ВИБРАЦИОННЫЙ РЫХЛИТЕЛЬ
VIBRATION RIPPER

Изобретение относится к землеройным машинам и может быть использовано при разработке прочных и мерзлых грунтов.
Известен виброрыхлитель для разработки прочных и мерзлых грунтов, содержащий базовую машину, параллелограммную подвеску, на которой шарнирно закреплена, с помощью амортизаторов двухстороннего действия, стойка с рыхлительным зубом и жестко закрепленным на ней вибровозбудителем (см. а.с. №1477854).
В этом рыхлителе для повышения эффективности рыхления за счет использования параметрического резонанса стойка закреплена на параллелограммной подвеске посредством рабочей балки и шарнирно соединенной с ней качающейся рамы с вертикальными направляющими, в которых установлена стойка, при этом амортизаторы ориентированы в вертикальном направлении и установлены между рабочей балкой и качающейся рамой и между качающейся рамой и стойкой. Рабочий орган известного рыхлителя представляет собой двухмассную механическую систему "качающаяся рама - стойка с рыхлительным зубом и вибровозбудителем". Поэтому настройка работы системы, имеющей две резонансные частоты, на оптимальный режим, обеспечивающий максимальное рассеяние энергии в разрушаемом грунте, требует более жестких условий, чем одномассная механическая колебательная система (см., например, книгу Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. Л.: Машиностроение, 1976. - 320 с., стр.164-167).
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является виброрыхлитель, включающий базовую машину, параллелограммную подвеску, рабочую балку, упругий элемент, стойку с рыхлительным зубом и вибровозбудителем (см. патент №2222669, МПК E02F 5/30, опубл. в Бюл. №3, 2004 г). Известный рыхлитель снабжен дополнительной стойкой с рыхлительным зубом и вибровозбудителем, причем каждая из стоек рыхлителя снабжена шарнирной опорой, расположенной в верхней части стойки, и штангой, один конец которой закреплен на стойке, а другой шарниром присоединен к балке с возможностью качания штанг в плоскости, наклоненной под острым углом к поверхности земли в направлении движения базовой машины, а упругий элемент установлен между шарнирными опорами.
Однако эффективная работа данного рыхлителя возможна при частоте, соответствующей жесткости установленного упругого элемента, а именно когда частота собственных колебаний стойки с рыхлительным зубом и вибровозбудителем согласована с частотой вынужденных колебаний вибровозбудителя (режим резонанса). При работе рыхлителя в различных грунтовых условиях, когда требуется регулирование частотами вынужденных колебаний, эффективность рыхления грунта снижается. Кроме того, в указанном рыхлителе отсутствует возможность поднастройки частоты собственных колебаний при рассогласовании колебательных процессов стоек с рыхлительными зубъями.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности рыхления грунта за счет снижения динамических нагрузок, воздействующих на базовую машину, и передачи их в зону разрушения грунта в широком диапазоне режимов работы.
Сущность изобретения заключается в том, что вибрационный рыхлитель, включающий базовую машину, параллелограммную подвеску, рабочую балку, стойки с рыхлительными зубьями, вибровозбудители и упругий элемент, отличается тем, что упругий элемент выполнен в виде пневмоцилиндра, содержащего две равные камеры, и гидроцилиндров управления объемом камер, расположенных на торцах пневмоцилиндра, каждая камера снабжена поршнями изменения усилия и поршнями изменения объема, причем штоки поршней расположены концентрично, при этом штоки поршней изменения усилия соединены с верхними частями стоек, а штоки поршней изменения объема соединены с гидроцилиндрами управления объемом камер.
Использование упругого элемента, выполненного из закрепленного на раме пневмоцилиндра, разделенного перегородкой на две равные камеры, внутри которых расположены поршни изменения усилия, соединенные через штоки и тяги с верхними частями стоек, причем каждая из камер снабжена поршнями изменения объема, соединенными концентрично расположенными штоками через серьги с гидроцилиндрами управления объемом камеры, расположенными на торцах пневмоцилиндра, позволяет повысить эффективность рыхления грунта за счет снижения динамических нагрузок, передаваемых на базовую машину, в широком диапазоне изменения частот колебания вибровозбудителей и передавать их в зону разрушения грунта.
На фиг.1 изображен вибрационный рыхлитель, общий вид. На фиг.2 - вид сверху на фиг.1. На фиг.3 - разрез по сечению А-А на фиг.1.
Рыхлитель включает базовую машину 1, параллелограммную подвеску 2, рабочую балку 3, соединенную шарнирно со штангами 4. С противоположной стороны штанг 4 закреплены стойки 5 с рыхлительными зубьями 6. В средней части стоек 5 установлены вибровозбудители 7. В верхней части стоек 5 расположены шарнирные опоры 8, к которым присоединен упругий элемент.
Упругий элемент выполнен из закрепленного на раме пневмоцилиндра 9, разделенного перегородкой на две равные камеры, внутри которых расположены поршни изменения усилия 10, соединенные через штоки 11 и тяги 12 с верхними частями стоек 5, каждая из камер пневмоцилиндра 9 снабжена поршнями 13 изменения объема, соединенными концентрично расположенными штоками 14 через серьги 15 с гидроцилиндрами 16 управления объемом камеры, расположенными на торцах пневмоцилиндра 9.
Рыхлитель работает следующим образом. При ведении земляных работ рыхлительные зубья 6 внедряются в грунт за счет тягового усилия базовой машины. Усилие на режущей части зубьев 6 определяется статической пригрузкой упругого элемента 9 и тяговым усилием базовой машины 1. Одновременно с этим, в результате синхронного вращения дебалансов вибровозбудителей 7, в зону разрушения грунта через стойки 5 передается динамическая составляющая усилия разрушения. Колебательное движение стоек 5, вызванное работой вибровозбудителей 7, передается на упругий элемент 9 через шарнирные опоры 8. В режиме согласования частоты вынужденных колебаний дебалансов вибровозбудителей 7 с частотой собственных колебаний механической системы "стойка с рыхлительным зубом, вибровозбудитель, штанга" происходит максимальная передача энергии вибровозбудителей в грунт и минимальная - на элементы базовой машины. Для достижения режима согласования частоты вынужденных колебаний вращения дебалансов вибровозбудителя 7 с частотой собственных колебаний механической системы, жесткость упругого элемента должна быть регулируемой. Регулирование жесткости упругого элемента осуществляется изменением объема камер пневмоцилиндра 9 за счет перемещения поршней 13 гидроцилиндрами 16 через серьги 15 и штоки 14, расположенные концентрично штокам 11. Усилие сжатого воздуха предается на стойки 5 от поршней 10 через штоки 11 и тяги 12. Поднастройка синхронной работы колебательной системы "стойки с рыхлительными зубьями, вибровозбудители, штанги" осуществляется независимым изменением объема каждой из камер пневмоцилиндра 10 поршнями 13, управляемыми гидроцилиндрами 16 через серьги 15 и штоки 14.
Применение предлагаемого рыхлителя позволяет повысить эффективность рыхления грунта за счет снижения тягового усилия и динамических нагрузок, воздействующих на базовую машину, и передачи их в зону разрушения грунта в широком диапазоне изменения частот вынужденных колебаний механической системы "стойка с рыхлительным зубом, вибровозбудитель, штанга", а также проводить поднастройку синхронной работы механической системы в случае рассогласования частот.