Рыхлитель ударного действия Российский патент 2024 года по МПК E02F5/32 

Изобретение относится к строительному и горному делу и может быть использовано при разработке скальных пород, прочных и мерзлых грунтов.

Известен рыхлитель, включающий базовую машину, навесную раму, гидроцилиндр, две балки, соединенные с навесной рамой при помощи осей вращения с установленными на них пневмомолотами и балансировочными грузами, с возможностью перемещения последних относительно балки (см. пат. RU №2380489, С1, МПК E02F 5/30. Опубликовано: 27.01.2010).

Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности статического прижатия ударной части пневмомолота, обеспечивающей плотное прилегание зуба к грунтовому или горному массиву в момент удара, что снижает энергию удара, предаваемую в массив.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является рыхлитель ударного действия, включающий базовую машину, навесную раму, гидроцилиндр подъема навесной рамы, две балки с установленными на них балансировочными грузами и пневмомолотами с возможностью перемещения последних относительно балки (см. пат. RU №2764005, МПК E02F 5/30. Опубликовано: 12.01.2022).

Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности управления упругими свойствами механической системы, что снижает передачу энергии в грунтовый массив, увеличивает динамическую нагрузку, передаваемую на базовую машину и оператора.

Техническим результатом предлагаемого решения является повышение эффективности рыхления за счет управления упругими свойствами механической системы, что обеспечивает максимальную передачу энергии удара пневмомолота в грунтовый массив и снижает воздействие нагрузок на базовую машину и оператора.

Результат достигается тем, что рыхлитель ударного действия, включающий базовую машину, навесную раму, гидроцилиндр подъема навесной рамы, две балки, соединенные с навесной рамой и установленными на них балансировочными грузами и пневмомолотами с возможностью перемещения последних относительно балки, отличается тем, что он снабжен неподвижными и подвижными опорами, установленными на навесной раме, торсионами прямоугольного сечения, пропущенными через прямоугольные отверстия в подвижных опорах и через подшипники вращения, установленные в неподвижных опорах, причем один конец торсионов закреплен на выступающей части навесной рамы, а на другом закреплены конические шестерни, выполненные с возможностью зацепления с коническими колесами, установленными на осях вращения балок, рыхлитель также снабжен гидроцилиндрами, установленными на навесной раме и соединенными с подвижными опорами.

Снабжение рыхлителя торсионом дает возможность управлять упругими свойствами механической системы «ударная часть пневмомолота, корпус пневмомолота, балка, балансировочный груз - торсион - навесная рама, базовая машина», с одновременным статическим прижатием ударной части пневмомолотов к разрушаемому массиву и позволяет проводить разрушение массива в режиме противофазных (антифазных) колебаний в широком диапазоне изменяемых частот (20…150 рад/с и более) колебаний механической системы, что дает возможность максимально перераспределять энергию колебаний в разрушаемый массив.

Снабжение рыхлителя подшипниками, установленными в неподвижные опоры, закрепленные на навесной раме, допускает скручивание свободного конца торсионов относительно закрепленной их части в выступах навесной рамы.

Снабжение рыхлителя подвижными опорами с отверстием прямоугольного сечения, соответствующими поперечному сечению торсиона, и расположенными в промежуточной части торсиона между неподвижными опорами и выступами в навесной раме, обеспечивает изменение упругих свойств торсиона в зависимости от расстояния между подвижными и неподвижными опорами.

Снабжение рыхлителя гидроцилиндрами, закрепленными на навесной раме и соединенными с подвижными опорами, обеспечивает перемещение подвижных опор по направляющим, расположенным на навесной раме.

Снабжение рыхлителя коническими шестернями, закрепленными со свободной стороны торсионов, обеспечивает передачу крутящего момента от торсиона на коническое колесо, закрепленное на оси вращения балок.

Снабжение рыхлителя коническим колесом, соединенным с осью вращения балки через шлицевое сопряжение, обеспечивает кинематическую связь торсиона с балкой.

В совокупности указанные преимущества предлагаемого устройства, по сравнению с прототипом, позволяют повысить эффективность ведения земляных и горных работ за счет управления упругими свойствами механической системы «торсионный вал - балка с установленным на ней пневмомолотом», что обеспечивает максимальную передачу энергии удара пневмомолота в грунтовый массив и снижает воздействие этих нагрузок на базовую машину и оператора.

На фиг. 1 изображен рыхлитель ударного действия, общий вид. На фиг. 2, 3 - вид сверху на рабочий орган (верхняя часть рабочего органа условно не показана). На фиг. 4 показана неподвижная опора с подшипниковым узлом (разрез А-А на фиг. 2). На фиг. 5 показана подвижная опора (разрез по сечению Б-Б на фиг. 2). На фиг. 6 представлен гидропривод подвижной опоры. На фиг. 7 представлено крепление конического колеса на оси балки (разрез по сечению В-В на фиг. 3). На фиг. 8 представлено крепление конической шестерни на торсионном валу (разрез по сечению Г-Г на фиг. 6). На фиг. 9 показано крепление балки к шлицевой части оси (вид Д на фиг. 3). На фиг. 10 представлен график зависимости коэффициента передачи динамических нагрузок от частоты кинематического возбуждения.

Рыхлитель содержит базовую машину с навесной рамой 1, гидроцилиндр 2, пневмомолоты 3, содержащие зубья 4 и поршни-бойки 5, балки 6, соединенные осями 7 с навесной рамой 1, балансировочные грузы 8. На балке 6 расположены направляющие 9 для перемещения балансировочных грузов 8. К балкам 6 со стороны осей вращения 7 через шлицевое сопряжение присоединены конические колеса 10, взаимодействующие с коническими шестернями 11, установленными на торсионах прямоугольного сечения 12. Торсионы 12, со стороны конических шестерен 11, установлены в неподвижные опоры 13 с возможностью вращения торсионов 12 относительно опоры 13 благодаря подшипникам 16, установленным в опорах 13. С противоположной стороны торсионы 12 закреплены в выступающих частях 14 навесной рамы 1. Между неподвижными опорами 13 и выступающими частями 14 расположены подвижные опоры 15 с отверстиями прямоугольного сечения, соответствующими поперечному сечению торсионов 12. Перемещение подвижной опоры 15 по направляющим 17 относительно навесной рамы 1 осуществляется гидроцилиндрами 16, установленными на выступающей части 14 навесной рамы 1.

Рыхлитель работает следующим образом. При опускании навесной рамы 1 гидроцилиндром 2 происходит касание зубьями 4 дневной поверхности массива. Благодаря воздействию торсиона 12 и силы тяжести навесного оборудования, происходит плотное прижатие зуба 4 к разрабатываемому массиву. В этот момент происходит подача сжатого воздуха в полости корпуса пневмомолота 3, приводя к ускоренному движению поршня-бойка 5. Динамические силы в этом случае попеременно передаются от поршня-бойка 5 на зуб 4 и корпус пневмомолота 3. С одной стороны, эти силы через зуб 4 воздействуют на массив, разрушая его, с другой - через корпус пневмомолота 3 и навесное оборудование передаются на базовую машину и оператора.

Для исключения передачи динамических нагрузок на базовую машину и оператора, кинематическая цепь рабочего оборудования снабжена балансировочными грузами 8 и торсионами 12, жесткость которых изменяется в зависимости от частоты воздействия ударного инструмента на грунтовый массив. При этом усилие торсионов 12 передается к зубьям 4 через коническую шестерню 11, коническое колесо 10, соединенное через шлицевое сопряжение оси 7 с балками 6 и корпусом пневмомолота 3.

Физико-механические свойства разрабатываемых грунтов и режимы движения базовой машины определяют динамическое состояние механической системы «зуб 4, пневмомолот 3, балка 6, балансировочный груз 10, торсион 12, базовая машина с навесной рамой 1», которое необходимо постоянно поддерживать в режиме работы противофазных (антифазных) колебаний, т.е. когда стремится к минимальному значению (см., например, книгу «Вибрации в технике». Справочник в 6 т. Т. 6. Защита от вибраций и ударов / под ред. К.В. Фролова. - Москва: Машиностроение, 1981. - 456 с. С. 171-188; с. 249-281; пат. RU №2764005. Опубликовано: 12.01.2022), где:

μ₁, μ₂, соответственно, коэффициенты передачи основного объекта и колеблющейся массы.

m₁, - масса рыхлителя с навесной рамой 1; m₂ - приведенная масса рыхлительного оборудования (зуб 4, пневмомолот 3, балка 6, балансировочный груз 10); коэффициент диссипативных потерь в упругом элементе (торсионе); c₁c₂,c₃ - соответственно, жесткость упругой связи в трансмиссии рыхлителя, упругого элемента 12 и грунтового или горного массива в зоне контакта с зубом 4; ξ=ξ₀ sin pt - закон кинематического возбуждения; p-частота кинематического возбуждение системы, описываемая гармонической функцией sin pt.

На фиг. 10 представлены зоны оптимального распределения коэффициентов передачи между колеблющейся массой и основным объектом при различных частотах воздействия на грунтовый массив. Управляя жесткостью торсиона 12 за счет перемещения подвижной опоры 15 по направляющим 17 гидроцилиндрами 16, можно в процессе ведения земляных или горных работ обеспечивать режим работы рыхлителя с минимальной передачей энергии колебаний на базовую машину и оператора, и максимальной в грунтовый массив.

Применение предлагаемого рыхлителя позволяет повысить эффективность ведения земляных и горных работ за счет управления упругими свойствами механической системы «ударная часть пневмомолота, корпус пневмомолота, балка, балансировочный груз - торсион - навесная рама, базовая машина», что обеспечивает максимальную передачу энергии удара пневмомолота в грунтовый массив и снижает воздействие этих нагрузок на базовую машину и оператора.

Изобретение относится к строительному и горному делу, и может быть использовано при разработке скальных пород, прочных и мерзлых грунтов. Технический результат - повышение эффективности рыхления, обеспечение максимальной передачи энергии удара пневмомолота в грунтовый массив и снижение воздействия нагрузок на базовую машину и оператора. Рыхлитель ударного действия включает базовую машину, навесную раму, гидроцилиндр подъема навесной рамы, две балки, соединенные с навесной рамой и установленными на них балансировочными грузами и пневмомолотами, с возможностью перемещения последних относительно балки. Рыхлитель снабжен неподвижными и подвижными опорами, установленными на навесной раме, торсионами прямоугольного сечения, пропущенными через прямоугольные отверстия в подвижных опорах, и подшипниками вращения, установленными в неподвижных опорах. Причем один конец торсионов закреплен на выступающей части навесной рамы, а на другом закреплены конические шестерни, выполненные с возможностью зацепления с коническими колесами, установленными на осях вращения балок. Рыхлитель также снабжен гидроцилиндрами, установленными на навесной раме и соединенными с подвижными опорами. 10 ил.

Рыхлитель ударного действия, включающий базовую машину, навесную раму, гидроцилиндр подъема навесной рамы, две балки, соединенные с навесной рамой и установленными на них балансировочными грузами и пневмомолотами, с возможностью перемещения последних относительно балки, отличающийся тем, что он снабжен неподвижными и подвижными опорами, установленными на навесной раме, торсионами прямоугольного сечения, пропущенными через прямоугольные отверстия в подвижных опорах, и подшипниками вращения, установленными в неподвижных опорах, причем один конец торсионов закреплен на выступающей части навесной рамы, а на другом закреплены конические шестерни, выполненные с возможностью зацепления с коническими колесами, установленными на осях вращения балок, рыхлитель также снабжен гидроцилиндрами, установленными на навесной раме и соединенными с подвижными опорами.