УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЫХЛЕНИЯ ПРОЧНЫХ ГРУНТОВ Российский патент 2014 года по МПК E02F5/30 

Изобретение относится к строительству и может найти применение для послойного рыхления прочных грунтов, а также снятия льда и снежного наката на автомобильных дорогах и тротуарах.

Известно устройство для фрезерования прочных грунтов, включающее раму, на которой в опорах вращения установлен вал с закрепленными к нему зубьями и привод вала [1].

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для рыхления прочных грунтов, содержащее раму, на которой в опорах вращения установлен вал с закрепленными к нему зубьями и привод вращения вала. На валу жестко закреплен кронштейн, на котором в опорах вращения смонтированы зубчатые колеса с дебалансами, входящие в зацепление с зубчатым колесом, установленным в опорах вращения, и привод зубчатого колеса [2].

Недостатком известного устройства является жесткая кинематическая связь между элементами привода и вала с зубьями, что приводит к значительным динамическим нагрузкам на привод устройства и к снижению эффективности процесса рыхления прочных грунтов.

Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства для рыхления прочных грунтов и снижение динамических нагрузок на привод.

Для достижения поставленной цели привод вращения вала включает зубчатую пару, ведущее колесо которой соединено с ведущим валом привода через предохранительную муфту, а ведомое зубчатое колесо соединено с валом с закрепленными к нему зубьями посредством обгонной фрикционной муфты.

На фиг.1 представлено устройство для рыхления прочных грунтов, общий вид; на фиг.2 - сечение А-А фиг.1; на фиг.3 - кинематическая схема работы привода, когда динамический момент направлен в сторону вращения вала с зубьями; на фиг.4 - кинематическая схема работы привода, когда динамический момент направлен в противоположную сторону.

Устройство для рыхления прочных грунтов (фиг.1) содержит раму 1, на которой в опорах вращения установлен вал 2 с жестко закрепленными зубьями 3, ведомое зубчатое колесо 4 одноступенчатого цилиндрического редуктора 5, которое соединяется с валом 2 посредством обгонной фрикционной муфты 6, ведущий вал 7 редуктора 5, который через муфту 8 соединен с двигателем 9 привода вращения вала 2, ведущее зубчатое колесо 10, соединенное с ведущим валом 7 через предохранительную муфту 11 с неразрушающим элементом. При этом сцепление обгонной фрикционной муфты 6 осуществляется при передаче крутящего момента двигателем 9. На противоположной стороне относительно двигателя 9, на валу 2 жестко закреплен кронштейн 12 с осями 13, на которых в опорах вращения установлены зубчатые колеса с дебалансами 14, входящие в зацепление с зубчатым колесом 15, установленным на приводном валу 2 в опорах вращения. Привод 16 зубчатого колеса 15 установлен на раме 1.

Для рыхления прочного грунта или снятия льда и снежно-ледяного наката, рама 1 устройства навешивается на базовую машину с возможностью обеспечения контакта по заданной глубине с разрабатываемой средой, включается двигатель 9, который через муфту 8 вращает ведущий вал 7, и одновременно включается привод 16, который приводит во вращение зубчатое колесо 15, после чего базовая машина заглубляет устройство и начинает движение.

Крутящий момент передается с ведущего вала 7, вращающегося с угловой скоростью ω₁ (фиг.1, фиг.3), через предохранительную муфту 11 и ведущее зубчатое колесо 10 на ведомое зубчатое колесо 4, которое через сцепленную обгонную фрикционную муфту 6 передает крутящий момент на вал 2, который вращается с угловой скоростью ω₂. Зубья 3 поочередно входят в контакт с разрабатываемой средой, разрушая ее.

Привод 16 через зубчатое колесо 15 приводит во вращение зубчатые колеса с дебалансами 14 (фиг.2), которые создают возмущающую силу:

где m - масса вращающихся дебалансов, кг;

e - эксцентриситет дебаланса, м;

ω - угловая скорость вращения дебалансов, рад/с.

Под действием этой возмущающей силы возникают крутильные колебания вала 2 вместе с закрепленными на нем зубьями 3 относительно собственной оси. Величина максимального динамического момента, вызывающего эти колебания, определяется из:

где D₀ - диаметр расстановки осей зубчатых колес с дебалансами.

Т_б - момент, передаваемый от двигателя привода барабана.

Следовательно, в момент взаимодействия зубьев 3 с разрабатываемой средой к моменту Т_б на валу 2, который создается двигателем 9, добавляется динамический момент Т_дин от крутильных колебаний. При этом в зависимости от угла поворота зубчатых колес с дебалансами направление действия динамического момента Т_дин может совпадать с направлением момента Т_б (направлением вращения вала 2) или может быть направлено в противоположную сторону.

Когда динамический момент Т_дин, направленный в сторону вращения вала 2 (фиг.3), превышает момент Т_б, обгонная муфта 6, жестко связанная с валом 2, начинает проскальзывать в направлении вращения зубчатого колеса 4, так как угловая скорость вращения ω_дин вала 2 под действием Т_дин значительно выше угловой скорости вращения ω₂ ведомого зубчатого колеса 4 приводимого моментом Т_б. Таким образом, проскальзывание муфты 6 предотвращает передачу крутильных колебаний к валу двигателя 9.

При повороте зубчатых колес с дебалансами на 180°, направление действия динамического момента Т_дин изменится тоже на 180° (фиг.4). Когда динамический момент Т_дин превысит момент Т_б, обгонная муфта 6 сцепляется, передавая динамический момент Т_дин на зубчатое колесо 4, которое становится ведущим, вращаясь с угловой скоростью в направлении действия динамического момента Т_дин. Зубчатое колесо 4 приводит во вращение зубчатое колесо 10 с угловой скоростью в направлении, противоположном вращению вала 7, при этом происходит выключение предохранительной муфты 11, у которой момент срабатывания Т_дин определяется условием:

Таким образом, момент Т_б от двигателя 9 привода вала 2 не противодействует свободным крутильным колебаниям вала 2 с зубьями 3. В результате чего при прочих равных условиях увеличивается динамическая составляющая на разрушение среды, а сам привод устройства не испытывает дополнительных динамических нагрузок при колебаниях барабана с зубьями против его вращения.

Применение изобретения позволит не только повысить эффективность работы устройства, но и снизит энергоемкость процесса, увеличит надежность и долговечность элементов привода вала с зубьями.

Источники информации

1. Бородачев И.В. Справочник конструктора дорожных машин: - М. Машиностроение 1965. - 725 с.

2. Пат. 2224848, Российская Федерация, МПК E02F 5/30. Устройство для рыхления прочных грунтов / Ромакин Н.Е., Земсков В.М., Краснолудский Н.В.; №2001118342; заявл. 02.07.2001; опубл. 27.02.2004. Бюл. №6.

Изобретение относится к строительству и может найти применение для послойного рыхления прочных грунтов, а также снятия льда и снежного наката на автомобильных дорогах и тротуарах. Устройство содержит раму, на которой в опорах вращения установлен вал с закрепленными к нему зубьями, привод вращения вала, кронштейн, жестко закрепленный на валу с осями, на которых в опорах вращения смонтированы зубчатые колеса с дебалансами, входящие в зацепление с зубчатым колесом, установленным на приводном валу в опорах вращения, и привод зубчатого колеса. Привод вращения вала включает зубчатую пару, ведущее колесо которой соединяется с ведущим валом привода через предохранительную муфту, а ведомое зубчатое колесо соединено с валом с закрепленными к нему зубьями посредством обгонной фрикционной муфты. Сцепление обгонной фрикционной муфты осуществляется при передаче крутящего момента от привода вращения вала. Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы устройства, снижение энергоемкости процесса рыхления разрабатываемой среды и повышение надежности и долговечности элементов привода. 4 ил.

Устройство для рыхления прочных грунтов, содержащее раму, на которой в опорах вращения установлен вал с закрепленными к нему зубьями, привод вращения вала, кронштейн, жестко закрепленный на валу с осями, на которых в опорах вращения смонтированы зубчатые колеса с дебалансами, входящие в зацепление с зубчатым колесом, установленным на приводном валу в опорах вращения, и привод зубчатого колеса, отличающееся тем, что привод вращения вала включает зубчатую пару, ведущее колесо которой соединено с ведущим валом привода через предохранительную муфту, а ведомое зубчатое колесо соединено с валом с закрепленными к нему зубьями посредством обгонной фрикционной муфты.