Устройство для повышения ледовых качеств судна
DEVICE FOR VESSEL ICE PERFROMANCE INCREASE

Настоящее изобретение относится к области ледокольных устройств.
Известна "Ледокольная приставка" (Патент RU 2122505), которая состоит из укрепленного на носу буксира, клинового отвала с резцом-ножом, закрепленным на гребне отвала, нижняя часть которого заводится под кромку ледового поля, и полозья, закрепленные на поперечной балке, связанной с бампером с помощью двух коромысел с возможностью передачи на лед части массы буксира. Эта приставка схожа с заявленным изобретением тем, что подвешена на судне с выносом устройства для разрушения ледяного поля впереди судна с упором на носовую часть. Недостатком приставки является то, что использован только один метод разрушения льда, основанный на наведении сил изгибания на ледовом участке поля, что предопределяет необходимость в использовании мощного судна для разрушения сравнительно тонкого льда и невозможность использования приставки при значительной толщине ледового поля.
Известна "Ледокольная приставка судна" (а.с. СССР № 552241), состоящая из платформы, шарнирно прикрепленной к оконечности носовой части судна с возможностью ее поворота, для разрушения ледяного поля, и приводящаяся в движение пневматическим цилиндром. Эта Ледокольная приставка судна схожа с заявленным изобретением тем, что оказываемая нагрузка на ледяное поле одинакова с нагрузкой оказываемой несущей конструкцией заявленного устройства. Недостатками данного технического решения является то, что использована только нагрузка изгиба на ледяное поле сверху, методом наезда. Это определяет недостатки, а именно: сравнительно большая площадь воздействия на ледовое поле, что требует значительной мощности и водоизмещения судна, при средней и более толщине ледяного поля со снежным покровом на нем: значительные трудности при преодолении сравнительно толстого льда и небольших торосов; воздействие на лед происходит только на изгиб, что неэффективно ввиду большой сопротивляемости льда этому виду нагрузки (при уменьшении предела прочности льда на изгиб с 500 до 250 кПа ледовое сопротивление уменьшится лишь на 1-1.5% (http://shipbuilding.ru/rus/docs/ledokol.pdf, "Исследование ледовой ходкости ледокола «САНКТ-ПЕТЕРБУРГ» в Карском море" страница 3, предпоследний абзац); полный захват длины наезда платформы на лед приведет к облому крупных кусков льда, которые судну надо подминать и отводить в сторону, что замедлит или сделает невозможным дальнейшее продвижение судна; значительные энергетические затраты на толстом льду и(или) при высоком снежном покрове на ледовом поле, при котором судно будет вязнуть и нагрузка судна на лед станет менее эффективной.
Предлагаемое изобретение направлено на разработку способа повышения проходимости ледоходных судов во льдах и придания ледоходности не ледоходным судам.
Технический результат использования предложенного способа разрушения льда судами, по сравнению с существующими способами, заключается в повышении проходимости и безопасности передвижения судов во льдах, при сравнительно недорогих затратах на создание и в дальнейшей эксплуатации судового ледоразрушительного устройства, а также придание ледоходности не ледоходным судам и в возможности сравнительно малым судам передвигаться во льдах. Возможно создание навесного или прицепного ледоразрушительного устройства для различных судов с целью: проводки каравана через ледяное поле; прохода судна во льдах; заблаговременного проделывания просек в опасных местах на реках перед половодьем, предупреждающих заторы; растаскивания заторов; дробления ледяных полей перед платформами и опорами надводных сооружений, тем самым не давая ледяному полю возможности подойти единой массой.
Техническая задача решается комплексным воздействием различных нагрузок судового ледоразрушительного устройства(приставка) на ледовое поле, путем помещения впереди хода судна приставки с формой дна для наезда на ледяное поле, не изолированной от воды, снежного покрова и крошки льда, с возможностью установки на ней ударной силовой установки или подвода к ней ударной нагрузки от ударной силовой установки, находящейся на судне. Также на приставке могут быть установлены различные устройства и инструменты (рабочие органы), неподвижные или с возможностью их выдвижения, качения, вращения, что сложно сделать непосредственно на элементах конструкции судна из-за опасности его разгерметизации.
Предложенное изобретение поясняется чертежами.
На Фиг. 1 показано устройство ледоразрушительной судовой навесной приставки.
На Фиг. 2 показано устройство ударного механизма ледоразрушительной судовой навесной приставки.
На Фиг. 3 показано устройство подъемного механизма ледоразрушительной судовой навесной приставки.
На Фиг. 4 показано устройство удержания и толкания ледоразрушительной судовой навесной приставки.
На Фиг. 5 и на Фиг. 6 показано устройство ледоразрушительной судовой носовой приставки, а также возможный механизм снегоотвода с ледового поля навесной или носовой приставки.
На Фиг. 7 показано устройство ударного рабочего органа - зуб.
На Фиг. 8 показано устройство ударного рабочего органа - лыжа.
Ледоразрушительное устройство находится впереди хода судна, а именно: в носовой и(или) килевой части судна и может быть шарнирно подвешено к несущим элементам судна (навесная приставка) (Фиг. 1,1; Фиг. 2,1; Фиг. 3,1; Фиг. 4,1) или ледоразрушительное устройство может составлять единое целое с судном объединенной общей несущей конструкцией, являясь носом судна (носовая приставка) (Фиг. 5,2; Фиг. 6,2). После носовой приставки следует пространство, которое образует отсек с рабочими органами, их привод и другими различными устройствами, после которого идет обшивка, шпангоутная рама (Фиг. 5,3) и далее все как обычно или в зависимости от проектирования, необычно для судов. Воздействие на ледовое поле у носовой приставки, помимо нагрузки на изгиб, вызываемой наездом на ледовое поле носовой приставкой, возможно только через рабочие органы. Воздействие на ледовое поле у навесной приставки, помимо нагрузки на изгиб, вызываемой наездом на ледовое поле навесной приставкой, возможно через рабочие органы и ударом ударной силовой установкой по конструкции навесной приставки или по части конструкции навесной приставки. Носовая и навесная приставки доступны для технического обслуживания, как снаружи, так и изнутри, что позволяет отслеживать состояние узлов и механизмов носовой приставки, ремонтировать или изменять любое устройство без какого-либо ущерба для судна.
Возможны множество конструкций судовой приставки с использованием предложенного способа разрушения ледяного поля. Эти конструкции сравнительно простые и не требуют каких-либо пояснений к осуществлению предложенного изобретения. Поэтому, далее приводится принципиальная конструкция возможной судовой приставки и некоторых установленных на ней возможных рабочих органов, которые технически сложно установить на судне из-за нарушения герметизации или(и) уменьшения безопасности судна, а также на примере этой конструкции, показаны дополнительные преимущества, которые может дать предложенный способ ледоразрушения. Носовая приставка принципиально не отличается от навесной приставки, поэтому, как более сложная, рассматривается конструкция навесной приставки, а основные отличия носовой приставки от навесной приставки здесь оговорены.
Навесная приставка располагается отдельной конструкцией и может или не может подниматься. Навесная приставка по длине сравнительно короткая и обхватывает нос судна, к которому прикрепляется. Малая длина навесной приставки возможна ввиду того, что имеется силовая ударная установка, воздействующая через конструкцию приставки и(или) ее рабочие органы с ударной или иной оказываемой на ледовое поле разрушительной нагрузкой. По ширине навесная приставка больше ширины судна, к которому прикрепляется, для возможности маневра судна при создании прохода во льдах. Если судно используется в качестве создания прокладчика прохода в ледяном поле для каравана судов, то ширина приставки должна быть больше самого широкого судна в караване. Навесная приставка может быть подвешена к судну на двух подвесных стойках (Фиг. 1,4), расположенных над приставкой, через подшипники качения (Фиг. 1,5) к переднему несущему валу (Фиг. 1,6), который является осью качения и жестко прикреплен к несущей конструкции навесной приставки. Верхние стойки в рабочем состоянии приставки ложатся на опоры (Фиг. 1,7), которые имеют амортизаторы (не показано). Стойки могут быть застопорены стопором в захвате (Фиг. 1, разрез А-А, 8). Амортизатор нужен для смягчения и гашения колебаний на приставку и судно от знакопеременных нагрузок, возникающих при разрушении льда. У каждого борта в носовой части судна имеется по одной несущей приставку боковой стойки (Фиг. 1,9), с вмонтированной через соединительные фланцы (Фиг. 1,10) амортизационной стойкой (Фиг. 1,11), которые амортизируют удары об ледяное поле и выравнивают навесную приставку по горизонтали и вертикали, в зависимости от высоты ледяного поля и загруженности судна, тем самым позволяя приставке с наибольшим контактом по длине наехать на лед, что увеличит площадь разрушения льда и, следовательно, увеличит скорость судна. Снизу боковые стойки соединены с нижними задними краями навесной приставки через подшипники скольжения цапфы (Фиг. 1,12). Все стойки вверху соединены сварным соединением с центральным поворотным валом (Фиг. 1,13), который находится на баке судна. Опоры центрального поворотного вала прочно соединены с несущими элементами конструкции судна (не показано). Центральный поворотный вал служит опорой и ось подъема навесной приставки на судне, проворачиваясь в скользящих подшипниках (Фиг. 1,14), что образует подъемный механизм навесной приставки посредством зубчатой передачи (Фиг. 1,15), разъединительной муфты (Фиг. 1,16), редуктора (Фиг. 1,17) и двигателя, вырабатывающего крутящий момент (Фиг. 1,18). Подъемный механизм навесной приставки может позволить регулировать приставку относительно поверхности ледяного поля, приподымать навесную приставку или закидывать ее на бак судна при передвижении по открытой воде (не показано), производить работы по растаскиванию заторов льда и выравниванию торосов с целью дальнейшего наезда приставкой на ледяное поле (Фиг. 3), помочь съехать приставке с ледяного поля, тем самым предотвращая застревание судна на ледовом поле, в случае, если лед на участке наезда не поддается разрушению имеющимися на приставке средствами и судно затрудняется сорвать приставку со льда задним ходом.
Конструкция навесной и носовой приставки может предусматривать различные ледоразрушающие и вспомогательные устройства и инструменты. Нож (Фиг. 1,19, Фиг. 3,19), идущий снизу по всей ширине навесной приставки, который может быть использован в качестве дробящего торосы и завалы льда инструмента, используя ход судна назад и вперед с подъемом приставки на нужную высоту, а также сброс установки с высоты на ледовое поле, путем разъединения потока крутящегося момента от редуктора (Фиг. 3,17) к центральному поворотному валу (Фиг. 3,13) воздействием на разъединительную муфту (Фиг. 3,16), при этом центральный поворотный вал прокручивается под действием силы тяжести приставки, и нож навесной приставки бьет по ледяному полю (Фиг. 3,20). Ледоотводящий пояс приставки (Фиг. 1, L1) для загона разрушенного льда под боковое ледяное поле. Наезжающий (Фиг. 1, L2) на ледяное поле пояс (Фиг. 1,20) закрыт стальными листами. Снегоотводящий пояс (Фиг. 1, L3) для освобождения ледяного поля от высокого снега (Фиг. 1,21; Фиг. 5,21; Фиг. 6,21) путем прохода снега сквозь приставку. Кроме подвесных (Фиг. 1,4) и боковых (Фиг. 1,9) стоек, навесная приставка может фиксироваться к судну путем обхвата носа судна упором-обхватом (Фиг. 1,22; Фиг. 4,22). Упор-обхват служит для толкания навесной приставки судном и фиксации приставки впереди судна в рабочем положении, предотвращая смещение навесной приставки относительно судна вбок. Упор-обхват может состоять из дуги (Фиг. 4,23), обхватывающей нос судна с прикрепленным демпфером (Фиг. 4,24) на внутренней стороне, которым может быть морозостойкая резина на металлической основе, скобы (Фиг. 4,25), ограничивающей поворот дуги относительно вала (Фиг. 4,26) с ограничителем в виде стойки (Фиг. 4,27), пропущенной сквозь скобу (Фиг. 4,25). Регулировки по обхвату носа судна можно производить винтовыми удлинителями, встроенными в стойки и растяжки, фиксирующие упор-обхват с навесной приставкой (не показано). Упор-обхват может крепиться через амортизационную стойку (Фиг. 4,28), вал (Фиг. 4,26) с цапфой и подшипником скольжения (Фиг. 4,29). Амортизационная стойка другим концом жестко крепится к низу навесной приставки сварным или иным соединением. При большой ширине навесной приставки возможна установка параллельных амортизационных стоек (не показано). При нехватке жесткости амортизационных стоек возможно применение торсиона (Фиг. 4,30), который от бокового края приставки и до упор-обхвата может быть как цельным, так и частично покрывать эту длину, а остальную часть длины может перекрывать распорка в виде прокатного профиля, своим поперечным сечением имеющая большое сопротивление кручению и изгибу (не показано). Все стойки, распорки и упор-обхват, в рабочем положении, дают возможность движения низу приставки только в вертикальном направлении с центром вращения на переднем несущем вале (Фиг. 1,6). Такая амортизационная подвеска навесной приставки позволяет носовой части судна догружать приставку архимедовой силой, получаемой от погружения кормы судна при наезде на ледовое поле, снижает ударную нагрузку на несущие элементы конструкции судна и навесной приставки, наиболее полно захватывать лед при наезде навесной приставки по контакту навесной приставки с ледяным полем. Все это способствует разрушению большей площади льда, а значит, и увеличению скорости передвижения судна в ледяных полях. Для более крупных судов возможна более жесткая сцепка с приставкой, через выступающие крепежные валы из носовой части, на которых могут быть шарниры или другие виды соединения судна с навесной приставкой (не показано).
Судно толкает носовую или навесную приставку перед собой, чем вызывает наезд устройства на ледяное поле. При тонком льде и невысоком снежном покрове навесная или носовая приставка проделывает проход в ледяном поле без использования установленного на ней оборудования, так как рабочие органы находятся выше ледового поля и(или) активно не воздействуют на ледяное поле. С определенной высоты снежного покрова возможно вступление в работу передних (Фиг. 6,31) и задних (Фиг. 6,32) сквозных окон, расположенных по всей ширине навесной или носовой приставки, передние окна - впереди на снегоотводящем поясе (Фиг. 1, L3) и задние - снизу сзади навесной или носовой приставки, возможно сбоку и(или) снизу по всей ширине навесной или носовой приставки, или с выбросом снега в любом месте приставки определенном проектированием. Передние окна наезжают на снежное поле с торца снега и захватывают его за счет движения судна, или захват снега может происходить принудительно шнеками, возможно с лопатками (Фиг. 5,33) или другими устройствами. На Фиг. 1 стрелками показан маршрут движения снега (Фиг. 1,21) сквозь приставку с поверхности ледяного поля (Фиг. 1,20) в воду (Фиг. 1,34). Негерметичность навесной или носовой приставки позволяет пропускать основную массу высокого снега, находящегося на льду, сквозь приставку "самотеком" по внутренней стороне приставки или(и) по трубам в воду (не показано), за счет того, что снежная масса стекает сверху вниз, с использованием тряски работающей приставки, возникающей при разрушении ледяного поля или(и) принудительно с использованием шнеков (Фиг. 5,33; Фиг. 6,35) или(и) транспортерных лент с подачей на них крутящего момента (не показано). При использовании шнеков возможен сброс снега на боковой лед (не показано). При подаче снега в воду, снег в воде подминается судном, и в случае использования небольшого судна для проводки других судов, с помощью гребных винтов в поворотных насадках возможен загон снега под лед (а.с. СССР № 901153). Снег, который не попадет в сквозное окно и останется на льду, будет смят наезжающей навесной или носовой приставкой. На открытой воде сквозные окна на носовой и навесной приставке возможно негерметично прикрывать стальными люками или листами, двигающимися в пазах, с помощью механической передачи или силовыми цилиндрами (не показано).
Проход снега сквозь заявленное устройство снижает энергетические затраты, при проделывании судном прохода в ледяном поле, так как судну не надо сминать под собой снег значительной высоты. А также ввиду того, что лед частично оголен и не имеет вязкую составляющую большой массы снега, повышается эффективность нагрузки приставки на лед и делает возможным последующие различные операции по разрушению льда рабочими органами, установленными на навесной или носовой приставке.
При наезде навесной или носовой приставки на ледяное поле, образуются изгибающие силы на ограниченном приставкой и рядом с ней участке ледяного поля. При этом выбирается упругая составляющая данного участка льда, на который возможно воздействие различных рабочих органов по разрушению льда. Рабочими органами могут быть всевозможные фрезы, диски, пилы, ножи (не показаны), различные буры (Фиг. 6,36) с возможностью закладки взрывчатого вещества, которым может быть газ, или без такой возможности, зубья (Фиг. 2,37; Фиг. 7), лыжи (Фиг. 2,38; Фиг. 8) и прочие возможные инструменты для воздействия на ледяное поле с торца, снизу и(или) сверху льда, имеющие возможность вращаться, выдвигаться или статично закрепленные на навесной или носовой приставке. Кроме таких инструментов на приставке могут быть различные вспомогательные устройства: балластные емкости (Фиг. 5,39) для утяжеления навесной или носовой приставки при работе на толстых льдах и(или) облегчения приставки, придавая ей большую плавучесть при передвижении в свободных водах, шнеки (Фиг. 5,33, Фиг. 6,35) для ввода и(или) вывода снега из приставки, винты, создающие вихревые течения для загона водой кусков льда под боковой лед (не показано), и множество других устройств, влияющих на ледовые качества судна или не имеющих к таковой никакого отношения. Так возможно на носовой приставке выдвижение силовыми цилиндрами по направляющим пазам между элементами конструкции носовой или навесной приставки подводных крыльев (не показано), с возможной целью динамического снижения избыточной остойчивости ледокола на свободной воде. При этом, установленные на носовой приставке подводные крылья, как и любые другие рабочие органы, при заявленном способе разрушения льда, безопасны для судна.
На Фиг. 2,37 показаны в качестве ударных рабочих органов режущие зубья. Зуб (Фиг. 7,37) крепится в съемном гнезде (Фиг. 7,40), между несущими элементами конструкции носовой или навесной приставки (не показано), наружной стороной имеет клиновую форму со смещенной к низу приставки вершиной. Зуб подпружинен пружинами (Фиг. 7.41; Фиг. 7,42), которые уравновешивают друг друга в свободном от нагрузки состоянии, и зуб выступает за элементы конструкции приставки наружу. Зуб вдавливается в гнездо, при наезде приставки на ледяное поле (не показано). При вдавлении зуба в гнездо, на зуб давят сжатые пакеты тарельчатых пружин (Фиг. 7,42), которые через вершину зуба (Фиг. 7,43) оказывают давление на лед. Приставка движется по ходу движения судна и на ледяном поле зуб режущей кромкой и вершиной наносит канавку на льду. При рыскании приставки по ледяному полю зуб не может выломаться из гнезда, так как скошенные боковые поверхности зуба способствуют его уходу в гнездо при боковой нагрузке. Ввиду большой нагрузки на режущие кромки зуба ледяным полем, происходит их интенсивное истирание. Поэтому возможна смена вершины зуба (Фиг. 7,43) и замена гнезда (Фиг. 7,40) для замены пары зуб-гнездо. Зуб и его механизм не имеет препятствий для попадания снега и льда на внутреннюю поверхность зубного устройства, и при попадании на внутреннюю поверхность зубного устройства, вытряхиваются движением зуба от тряски, ударной нагрузки о ледяное поле, удара ударной силовой установки (см. ниже) и, возможно, тает от воздействием пара, подающегося с судна. Зубья, при наезде на ледовое поле судовой приставки, наносят канавки на поверхности льда. В канавках под действием создаваемых на лед усилий приставкой произойдет концентрация напряжения, что может стать критичным для целостности льда. Если лед не разрушился, то дальнейший наезд приставки на лед приведет к срабатыванию датчиков (Фиг. 1,44), которые могут быть расположены на боковых амортизационных стойках у навесной приставки, и если установлен дизель-молот (Фиг. 1,45), в качестве ударной нагрузки на ледовое поле, сработает датчик (Фиг. 1,46), который может располагаться на фланце молота (Фиг. 1,47) с нажимом на контакты от направляющего пояса (Фиг. 1,48), держащим дизель-молот. Соединение всех датчиков может быть последовательным, что предотвратит холостые срабатывания ударной установки. У носовой приставки судна возможна установка датчиков непосредственно на ударных рабочих органах или на приводе ударных рабочих органов (не показано).
Общеизвестно, что лед хрупкий, поэтому наибольшее разрушение он получит при ударной нагрузке. В качестве ударной установки может быть любое силовое устройство, которое может располагаться на судне или(и) на приставке. В данном устройстве показан в качестве ударной силовой установки трубчатый дизель-молот (Фиг. 1,45), который наиболее подходит для небольших судов тем, что он автономен и создаваемая ударная нагрузка не отбирает мощность у судового двигателя. Дизель-молот может работать в автоматическом режиме, управляемый датчиками или управляться вручную с пульта управления. Датчики, расположенные на боковых стойках (Фиг. 1,44; Фиг. 2,46), будут включены при сокращении амортизационной стойки, под действием оказываемым сопротивлением ледяного поля при наезде приставки него или скопления кусков льда на ледоотводящем поясе приставки. Датчик (Фиг. 1, 46) можно отрегулировать на включение при определенном поднятии дизель-молота на величину (Фиг. 2, L4) относительно крепления к судну, который может подниматься приставкой и(или) ударными рабочими органами, наехавшими на ледяное поле.
Привод, передающий усилие от дизель-молота (Фиг. 2,45) к навесной приставке, ударным рабочим органам и обратно, может состоять из опорной стойки (Фиг. 2,49), закрепленной на несущей конструкции навесной приставки (Фиг. 2,1), с установлением на ней главного гидравлического цилиндра (Фиг. 2,50). Поршень главного гидравлического цилиндра вверху закругленный (Фиг. 2,51), и через наголовник (Фиг. 2,52) дизель-молот (Фиг. 2,45) упирается в него. Дизель-молот может свободно перемещаться вертикально в держащем его направляющем поясе (Фиг. 2,48), закрепленном в поворотной стойке (Фиг. 2,53) к несущим элементам носа судна. Поворотные стойки управляются силовым гидроцилиндром (Фиг. 2,54). Наголовник (Фиг. 2. 55) дизель-молота имеет ось вращения, что позволяет центрировать дизель-молот относительно главного гидравлического цилиндра.
Такая конструкция удержания дизель-молота позволяет утяжелить ледоразрушающую приставку весом дизель-молота и наносить по ней ударные нагрузки, а также наносить повторный удар без участия поршня дизель-молота, так как амортизационные стойки, конструкция приставки, гидравлические шланги и ледовое поле, за счет упругости при основном ударе, часть силы удара возвратят назад, что заставит дизель-молот подпрыгнуть и под действием силы тяжести ударить повторно всем своим весом. Это удваивает частоту сильных ударов дизель-молота.
Если используется носовая приставка, то привод от силовой ударной установки может воздействовать только на рабочие органы. Привод от ударной установки возможен механический (не показан), так как конструкция заявленного устройства едина с судном и не колеблется относительно судна, что облегчает подачу ударной нагрузки непосредственно на рабочие органы или на общий привод, соединяющий все ударные рабочие органы. В случае использования гидравлического привода на носовой приставке по схеме, описанной выше, для навесной приставки, то возможна постановка главного гидравлического цилиндра на стойки, закрепленные на ударных рабочих органах, а гидравлической передачей передавать ударную нагрузку на режущие, колющие, ледоотводящие и др. возможные рабочие органы (не показано).
Навесная приставка и ее рабочие органы, если они у нее имеются, при разрушении льда, испытывают знакопеременные нагрузки, и это выразится в подскоках и вибрации приставки, заставляя стоящий на приставке дизель-молот тоже подскакивать и вибрировать в вертикальном направлении. Дизель-молот, при подскоках и вибрациях приставки и рабочих органов, будет ударять о приставку и рабочие органы, через поршень главного гидравлического цилиндра, тем самым сглаживая пиковые амплитудные колебания приставки и рабочих органов, что положительно скажется на ровности хода навесной приставки в вертикальном направлении.
Силу удара дизель-молота возможно изменять количеством подачи топлива в камеру сгорания автоматически, исходя из амплитуды послеударной вибрации приставки. Так при ударе рабочими органами и(или) навесной приставкой о ледяное поле происходит вибрация дизель-молота. У носовой приставки возможно снятие показаний послеударной вибрации с дизель-молота, опирающегося через привод на рабочие органы, и(или) с приводного механизма ударных рабочих органов. Если лед не разрушился, то вибрация дизель-молота будет отличаться от эталонной, что зафиксирует датчик вибрации, которым может быть ИВДЗ, ABC 117 и др., расположенный на навесной приставке и(или) дизель-молоте, или(и) приводном механизме (не показано). Так, при ходе поршня-молота вниз включается электронное устройство. В электронном устройстве должен быть блок(линия) задержки сигнала по времени, которое необходимо для включения датчика вибрации в послеударный момент приставки и(или) рабочих органов о лед. Блок задержки запитает датчик вибрации после удара молота на короткое время, необходимое для снятия показаний послеударной вибрации. Далее электронное устройство сравнит поданный по амплитуде сигнал с датчика вибрации с эталонным значением допустимой амплитуды, находящейся в памяти электронного устройства, или с сигналом эталонного электронного генератора колебаний, находящегося в электронном устройстве (не показано). Исходя из полученного значения разности амплитуд показания датчика вибрации и эталонного значения, электронное устройство прибавит или убавит следующую дозу топлива на требуемое значение, посредством подачи напряжения на электрический двигатель, приводящий в движение приводной рычаг на топливном насосе (не показано).
Зубы (Фиг. 2,37) от воздействия на них удара от дизель-молота (Фиг. 2,45) углубятся в лед и будут оказывать на него, за счет своей клиновой формы, расщепляющее действие. При холостом или избыточном ударе, энергия удара передастся несущей конструкции навесной приставки, через ограничитель (Фиг. 7,56), который тянется по всему периметру гнезда зуба. У носовых приставок избыточный или холостой удар должен гаситься упругостью пружин на рабочих органах полностью. Далее, зубы после удара втягиваются в гнезда (Фиг. 7,40) под действием пружин (Фиг. 7,41) и(или) наезда судна на следующий участок ледяного поля.
На носовую приставку ударная нагрузка может быть дана только на рабочие органы. На навесную приставку возможна комбинированная нагрузка - на конструкцию навесной приставки и на ударные рабочие органы. В этом случае, удар от ударной установки (Фиг. 2,45) передается через главный гидравлический цилиндр (Фиг. 2,50) и гидравлические магистрали (Фиг. 2,57) на силовые цилиндры рабочих органов (Фиг. 2,58), упертых штоками поршней (Фиг. 2,59) в наковальни (Фиг. 2,60) рабочих органов. При этом удар от ударной установки (Фиг. 2,45) также будет нанесен по несущей конструкции навесной приставки (Фиг. 2,1), через опорные стойки (Фиг. 2,45) главного гидравлического цилиндра (Фиг. 2,50). В этом случае произойдет дополнительное прижимание навесной приставки ко льду, не давая подскакивать приставке при ударе рабочих органов о лед, добавляя изгибающий момент на лед ударом, что дополнительно выберет упругую составляющую ледового поля.
Поступательное движение рабочих органов сложно осуществить на герметичной конструкции, так как ледяная крошка истирает сопрягаемые поверхности и уплотнители ударных рабочих органов с несущей конструкцией. В результате понижается безопасность судна. Поступательное движение рабочих органов возможно осуществить на негерметичной конструкции, а именно на навесной и носовой приставке, так как приставка не герметична от воды, снега и ледяной крошки и ударная нагрузка на ледяное поле не причинит какой-либо ущерб безопасности судна. Ударными рабочими органами могут быть различные инструменты, и здесь рассматривается лыжа (Фиг. 2,38), как пример возможности осуществления удара рабочим органом навесной или носовой приставки по ледяному полю. Лыжа (Фиг. 8,38) с внешней стороны (считать внешней стороной приставки или рабочего органа ту поверхность приставки и рабочего органа, которая взаимодействует со ледяным полем) повторяет форму поверхности приставки того места, на котором находится. Сверху лыжа внутренней стороной (считать внутренней стороной ту поверхность рабочего органа или приставки, которая противоположна стороне приставки или рабочего органа, взаимодействующей с ледяным полем) может быть закреплена сварным соединением к валу (Фиг. 8,61) с внутренней стороны приставки и не выступать за контуры внешней стороны приставки без дополнительно нагрузки на лыжу. Вал имеет возможность прокручиваться в закрытых подшипниках (Фиг. 8,62), корпусы подшипников (Фиг. 8,63) закреплены болтовыми соединениями на несущих элементах конструкции приставки (Фиг. 8,1). Снизу лыжа закреплена с обратной стороны приставки на П-образном кронштейне (Фиг. 8,64), стойки которого прикручены к несущим элементам конструкции приставки. В середине кронштейна имеется шпилька (Фиг. 8,65), соединяющая кронштейн с нижним краем лыжи. На шпильке находится пакет тарельчатых пружин (Фиг. 8,66), который упирается в кронштейн своим одним концом, а другим в лыжу. Пакет тарельчатых пружин своей упругостью заставляет нижний край лыжи выпирать за контуры внешней поверхности приставки в свободном состоянии, а пятка (Фиг. 8,67), расположенная на другой стороне лыжи, верхней стороной упирается в П-образный упор (Фиг. 8,68) и вместе со шпилькой (Фиг. 8,65) они не дают возможности опуститься лыже ниже заданной проектированием выступления нижнего края лыжи за контуры приставки. С внешней стороны лыжа плоская, со скошенными краями (Фиг. 8, разрез Е-Е), позволяющими лыже прятаться в приставке при боковых льдах заднего и переднего рыскания приставки на льду. Так как лыжа может иметь большую длину и ширину, а следовательно, массу и инерцию, а также из-за большой разницы плеч, осью которых является вал, расположенный ближе к верху лыжи (Фиг. 8,61), то для подпружинивания на втягивание лыжи в гнездо возможно использовать торсион (Фиг. 8,69), который давит на пятку (Фиг. 8,67) лыжи.
С внутренней стороны в средней части лыжа имеет ровную поверхность (Фиг. 8,70), для подачи ударной нагрузки. При наезде на лед лыжа, преодолевая упругость пакета тарельчатых пружин (Фиг. 8,66), втягивается в приставку. При ударе по лыже ударной силовой установкой лыжа прокручивается на валу (Фиг. 8,61), который является осью вращения лыжи и выступает за край приставки, нанося удар по льду. При этом нижний край лыжи, который ближе к торцу ледяного поля, выступает за пределы поверхности приставки первым и на большую величину, чем верхний край лыжи, что помогает разрушать лед, так как с края ледовое поле более уязвимо. Разрушение льда происходит, от края ледяного поля, на прогиб льда ударом, между канавками от зуба и до углубляемых в лед зубьев. Зубья одновременно с лыжами получают ударом нагрузку и углубляются в лед, раскалывая его своей клиновой формой. При холостом или избыточном ударе энергия удара передается несущей конструкции навесной приставки, через пятку (Фиг. 8,67) и кронштейн (Фиг. 8,64). При носовой приставке энергия холостого или избыточного удара должна гаситься полностью пружинами (Фиг. 8,66) и торсионом (Фиг. 8,69).
Лыжи (Фиг. 2,38) могут находиться между зубами (Фиг. 2,37) и могут быть длиной на весь наезжающий пояс приставки (Фиг. 1, L2). Расстояние между лыжами и(или) резцами выбирается исходя из размеров кусков льда, которые желательно получить для данной приставки или судна, для наилучшего их отвода под лед.
Величина выдвижения рабочих органов зависит от вида рабочего органа, его назначения, а также от расстояния от рабочих органов до ледяного поля в рабочем положении приставки.
Возможна секционная конструкция навесной и носовой приставки, при которой одна секция приставки может двигаться независимо от других секций приставки (не показано).
Возможна установка ударных рабочих органов в несколько рядов. Такой удар может вызвать целый спектр знакопеременных направленных низкочастотных и высокочастотных колебаний в ледяной толще, вплоть до возбуждения резонанса, с полным разрушением льда на значительное расстояние впереди судна, а также, возможно, удар вызовет направленное подледное давление воды, действующее на излом ледяного поля снизу (не показано).
Возможна установка нескольких ударных силовых установок, каждая из которых нагружает определенные рабочие органы или определенный сектор навесной приставки (не показано).
Чтобы представлять возможную максимальную скорость судна при непрерывной работе ударной установки во льдах, примем, что лед рушится с одного удара ударной установки и вторичный удар дизель-молота приходится на следующий участок льда равного захвата приставкой ледяного поля, который рушится и от вторичного удара.
Примем за ударную установку на приставке: дизель-молот с частотой основного удара 1 удар в секунду.
Примем длину контактного пятна приставки со льдом 1 м.
Имеем частоту ударов основного и повторного ударов дизель-молота 2 уд/с.
Значит, судно проходит 2 м/с
V=2×3600/1000=7,2 км/ч.
Возможно увеличение частоты ударов дизель-молота до 100 ударов в минуту, без потери ударной мощности, например способом, предложенным в Патенте RU 2164981. Использование высокочастотных ударных силовых установок в заявленном устройстве делает возможным процесс разрушения ледяного поля непрерывным, до заложенной проектированием максимальной скорости.
Современные ударные силовые установки способны производить энергию удара свыше 300 кДж (http://sdlc.ru/product/stanok/dizel_molot/D100-13/), что может дать разрушение ледяного поля с одного удара ударной силовой установки значительной толщины и любую запроектированную проходимость судну во льдах.