ПЛУЖНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДОРОЖНОЙ МАШИНЫ Российский патент 2004 года по МПК E01H5/06 E02F3/815 

Изобретение относится к дорожным машинам и предназначено для удаления снега или льда с дорожных покрытий криволинейного поперечного профиля.

Известно бульдозерное оборудование, содержащее отвал, установленный на раме с возможностью наклона отвала в его поперечной плоскости /Бульдозерное оборудование ДЗ-171.10.000. Дорожные машины (Часть 1) Каталог-справочник. М.: Объединение “МАШМИР”, 1992, с.133/. На дорожном покрытии криволинейного поперечного профиля под отвалом образуется просвет тем больший, чем меньше радиус кривизны покрытия, что снижает качество очистки поверхности от снега, льда и т.п.

Известен также снежный плуг с отвалом, подвижно соединенным с рамой посредством четырехзвенного рычажного механизма, с возможностью одновременного перемещения вверх и наклона отвала при наезде на препятствие, при этом режущая кромка выполнена прямолинейной /Заявка ЕР-0580978 А1, МПК Е 01 Н 5/06, 1994 г./. Этот плуг имеет тот же недостаток: на дорожном покрытии криволинейного поперечного профиля под отвалом образуется просвет.

Известно плужное оборудование, содержащее отвал V-образного типа, установленный на раме с возможностью поворота крыльев отвала на вертикальной оси /Заявка WO-99/61709, МПК Е 01 Н 5/06, 1999 г./. Это известное оборудование так же не обеспечивает качественную очистку дорожного покрытия криволинейного поперечного профиля: отсутствует возможность наклона отвала, вследствие чего при всех положениях отвала проекция режущей кромки на плоскость поперечного сечения дорожного покрытия есть прямая линия, и на дорожном покрытии криволинейного поперечного профиля под отвалом образуется просвет, что снижает качество очистки поверхности. Кроме того, установка крыльев отвала под углом друг к другу препятствует поперечному перемещению материала (снега и т.п.).

Известно плужное оборудование, содержащее отвал с подвижными подпружиненными ножами, в котором при наезде на препятствие ножи перемещаются в поперечной плоскости отвала по направлению вверх и назад, при этом угол резания остается неизменным /Патент ФРГ №964778, МПК Е 01 Н, 1957 г./. Для возможности использования этого оборудования на дорожных покрытиях криволинейного поперечного профиля параметры подпружинивания ножей должны удовлетворять взаимоисключающим требованиям: ножи должны самоустанавливаться при нижнем значении сопротивления движению и сохранять свое положение при увеличении этого сопротивления до наибольшего рабочего значения, поэтому известное оборудование не обеспечивает очистку такой поверхности. Кроме того, для качественной очистки необходимо иметь большое количество ножей, что усложняет конструкцию.

Известно также плужное оборудование дорожной машины, содержащее отвал с подвижными ножами, в котором ножи установлены с возможностью поворота в поперечной плоскости отвала, при этом их режущая кромка выполнена прямолинейной /Авторское свидетельство SU 1559032, А1, МПК Е 01 Н 5/06, 1990 г./, являющееся прототипом изобретения.

В известном оборудовании нож поворачивается из исходного (рабочего) положения при наезде на препятствие с целью предохранения от поломок, при этом режущая кромка ножа поднимается по высоте и одновременно увеличивается угол резания ножа. Противодействующий момент, удерживающий нож в рабочем положении, создается силовым цилиндром.

Использование известного оборудования для очистки дорожного покрытия криволинейного поперечного профиля требует значительного усложнения конструкции, в противном случае не обеспечивается качество очистки:

- угол наклона ножей с прямолинейной режущей кромкой необходимо изменять независимо один от другого, в соответствии с изменением кривизны дорожного покрытия, в связи с чем требуется применение отдельного привода на каждый нож;

- для качественной очистки покрытий криволинейного поперечного профиля число ножей с прямолинейной режущей кромкой должно быть достаточно большим.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение качества очистки дорожных покрытий криволинейного поперечного профиля без значительного усложнения конструкции.

Технический результат при осуществлении изобретения заключается в получении изменяемой кривизны режущей кромки ножей в плоскости поперечного сечения дорожного покрытия. Кроме того, обеспечивается возможность выполнения плужного оборудования без приводов ножей, с самоустанавливающимися в процессе работы ножами, что упрощает конструкцию.

Указанный результат достигается тем, что в плужном оборудовании дорожной машины, содержащем отвал с ножами, установленными подвижно с возможностью поворота их режущей кромки в поперечной плоскости отвала, режущая кромка ножей выполнена криволинейной, причем ножи выполнены с возможностью их совместного поворота или объединены в две группы, с возможностью поворота каждой из них независимо от положения ножей в другой группе.

Проекция режущей кромки ножей на плоскость поперечного сечения дорожного покрытия, при выполнении этой кромки криволинейной, в общем случае есть кривая линия.

В любой точке этой проекции, при изменении наклона ножей в поперечной плоскости отвала, радиус кривизны изменяется от бесконечности (плоскость режущей кромки совпадает с поверхностью дорожного покрытия) до величины, равной радиусу кривизны режущей кромки (плоскость режущей кромки перпендикулярна поверхности дорожного покрытия). При этом центр кривизны располагается выше или ниже поверхности дорожного покрытия в зависимости от направления наклона ножей.

Так, при выполнении режущей кромки ножей по дуге окружности ее проекция на плоскость поперечного сечения дорожного покрытия есть эллиптическая дуга, которая на большом своем протяжении может быть аппроксимирована дугой окружности.

Таким образом, выполнение режущей кромки ножей, установленных подвижно с возможностью поворота режущей кромки в поперечной плоскости отвала, криволинейной обеспечивает достижение технического результата - получение изменяемой кривизны режущей кромки ножей в плоскости поперечного сечения дорожного покрытия.

Выполнение плужного оборудования с возможностью совместного поворота ножей позволяет ограничиться одним приводом, а также обеспечивает возможность самоустановки ножей в процессе работы, в соответствии с кривизной дорожного покрытия, что упрощает конструкцию.

Объединение ножей в две группы, с возможностью поворота каждой из них независимо от положения ножей в другой группе, также обеспечивает возможность самоустановки ножей в процессе работы, в соответствии с кривизной дорожного покрытия и обеспечивает получение дополнительного технического результата, заключающегося в повышении точности установки ножей на опорной поверхности переменной кривизны.

На фиг.1 показано плужное оборудование дорожной машины с неподвижно закрепленными ножами, вид сверху; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - то же, при наклоне отвала; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.5 - то же, что фиг.4, при размещении центра кривизны режущей кромки со стороны базовой машины; на фиг.6 - плужное оборудование дорожной машины с шарнирно установленными ножами, вид сверху; на фиг.7 - вид В на фиг.6; на фиг.8 - разрез Г-Г на фиг.6; на фиг.9 - разрез Д-Д на фиг.7; на фиг.10 - вид Е на фиг.9; на фиг.11 - то же, что фиг.7, пример выполнения оборудования с самоустанавливающимися ножами; на фиг.12 - то же, что фиг.8, пример выполнения оборудования с самоустанавливающимися ножами; на фиг.13 - плоская система сил, действующих на шарнирно установленные ножи, при максимальном сопротивлении движению; на фиг.14 - то же, при минимальном сопротивлении движению; на фиг.15 - то же, что фиг.6, при размещении центра кривизны режущей кромки со стороны базовой машины.

Плужное оборудование дорожной машины (фиг.1-4) содержит повернутый в плане отвал 1, соединенный с рамой 2 посредством шарниров 3, и гидроцилиндры 4 наклона отвала. На отвале закреплены ножи 5. Режущая кромка ножей 5 выполнена по дуге окружности. В этом примере центр кривизны режущей кромки расположен перед отвалом. Оборудование устанавливают обычным способом на базовой машине (на чертежах не показано). Радиус кривизны режущей кромки ножей определяют из условия:

где R₁ - радиус кривизны режущей кромки ножей;

R_min - наименьший радиус кривизны дорожного покрытия в его поперечном сечении;

δ_mах - допустимый угол наклона отвала (δ=0 в исходном положении, соответствующем плоской опорной поверхности);

В - длина отвала;

γ - угол поворота отвала в плане из прямого положения.

В этом и всех последующих примерах в рабочем режиме оборудования механизм подъема рамы на базовой машине (на чертежах не показан) находится в “плавающем” положении и не препятствует перемещению отвала в вертикальном направлении.

Оборудование работает следующим образом. В исходном положении отвал 1 находится в свободном состоянии на плоской поверхности 6 дорожного покрытия, и проекция режущей кромки ножей на плоскость поперечного сечения этого покрытия есть прямая линия.

При работе на участке с криволинейной поверхностью наклоняют отвал гидроцилиндрами 4 на угол, соответствующий кривизне дорожного покрытия:

где δ - угол наклона отвала из исходного положения;

R - радиус кривизны дорожного покрытия в его поперечном сечении.

При наклонном положении отвала, показанном на фиг.3, режущая кромка в середине полосы захвата отвала движется по траектории 7, а по краям полосы - по траектории 8. При этом проекция режущей кромки ножей на плоскость поперечного сечения дорожного покрытия представляет собой часть большой дуги эллипса, близкую к дуге окружности радиусом R.

Направление наклона отвала определяется положением центра кривизны дорожной поверхности - над или под ней, и положением центра кривизны режущей кромки - за или перед отвалом.

В формуле (1) ограничение наименьшей величины радиуса R₁ объясняется тем, что эллиптическая дуга с достаточным для решаемой задачи приближением может быть аппроксимирована дугой окружности только на части своей длины, соответствующей примерно 2/3 большого диаметра эллипса. Ограничение наибольшей величины радиуса R₁ вызвано тем, что угол наклона отвала может быть ограничен по ряду функциональных и конструктивных причин.

На фиг.5 показана установка на отвале ножей, у которых центр кривизны режущей кромки расположен за отвалом. Это оборудование работает аналогично изложенному выше, с изменением направления наклона отвала на противоположное.

В другом примере выполнения (фиг.6-10) оборудование содержит раму 9 с закрепленным на ней неподвижно отвалом 10, шарнирно установленные на отвале с возможностью поворота на оси 11 в поперечной плоскости отвала ножи 12, и гидроцилиндры 13 поворота ножей. Режущая кромка ножей выполнена по дуге окружности. На ножах установлены скобы 14, в которые вставлены стержни 15, объединяющие ножи в две группы 16 и 17. Каждая группа ножей соединяется со штоком соответствующего гидроцилиндра 13 рычагом 18.

Радиус кривизны режущей кромки ножей определяют из условия:

где R₂ - радиус кривизны режущей кромки ножей;

β_mах - допустимый угол поворота ножей (β=0 в исходном положении, соответствующем плоской опорной поверхности).

Оборудование работает следующим образом.

В исходном состоянии отвал 10 опущен на плоскую опорную поверхность 6, и штоки гидроцилиндров 13 установлены в положение, при котором режущая кромка ножей 12 на всем своем протяжении соприкасается с опорной поверхностью. При работе на участке с криволинейной поверхностью ножи наклоняют гидроцилиндрами 13 на угол, соответствующий кривизне этой поверхности:

где β - угол поворота ножей из исходного положения.

При повороте ножей на угол β проекция их режущей кромки на плоскость поперечного сечения дорожного покрытия представляет собой часть большой дуги эллипса, близкую к дуге окружности радиусом R.

Возможность управления каждой из двух групп ножей независимо от другой группы обеспечивает лучшее прилегание режущей кромки к опорной поверхности в случае, когда опорная поверхность в поперечном сечении представляет собой линию переменной кривизны.

В примере, показанном на фиг.11-12, плужное оборудование выполнено аналогично предыдущему примеру, но с самоустанавливающимися ножами. Оборудование содержит раму 9 с закрепленным на ней неподвижно отвалом 10, и шарнирно установленные на отвале с возможностью поворота в поперечной плоскости отвала ножи 19. Режущая кромка ножей выполнена по дуге окружности. На ножах установлены скобы 20, в которые вставлены стержни 21, объединяющие ножи в одну общую или две отдельные группы. В каждой группе ножей имеется ограничитель поворота, состоящий из рычага 22 и пластины 23 с пазом, в который введен конец рычага 22, закрепленных на ноже и отвале соответственно.

Оборудование работает следующим образом.

При работе оборудования на ножи 19 в плоскости фиг.11, 12 действует система сил:

- нормальная составляющая силы сопротивления движению (F) и соответствующая часть толкающего усилия базовой машины (-F), создающие момент, направленный против часовой стрелки; величина этого момента зависит от условий работы и увеличивается при увеличении скорости движения;

- составляющая веса оборудования (G), приведенная к оси 11 поворота ножей, и реакция опорной поверхности (-G), создающие момент, направленный по часовой стрелке;

- вес ножей (g) и реакция опорной поверхности (-g).

Под действием перечисленных сил ножи самоустанавливаются как на плоской, так и на вогнутой или выпуклой поверхности. При движении по поверхности дорожного покрытия ножи сохраняют или изменяют свое угловое положение в соответствии с кривизной покрытия, и существует диапазон значений сопротивления движению, при котором обеспечено устойчивое рабочее положение ножей. При объединении ножей в две группы каждая из них самоустанавливается независимо от положения ножей в другой группе.

Условие устойчивости ножей в рабочем положении может быть получено из плоской системы сил, действующих на ножи при максимальном (фиг.13) и минимальном (фиг.14) сопротивлении движению:

где F - нормальная составляющая силы сопротивления движению ножей по опорной поверхности;

G - составляющая веса оборудования, приведенная к оси шарнирного соединения;

g - вес ножей;

е - плечо пары сил (G, -G) при взаимодействии с опорной поверхностью только в ближайшей к отвалу точке 24 на режущей кромке ножей;

m - плечо пары сил (g, -g) при взаимодействии с опорной поверхностью только в ближайшей к отвалу точке 24 на режущей кромке ножей;

t - плечо пары сил (F, -F);

d - плечо пары сил (G, -G) при взаимодействии с опорной поверхностью только в наиболее удаленной от отвала точке 25 на режущей кромке ножей;

с - плечо пары сил (g, -g) при взаимодействии с опорной поверхностью только в наиболее удаленной от отвала точке 25 на режущей кромке ножей.

Таким образом, в данном примере работоспособность оборудования в заданном диапазоне значений сопротивления движению может быть обеспечена:

- выбором радиуса кривизны режущей кромки (при уменьшении радиуса кривизны режущей кромки устойчивость улучшается) и положения ножей (устойчивость при малом сопротивлении улучшается, если расположить точку 24 на режущей кромке возможно ближе к вертикальной плоскости, проходящей через ось 11);

- выбором высоты ножей;

- выбором весовых характеристик отвала и ножей;

- подпружиниванием ножей в том или ином направлении (фиг.12 пунктирной линией показана установка пружины растяжения 26 для повышения устойчивости при малых значениях сил сопротивления движению).

На фиг.15 показано плужное оборудование с самоустанавливающимися ножами, у которых центр кривизны режущей кромки расположен за отвалом. Это оборудование работает аналогично изложенному выше, с изменением направления поворота ножей на противоположное.

Примеры выполнения подтверждают возможность достижения заявленного технического результата - получение изменяемой кривизны режущей кромки ножей в плоскости поперечного сечения дорожного покрытия.

Перечисленные примеры не исчерпывают возможные варианты реализации изобретения. Так, режущая кромка ножей может быть выполнена в форме другой кривой или ломаной линии; подвижное соединение ножей с отвалом может быть выполнено в виде шарнирного четырехзвенника.

Изобретение предназначено для удаления снега или льда с дорожных покрытий криволинейного поперечного профиля. Плужное оборудование дорожной машины содержит отвал с ножами, установленными подвижно с возможностью поворота их режущей кромки в поперечной плоскости отвала. Режущая кромка ножей выполнена криволинейной. Ножи выполнены с возможностью их совместного поворота или объединены в две группы, с возможностью поворота каждой из них независимо от положения ножей в другой группе. Упрощается конструкция и повышается качество очистки поверхности. 15 ил.

Плужное оборудование дорожной машины, содержащее отвал с ножами, установленными подвижно с возможностью поворота их режущей кромки в поперечной плоскости отвала, отличающееся тем, что режущая кромка ножей выполнена криволинейной, причем ножи выполнены с возможностью их совместного поворота или объединены в две группы, с возможностью поворота каждой из них независимо от положения ножей в другой группе.