РЫХЛИТЕЛЬ С ГАЗОВЫМ АККУМУЛЯТОРОМ ЭНЕРГИИ ДВУХСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ
RIPPER WITH GAS ENERGY ACCUMULATOR OF BILATERAL ACTION

Изобретение относится к строительному и горному делу и может быть использовано при разработке прочных и мерзлых грунтов.
Известен рыхлитель для разработки прочных и мерзлых грунтов, включающий базовую машину, навесную раму с механизмом управления и рыхлительный зуб, который шарнирно смонтирован на навесной раме и связан с последней через регулируемую пружинную систему, содержащую набор концентрично расположенных пружин (см., например, а.с. № 594260).
В этом рыхлителе предусмотрено регулирование общей высоты пружин системы, но при этом ступенчато нарастает жесткость, причем закон, по которому происходит нарастание жесткости, остается одним и тем же (расстояние между свободными концами пружин относительно друг друга не регулируется).
В реальных условиях сила резания на рабочем органе зависит от физико-механических свойств разрабатываемого грунта, конструкции рабочего оборудования, режимов движения базовой машины и др., т.е. частота и амплитуда изменения силы резания, определяющая вынужденные колебания рабочего органа, может принимать различные значения в широком диапазоне своих изменений. Поэтому для обеспечения возможности управления амплитудно-частотными характеристиками рыхлительного оборудования, соответствующими изменению внешних воздействий, необходимо плавное управление характеристиками жесткости и предварительного поджатия упругого элемента в широких пределах.
Наиболее близким к заявляемому является рыхлитель для разработки мерзлых и прочных грунтов, включающий базовую машину, навесную раму с механизмом управления, рыхлительный зуб и упругую систему (аккумулятор энергии), установленную с возможностью взаимодействия с рыхлительным зубом (см. а.с. № 1016445, МПК E02F 5/30, опубл. 07.05.83.).
В известном рыхлителе с целью повышения эффективности за счет обеспечения оптимальных условий работы в резонансном режиме рыхлительного зуба при разработке прочных и мерзлых грунтов упругая система выполнена из неподвижно закрепленного на раме основного пневматического цилиндра, имеющего два поршня со штоками, и дополнительного неподвижного однопоршневого цилиндра. Межпоршневая полость основного пневматического цилиндра сообщена через управляемый клапан с поршневой полостью дополнительного цилиндра. Каждый из цилиндров снабжен силовым приводом перемещения поршня, а шток свободного поршня основного цилиндра соединен шарнирно посредством тяги с рыхлительным зубом.
Данная упругая система с регулируемыми параметрами является накопителем энергии одностороннего действия и рассчитана на эксплуатацию в грунтовых условиях с высокой вязкостью среды взаимодействия, т.е. колебания носят релаксационный характер (см., например, книгу Харкевича А.А. Автоколебания. - М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1953. - 170 с., книгу Теодорчика К.Ф. Автоколебательные системы. - М.: Гостехиздат, 1952. - 272 с., книгу Лойцянского Л.Г. Курс теоретической механики. Т 2. Динамика / Л.Г. Лойцянский, А.И. Лурье. - М.: Наука, 1983-640 с). При эксплуатации рыхлителя на грунтах с низкими диссипативными свойствами, например, мерзлых песчаных грунтах, или в условиях, когда глубина резания соответствует минимальным энергозатратам (см. книгу Зеленина А.Н. Основы разрушения грунтов механическими способами / А.Н. Зеленин. - М.: Машиностроение, 1968-375 с.), может произойти отрыв стойки от упругой системы. Это приводит к нарушению гармонических или почти гармонических колебаний рабочего органа в резонансном режиме, что снижает энергоемкость процесса ведения земляных работ, нарушает вибрационную защиту базовой машины, повышает утомляемость оператора. Данный момент характерен потерей части кинетической энергии, накопленной рыхлительным зубом, которая рассеивается внутри системы рыхлительный зуб - элементы навески - базовая машина. Энергия, поступающая на разрушение грунта, уменьшится.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности рыхления грунта за счет снижения динамических нагрузок, воздействующих на базовую машину и оператора, и передачи их в зону разрушения грунта в широком диапазоне изменения внешних нагрузок, обеспечение возможности дистанционного управления параметрами аккумулятора.
Сущность изобретения заключается в том, что рыхлитель с газовым аккумулятором энергии двухстороннего действия, содержащий базовую машину, параллелограммную подвеску с рамой, на которой шарнирно смонтирован рыхлительный зуб, упругую систему, установленную с возможностью взаимодействия с рыхлительным зубом, выполненную в виде газового аккумулятора энергии, установленного между последним и рамой, содержащего закрепленный на раме неподвижный газовый цилиндр с поршнем, отличается тем, что неподвижный газовый цилиндр снабжен подвижным газовым цилиндром, поршень которого соединен с поршнем неподвижного газового цилиндра штоком, через который пропущена ось, соединенная с гильзой, охватывающей цилиндрический корпус, внутри которого расположены неподвижный и подвижный газовые цилиндры, причем гильза через шарнир взаимодействует с рыхлительным зубом, а подвижный газовый цилиндр - со штоком гидравлического цилиндра, расположенного в цилиндрическом корпусе с противоположной стороны от рыхлительного зуба, при этом полости подвижного и неподвижного газовых цилиндров сообщаются через воздушные каналы, расположенные в стенках цилиндров, и воздухопровод с реверсивным компрессором через управляемые пневмозамки двухстороннего действия, а полости гидроцилиндра соединены через каналы, расположенные в корпусе гидроцилиндра, и гидропровод  с реверсивным гидронасосом и гидрозамками двухстороннего действия.
Снабжение неподвижного газового цилиндра подвижным газовым цилиндром позволяет сохранять упругие свойства аккумулятора при движении рыхлительного зуба в прямом и обратном направлениях.
Снабжение аккумулятора энергии гидроцилиндром, расположенным в цилиндрическом корпусе с противоположной стороны от рыхлительного зуба и соединенным через поршень и шток с подвижным газовым цилиндром, дает возможность управлять упругими свойствами (жесткостью упругой связи) аккумулятора за счет перемещения подвижного газового цилиндра в осевом направлении.
Использование реверсивного гидронасоса и гидрозамков двухстороннего действия позволяет перемещать поршень со штоком гидроцилиндра в прямом и обратном направлениях, с возможностью фиксирования подвижного газового цилиндра в одном из возможных положений.
Использование реверсивного пневматического компрессора с пневмозамками двухстороннего действия, соединенными воздушными каналами с неподвижным и подвижным газовыми цилиндрами, позволяет создавать избыточное давление газа в рабочих полостях этих цилиндров.
Применение цилиндрического корпуса позволяет соосно установить неподвижный и подвижный газовые цилиндры, а также гидравлический цилиндр, соединенный через шток с подвижным газовым цилиндром.
Соединение поршней неподвижного и подвижного газовых цилиндров штоком, соединенным через ось с гильзой, охватывающей цилиндрический корпус, позволяет передавать энергию (кинетическую или потенциальную) от рыхлительного зуба к аккумулятору энергии и обратно.
На фиг.1 изображен рыхлитель с газовым аккумулятором энергии, общий вид. На фиг. 2 - разрез по сечению А-А на фиг. 1.
Рыхлитель с газовым аккумулятором энергии выполнен в виде технической системы, состоящей из базовой машины 1, параллелограммной подвески 2 с рамой 3, на которой при помощи штанг 4 шарнирно установлен рыхлительный зуб 5. Штанги стойки 4 соединены шарниром 6 с упругой системой (аккумулятором механической энергии) 7. Аккумулятор энергии содержит неподвижный 8 и подвижный 9 газовые цилиндры с поршнями 10 и 11, соединенными штоком 12. Через шток 12 пропущена ось 13, соединенная с гильзой 14, охватывающей цилиндрический корпус 15. Гильза 14 через шарнир 6 взаимодействует с рыхлительным зубом 5, а подвижный цилиндр 9 - со штоком гидравлического цилиндра 16, расположенного с задней стороны цилиндрического корпуса 15. Полости неподвижного 8 и подвижного 9 газовых цилиндров сообщаются через воздушные каналы, расположенные в стенках цилиндров, и воздухопровод 17 с реверсивным компрессором 18 через управляемые пневмозамки двухстороннего действия 19. Полости гидроцилиндра 16 соединены через каналы, расположенные в корпусе гидроцилиндра, и гидропривод 20 с реверсивным гидронасосом 21 и гидрозамками двухстороннего действия 22.
Рыхлитель работает следующим образом.
При взаимодействии рыхлительного зуба 5 с грунтовым массивом возникающая периодическая сила реакции предается от рыхлительного зуба 5 на гильзу 14 через шарнир. Усилие от гильзы 14 далее действует на поршни 10 и 11 неподвижного 8 и подвижного 9 газовых цилиндров через ось 13 и шток 12. Попеременно сжимая воздух в рабочих полостях неподвижного 8 и подвижного 9 газовых цилиндров, возникающие усилия формируют колебательный процесс рабочего оборудования, состоящего из аккумулятора энергии 7 и рыхлительного зуба 5 и штанг 4. Изменение жесткости упругой связи, определяющей частоту колебаний стойки 5, производится перемещением подвижного цилиндра 9, связанного со штоком и поршнем гидравлического цилиндра 16. Управление перемещением поршня гидроцилиндра 16 осуществляется реверсивным гидронасосом 21 через гидропровод 20 и гидрозамки двухстороннего действия 22. Для исключения статического смещения рыхлительного зуба 5, определяемого механическими свойствами грунта, производится создание избыточного давления газа в рабочих полостях неподвижного 8 и подвижного 9 газовых цилиндров. Изменение давления в рабочих полостях газовых цилиндров 8 и 9 осуществляется реверсивным компрессором 18 через управляемые пневмозамки двухстороннего действия 19 и воздухопровод 17.