УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЫХЛЕНИЯ ПРОЧНЫХ ГРУНТОВ

Полезная модель 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 рыхления прочных грунтов, содержащее раму, на которой в опорах вращения установлен вал с закрепленными к нему зубьями и привод вращения, а на валу жестко закреплен кронштейн, на котором на опорах вращения смонтированы зубчатые колеса с дебалансами, входящие в зацепление с зубчатым колесом, установленным на валу в опорах вращения, и привод зубчатого колеса (Пат. 2224848, МПК E02F 5/30, опубл. 27.02.2004).
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для рыхления прочных грунтов, содержащее раму, на которой в опорах вращения установлен вал, привод вращения вала, барабан с зубьями, установленный на валу с возможностью поворота, на ступице которого в опорах вращения смонтированы зубчатые колеса с дебалансами, входящие в зацепление с зубчатым колесом, установленным на валу в опорах вращения, привод зубчатого колеса и упругие элементы, выполненные в виде плоской рессоры, один конец которой закреплен на валу, а второй - на обечайке барабана.
Недостатком известного устройства является возможность эффективной работы только на рабочих средах (прочные грунты, лед, снежно-ледяной накат и т.п.) с одинаковыми физико-механическими характеристиками (Пат. 2258785, МПК E02F 5/30, опубл. 20.08.2005).
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении эффективности действия устройства при разрушении прочных грунтов, льда, снежно-ледяного наката с различными физико-механическими свойствами, в частности прочности и жесткости.
Технический результат достигается тем, что предложено устройство для рыхления прочных грунтов, содержащее раму, на которой в опорах вращения установлен вал, привод вращения вала, барабан с зубьями, установленный на валу с возможностью поворота, на ступице которого в опорах вращения смонтированы зубчатые колеса с дебалансами, входящие в зацепление с зубчатым колесом, установленным на валу в опорах вращения, привод зубчатого колеса и упругие элементы, выполненные в виде плоской рессоры, один конец которой закреплен на валу, а второй - на обечайке барабана, при этом на валу с возможностью осевого перемещения установлен диск с пазами, входящими в плоские рессоры, посредством привода перемещения диска, жестко закрепленного на барабане коаксиально его оси.
На фиг.1 представлено устройство для рыхления прочных грунтов, общий вид; на фиг.2 - сечение А-А фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б фиг.1.
Устройство для рыхления прочных грунтов (фиг.1) содержит раму 1, на которой в опорах вращения установлен вал 2, соединенный через муфту 3 с приводом 4, барабан 5 с жестко закрепленными зубьями 6 с возможностью поворота относительно вала 2, осей 7, жестко закрепленных на ступице-кронштейне 8, на которых в опорах вращения установлены зубчатые колеса-дебалансы 9, входящие в зацепление с зубчатым колесом 10 (фиг.2), установленным на приводном валу 2 в опорах вращения, привод 11 зубчатого колеса 10, кожух 12, ступица 13, жестко закрепленная на валу 2, упругие рессоры 14, один конец которых установлен в пазы обечайки барабана 5, а второй в пазы ступицы 13 (фиг.3), диск 15, установленный на шлицевой части ступицы 13 с возможностью осевого перемещения, с пазами, входящими в упругие рессоры 14, привод 16 перемещения диска 15, жестко закрепленный на барабане 5 коаксиально его оси.
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 привод 4, который через муфту 3 вращает приводной вал 2, а вместе с ним и ступицу 13, жестко закрепленную на валу, которая через упругие рессоры 14 вовлекает в совместное вращение с угловой скоростью W5 (фиг.2) барабан 5 с жестко закрепленными зубьями 6, которые воздействуя на грунт, деформируют (изгибают) рессоры 14 в направлении, противоположном вращению, накапливая потенциальную энергию от привода вала.
Одновременно с приводом 4 включается привод И зубчатого колеса 10, которое приводит во вращение зубчатые колеса-дебалансы 9, создающие возмущающую силу (фиг.2):
где m - масса вращающихся дебалансов, кг;
е - эксцентриситет дебаланса, м;
w - угловая скорость вращения дебалансов, рад/с.
Под действием этой возмущающей силы возникает динамический момент, изменяющийся по гармоническому закону. Максимальная величина динамического момента определяется из:
0
где D - диаметр расстановки осей зубчатых колес-дебалансов.
Когда динамический момент, создаваемый зубчатыми колесами-дебалансами 9, направлен противоположно вращению барабана 5, он дополнительно увеличивает деформацию упругих рессор 14, заряжая их дополнительной потенциальной энергией от динамического момента. При повороте зубчатых колес-дебалансов 9 на 180° динамический момент будет направлен в сторону вращения барабана 5, что уменьшает нагрузку на упругие рессоры 14, в результате чего потенциальная энергия, накопленная упругими рессорами 14, от статического и динамического момента из предыдущей фазы, используется для увеличения величины динамического воздействия зубьев 6 на разрушаемую среду (прочный грунт, лед, снежно-ледяной накат и т.п.).
При разрушении сред с различными физико-механическими свойствами (прочные грунты, лед, снежно-ледяной накат и т.п.) осуществляется адаптация устройства посредством осевого перемещения диска 15 приводом 16 до вхождения пазов диска 15 в упругие рессоры 14 (фиг.3). При этом изменяется рабочая длина упругих рессор 14 и как следствие их жесткость. Изменение частоты вращения привода 4 и 11 в совокупности с изменением рабочей длины упругих рессор 14 позволяет настроить амплитудно-частотные параметры работы устройства, соответствующие физико-механическим свойствам разрушаемой среды.
c
c
Наибольший эффект воздействия на разрушаемую среду (прочный грунт, лед, снежно-ледяной накат и т.п.) будет достигнут при работе устройства в режиме резонанса, когда частота вращения зубчатых колес-дебалансов w будет равна собственной частоте крутильных колебаний w барабана с жестко закрепленными зубьями, т.е. при w=w. В результате чего при прочих равных условиях возрастает амплитуда колебаний зубьев, а следовательно, и динамический эффект их воздействия на разрушаемую среду. При резонансном режиме работы устройства значительно снижаются затраты энергии на единицу объема разрушаемой среды (энергоемкость). Передача крутящего момента от вала 2 к обечайке барабана 5 с жестко закрепленными зубьями 6 через упругие рессоры 14 снижает динамическое воздействие на элементы привода 4, что повышает надежность и долговечность работы устройства.
Применение устройства позволит повысить эффективность его работы на разрушаемых средах с различными физико-механическими характеристиками, снизить энергоемкость процесса разрушения прочных грунтов, льда, снежно-ледяного наката и т.п.