УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЫХЛЕНИЯ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ Российский патент 1998 года по МПК E02F5/32 

Изобретение относится к области землеройных машин для разработки и рыхления мерзлых грунтов.

Известна землеройная машина ударного действия, имеющая навесную раму, ротор с шарнирно установленными рычагами, на которых закреплены ударные инструменты, ударные грузы и привод (а.с. N 953118). Разработка грунта здесь производится за счет кинетической энергии инструмента, имеющего высокую скорость движения вместе с рамой, и энергии ударников, производящих дополнительный удар по инструменту в момент взаимодействия с грунтом. Недостатком данного устройства являются высокие динамические нагрузки, передающиеся на конструкцию со стороны ударных элементов и, как следствие, небольшой срок службы по сравнению с машинами статического действия.

Известен также рыхлительный рабочий орган, выполненный в виде диска с зубьями, установленными на кронштейнах, и снабженный вибратором, который интенсифицирует процесс разработки грунта, приводя всю конструкцию в вертикальные колебания (а. с. N 626166). Недостатком указанного рабочего органа является то, что с его помощью невозможно разработать траншею относительно большой глубины из-за жесткой ориентации зубьев по периферии диска. В этом случае зубья, находящиеся в самой нижней точке траектории будут в более выгодном положении, чем зубья, начинающие разработку грунта в районе дневной поверхности, так как у последних углы резания не являются оптимальными.

Прототипом изобретения является устройство для рыхления мерзлых грунтов, содержащее роторное колесо с приводом, на котором по периметру установлены ступицы с закрепленными на них резцами (а.с. N 365437). Данная конструкция обладает недостатком, общим для машин, работающих по принципу резания материала - необходимость иметь специальный привод для задания режущим элементам необходимой скорости резания, интенсивный износ резцов по всем рабочим поверхностям и излишнее дробление разрабатываемого грунта, что увеличивает энергоемкость процесса.

Предлагаемое изобретение позволяет снизить износ рабочих элементов, динамические нагрузки на привод, а также, в силу конструктивных особенностей, производить нарезку узких траншей, что возможно только режущими рабочими элементами, имеющими высокую скорость износа и низкую производительность.

Это достигается тем, что устройство для рыхления мерзлых грунтов, содержащее роторное колесо и привод, отличается тем, что оно выполнено с установленными по периметру роторного колеса с возможностью свободного вращения вокруг своей оси ступицами, на каждой из которых закреплены скалывающие рабочие органы в виде блоков из двух звездочек. Поперечный размер зуба каждой звездочки в радиальной плоскости, проходящей через ее ось, уменьшается от периферийной части к ступице. Звездочки в блоках ориентированы одна по отношению к другой таким образом, что радиальная плоскость, проведенная через ось симметрии зуба одной звездочки, проходит через ось симметрии впадины между зубьями другой звездочки, при этом звездочки соседних ступиц находятся в разных, параллельных друг другу плоскостях.

Наличие на каждой из ступиц роторного колеса скалывающих рабочих органов в виде блоков звездочек, имеющих возможность свободного вращения вокруг своих осей, позволяет производить скалывание грунта в траншее при свободном прокатывании блоков по участку скалывания за счет высокого давления, развиваемого на контактных поверхностях, которое превышает предел прочности материала.

Возможность свободного вращения блоков звездочек вокруг своих осей и приведение их в движение за счет сил трения, возникающих в процессе прокатки по участку скалывания, позволяет обходиться без привода, что значительно упрощает конструкцию устройства.

Уменьшение поперечного размера зуба каждой звездочки в радиальной плоскости, проходящей через ее ось, устраняет трение по боковым поверхностям, что уменьшает износ зубьев и снижает потерю мощности в приводе роторного колеса.

Ориентация звездочек в блоке таким образом, что радиальная плоскость, проведенная через ось симметрии зуба одной звездочки, проходит через ось симметрии впадины другой звездочки, позволяет облегчить скол объема грунта, заключенного между плоскостями звездочек; так как в противном случае имело бы место блокированное резание и материал находился бы преимущественно в состоянии сжатия от одновременного действия сил с противоположных сторон. При данной конструкции внешняя сила сжатия действует с одной стороны, создавая потенциальные возможности развития трещин в материале от сдвиговых деформаций.

Расположение звездочек соседних ступиц в разных плоскостях позволяет равномерно разрыхлять грунт по всей ширине траншеи - это необходимо для того, чтобы при многократном прокатывании звездочек не произошло их излишнего углубления в тело грунта, а вместе с этим образования продольных гребней такой высоты, что они своей вершиной достигнут ступицы, создавая дополнительное трение.

на фиг. 1 представлен общий вид устройства, смонтированного на базовой машине, на фиг. 2 - общий вид устройства в направлении движения базовой машины; на фиг. 3 - диаметральное сечение блока звездочек; на фиг. 4 - вид блока звездочек сбоку; на фиг. 5 схема скалывания грунта: а - зубом левой звездочки; б - следующим за ним зубом правой звездочки.

Устройство содержит раму 1, роторное колесо 2, на котором соосно закреплена ведомая звездочка 3. На раме 1 установлен гидромотор 4, связанный посредством бесконечной цепи 5, ведущей звездочки 6 и ведомой звездочки 3 с роторным колесом 2. На периферии роторного колеса 2 по окружности размещены блоки звездочек 7, закрепленные на ступицах 8, имеющих свободное вращение вокруг своих осей.

Устройство для рыхления мерзлых грунтов работает следующим образом. Роторное колесо 2 приводится во вращение от гидромотора 4 посредством бесконечной цепи 5, ведущей 6 и ведомой 3 звездочек. Блоки 7 звездочек, перемещаясь вместе с роторным колесом 2 по окружности и вступая во взаимодействие с грунтом при заглублении устройства, за счет сил зацепления получают вращательное движение вокруг своих осей и прокатываются по грунту без скольжения.

За счет высокого контактного давления, образующегося на внешних кромках зубьев и превышающего предел прочности грунта, они заглубляются и производят скол части грунта, находящегося в непосредственной близости от точки контакта по поверхности действия наибольших касательных напряжений. Сколь происходит не только от действия контактного давления, но также и от поворота зуба в теле грунта при прокатывании звездочки по участку скалывания. Если считать, что внешняя окружность звездочки прокатывается без скольжения, то тогда точки поверхности каждого зуба двигаются по циклоиде и вызывают дополнительные сдвиговые деформации материала.

При прокатывании блока зубья соседних звездочек заглубляются не одновременно, а таким образом, что при заглублении зуба одной звездочки на максимальную величину, грунт в плоскости действия второй звездочки находится в свободном состоянии, так как этому участку соответствует впадина между зубьями. При повороте блока на угол , где z - число зубьев, наоборот, в напряженном состоянии будет находиться зона грунтового объема, прилегающая к плоскости действия правой звездочки. При этом на левой стороне напряжения будут гораздо меньше. При такой работе блока создается поле напряжений, постоянно изменяющее свое направление, что способствует облегчению скола локального объема грунта, заключенного между звездочками, за счет расшатывающего эффекта.

Блоки должны конструироваться таким образом, чтобы плоскости действия звездочек соседних блоков не совпадали и траншея по ширине делилась бы следами от прокатки звездочек на равные части: в этом случае траншея будет разрабатываться по ширине равномерно и не будет возможности возникновения продольных гребней такой высоты, что они своими вершинами будут задевать за ступицы и создавать тормозной момент на роторном колесе. Расстояние между следами прокатки звездочек необходимо выбирать из конструктивных параметров блока и прочностных свойств разрабатываемого грунта.

Использование: землеройные машины для разработки и рыхления мерзлых грунтов. Сущность изобретения: устройство для рыхления мерзлых грунтов содержит роторное колесо, привод, установленные по периметру роторного колеса с возможностью свободного вращения вокруг своей оси ступицы со скалывающими рабочими органами в виде блоков из двух звездочек. Поперечный размер зуба каждой звездочки в радиальной плоскости, проходящей через ее ось, уменьшается от периферийной части к ступице. Радиальная плоскость, проведенная через ось симметрии зуба одной звездочки, проходит через ось симметрии впадины между зубьями другой звездочки. Звездочки соседних ступиц находятся в разных параллельных друг другу плоскостях. 3 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для рыхления мерзлых грунтов, содержащее роторное колесо и привод, отличающееся тем, что оно выполнено с установленными по периметру роторного колеса с возможностью свободного вращения вокруг своей оси ступицами, на каждой из которых закреплены скалывающие рабочие органы в виде блоков из двух звездочек. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поперечный размер зуба каждой звездочки в радиальной плоскости, проходящей через ее ось, уменьшается от периферийной части к ступице. 3. Устройство по п. 1 и 2, отличающееся тем, что звездочки в блоках ориентированы одна по отношению к другой таким образом, что радиальная плоскость, проведенная через ось симметрии зуба одной звездочки, проходит через ось симметрии впадины между зубьями другой вездочки. 4. Устройство по п.1 - 3, отличающееся тем, что звездочки соседних ступиц находятся в разных параллельных друг другу плоскостях.