РЫХЛИТЕЛЬ УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ
IMPACT RIPPER

Изобретение относится к строительному и горному делу и может быть использовано при разработке скальных пород, прочных и мерзлых грунтов.
Известен рыхлитель, включающий молот с двуплечим шарнирным рычагом, на концах которого установлены рыхлительные зубья (см. а.с. №574534, М. кл. Е21С 37/02, 1974 г.).
Однако этот рыхлитель имеет низкую эффективность при разработке грунтов, так как рыхление осуществляется без использования сил отдачи.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является рыхлитель, включающий базовую машину, смонтированный на навесной раме пневмомолот с корпусом, внутренняя полость которого разделена поршнем-бойком на переднюю и заднюю камеры и воздухораспределитель с источником сжатого воздуха (см. Захарчук Б.З. и др. Навесное тракторное оборудование для разработки высокопрочных грунтов. М., «Машиностроение», 1979 г., с.33-36).
Недостатками указанного устройства являются нагрузка на навесную раму от сил отдачи и снижение за счет этого общей эффективности рыхления.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности рыхления грунта за счет снижения динамических нагрузок, воздействующих на базовую машину, и передачи их в зону разрушения грунта.
Сущность изобретения заключается в том, что рыхлитель, включающий базовую машину, навесную раму, гидроцилиндр и пневмомолот, содержащий корпус с установленным внутри поршнем-бойком и зубом, снабжен балкой, соединенной с навесной рамой при помощи оси вращения, и балансировочным грузом, при этом пневмомолот и балансировочный груз установлены на балке с возможностью перемещения, а расстояние от центра вращения балки до оси симметрии пневмомолота определяют из условия:
o1
о2
С3
1
2
C1
C2
где L - расстояние от центра вращения балки до оси симметрии пневмомолота; J - момент инерции балки относительно оси вращения; J - момент инерции балансировочного груза относительно оси вращения; J - момент инерции пневмомолота относительно центра масс; m - масса балки; m - масса балансировочного груза; l - расстояние от оси вращения до центра масс балки; l - расстояние от оси вращения балки до центра масс балансировочного груза.
Для создания концентраторов напряжения в замкнутом объеме грунта и исключения центробежных сил инерции при работе рыхлитель снабжен дополнительной балкой с осью вращения, балансировочным грузом и пневмомолотом.
Снабжение рыхлителя балкой с осью вращения, балансировочным грузом и пневмомолотом, расположенным на расстоянии  от оси, причем балансировочный груз и пневмомолот установлены с возможностью перемещения относительно балки, позволяет максимально снизить передачу динамических нагрузок на базовую машину.
Снабжение рыхлителя дополнительной балкой с осью вращения, пневмомолотом и балансировочным грузом позволяет компенсировать центробежные силы инерции, возникающие при вращении, а также создавать концентраторы напряжений в объеме грунта, заключенном между зубьями пневмомолотов и, тем самым, снизить энергоемкость процесса разрушения грунта.
В совокупности указанные преимущества предлагаемого устройства по сравнению с прототипом позволяют увеличить передачу энергии динамических нагрузок в грунт, снизить их воздействие на базовую машину, уменьшить тяговое усилие.
На фиг.1 изображен рыхлитель ударного действия, общий вид. На фиг.2, 3 - вид сверху на рабочий орган (верхняя часть рабочего органа условно не показана).
Рыхлитель содержит базовую машину с навесной рамой 1, гидроцилиндр 2, пневмомолоты 3, содержащие зубья 4 и поршни-бойки 5, балки 6, соединенные осями 7 с навесной рамой 1, балансировочные грузы 8. На балке 6 расположены направляющие 9.
Рыхлитель работает следующим образом. При опускании навесной рамы 1 гидроцилиндром 2 происходит касание зубьями 4 дневной поверхности грунта. Статическая нагрузка, действуя на зубья 4, приводит к подаче сжатого воздуха в полость между поршнем-бойком 5 и зубом 4 пневмомолотов 3 (поршни-бойки 5 в начальный момент времени находились в нижней части корпусов пневмомолотов 3). Усилие сжатого воздуха начинает ускоренно перемещать поршни-бойки 5 вверх. При этом силы отдачи воздействуют на корпус пневмомолотов 3, прижимая их к зубьям 4. Далее усилие передается на грунт, приводя его к разрушению. В момент ускоренного перемещения корпуса пневмомолота 3 вниз, сила инерции пневмомолота 3 и балки 6 воздействует на ось 7, соединяющую балку с навесной рамой 1. Аналогичная ситуация возникает и в случае, когда поршень-боек 5 при подъеме вверх силами сжатого воздуха ударяет о верхнюю часть корпуса пневмомолота 3. Но в этом случае сил реакции будет передаваться на ось 7 в противоположном направлении. При перемещении поршня-бойка 5 вниз, силы реакции давления сжатого воздуха действуют на корпус пневмомолота 3 и далее на балку 6, ось 7, навесную раму 1. Накопленная кинетическая энергия в момент касания поршнем-бойком 5 зуба 4 передается в грунт. Поочередное воздействие динамической нагрузки на ось 7 воздействует на базовую машину и оператора.
Для исключения динамической составляющей усилия резания грунта на навесную раму 1, на балках 6 установлены балансировочные грузы 8. При этом положение пневмомолота 3 относительно оси вращения определяется из условия динамического равновесия (см., например, книгу Яблонского А.А. Курс теоретической механики. Ч.2. Динамика. Учебник для втузов. Изд. 5-е, испр. - М.: Высш. школа, 1977. - 430с. С.279-292). Полагая, что реакция в точке крепления балки 6 равна нулю, условие равновесия сил и моментов сил, включая силы инерции, может быть представлено следующей зависимостью:
o
o1
o2
o3
1
2
3
с
где J- момент инерции вращающихся тел относительно оси вращения (балки 6 - J, балансировочного груза 8 - J и пневмомолота - J); ε - угловое ускорение балки 6; F - усилие, возникающее при работе пневмоударника; L - расстояние от оси вращения рычага до оси симметрии пневмомолота 3; М - масса вращающихся тел (балки 6 - m, балансировочного груза 8 - m и пневмомолота 3 - m); а - ускорение центра масс вращающихся тел.
В соответствии с теоремой о моментах инерции относительно параллельных осей (см., например, книгу Яблонского А.А. Курс теоретической механики. Ч.2. Динамика. Учебник для втузов. Изд. 5-е, испр. - М.: Высш. школа, 1977. - 430с. С.93-94), момент инерции пневмоударника 3 представим в следующем виде
С3
где J- момент инерции пневмомолота 3 относительно центра масс.
С
С
С
Ускорение центра масс вращающихся тел представим в следующем виде а=εl, где l - расстояние от центра масс вращающихся тел до оси вращения. В соответствии с теоремой о движении центра масс механической системы [см., например, книгу Яблонского А.А. Курс теоретической механики. Ч.2. Динамика. Учебник для втузов. Изд. 5-е, испр. - М.: Высш. школа, 1977. - 430с. С.121-1241,
С1
С2
С3
С3
где l, l, l - расстояние от оси вращения до центра масс, соответственно, балки 6, балансировочного груза 8 и пневмомолота 3. Расстояние от оси вращения до центра масс пневмомолота 3 l=L. С учетом полученных преобразований, формулы (1) и (2) примут вид
Решая совместно уравнения (3) и (4), получим
Для исключения центробежных сил инерции, возникающих при вращении балки 6 с пневмомолотом 3 и балансировочным грузом 8, а также разработке грунта в замкнутом объеме, на навесной раме 1 установлены дополнительная балка 6 с пневмомолотом 3 и балансировочным грузом 8. При работе в стесненных условиях одна из балок 6 вместе с пневмоударником 3 и балансировочным 8 грузом может убираться.
Для работы рыхлителя в различных грунтовых условиях на балке 6 установлены направляющие 9, относительно которых могут перемещаться пневмомолот 3 и балансировочный груз 8.
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.