Прямоточный роторный рыхлитель
STRAIGHT-FLOW ROTARY RIPPER

Изобретение относится к устройствам в области строительства. Его можно использовать для проходки горизонтальных и наклонных скважин большого диаметра с целью монтажа коммуникаций, рытья колодцев, неглубоких каналов, кюветов автодорог. Прямоточный роторный рыхлитель можно использовать для разработки и измельчения пород при добыче полезных ископаемых.
Известен роторный рыхлитель (патент RU №2023119, заявка №4904326/03, опубл. 15.11.1994), включающий корпус с диаметральными направляющими, рабочие органы, расположенные с возможностью перемещения в направляющих, и привод вращения. Он снабжен рыхлительными зубьями, расположенными на корпусе между диаметральными направляющими и установленными с возможностью регулирования двумя маятниковыми отвесами и пружинно-рычажными механизмами сброса. При этом корпус выполнен из двух соединенных между собой объемных рам, каждая из которых выполнена в виде равностороннего многоугольника. В каждой из направляющих установлено по два рабочих органа, соединенных между собой посредством регулируемой по длине гибкой связью. Маятниковые отвесы установлены в цапфы, размещенные на тягах с двух торцевых сторон корпуса, а пружинно-рычажные механизмы сброса установлены на каждой из направляющих. Недостатком роторного рыхлителя является сложность конструкции.
Известен рабочий орган землеройной машины (а.с. SU №1333743, Б.И. №32, 30.08.87), содержащий приводной ротор с конусным ободом, на котором шарнирно посредством пальцев закреплены рабочие элементы, имеющие режущую часть и транспортирующую поверхность. При этом предполагается, что грунт, остающийся внутри обода в процессе разработки, осыплется. Однако при разработке таким рабочим органом осыпаться может лишь сухой песчаный грунт. Поэтому предлагаемая конструкция рабочего органа имеет очень ограниченное применение. Кроме того, частицы грунта, остающегося внутри обода в процессе разработки, будут различной величины.
Известен рабочий орган землеройной машины (а.с. №831899, Б.И. №19, 23.05.81), содержащий торцевую фрезу с закрепленным на ее ступице забурником, отвальное устройство и привод. При этом забурник выполнен из полосы, изогнутой по форме отрезка ленты Мебиуса. Углы наклона поперечных сечений забурника к плоскости вращения фрезы симметрично возрастают к его середине и составляют 90° в центре вращения фрезы. Недостатком рабочего органа является одинаковая угловая скорость забурника и всей фрезы, хотя идея увеличения углов наклона поперечных сечений забурника к плоскости вращения фрезы является правильной.
Конструктивно наиболее близким к предлагаемому устройству является рабочий орган землеройной машины (а.с. SU №1099007, Б.И. №23, 23.06.84), содержащий торцовую фрезу, соосно установленный в ней режущий орган, заключенный в кожух, разгрузочный узел и механизм транспортирования материала, кожух режущего органа с механизмом для транспортирования при помощи пустотелого вертикального цилиндрического шарнира, размещенного в его стенках горизонтального цилиндрического шарнира и шарнирно связанной со стенками вертикального шарнира заслонки, а приемная часть механизма для транспортирования размещена в полости вертикального шарнира с приемным окном. Причем механизм для транспортирования выполнен пневматическим. Кроме того, фреза установлена с возможностью вращения со скоростью больше скорости вращения рабочего органа.
Однако в процессе разработки таким рабочим органом частицы грунта, будут различной величины. Кроме того, разработка грунта ковшами требует больших затрат энергии.
Задачей изобретения является создание прямоточного роторного рыхлителя непрерывного действия, формирующего скважину, колодец, канал или кювет автомобильной дороги за один проход с минимальными затратами энергии, при этом в результате разработки частицы грунта должны быть приблизительно одинаковой величины.
Поставленная задача решается тем, что предлагаемый прямоточный роторный рыхлитель, содержащий режущий орган, роторы, элементы транспортирования материала. Содержит раму, редуктор, гидромотор, вал малого ротора, вал большого ротора, лопасти, окружные ножи, торцевые ножи, спиральный нож, два ножа, диск с двумя зубцами оснащен легко заменяемыми режущими элементами, которые имеют рациональный профиль, правильно расположены и сориентированы в пространстве.
Новые существенные признаки:
- к раме присоединен редуктор с гидромотором;
- от редуктора вращающий момент поступает на вал малого ротора и вал большого ротора, при этом направление вращения вала малого ротора противоположное по отношению к направлению вращения вала большого ротора;
- к валу большого ротора приварены опорный диск и лопасти;
- к опорному диску приварены держатели;
- на концах держателей имеются выемки в виде «ласточкин хвост» под три фиксатора;
- между лопастями в каждом ряде вварены пластины;
- к передним лопастям приварены упоры;
- к лопастям и пластинам заклепками присоединены наружные щеки и внутренние щеки;
- между наружными щеками и внутренними щеками вставлены окружные ножи и торцевые ножи;
- на шлицы вала малого ротора установлен наконечник вала;
- к наконечнику вала приварены: спиральный нож, два ножа, диск с двумя зубцами;
- наконечник вала зафиксирован на вале малого ротора стопорной пластиной;
- на вале малого ротора имеется гайка-съемник;
- спиральный нож, зубцы, ножи, окружные ножи, торцевые ножи и лопасти расположены и сориентированы в пространстве так, что обеспечивают поступательное перемещение прямоточного роторного рыхлителя и минимально необходимый вращающий момент.
Совокупность известных и отличительных существенных признаков заявляемого изобретения не известна из уровня техники и не вытекает из него очевидным образом.
Новый технический результат заключается в том, что использование предлагаемого прямоточного роторного рыхлителя позволит уменьшить затраты энергии на разработку грунта. Частицы грунта одинаковой величины можно использовать в процессе строительства.
На фиг. 1 показана схема прямоточного роторного рыхлителя, вид спереди; на фиг. 2 - схема прямоточного роторного рыхлителя, вид справа; на фиг. 3 - схема прямоточного роторного рыхлителя, вид справа, с приводом от вала отбора мощности трактора; на фиг. 4 - разрез А - А; на фиг. 5 - фрагмент Б; на фиг. 6 - вид В.
К раме 1 (фиг. 1, 2) присоединен планетарный двухступенчатый редуктор 11 (фиг. 2) с высокомоментным радиально-поршневым гидромотором 12. От редуктора вращающий момент поступает на вал малого ротора 21 (фиг. 4) и вал большого ротора 20. Между валом малого ротора и валом большого ротора установлен подшипник 18 и уплотнение 17. К валу большого ротора приварен опорный диск 19 и лопасти 4. К опорному диску приварены держатели 5 (фиг. 4, 6). На концах держателей имеются выемки в виде «ласточкин хвост» под три фиксатора 22. К держателям также приварены задние лопасти. Между лопастями в каждом ряде вварены пластины 3 (фиг. 1, 4). Пластины, лопасти, держатели, опорный диск и вал большого ротора образуют цельносварной каркас большого ротора. К передним лопастям (фиг. 4) приварены упоры 23. К лопастям и пластинам заклепками 26 (фиг. 5) присоединены наружные щеки 24 и внутренние щеки 25. Между наружными щеками и внутренними щеками вставлены окружные ножи 2 (фиг. 1, 2, 4, 5) и торцевые ножи 6. На шлицы вала малого ротора установлен наконечник вала 14 (фиг. 4), к которому приварены: спиральный нож 10 (фиг. 1, 2), два ножа 9, диск 7 с двумя зубцами 8. В совокупности они образуют малый ротор. Наконечник вала зафиксирован на вале малого ротора стопорной пластиной 15 (фиг. 4). На вале малого ротора имеется гайка-съемник 16.
Для снятия малого ротора отгибают стопорную пластину и вращают гайку-съемник. Затем заворачивают гайку-съемник, вставляют другой малый ротор до фиксации стопорной пластиной. Для замены окружных ножей и торцевых ножей большого ротора (фиг. 6) сначала сдвигают фиксаторы (направление показано стрелками). В каждом ряду вынимают задние окружные ножи, затем - задние торцевые ножи (фиг. 4). После поочередно окружные и торцевые ножи. Последним вынимают передние окружные ножи. Установку заменяемых ножей производят в обратном порядке. Передние окружные ножи вставляют до касания упоров. Затем вставляют окружные ножи и торцевые ножи, последовательно вдвигая их между соответствующими внутренними и наружными щеками. При этом каждый последующий нож своей фаской фиксирует предыдущий нож. Задние окружные ножи запирают с торцов фиксаторами (фиг. 6). Торцевые ножи и окружные ножи взаимозаменяемы. При затуплении лезвия торцевого ножа или лезвия окружного ножа его можно перевернуть (фиг. 5) и использовать повторно.
Вращающий момент в редуктор поступает от гидромотора (фиг. 2). Возможен вариант его поступления от вала отбора мощности трактора (фиг. 3) через привод 13. Первая ступень редуктора приводит во вращение вал малого ротора. Вторая ступень редуктора приводит во вращение вал большого ротора. При этом направление вращения вала малого ротора (фиг. 1) противоположное по отношению к направлению вращения вала большого ротора для частичной компенсации реактивного момента при резании грунта окружными ножами и торцевыми ножами.
Если заглубление прямоточного роторного рыхлителя небольшое, режут грунт только окружные ножи и торцевые ножи большого ротора. Грунт попадает внутрь большого ротора. Так как скорость перемещения прямоточного роторного рыхлителя строго постоянная, частицы грунта, отрезаемые торцевыми ножами и окружными ножами, приблизительно одинаковой величины. Лопасти имеют полувинтовую форму. Они транспортируют срезанный грунт внутри прямоточного роторного рыхлителя назад, к выходу из него. Устройство для транспортировки частиц срезанного и разрыхленного грунта от прямоточного роторного рыхлителя зависит от типа грунта, его состояния и назначения прямоточного роторного рыхлителя.
Если заглубление прямоточного роторного рыхлителя большое или полное, спиральный нож ввинчивается в грунт. Зубцы рыхлят грунт и направляет его на ножи. Ножи, имеющие полувинтовую форму, режут грунт и направляют внутрь прямоточного роторного рыхлителя. Спиральный нож, зубцы, ножи, окружные ножи, торцевые ножи и лопасти расположены и сориентированы в пространстве так, что обеспечивают поступательное перемещение прямоточного роторного рыхлителя. При этом для резания, разрыхления и перемещения грунта внутри прямоточного роторного рыхлителя нужен минимально необходимый вращающий момент.