Устройство для очистки поверхности ото льда и спрессованного снега

Полезная модель относится к очистке поверхности ото льда и спрессованного снега с помощью вращающихся рабочих элементов и может быть использована для различных поверхностей, например, таких как металл, асфальт или бетон.
Известно устройство для очистки поверхности (Устройство и способ очистки поверхности: патент № 2552747, Российская Федерация, заявка № RU2014107929, заявл. 03.03.2014, опубл. 10.06.2015), содержащее установленный на валу цилиндрический корпус, по окружности которого на осях, параллельных оси вала, установлены ударные элементы с возможностью радиального перемещения за счет выполненного в последних продольного паза. Ударные элементы устройства выполнены в виде шестигранников с вытянутыми вдоль продольной оси паза сторонами и установлены с возможностью вращения вокруг оси с обеспечением импульсной силы удара рабочими зонами. Между ударными элементами размещены разделительные шайбы. Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели и поэтому было принято за прототип.
Недостатком прототипа является относительно низкая эффективность очистки поверхности ото льда и спрессованного снега. Это обусловлено конструктивными особенностями устройства-прототипа, а именно наличием только одного типа ударных элементов, расположенных на одном уровне относительно очищаемой поверхности, а также их формой, не способствующей расколу льда, что позволяет производить только фрезеровку льда и спрессованного снега.
Технический результат состоит в повышении эффективности очистки поверхности ото льда и спрессованного снега при исключении возможности повреждения очищаемой поверхности.
Технический результат достигается тем, что устройство для очистки поверхности ото льда и спрессованного снега, содержащее корпус, состоящий из двух боковых несущих опор, расположенных параллельно друг другу, соединенных с ними центрального вала и штанг, расположенных перпендикулярно боковым несущим опорам между ними, а также ударные элементы, расположенные на штангах корпуса, согласно полезной модели содержит малые ударные элементы и большие ударные элементы, при этом масса больших ударных элементов больше массы малых ударных элементов по меньшей мере в два раза.
Выполнение ударных элементов двух типов (малых и больших) при учете разницы в массе по меньшей мере в два раза позволяет повысить эффективность очистки поверхности ото льда и спрессованного снега за счет возможности комбинации двух видов очистки одновременно, а именно фрезеровки и отрыва льда и спрессованного снега непосредственно с поверхности без её повреждения малыми ударными элементами (благодаря их малой массе), и раскола толстого льда над поверхностью без соприкосновения с ней (большими ударными элементами). Всё это позволяет избежать деформаций очищаемой поверхности при очистке от толстых слоёв наледи и спрессованного снега.
Наличие элементов, превышающих по массе как минимум в два раза массу малых элементов, позволяет повысить эффективность очистки за счет того, что более тяжелые ударные элементы позволяют раскалывать и фрезеровать быстрее те участки наледи и спрессованного снега, с которыми не справились малые ударные элементы. Так как целевая функция малых элементов удалять наледь и спрессованный снег непосредственно с поверхности взаимодействуя с ней, то их масса не может быть значительной, но должна быть достаточной для раскола и фрезеровки слоев наледи и спрессованного снега небольшой высоты. Так как участки с наледями и спрессованным снегом имеют фрагменты с высоким слоем образований, то такие участки раскалывают и фрезеруют более тяжелые элементы, способные разрушить более плотные и высокие слои наледи и спрессованного снега.
Выполнение центрального вала, соединенного с боковыми опорами, помогает исключить при вращении спиральные деформации, оказывающие негативное влияние на надежность устройства и эффективность очистки, а также повышающие риск повреждения очищаемой поверхности. В наиболее предпочтительном варианте реализации полезной модели малые ударные элементы и большие ударные элементы расположены на каждой штанге корпуса поочередно. Дополнительно в предпочтительном варианте реализации полезной модели длина малых ударных элементов превышает длину больших ударных элементов для обеспечения разницы в расстоянии двух типов ударных элементов до очищаемой поверхности. Кроме того, в предпочтительном варианте реализации полезной модели каждый ударный элемент имеет по меньшей мере один острый угол. Также в предпочтительном варианте реализации полезной модели устройство снабжено дополнительными штангами, оборудованными полимерными щетками и расположенными между штангами, на которых установлены ударные элементы. Все упомянутые модификации дополнительно усиливают эффективность устройства в отношении очистки поверхности ото льда и спрессованного снега.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлено заявляемое устройство в аксонометрической проекции, на фиг. 2 представлено заявляемое устройство в поперечном разрезе, а на фиг. 3 представлено заявляемое устройство, установленное на каркасе шасси.
Устройство для очистки поверхности ото льда и спрессованного снега содержит корпус, который состоит из двух боковых несущих опор 1, расположенных параллельно друг другу, центрального вала 2 и штанг 3, расположенных перпендикулярно боковым несущим опорам 1 между ними. Также устройство содержит малые ударные элементы 4 и большие ударные элементы 5, расположенные на штангах корпуса. При этом масса больших ударных элементов больше массы малых ударных элементов по меньшей мере в два раза. Малые ударные элементы 4 и большие ударные элементы 5 расположены на каждой штанге 3 корпуса поочередно. Кроме того, длина малых ударных элементов 4 превышает длину больших ударных элементов 5. При этом малые ударные элементы 4 находятся ближе к очищаемой поверхности по сравнению с большими очищаемыми элементами 5 при установке на одной штанге 3. Каждый ударный элемент имеет по меньшей мере один острый угол и паз для установки на штанге, при этом размер паза превышает диаметр штанги для обеспечения возможности вращения ударного элемента относительно оси штанги. Также устройство снабжено дополнительными штангами 6, оборудованными полимерными щетками 7 и расположенными между штангами 3, на которых расположены малые ударные элементы 4 и большие ударные элементы 5. Заявляемая полезная модель предназначена для использования на специальном каркасе шасси (как это показано на фиг. 3), но также может быть установлена на другие аналогичные устройства, например, в виде сменной навесной конструкции на мотоблок, коммунальную технику или аналогичное оборудование.
Заявляемая полезная модель работает следующим образом.
Корпус устройства устанавливают на каркас шасси и соединяют центральный вал 2  с двигателем. Конструкцию перемещают на очищаемую поверхность и включают двигатель, который передает крутящий момент на центральный вал 2 и, соответственно, заявляемое устройство начинает вращаться относительно центральной оси, параллельной оси штанг. В ходе вращения ударные элементы 4, 5 одной из штанг 3 соприкасаются с очищаемой поверхностью и производят ударное воздействие. При этом в основном с поверхностью соприкасаются малые ударные элементы 4, которые производят фрезеровку льда на поверхности и раскол тонких слоев наледи, а большие ударные элементы 5 соприкасаются с поверхностью в тех участках, где присутствуют высокие и плотные участки льда, производя их раскол. Фрезеровка, откол и раскол льда происходят за счет острых углов ударных элементов. При дальнейшем вращении устройства с очищаемой поверхностью соприкасаются полимерные щетки 7, которые отбрасывают расколотые кусочки льда в сторону. После чего с очищаемой поверхностью снова соприкасаются малые ударные элементы и так далее.
Заявляемая полезная модель поясняется примерами.
Пример 1.
Были проведены стендовые испытания двух образов устройства для очистки поверхности для сравнительного исследования эффективности очистки и повреждения поверхности.
Образец 1 представлял собой заявляемое устройство, содержащее корпус, включающий боковые несущие опоры, центральный вал и штанги, а также малые и большие ударные элементы. При этом масса больших ударных элементов больше массы малых ударных элементов в два раза, в частности, масса больших ударных элементов составляла 60 гр. при длине 30 мм, а масса малых ударных элементов составляла 30 гр. при длине 50 мм.
Образец 2 представлял собой устройство, в основу которого были заложены конструктивные особенности прототипа, содержащее корпус, включающий боковые несущие опоры, центральный вал и штанги, а также ударные элементы. Масса ударных элементов составляла 30 гр. при длине  50 мм.
Схема проведения испытаний: подвергали очистке асфальтовое покрытие в зимний период, имеющий образования наледи с высотами от 3 до 10 см. Температура окружающего воздуха составляла -7 градусов.
Образец 1 и образец 2 передвигали по поверхности, не имевшей наледь в сторону поверхности с наледью, со скоростью 0,3 – 0,5 метров в секунду (1 – 2 км/ч), по достижении наледи движение продолжалось далее 3 м, и образцы убирались.
После этого проводили оценку качества, скорости и эффективности очистки. Эффективность очистки выражалась в максимальной высоте наледи, удаляемой Образцом с поверхности.
Результаты испытаний.
Образец 1 удалил наледь высотой в 9 см на протяжении всего своего пути (3 м) очистив поверхность до асфальта. Тем не менее, местами остались пятна тонкой неудаленной наледи, которые требовали задержки Образца над этим местом. Так как задержек не производилось, то скорость движения оставалась постоянной и составляла 0,45 м/с (1,6 км/ч).
Образец 2 очистил поверхность до чистого асфальта только в тех участках, где высота наледи не превышала 35 мм и для таких участков степень очистки составила 72%, т.к. остаточные слои наледи требовали остановки над этим местом. При этом постоянная скорость движения составила 0,3 м/с (1 км/ч).
Результаты отражены в таблице 1.
Таблица 1 – результаты испытаний.
Образец
Максимальная высота очистки, см
Степень очистки, %
Средняя скорость, мП/сек
1
90
85
0,45
2
35
72
0,3
Неспособность удалять толстые слои наледи и сравнительно низкая скорость очистки Образца 2, перед Образцом 1, обусловлена тем, что высокие слои наледи не могут быть удалены быстро малыми ударными элементами по причине того, что массы малых ударных элементов недостаточно. В то же время Образец 1 обладал тяжелыми ударными элементами, которые производили очистку верхней части толстых слоев  наледи (от 50 мм) за счет своей массы, чем обеспечил возможность удаления слоев наледи в 90 мм со средней постоянной скоростью 0,45 м/с.
Пример 2.
Были проведены стендовые испытания двух образов устройства для очистки поверхности для сравнительного исследования эффективности очистки и повреждения поверхности. При этом схема проведения испытаний не отличалась от приведенной в примере 1.
Образец 1 представлял собой заявляемое устройство, содержащее корпус, включающий боковые несущие опоры, центральный вал и штанги, а также малые и большие ударные элементы. При этом масса больших ударных элементов больше массы малых ударных элементов в два раза, в частности, масса больших ударных элементов составляла 70 г при длине 40 мм, а масса малых ударных элементов составляла 40 г при длине 60 мм.
Образец 2 представлял собой устройство, содержащее корпус, включающий боковые несущие опоры, центральный вал и штанги, а также малые и большие ударные элементы. При этом масса больших ударных элементов больше массы малых ударных элементов в полтора раза, в частности, масса больших ударных элементов составляла 45 г при длине 30 мм, а масса малых ударных элементов составляла 30 г при длине 50 мм
Результаты испытаний.
Образец 1 удалил наледь высотой в 9 см на протяжении всего своего пути (3 м) очистив поверхность до асфальта. Однако на поверхности наблюдались пятна тонкой наледи, которые требовали задержки Образца над этим участком. Так как задержек не производилось, то скорость движения оставалась постоянной и составляла 0,45 м/с (1,6 км/ч).
Образец 2 очистил поверхность до чистого асфальта только в тех участках, где высота наледи не превышала 35 мм и для таких участков степень очистки составила 72%, так как остаточные слои наледи требовали остановки над этим местом. При этом скорость движения составила 0,3 м/с (1 км/ч).
Результаты отражены в таблице 1.
Таблица 1 – результаты испытаний.
Образец
Максимальная высота очистки, см
Степень очистки, %
Средняя скорость, мП/сек
1
90
85
0,45
2
65
48
0,39
В данном примере испытаний Образец 2 смог удалить часть толстых (более 50 мм) слоёв наледи, но в меньшем количестве (не более 50% от общей площади обработанной поверхности), чем Образец 1. Это связано с тем, что Образец 2 имеет массу больших ударных элементов, недостаточную для раскола слоев наледи, превышающих 50 мм высотой, но достаточную для раскола верхних слоев наледи в диапазонах 60 – 90 мм, т.е. их эффективность очистки равна 30 – 40 мм и приближена к эффективности малых ударных элементов, что в свою очередь лишает устройство полезной способности разрушать и удалять толстые слои наледи высотой от 50 мм и более, как это может делать Образец 1.