УНИВЕРСАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ЛЫЖНЫХ ТРАСС

Полезная модель относится к прицепным устройствам для подготовки лыжных, преимущественно, туристических, трасс. Функциями устройства являются выравнивание профиля, рыхление и нарезание лыжни для классического хода.
В настоящем описании некоторые термины и признаки будут использоваться в следующем толковании:
- дышло - узел, служащий для передачи тягового усилия от тягача к прицепному устройству независимо от его конструктивного выполнения, так, как это принято в современном уровне техники, а не в устаревших словарях, согласно которым дышло имеет только I-образную форму. Может быть выполнено в виде жесткой стержневой или гибкой тросовой конструкции;
- лыжа - скользящий по снегу опорный элемент с отогнутой кверху передней частью (носком), независимо от величины соотношения его длины к ширине;
- полоз - загнутый кверху брус, на котором скользят сани (словарь С.И. Ожегова) или иное устройство, в частности, резак. Частным случаем полоза является лыжа;
- разрыхляющие элементы - детали или узлы, служащие для рыхления верхнего слоя лыжной трассы, обычно выполняются в виде зубчатых гребенок, реже - наподобие дискового лущильщика;
- резак - устройство для нарезки в снегу лыжни для классического хода. В уровне техники это устройство иногда также называется лыжепрокладчиком. Основными элементами резака обычно являются разрыхляющие ножи, выступы-формирователи лыжни, основание, на котором они смонтированы, обычно имеющее отогнутые кверху переднюю и заднюю кромки и крепежные элементы;
- финишеры - гибкие листы из упругого материала, например, полиуретана, установленные на задней кромке устройства, служащие для окончательного выглаживания поверхности трассы. Обычно имеют небольшие продольные выступы для придания рельефности поверхности подготовленной трассы.
Признаки «вертикальный», «горизонтальный», «верх», «низ», «выше», «ниже» используются применительно к устройству, находящемуся в рабочем положении резаком на снегу. Признаки «продольный», «поперечный», «передний», «задний» соответствуют рабочему направлению движения устройства.
Для указанных выше целей известны и применяются гусеничные самоходные машины, известные в спортивной среде под общими названиями: в США - "Snow-Cat", в Европе - "RaTrac", а в России - «ратрак» [http://www.ski.ru/static/750/2_21317.html]. В состав навесного оборудования ратраков входят фреза для рыхления снега и резаки-лыжепрокладчики для формирования лыжни классического хода [см., например, US 4523398, ЕР 0461303, RU 2592114].
Недостатком этих машин является их высокая стоимость - от 5 млн. рублей и выше, а также необходимость в обслуживании квалифицированными специалистами. В условиях России с ее громадными по сравнению с Европой расстояниями и низкой плотностью населения подобные машины могут иметь лишь ограниченное применение. Проблему массового вовлечения населения в лыжный спорт они не решают. Другие подобные универсальные самоходные машины отечественной разработки [см., например RU 2327005] также очень дороги.
Известны прицепные устройства «Универсальная борона SNOWPRO» и «Борона Plain» для подготовки полотна лыжной трассы, содержащие четырехугольную плоскую раму из двух продольных стержней, соединенных по концам поперечными стержнями (траверсами) и два поперечных разрыхляющих снег элемента, выполненных в виде зубчатых гребенок. Для присоединения прицепного устройства к тягачу служит дышло треугольной в плане формы, шарнирно соединенное с передними углами рамы [И. Кузьмин. Подготовка лыжных трасс//Лыжный спорт, №54, 2012, с. 80, 2-й и 4-й столбцы].
Известные устройства не нарезают в уплотненном выровненном снегу лыжню для классического хода, и потому подготовка трассы требует дополнительного устройства - резака, который либо прицепляют сзади к бороне [Электронный ресурс http://www.skitracker.ru/catalog/catalog_4.html], либо буксируют отдельно снегоходом.
Тандем борона - буксируемый резак, в особенности при прокладке трасс в пересеченной местности, требует значительного тягового усилия, которое могут обеспечить только мощные и дорогие импортные снегоходы. Наиболее популярный отечественный снегоход типа «Буран», в лучшем случае, может буксировать такое устройство только по горизонтальной местности и то, при ширине бороны не свыше 120 см.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является прицепное устройство для подготовки лыжных трасс посредством нарезания лыжни для классического хода, выпускаемое под торговым названием «Резак Trail», содержащее плоскую четырехугольную раму из двух продольных стержней (брусьев), соединенных поперечными стержнями (траверсами), треугольное дышло, шарнирно соединенное с задней частью рамы, полозья, скрепленные с одной стороной рамы и резак для классической лыжни, скрепленный с другой стороной рамы. [И. Кузьмин. Подготовка лыжных трасс // Лыжный спорт, №54, 2012, с. 81, 1-й столбец]. По завершении нарезания лыжни известное устройство переворачивают и буксируют к месту стоянки как обычные салазки с погруженным на них резаком. Буксировать такое устройство может маломощный снегоход.
Главный недостаток этого устройства состоит в ограниченности его технологических возможностей, отсутствии универсальности. Этот недостаток особенно сильно выявляется как раз в тех случаях, для которых требуются салазки, то есть для случаев удаленного расположения гаража от трассы. Оператору приходится вначале обрабатывать, выравнивать трассу бороной, потом отвозить ее в гараж, менять борону на резак и возвращаться с ним на трассу. То есть совершать два лишних пробега трасса-гараж и гараж-трасса.
Технической проблемой, которую решает предложенная полезная модель, является создание универсального устройства, пригодного как для рыхления и выравнивания трассы, так и для нарезания на ней лыжни классического хода.
Технический результат от решения указанной проблемы состоит в повышении универсальности прицепного устройства за счет обеспечения его способности выравнивать лыжную трассу и нарезать на ней лыжню классического хода при минимальных затратах времени на переход от режима выравнивания к режиму нарезания.
Указанный технический результат достигается тем, что известное прицепное устройство для подготовки лыжных трасс, содержащее раму из продольных и поперечных стержней с укрепленным на ней резаком для нарезания лыжни классического хода, дополнительно содержит разрыхляющие элементы, установленные с противоположной резаку стороны рамы.
Кроме того, передний конец рамы имеет проушины для соединения с дышлом, плоскость расположения осей которых расположена ниже плоскости рамы.
Кроме того, проушины расположены на передних концах продольных стержней отогнутых книзу.
Кроме того, проушины расположены в дополнительных косынках, скрепленных с нижней частью передних концов продольных стержней.
Кроме того, разрыхляющие элементы являются в то же время поперечными стержнями рамы.
Кроме того, устройство содержит три разрыхляющих элемента.
Кроме того, разрыхляющие элементы выполнены из уголкового профиля.
Кроме того, разрыхляющие элементы выполнены зубчатыми.
Кроме того, разрыхляющие элементы состоят из зубчатых лент, скрепленных с несущими балками.
Кроме того, в передней части рамы установлена лыжа с отогнутым в сторону резака носком.
Кроме того, лыжа установлена с возможностью изменения высоты ее подошвы над плоскостью расположения разрыхляющих элементов.
Кроме того, по бокам резака установлены полозья.
Кроме того, полозья выступают перед резаком на (0,5…1,5) его длины.
Кроме того, по внешним бокам рамы установлены щитки, образующие угол (10…30) градусов с плоскостью расположения рамы.
Кроме того, в задней части рамы по всей ее ширине установлены эластичные элементы с профилированной продольными гребнями поверхностью, обращенной вверх.
Благодаря установке дополнительных разрыхляющих элементов, с противоположной резаку стороны рамы, устройство становится универсальным, пригодным как для выравнивания бугристой трассы, так и для нарезания на ней лыжни для классического хода. Для перехода от одного режима обработки к другому достаточно просто перевернуть устройство.
Благодаря наличию на переднем конце рамы проушин для соединения с дышлом, плоскость расположения осей которых расположена ниже плоскости рамы, повышается качество нарезания лыжни, поскольку это снижает зависимость степени заглубления резака от положения тягача. Повышение качества нарезания лыжни является еще одним техническим результатом применения предложенного устройства.
Благодаря расположению проушин на отогнутых книзу передних концах продольных стержней повышается качество нарезания лыжни.
Благодаря расположению проушин на дополнительных косынках, скрепленных с нижней частью передних концов продольных стержней, упрощается изготовление устройства, поскольку отпадает необходимость в требующей специального оборудования операции гибки продольных стержней.
Благодаря совмещению функций конструктивных элементов (поперечных стержней) рамы и разрыхляющих элементов снижается вес устройства, упрощается и удешевляется его изготовление.
Благодаря тому, что устройство содержит три поперечных разрыхляющих элемента, обеспечивается наилучшее качество выравнивания трассы при сравнительно невысоком тяговом усилии.
Благодаря тому, что поперечные разрыхляющие элементы выполнены из уголкового профиля, упрощается и удешевляется изготовление устройства.
Благодаря тому, что поперечные разрыхляющие элементы выполнены зубчатыми, повышается качество подготовки обледеневших и плотно укатанных трасс.
Благодаря тому, что поперечные разрыхляющие элементы состоят из зубчатых лент, скрепленных с несущими балками, повышается долговечность устройства при сравнительно небольшом его удорожании.
Благодаря тому, что в передней части рамы установлена лыжа с отогнутым в сторону резака носком, улучшается работа устройства по глубокому снегу, что также повышает его универсальность.
Благодаря тому, что указанная лыжа установлена с возможностью изменения высоты ее подошвы над плоскостью расположения разрыхляющих элементов, повышается универсальность устройства за счет снижения требуемого тягового усилия при работе по плотным трассам, поскольку создается возможность вывода лыжи из контакта с поверхностью трассы и снижения за счет этого требуемого тягового усилия.
Благодаря тому, что по бокам резака установлены полозья, повышается устойчивость работы устройства в режиме нарезания лыжни, поскольку предотвращается его опрокидывание на поворотах.
Благодаря тому, что носки указанных полозьев выступают перед резаком на (0,5…1,5) его длины, повышается качество нарезаемой лыжни за счет предотвращения выворачивания резака на мелких препятствиях.
Благодаря установке по внешним бокам полозьев щитков, образующих угол (10…30) градусов с плоскостью расположения рамы, повышается универсальность устройства, приобретающего способность работать по глубокому снегу, и повышается качество подготовки трассы за счет создания плавного переходного участка от обработанной полосы к необработанной.
Благодаря установке в задней части рамы по всей ее ширине эластичных элементов с профилированной продольными гребнями поверхностью, повышается универсальность устройства за счет обретения способности работать по глубокому снегу, а также качество поверхности обработанной трассы.
Существо полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен вид сверху на предложенное устройство с боковыми щитками в положении выравнивания трассы.
На фиг. 2 изображен вид сверху на предложенное устройство с финишерами в положении нарезания лыжни.
На фиг. 3 показано сечение устройства, находящегося в положении нарезания лыжни вертикальной плоскостью, параллельной направлению рабочего хода. Дышло присоединено к отверстиям в отогнутых концах продольных стержней.
На фиг. 4 показано сечение устройства, находящегося в положении нарезания лыжни вертикальной плоскостью, перпендикулярной направлению рабочего хода.
На фиг. 5 показан вариант исполнения узла соединения рамы с дышлом, в котором оно присоединено к косынкам, скрепленным с прямыми продольными стержнями.
На фиг. 6 показано поперечное сечение рыхлителей в исполнении со сменной зубчатой частью, скрепленной с несущей балкой.
На фиг. 7 показано сечение финишеров вертикальной плоскостью, перпендикулярной направлению рабочего движения.
Предложенное универсальное устройство (фиг. 1 и 2) состоит из рамы, составленной из продольных внешних 1, продольных внутренних 2 и поперечных 3 стержней. По меньшей мере, функцию части поперечных стержней рамы могут выполнять жестко скрепленные с ней рыхлители 4. Такое совмещение функций облегчает и удешевляет изделие.
С внутренними продольными стержнями 2 скреплен резак 5. В качестве примера на фиг. 3 показан резак 5, скрепленный со стержнями 2 посредством стоек 6. В зависимости от конструкции резака 5, его скрепление с рамой может быть выполнено и другим, наиболее подходящим образом. В предложенном устройстве может быть использован резак почти любой конструкции, в частности, приобретаемый в готовом виде как комплектующее изделие. Независимо от конкретной конструкции, в состав резака входят основание 7, к которому снизу прикреплены нож-рыхлитель 8 и формирователи профиля лыжни 9. Передняя 10 и задняя 11 кромки основания 7 могут быть отогнуты кверху наподобие носков лыж (фиг. 3).
Для предотвращения заваливания резака вбок и кувыркания вперед устройство включает два полоза 12, установленные по бокам резака 5 и скрепленные с ним. Носки полозьев могут быть отогнуты вверх. Экспериментально установлено, что устройство в режиме нарезания лыжни наиболее устойчиво, если носки полозьев выступают перед резаком не менее чем на 0,5 его длины L. При увеличении длины полозьев 12 сверх 1,5L устойчивость устройства не повышается, но растет сопротивление движению.
Передние концы внешних продольных стержней 1 рамы могут быть отогнуты вниз в направлении к резаку 5 (фиг. 3) и снабжены проушинами 13 для присоединения дышла 14, которое может быть как жестким, так и тросовым. В случае жесткого дышла, его рым 15 выполняется с возможностью свободного вращения. Возможность использования тросового дышла обусловлена большим сопротивлением движению устройства по снегу из-за чего можно не опасаться, что оно догонит тягач при остановке. Благодаря тому, что передние концы продольных стержней 1 рамы отогнуты в сторону резака и снабжены проушинами для присоединения дышла, повышается универсальность устройства, которое становится возможным буксировать в обоих положениях «резаком кверху» и «резаком книзу». Изготовление устройства упрощается, если проушины располагать не в стержнях 1, а в специальных косынках 16 (фиг. 5). Такое решение позволяет избежать трудоемкой операции гибки стержней.
Рыхлители 4 в простейшем случае могут быть выполнены из стали уголкового профиля и соединены с продольными стержнями 1 сваркой. Для лучшего рыхления обледенелых трасс рыхлители могут быть выполнены зубчатыми, как показано на переднем рыхлителе на фиг. 3 и на фиг. 4. Оптимально, когда рыхлитель выполнен составным из зубчатой ленты 17, изготовленной из прочной износостойкой легированной стали, скрепленной с несущей балкой 18, из недорогой конструкционной стали (фиг. 5). Такое решение повышает ремонтопригодность рыхлителей при минимальной стоимости.
Предложенное устройство удовлетворительно работает и при двух рыхлителях, но наилучшее качество подготовки трасс достигается при трех рыхлителях. Увеличение количества рыхлителей сверх трех качества трассы заметно не улучшает, но увеличивает массу устройства и требуемое тяговое усилие. Для лучшего перемешивания снежной массы и снижения тягового усилия рыхлители, по меньшей мере, первые два, могут быть установлены под косым углом к направлению движения (фиг. 2).
Работа предложенного устройства по глубокому снегу облегчается, когда оно оснащено передней лыжей 19, устанавливаемой перед первым рыхлителем. На фиг. 1…3 показана лыжа 19, установленная на поперечном стержне 3 рамы. Необходимость в лыже возникает только после сильных снегопадов и поэтому для снижения требуемого тягового усилия она выполняется поворотной с фиксацией посредством простейшей защелки 20, по меньшей мере, в двух - рабочем и транспортном (на фиг. 3 показано пунктиром), положениях. Лучше, когда лыжа может фиксироваться в трех положениях: транспортном, первом рабочем - по неглубокому снегу (фиг. 3), когда подошва лыжи примерно совпадает с плоскостью расположения рыхлителей, и втором рабочем, когда подошва лыжи существенно ниже плоскости рыхлителей, что выгодно на глубоком снегу.
Для стабилизации устройства на ходу в положении рыхления оно может включать дополнительные боковые щитки 21 плоской или выгнутой формы из металла или эластичного материала, например, полиуретана, прикрепленные к внешним краям продольных стержней 1 под углом α=(10…30)° к плоскости рамы (фиг. 1 и 3). При α≤10° щитки часто зарываются в снег, а при α≥30° они, толкая снег перед собой, заметно увеличивают требуемое тяговое усилие. Щитки также сглаживают границу между обработанной трассой и ее обочинами, улучшая качество трассы. На глубоком снегу они также приподнимают заднюю часть устройства, облегчая тягу.
Качество трассы улучшается, если ее поверхности после обработки придать рельефность небольшой - (10…20) мм высоты. Для этого устройство может включать специальные элементы, называемые в уровне техники финишерами, которые обычно представляют собой полосу 22 из упругого материала, имеющую с одной или двух сторон продольные выступы-гребни 23 (фиг. 2 и 5). Канты лыж легко срезают промерзшие за ночь гребни рельефа трассы, создавая тонкий мягкий слой из снежных кристаллов. Кроме того, финишеры служат опорой для задней части устройства в положении рыхления, предотвращая чрезмерное его зарывание, что повышает его универсальность за счет обретения способности работать по глубокому снегу.
Работает предложенное устройство следующим образом.
Вначале трасса выравнивается буксировкой устройства, повернутого рыхлителями вниз, резаком вверх. Выравнивание производят на высокой - до 50 км/ч, скорости, что не только ускоряет обработку, но и предотвращает перегрев двигателя тягача-снегохода. В зависимости от исходного состояния трассы, для ее выравнивания требуется от двух до шести проходов.
На выровненной трассе нарезается лыжня. Для этого устройство переворачивается резаком книзу (фиг. 3 и 4). Передний нож-рыхлитель 8 разрыхляет снеговую поверхность, а формирователи 9 формируют лыжную колею 24 стандартного профиля.
Для транспортировки устройства к месту стоянки оно может быть оснащено съемными или откидными колесами. Опыт показывает, что во втором рабочем положении передней лыжи 19 сопротивление тяги, обусловленное только последним рыхлителем, невелико. Кроме того, предложенное устройство настолько несложно, что его можно оставлять на поле, не опасаясь разукомплектования.