УСТРОЙСТВО ДЛЯ УБОРКИ СНЕГА С КРЫШИ

Полезная модель относится к области строительства, в частности к устройствам для удаления снега с крыши.
Известно устройство для уборки снега с крыши здания, состоящее из размещенных на обоих скатах крыши кинематически связанных с оснащенными радиально-упорными подшипниками валами приводных блоков и между собой карданных валов с закрепленными на них шнековыми лопастями. Электродвигатели приводных блоков и радиально-упорные подшипники установлены на тележке, которая двигаясь по коньку перемещает по скатам крыши вращающиеся карданные валы со шнековыми лопастями сбрасывающими снег. С тележкой соединены тяговые канаты, концы которых после огибания ими отклоняющих блоков, расположенных на концах крыши, прикреплены к барабанам лебедок, установленных на чердаке здания. На тележке закреплены остроугольные плужковые сбрасыватели. (Патент RU 2451140, МПК E04D 13/076 опубл. 20.05.2012).
Недостатками известного устройства являются:
- ограниченные возможности, связанные с невозможностью использования устройства на крышах с дымовыми или вентиляционными трубами или слуховыми окнами; на крышах с ендовами устройство не обеспечит уборку всей поверхности скатов;
- сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества сборочных деталей;
- большие затраты на изготовление устройства, обусловленные сложностью конструкции;
- сложность управления устройством;
- возможность повреждения материал кровли шнековыми лопастями.
Общими признаками, присущими аналогу и заявленной конструкции устройства, являются - рабочий орган с плужковыми сбрасывателями.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности существенных признаков и достигаемому эффекту является устройство для уборки снега с крыши, состоящее из размещенного на скате крыши плужкового сбрасывателя, который соединен с двумя канатами, ориентированными вдоль ската крыши. Один из канатов огибает двумя витками шкив, установленный с возможностью вращения на тележке. Другой конец этого каната ориентирован в сторону карниза крыши с возможностью огибания направляющей, закрепленной под карнизом, и далее направлен вниз с закреплением на барабане лебедки, установленной на тележке с возможностью ее перемещения вдоль здания. Второй канат также ориентирован в сторону карниза здания с возможностью огибания упомянутой направляющей, а его конец закреплен с противоположной стороны барабана той же лебедки, что и первый канат. Оба каната после огибания ими направляющей ориентированы под углом к вертикали. Плужковый сбрасыватель выполнен в виде двух расположенных под углом друг к другу пластин с расположением вершины этого угла со стороны конька крыши. Тележка со шкивом установлена на крыше с возможностью перемещения вдоль конька с помощью двух тяговых канатов. На тележке со стороны тяговых канатов закреплены дополнительные остроугольные плужковые сбрасыватели. (Патент RU 2459053, МПК E04D 13/076, опубл. 20.08.2012).
Недостатками этого устройства являются:
- ограниченные возможности, связанные с невозможностью использования устройства на крышах с дымовыми или вентиляционными трубами или слуховыми окнами;
- сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества сборочных деталей;
- большие затраты на изготовление устройства, обусловленные сложностью конструкции;
- малая эффективность при сгребании плотного слежавшегося снега и наледей;
- сложность управления установкой;
- малая мобильность, обусловленная сложностью конструкции устройства и, соответственно, сложностью переноса его с крыши на крышу.
Общими признаками, присущими прототипу и заявляемому техническому решению, являются: плужковый сбрасыватель снега, выполненный в виде двух расположенных под углом друг к другу пластин с расположением вершины этого угла со стороны конька крыши, выполненный с возможностью подъема по скату крыши с помощью каната.
Задачей полезной модели является создание более простого по конструкции, дешевого, мобильного, более эффективного и универсального устройства для удаления снега с крыши.
При решении поставленной задачи достигаются следующие технические результаты:
- снижение затрат на изготовление устройства и энергозатрат при его работе за счет использования двигателя меньшей мощности;
- возможность использования устройства на крышах с дымовыми, вентиляционными трубами или слуховыми окнами за счет возможности огибания устройством препятствий;
- увеличения эффективности удаления снега за счет его рыхления устройством;
- возможность с минимальными трудозатратами переустанавливать устройство с одного здания на другое.
Указанные технические результаты при осуществлении полезной модели достигаются тем, что в известном устройстве для удаления снега с крыши, включающем плужковый сбрасыватель снега, выполненный в виде двух соединенных между собой и расположенных под углом друг к другу пластин с расположением вершины этого угла со стороны конька крыши, устройство дополнительно содержит корпус в виде ванны трапециевидной формы, к которому прикреплены пластины плужкового сбрасывателя. На корпусе также закреплен вибрационный движитель, представляющий собой вал с грузом-дебалансом, вал закреплен на подшипниках и через ременную передачу соединен с электродвигателем, питающимся от кабеля, выполняющего дополнительную функцию каната для подъема устройства на крышу. Вибрационный движитель выполнен с возможностью его поворота относительно плужкового сбрасывателя для изменения направления движения последнего.
На фиг. 1 и 2 представлены общий вид устройства сверху и сбоку соответственно, на фиг. 3 - положение вибрационного движителя при обходе препятствий, на фиг. 4 - показаны четыре положения груза-дебаланса и действующие на него сила тяжести  и сила упругости .
Устройство для удаления снега с крыши содержит корпус 1, к которому на шарнирах 2 прикреплены пластины 3 плужкового сбрасывателя. Корпус 1 устройства представляет собой ванну трапециевидной формы. Такая или подобная форма корпуса предотвращает утопание устройства в снегу, облегчает его скольжение по снегу и предотвращает попадание снега на детали движителя. Пластины 3 плужкового сбрасывателя расположены под углом друг к другу с расположением вершины этого угла со стороны конька крыши. На корпусе 1 закреплен вибрационный движитель 4, состоящий из вала 5 с грузом-дебалансом 6. Вал 5 установлен на подшипниках 7 и приводится в движение ремнем 8 через шкивы 9. Питание электродвигателя 10 осуществляется кабелем 11, который служит также в качестве каната для подъема устройства вверх по скату крыши. Использование двигателей на 12 В или 24 В обеспечит полную электробезопасность оператора. Работа устройства осуществляется следующим образом.
Оператор с устройством поднимается на конек крыши, опускает устройство на скат крыши около ее конька и включает двигатель 10 устройства. Вал 5 с грузом-дебалансом 6 начинают вращаться, а движитель 4 при этом начинает вибрировать (подпрыгивать) и двигаться в направлении, перпендикулярном оси вращения вала 5. Такое поведение движителя 4 легко объясняется законами классической механики. Устройство, вибрируя, начинает двигаться вниз по скату крыши, толкая при этом перед собой снег и, дойдя до карниза, сбрасывает снег вниз. Для предотвращения падения устройства с крыши кабель-канат 11 крепится на необходимую длину к анкерному устройству или коньковой анкерной линии. К ней же по технике безопасности крепится фал оператора. Вибрации движителя 4 передаются всему устройству, в том числе, пластинам 3. Вибрируя, пластины 3 рыхлят снег, разрушая при этом связь между ним и кровлей, что способствует сползанию снега с крыши. При смене направления вращения груза-дебаланса 6, сила тяги движителя 4 поменяется на противоположную, что облегчит подъем устройства вверх. Подъем устройства вверх по скату крыши осуществляется оператором путем подтягивания устройства за кабель-канат 11. После полной очистки одной части кровли оператор передвигается по коньку крыши и операция повторяется на другом участке крыши. Для обхода препятствий (дымовые и вентиляционные трубы, слуховые окна) оператор может поменять направление движения устройства, повернув вибрационный движитель относительно корпуса (фиг. 3). На фиг. 3 стрелками показаны проекция силы тяжести на плоскость кровли  и сила тяги вибрационного движителя .
Нами были проведены следующие испытания. На платформе, имитирующей вибрационный движитель, были закреплены вибратор, электродвигатель и автомобильный аккумулятор (общая масса 13,6 кг). Вибратор представлял собой груз-дебаланс массой 0,20 кг, вращающийся на валу по траектории радиусом 20 мм с частой около 50 об./с (3100 об./мин по паспорту электродвигателя). Во время испытания было замечено, что платформа не только вибрирует (подпрыгивает), но и движется горизонтально в направлении, перпендикулярном оси вращения вибратора. При смене направления вращения груза-дебаланса, платформа движется в противоположном направлении. Такое поведение вибратора легко объясняется законами классической механики при рассмотрении сил действующих на груз-дебаланс и на ось вибратора со стороны груза.
0
0
На фиг. 4 показаны четыре положения груза-дебаланса и действующие на него сила тяжести  и сила упругости  со стороны стержня направленная к валу. На вал со стороны стержня действует сила упругости  направленная в сторону груза. Если массой стержня пренебречь, то по третьему закону Ньютона . Уравнение движения для груза-дебаланса имеет вид: , где m - масса дебаланса,  - центростремительное ускорение, ω=2πν - угловая скорость, ν - частота вращения, R - радиус траектории груза. На фиг. 4 показаны силы для случая, когда угловая скорость ω (частота ν) превышает угловую скорость ω (частоту ν) при которой в верхней точке траектории (положение 1) груз-дебаланс находится в невесомости, т.е. центростремительное ускорение равно ускорению свободного падения: .
г1
2
2
В положении 1 сила упругости действующая на груз  направлена вниз и равна F=ωR-mg, а равная ей сила упругости действующая на вал  направлена вверх и стремится поднять вал вибратора и всю установку. Если выполнится условие ωR-mg>Mg, где М - масса всей установки, установка «подпрыгнет» и силы трения не будет. При движении груза-дебаланса из положения 1 в положение 2 у силы упругости действующей на вал  появляется горизонтальная составляющая, которая перемещает «подпрыгнувшую» установку влево. При движении груза-дебаланса по нижней части траектории он с силой  прижимает установку к поверхности, на которой та находится - в положении 3 сила трения (сопротивления) максимальна. Поэтому при движении груза по правой части траектории он тянет установку вправо с силой , но установка не перемещается, т.к. сила трения велика.
Преимущество заявляемой полезной модели по сравнению с прототипом заключается в том, что конструкция предлагаемого устройства значительно проще и дешевле в изготовлении; устройство более эффективно - пластины вибрирующего сбрасывателя не только толкают снег, но и рыхлят нижний плотный слой; более мобильно - его можно легко перенести на другую крышу, устройство может огибать препятствия; более универсально -его можно использовать на крышах с дымовыми, вентиляционными трубами или слуховыми окнами.