.

Рыхлитель состоит из базовой машины 1, например трактора с гусеничными ходовым оборудованием, и установленного в продольном сквозном отверстии 2, выполненном в грунтозацепе 3 каждого трактового звена 4 гусеничного движителя, упругого элемента, например цилиндрического торсиона 5, средняя часть которого жестко закреплена коническими пальцами 6, расположенными параллельно траковому звену 4, а к выступающим концам жестко прикреплен перпендикулярно трактовому звену 4 коническими пальцами 6 одно- или двузубый (попеременно) рыхлительный наконечник 7.

Рыхлительный наконечник 7 выполнен с плоскими верхней 8 и нижней 9 рабочими сторонами, снабжен серьгообразным хвостовиком 10 и опорным буртиком 11.

Опорный буртик 11 имеет внутреннюю стенку 12 высотой, равной высоте грунтозацепа 3, расположенную под углом к осевой линии рыхлительного наконечника 7, равным углу закручивания цилиндрического торсиона 5.

Высота рыхлительного наконечника соответственно равна
H = , где L - длина тракового звена;
tg - тангенс угла атаки;
m - количество трактовых звеньев, составляющих правильный многоугольник, по отношению к которому контур направляющего колеса является вписанной окружностью.

Рыхлитель работает следующим образом.

При движении базовой машины 1 шарнирно соединенные траковые звенья 4 последовательно ложатся на мерзлый грунт. При этом под действием веса трактора и силы тяги рыхлительный наконечник 7 и вслед за ним грунтозацеп 3 внедряются в мерзлый грунт, структурно ослабляя его. Внедрение рыхлительного наконечника происходит на всю его высоту, выражающуюся зависимостью
H = = , где L - длина тракового звена;
tg α - тангенс угла атаки рыхлительного наконечника к поверхности массива мерзлого грунта;
α = ΔABC-AD-DC-BD= π- - - = - = ;
m - количество траковых звеньев, составляющих траковый многоугольник, по отношению к которому контур направляющего колеса является вписанной окружностью.

Расчет угла атаки по количеству траковых звеньев, составляющих правильный многоугольник, по отношению к которому контур направляющего колеса является вписанной окружностью, и учет длины тракового звена позволяют определить оптимальную высоту рыхлительного наконечника применительно к имеющимся в наличии типам машин с гусеничным ходовым оборудованием.

Одновременно под действием суммарной силы сопротивления мерзлого грунта Σ происходит отклонение рыхлительного наконечника 7, вызывающее закручивание цилиндрического торсиона 5, чья средняя часть жестко закреплена в грунтозацепе 3 коническими пальцами 6, расположенными параллельно трактовому звену. Расположение конических пальцев 6 крепления средней части цилиндрического торсиона 5 в грунтозацепе 3 параллельно траковому звену 4 предохраняет траковое звено 4 от образования в нем концентраторов напряжений, ведущих к быстрому разрушению при постоянных динамических нагрузках.

Закручивание цилиндрического торсиона ведет к накоплению им энергии закручивания. Отклонение рыхлительного наконечника 7 происходит до упора опорного буртика 11 в боковую стенку грунтозацепа 3, т.е. на угол закручивания цилиндрического торсиона 5, предохраняя последний от поломки.

Так как во время внедрения в мерзлый грунт рыхлительный наконечник 7 совершает сложное движение - поступательное вглубь от поверхности мерзлого грунта и вращательное относительно цилиндрического торсиона 5, к концам которого он жестко прикреплен, то это приводит к сколу и смещению элемента массива мерзлого грунта, находящегося перед верхней плоской рабочей стороной 8 рыхлительного наконечника 7.

Когда направляющее колесо ходового оборудования сходит с тракового звена 4, а опорное колесо накатывается на предыдущее траковое звено, воздействие через траковое звено 4 на рыхлительный наконечник 7 веса трактора и силы тяги прекращается. Поскольку жесткость закрученного цилиндрического торсиона 5 на несколько порядков выше суммарной силы Σ сопротивления мерзлого грунта (например, удельное сопротивление замерзших глинистых грунтов при -20^оС доходит до 30 кг/см² ≈ 3 МПа, тогда как максимальное напряжение сдвига у цилиндрического торсиона при кручении достигает 600 МПа, что более чем достаточно для преодоления сопротивления мерзлого грунта), то под воздействием высвобождающейся накопленной энергии закручивания цилиндрический торсион 5 раскручивается до первоначального положения, вынуждая рыхлительный наконечник 7 возвращаться в исходное положение. При этом движении рыхлительный наконечник 7 своей нижней плоской рабочей стороной 9 скалывает и смещает элемент массива мерзлого грунта. Верхняя 8 и нижняя 9 рабочие стороны рыхлительного наконечника 7 выполнены плоскими для создания наибольшей площади контакта с массивом мерзлого грунта и соответственно наибольшей площади скола элемента массива мерзлого грунта.

В случае попадания рыхлительного наконечника 7 в естественную трещину в массиве мерзлого грунта срыв и смещение элемента массива мерзлого грунта происходит по мере дальнейшего движения базовой машины 1, т.е. когда каждое траковое звено 4, содержащее цилиндрический торсион 5 с рыхлительным наконечником 7, последовательно поднимается на ведущем колесе гусеничного ходового оборудования.

П р и м е р. Расчет угла закручивания цилиндрического торсиона.

При общей длине цилиндрического торсиона, несколько превышающей ширину тракового звена, например 500 мм, принимают рабочую длину (правую или левую) цилиндрического торсиона l=200 мм. Диаметр рабочего участка этого торсиона d= 5 мм. Допустимое напряжение сдвига пружинных сталей [τ] =400-600 МПа, а модуль сдвига пружинных сталей G=(7,6-8,2) ˙10⁴МПа.

Угол закручивания ϕ находят следующим образом.

ϕ = рад. = = 0,5 рад, т.е. ϕ ≈ 28,5 ^о.

П р и м е р. Расчет высоты рыхлительного наконечника.

Принимают длину тракового звена L=400 мм и количество траковых звеньев, составляющих правильный многоугольник, по отношению к которому контур направляющего колеса является вписанной окружностью, m=8.

Тогда высоту рыхлительного наконечника определяют по формуле
H = = = 200 мм.

Сравнение заявляемого решения с известным показал, что известные рыхлители имеют малую производительность, так как рыхлительные зубья имеют малый захват или малую массу. Производительность рыхления повышается, так как движители имеют достаточно большую ширину и имеется возможность реализовать всю массу базовой машины.

Использование: землеройные машины для разработки мерзлых грунтов. Сущность: рыхлитель снабжен рыхлительными наконечниками 7. Наконечник 7 может быть одно- или двузубым, или одно и двузубым, установленным попеременно. Наконечник 7 имеет плоские верхнюю 8 и нижнюю 9 рабочие стороны, серьгообразный хвостовик 10 и опорный буртик внутренней стенкой высотой, равной высоте грунтозацепа 3, расположенной под углом к осевой линии наконечника 7, равным углу закручивания упругого элемента 5. Упругий элемент 5 одной частью жестко закреплен в продольном сквозном отверстии 2, а к другой части элемента 5 прикреплен наконечник 7. Высота H наконечника 7 определяется зависимостью, приведенной в описании изобретения. 6 ил.

РЫХЛИТЕЛЬ, содержащий траковые звенья с грунтозацепами и закрепленные на грунтозацепах рыхлительные наконечники, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности рыхления, он снабжен упругими элементами, а грунтозацепы выполнены со сквозными продольными отверстиями, в которых жестко закреплены одной частью упругие элементы, к другой части которых жестко прикреплены рыхлительные наконечники, выполненные одно- или/и двузубыми с плоскими верхними и нижними рабочими сторонами, с серьгообразными хвостовиками и с опорными буртиками, внутренние стенки которых расположены под углом к осевым линиям наконечников, равным углу закручивания упругого элемента, и имеют высоту, равную высоте грунтозацепов, причем одно- и двузубые рыхлительные наконечники установлены попеременно, а их высота определяется из выражения
H = ,
где L - длина тракового звена;
tg - тангенс угла атаки;
m - количество траковых звеньев, составляющих правильный многоугольник, по отношению к которому контур направляющего колеса является вписанной окружностью.