УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА Российский патент 2001 года по МПК F25C5/02 E02B15/02 

Изобретение относится к области гидротехнического строительства, а именно к области ледотехники и инженерной гляциологии, в частности к конструкциям механического локального разрушения ледяного покрова с применением неледокольных технических средств, и может быть использовано для снижения ледовых нагрузок на гидротехнические сооружения, для сооружений континентального шельфа, на ледоколах для разрушения ледяного покрова.

Известна ледокольная приставка для разрушения ледяного покрова долбежным элементом сверху (патент США N 3670681).

Эта приставка состоит из двух элементов. Один из них расположен надо льдом и снабжен вилообразными зубьями, прижатыми к нижней поверхности льда. Над поверхностью льда расположен опускаемый вертикально вниз регулируемый долбежный элемент, разрушающий лед.

Недостатками этого решения являются малая площадь разрушения ледяного покрова, разрушение ледяного покрова только вблизи конструкции, а также его недостаточная мощность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для разрушения ледяного покрова по а.с. SU 1666637, 1991 г. Последнее выбрано за прототип.

Это устройство содержит два опорных элемента для крепления льдоразрушающего упругого элемента и натяжной механизм. Один опорный элемент с выпуклой верхней частью жестко закреплен с гидротехническим сооружением своей нижней частью. Льдоразрушающая часть выполнена в виде гибкого элемента, шарнирно соединенного с опорным элементом с одной стороны, а с другой стороны - с механизмом натяжения. Гибкий элемент уложен с натяжением на выпуклой верхней части опорного элемента с возможностью разъединения с механизмом натяжения, который размещен на гидротехническом сооружении около тыловой части опорного элемента. Недостатком прототипа являются низкая эффективность из-за малой частоты воздействия на ледяной покров.

Задача, на решение которой направлено заявляемое решение, выражается в повышении эффективности работы устройства.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в повышении производительности разрушения льда, т.е. увеличивается объем разрушенного ледяного покрова в единицу времени.

Поставленная задача решается тем, что устройство для разрушения ледяного покрова, включающее опорный элемент с выпуклой верхней частью, жестко закрепленной с гидротехническим сооружением своей нижней частью, льдоразрушающую часть, выполненную в виде гибкого рабочего органа, уложенного на выпуклой верхней части опорного элемента и шарнирно соединенного с опорным элементом с одной стороны, а с другой стороны - разъемно связанного с механизмом натяжения, размещенным на гидротехническом сооружении у тыловой части опорного элемента, отличается тем, что шарнирное соединение гибкого рабочего органа с опорным элементом выполнено в виде подпружиненного верхнего и нижнего стопоров, входящих каждый в соответствующую полость, верхнюю и нижнюю, выполненных соответственно в опорном элементе, причем верхний стопор соприкасается с Т-образным концевым элементом, закрепленным на одном конце гибкого рабочего органа, а на нижнем расположено подпружиненное по оси гибкого рабочего органа прямоугольное основание рабочего стола с зацепом, механизм натяжения гибкого рабочего органа выполнен в виде гидроцилиндра, выдвижной шток которою снабжен крюком и размещен с возможностью взаимодействия с Т-образным концевым элементом, закрепленным на другом конце гибкого рабочего органа, при этом полость гидроцилиндра механизма натяжения связана с выходом гидроаккумулятора, размещенного на гидротехническим сооружении, кроме того, устройство снабжено механизмом возврата гибкого рабочего органа, выполненного в виде кольцевой гибкой тяги, например троса, на которой закреплена каретка, и намотанной на барабан лебедки, снабженной гидродвигателем, связанным с гидроаккумулятором, при этом в массиве тела гидротехнического сооружения размещен силовой раздвижной гидроцилиндр, полость которого подключена к гидроаккумулятору, а выдвижной шток снабжен опорной плитой, размещенной с возможностью взаимодействия с плавающим льдом.

Кроме того, гибкий рабочий орган выполнен в виде соединенных штангами цилиндрических элементов с размещенными внутри них тарельчатыми пружинами.

Сопоставительный анализ признаков аналогов, прототипа и заявленного решения свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

Отличительные признаки предлагаемого решения выполняют следующие функциональные задачи.

Признаки: ". . . шарнирные соединения гибкого рабочего органа с опорным элементом выполнено в виде подпружиненных верхнего и нижнего стопоров, входящих каждый в соответствующую полость, верхнюю и нижнюю, выполненных соответственно в опорном элементе, причем верхний стопор соприкасается с Т-образным концевым элементом, закрепленным на одном конце гибкого рабочего органа, а на нижнем расположено подпружиненное по оси гибкого рабочего органа прямоугольное основание рабочего стола с зацепом" - позволяют беспрепятственно передвигаться каретке через шарнир в обе стороны.

Признаки: "...механизм натяжения гибкого рабочего органа выполнен в виде гидроцилиндра, выдвижной шток которого снабжен крюком и размещен с возможностью взаимодействия с Т-образным концевым элементом, закрепленным на конце гибкого рабочего органа, при этом полость гидроцилиндра механизма натяжения связана с выходом гидроаккумулятора, размещенного на гидротехническом сооружении. . . " - позволяют осуществлять натяжение гибкого рабочего органа с возможностью обеспечения непрерывности процесса разрушения ледяного покрова.

Признаки: ". ..устройство снабжено механизмом возврата гибкого рабочего органа, выполненного в виде кольцевой гибкой тяги, например троса, на который закреплена каретка, и намотанной на барабан лебедки, снабженный гидродвигателем, связанным с гидроаккумулятором..." - позволяют осуществлять возврат гибкого рабочего органа и обеспечивают непрерывность процесса разрушения ледяного покрова.

Признаки: ". . .в массиве гидротехнического сооружения размещен силовой раздвижной гидроцилиндр, полость которого подключена к гидроаккумулятору, а выдвижной шток снабжен опорной пятой, размещенной с возможностью взаимодействия с плавающим льдом" - позволяют экономить энергию.

Признак: ". ..гибкий рабочий орган выполнен в виде соединенных штангами цилиндрических элементов с размещенными внутри них тарельчатыми пружинами" - позволяет увеличить потенциальную энергию деформирования при натяжении.

Совокупность всех отличительных признаков обеспечивает непрерывность процесса разрушения ледяного покрова.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показан общий вид устройства для разрушения ледяного покрова, на фиг. 2 - конструкция ГРО в разрезе, на фиг. 3 - конструкция механизма натяжения в разрезе, на фиг. 4 - конструкция механизма натяжения (вид сверху), на фиг. 5 - конструкция шарнирного крепления ГРО в разрезе, на фиг. 6 - конструкция шарнирного крепления ГРО (вид сверху), на фиг. 7 - разрез А-А шарнирного крепления и на фиг. 8 - разрез Б-Б механизма натяжения.

На чертежах обозначены опорный элемент 1, ГТС (гидротехническое сооружение) 2, механизм натяжения 3, крюк 4 механизма натяжения, собачка 5 механизма натяжения, полость 6 для натяжного крюка, пружина 7 механизма натяжения, шток 8 гидроцилиндра верхнего, верхний гидроцилиндр 9, шарнир 10 механизма натяжения, пружина 11 компенсатора, силовой нижний гидроцилиндр 12, трубопроводы 13 и 14 гидросистемы, шток 15 гидроцилиндра, опорная пята 16, гибкий рабочий орган (ГРО) 17, цилиндрический элемент 18 ГРО, штанги 19 ГРО, тарельчатые пружины 20 ГРО, Т-образные концевые элементы 21 ГРО, шарнирный механизм 22 крепления ГРО, подающая каретка 23, направляющая 24 для подающей каретки, трос 25 для подачи каретки, гидродвигатель 26, редуктор 27, барабан 28 лебедки, гидроаккумулятор 29, стопоры 30 и 31 шарнирного механизма крепления ГРО, пружины 32 и 33, верхняя 34 и нижняя 35 полости для стопоров шарнирного механизма, рабочий стол 36, зацеп 37, амортизатор 38, шестерня 39 поворотного механизма, рельса 40 для поворота опорного элемента, ледовое поле 41 и пружина 42 амортизатора.

Устройство для разрушения ледяного покрова состоит из опорного элемента 1, расположенного на гидротехническом сооружении (ГТС) 2. Нижняя часть опорного элемента 1 жестко соединена с ГТС 2. Верхняя часть опорного элемента 1 выполнена выпуклой. За опорным элементом 1 с его тыльной торцевой части установлен механизм натяжения 3 (фиг. 1, 3, 4), состоящий из натяжного крюка 4 с собачкой 5, располагающегося в полости 6. Пружина 7 соединена с крюком 4 и штоком 8 верхнего гидроцилиндра 9. С помощью шарнира 10 крюк 4 соединен со штоком 8 гидроцилиндра 9. Между крюком 4 и гидроцилиндром 9 располагается пружина 11 компенсатора. В массиве ГТС 2 располагается раздвижной силовой нижний гидроцилиндр 12, полость которого связана с полостью гидроаккумулятора 29 системой трубопроводов 13, 14. Шток 15 гидроцилиндра 12 заканчивается опорной пятой 16 для взаимодействия с плавающим льдом. Льдоразрушающая часть устройства выполнена в виде ГРО 17, состоящего из цилиндрических элементов 18, соединенных штангами 19, размещенными внутри тарельчатыми пружинами 20 (фиг. 2). Оба конца ГРО 17 заканчиваются Т-образными концевыми элементами 21. Один из них разъемно связан с механизмом натяжения 3 (фиг. 3), а другой закреплен в шарнирном механизме 22 крепления, расположенном на передней торцевой части опорного элемента 1 (фиг. 1). Механизм возврата ГРО 17 выполнен в виде кольцевой гибкой тяги и состоит из подающей каретки 23 с направляющей 24 и системы тросов 25, связанных с гидродвигателем 26 через редуктор 27 и барабан 28. Причем каретка 23 закреплена на тросе 25, который намотан на барабан лебедки 28. Гидродвигатель 26 соединен с гидроаккумулятором 29. Шарнирный механизм 22 состоит из стопоров 30 и 31, подпружиненных пружинами 32, 33 и входящих каждый в соответствующую полость 34, 35, выполненных в опорном элементе 2, и рабочего стола 36, представляющего собой прямоугольное основание с зацепом 37. Задняя стенка рабочего стола 36 опирается на расположенный по оси ГРО 17 амортизатор 38. Кроме того, в устройстве предусмотрен поворотный механизм, состоящий из шестерней 39 и рельсы 40 для поворота опорного элемента 1 в плане. Амортизатор 36 снабжен пружиной 42.

Устройство работает следующим образом.

Гибкий рабочий орган (ГРО) 17 первоначально в ручную укладывается на опорный элемент 1 (фиг. 1). Один конец ГРО 17 закрепляется на натяжной крюк 4 узла натяжения 3 с помощью Т-образного элемента 21 (фиг. 3, 4), а другой фиксируется при помощи такого же Т-образного элемента 21 и зацепа 37 в шарнирном механизме 22 (фиг. 5, 6). Под действием надвигающегося ледового поля 41 приводится в движение опорная пята 16, шток 15 гидроцилиндра 12. Масло по системе трубопроводов 13, 14 поступает в гидроцилиндр 9 и под создающимся давлением происходит натяжение ГРО 17 с помощью натяжного крюка 4, связанного со штоком 8 гидроцилиндра 9 через шарнир 10 и пружину 7 (фиг. 3). При этом сначала перемещается рабочий стол 36, сжимая амортизатор 38. Сжавшись до необходимого нам значения, которое регулируется конструктивно (величиной хода амортизатора 38 и жесткостью пружины 42), происходит дальнейшее перемещение штока 8 верхнего гидроцилиндра 9 и начинается сжатие тарельчатых пружин 20 внутри цилиндрического элемента 18 ГРО 17. Сжатие происходит до тех пор, пока Т-образный элемент 21 не высвободится из крюка 4, выталкиваемый собачкой 5, т.к. при натяжении T-образный элемент 21 неизбежно "наезжает" на эту собачку 5. Чем ближе собачка 5 расположена к гидроцилиндру 9, тем позже произойдет высвобождение и тем больше будет расстояние, пройденное Т-образным элементом 21, и соответственно сила натяжения будет выше. После высвобождения ГРО 17 совершает движение, как показано на фиг. 1, кроме этого происходит разжатие пружины 42 амортизатора 38, за счет чего ГРО 17 совершает дополнительное поступательное перемещение в направлении удара, что усиливает его энергию. ГРО 17 перемещается с большой скоростью, происходит удар о ледяное поле 41 и разрушение ледяного покрова. Затем ГРО 17 возвращается в исходное положение на опорный элемент 1 автоматически следующим образом: гидродвигатель 26, запитанный от гидроаккумулятора 29 через систему тросов 25, редуктор 27 и барабан 28 приводит в движение подающую каретку 23. Последняя, начиная движение в сторону натяжного механизма 3, сначала доходит по направляющей 24 до рабочего стола 36. Рабочий стол 36, лежащий на стопоре 30, который снабжен пружиной 32, под воздействием каретки 23 уходит в полость 35. Далее каретка 23 зацепляет ГРО 17 за расширенную часть Т-образного концевого элемента 21 и уже вместе с ГРО 17 свободно перемещается по направляющим 24 к механизму натяжения 3, затягивая ГРО 17 на опорный элемент 1, и достигает крюка 4, который под воздействием Т-образного элемента 21 отгибается в полость 6 и затем защелкивает элемент 21 с помощью пружины 7. Таким образом ГРО занимает исходное положение (фиг. 3). Затем подающая каретка 23 при помощи тросов 25 и гидравлики движется в обратном направлении и, дойдя до шарнира 22, перемещает одновременно Т-образный элемент 21 в верхнюю полость 34, а рабочий стол 36 - в нижнюю полость 35 и беспрепятственно занимает исходное положение (фиг. 5). Для перемещения опорного элемента 1 в плане редуктор 27 переключается в положение связи с поворотным механизмом (39, 40) и с помощью гидросистемы вращается шестерня 39 и происходит перемещение опорного элемента 1 по рельсе 40. Затем снова происходит натяжение ГРО 17 и цикл повторяется.

Таким образом, использование такого устройства автоматизирует процесс воздействия на ледяную поверхность, за счет чего повышается производительность разрушения льда, что дает экономический эффект, выражающийся в более быстром освобождении акватории от льда.

Изобретение предназначено для использования при гидротехническом строительстве, а именно при сооружении континентального шельфа, на ледоколах для разрушения ледяного покрова. Устройство содержит опорный элемент, жестко закрепленный с гидротехническим сооружением своей нижней частью, льдоразрушающую часть, выполненную в виде гибкого рабочего органа, шарнирно соединенного с опорным элементом с одной стороны, а с другой - разъемно связанного с механизмом натяжения и уложенного на выпуклой верхней части опорного элемента. Механизм натяжения выполнен в виде гидроцилиндра, выдвижной шток которого снабжен крюком и размещен с возможностью взаимодействия с Т-образным концевым элементом. Последний - на конце гибкого рабочего органа. Полость гидроцилиндра механизма натяжения связана с выходом гидроаккумулятора, размещенного на гидротехническом сооружении. Механизм возврата гибкого рабочего органа выполнен в виде кольцевой гибкой тяги. На ней закреплена каретка с намотанной на барабан лебедкой, соединенной с гидродвигателем, связанным с гидроаккумулятором. В массиве тела гидротехнического сооружения размещен силовой раздвижной гидроцилиндр. Полость его подключена к гидроаккумулятору. Выдвижной шток снабжен опорной пятой, размещенной с возможностью взаимодействия с плавающим льдом. Изобретение обеспечивает автоматизацию процесса воздействия на ледовую поверхность, за счет чего повышается производительность разрушения льда. Это дает экономический эффект, выражающийся в более быстром освобождении акватории от льда. 1 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для разрушения ледяного покрова, включающее опорный элемент с выпуклой верхней частью, жестко закрепленный с гидротехническим сооружением своей нижней частью, льдоразрушающую часть, выполненную в виде гибкого рабочего органа, уложенного на выпуклой верхней части опорного элемента, и шарнирно соединенного с опорным элементом с одной стороны, а с другой стороны разъемно связанного с механизмом натяжения, размещенным на гидротехническом сооружении у тыловой части опорного элемента, отличающееся тем, что шарнирное соединение гибкого рабочего органа с опорным элементом выполнено в виде подпружиненных верхнего и нижнего стопоров, входящих каждый в соответствующую полость, верхнюю или нижнюю, выполненных соответственно в опорном элементе, причем верхний стопор соприкасается с Т-образным концевым элементом, закрепленным на одном конце гибкого рабочего органа, а на нижнем расположено подпружиненное по оси гибкого рабочего органа прямоугольное основание рабочего стола с зацепом, механизм натяжения гибкого рабочего органа выполнен в виде гидроцилиндра, выдвижной шток которого снабжен крюком и размещен с возможностью взаимодействия с Т-образным концевым элементом, закрепленным на другом конце гибкого рабочего органа, при этом полость гидроцилиндра механизма натяжения связана с выходом гидроаккумулятора, размещенного на гидротехническом сооружении, кроме того, устройство снабжено механизмом возврата гибкого рабочего органа, выполненного в виде кольцевой гибкой тяги, например троса, на которой закреплена каретка, и намотанной на барабан лебедки, снабженной гидродвигателем, связанным с гидроаккумулятором, при этом в массиве тела гидротехнического сооружения размещен силовой раздвижной гидроцилиндр, полость которого подключена к гидроаккумулятору, а выдвижной шток снабжен опорной пятой, размещенной с возможностью взаимодействия с плавающим льдом. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гибкий рабочий орган выполнен в виде соединенных штангами цилиндрических элементов с размещенными внутри них тарельчатыми пружинами.