ФРЕЗЕРНЫЙ АГРЕГАТ С КАРДАНОВЫМ ПОДВЕСОМ (ВАРИАНТЫ)
MILLING UNIT WITH GIMBAL SUSPENSION (VERSIONS)

Настоящее изобретение относится к области дорожного строительства, в частности удаления снега или льда с дорог или дорожных покрытий, снятия старого асфальтового покрытия, выравнивания поверхности, придания ей сцепных свойств, снятия дорожной разметки.
Известно устройство для рыхления и скалывания снежно-ледяных образований на дорожных покрытиях (RU №38785, МПК Е01Н 5/12, заявл. 24.02.2004, опубл. 10.07.2004). Устройство для рыхления и скалывания снежно-ледяных образований на дорожных покрытиях включает рабочий орган в виде приводного вала с горизонтальной осью вращения с закрепленными на нем по спиральной линии скалывателями, при этом приводной вал выполнен в виде фрезерного барабана с жестко закрепленными на нем резцами по спиральным линиям встречного направления, с наклоном резцов к продольной оси фрезерного барабана под углом 20-30°, а к поперечной оси под углом 12-15°, при этом резцы выполнены из твердосплавной стали с углом заточки рабочей части резца 55-60°. Недостатком данного технического решения являются большие усилия, которые необходимо прикладывать к дорожной фрезе для обеспечения процесса фрезерования. Причины больших усилий заключаются в больших размерах резцов по диаметру, которые во время работы внедряются в обрабатываемый материал.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство для разрушения ледяных и твердых образований на дорожных покрытиях (RU №96875, МПК Е01Н 5/12 заявл. 08.04.2010, опубл. 20.08.2010), удаления снега или льда с дорог или дорожных покрытий, снятия старого асфальтового покрытия, выравнивания поверхности, придания ей сцепных свойств, снятия дорожной разметки. Устройство для разрушения ледяных и твердых наростов на дорожном полотне содержит основание в виде рамы на колесах с опорами, в которых на валу установлен корпус водила, несущего на себе сателлиты с режущими элементами, ось вала вращения водила, выполненного в виде барабана, расположена в плоскости, параллельной основанию, сателлиты равномерно распределены по барабану водила, а ось вращения каждого сателлита развернута относительно оси водила на отличный от нуля угол в проекции на соответствующую плоскость, касательную к барабану водила, при этом сателлиты с режущими элементами расположены симметрично относительно их опор закрепления или в виде непрерывной спирали или в виде прямозубой фрезы.
Недостатком указанного устройства является отсутствие регулировки в поперечном направлении, по отношению к направлению движения рамы, снимаемых по высоте ледяных и твердых наростов. Получаемая в результате обработки поверхность оказывается неровной, вследствие повторения фрезерным барабаном траектории движения опорных колес по неровной поверхности.
Технической задачей заявляемого изобретения является увеличение срока службы устройства, повышение надежности, улучшение эксплуатационных характеристик.
По первому варианту исполнения указанная задача решается тем, что в фрезерный агрегат с кардановым подвесом, содержащий основание в виде рамы на колесах, корпус водила с валом, несущий на себе сателлиты с резцами, сателлиты равномерно распределены по барабану водила, а ось вращения каждого сателлита развернута относительно оси водила на отличный от нуля угол в проекции на соответствующую плоскость, касательную к барабану водила, при этом сателлиты с резцами расположены симметрично относительно их опор закрепления, а также по оси вращения платформы введены датчик угла и двигатель, соединенные между собой через усилительно-преобразующее устройство, согласно изобретению дополнительно введена платформа с опорами, расположенными по продольной и поперечной оси рамы, причем продольными опорами платформа устанавливается на раме, а в поперечные опоры устанавливается барабан.
По второму варианту фрезерный агрегат с кардановым подвесом, содержащий основание в виде рамы на колесах, корпус водила с валом, несущий на себе сателлиты с режущими элементами, сателлиты равномерно распределены по барабану водила, а ось вращения каждого сателлита развернута относительно оси водила на отличный от нуля угол в проекции на соответствующую плоскость, касательную к барабану водила, при этом сателлиты с режущими элементами расположены симметрично относительно их опор закрепления, согласно изобретению в него введен дополнительный ряд сателлитов с режущими элементами таким образом, что они образуют шевронное расположение сателлитов с исходными сателлитами.
Также техническая задача достигается тем, что режущие элементы имеют форму столбчатых резцов и расположены в ряды по прямым, параллельным продольной оси фрезы и равномерно распределенным по окружности, а режущие элементы в соседних рядах распределены по многозаходным винтовым линиям с постоянным шагом, равным расстоянию между соседними режущими элементами, расположенными в ряды по прямым.
Сущность ротационного фрезерования поясняется с помощью следующих рисунков. Режущими элементами фрезы являются цилиндрические столбчатые резцы 1 (Фиг.1) [Коновалов, Е.Г. Прогрессивные схемы ротационного резания металлов / Е.Г. Коновалов, В.А. Сидоренко, А.В. Соусь. - Минск, «Наука и техника», 1972. стр.17, рис.1, м]. В заявляемой конструкции столбчатые резцы установлены неподвижно на цилиндрической поверхности.
На фиг.2 показано положение ротационного инструмента в процессе обработки материала: а) вид с торца барабана; б) вид на цилиндрическую поверхность барабана. В крайнем нижнем положении каждой фрезы продольные оси резцов, расположенных на одной прямой, оказываются перпендикулярны обрабатываемой поверхности.
Барабан водила совершает угловое движение от приводного двигателя. Самовращение фрезы с режущими лезвиями происходит за счет контакта резца с обрабатываемым материалом. Точка контакта резца с материалом в общем случае определяется случайным образом. Точка контакта является мгновенным центром скоростей для резца. Реакция связи в точке контакта является движущей силой, приводящей фрезу в угловое движение относительно ее оси вращения. После выхода резца из контакта с материалом движение фрезы происходит по инерции. Вследствие сопротивления в опорах фрезы ее вращение происходит с замедлением. При следующем контакте фреза получает очередной импульс и разгоняется до согласованной с вращением барабана угловой скорости. Резание материала в силу описанной схемы происходит на малой скорости. Резание на малой скорости минимизирует нагрузки на резцы и опоры фрез и барабана, что в свою очередь уменьшает перегрев резцов и опор и способствует увеличению срока их службы и надежности устройства в целом.
На Фиг.3 показана эпюра реакции связи q3 режущих элементов фрезы с обрабатываемым материалом в виде распределенной по цилиндрической образующей нагрузки. Цилиндрами условно показаны фрезы со столбиковыми резцами. Сплошной стрелкой выделена текущая точка контакта резца на одной из фрез с материалом. Пунктирные стрелки означают, что контакт уже был или будет в процессе обкатывания фрезы по материалу. Эпюра изображена для случая идеально плоской обрабатываемой поверхности. Аналогичная эпюра сил возникает на второй фрезе, работающей в паре с описанной выше фрезой и образующей с ней шевронную пару. Реакции от взаимодействия шевронных фрез с обрабатываемым материалом имеют противоположно направленные проекции на направление, поперечное направлению обрабатываемой полосы. Эти проекции уравновешивают друг друга и стабилизируют положение фрезерного барабана с фрезами относительно выбранного направления обработки. Минимизация количества резцов, одновременно входящих в контакт с материалом, и шевронное расположение фрез улучшают следующие эксплуатационные характеристики агрегата: минимизирует вес агрегата и стабилизирует прямолинейность выбранного направления обработки поверхности.
На фиг.4 показан внешний вид фрезы со столбчатыми резцами. Резцы расположены группами по прямым линиям, параллельным продольной оси фрезы. Продольные оси резцов расположены по радиальным направлениям фрезы. Указанная совокупность признаков улучшает характеристики фрез с точки зрения их изготовления.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является регулировка получаемого поперечного профиля поверхности обрабатываемого слоя.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг.5 - кинематическая схема заявляемого устройства с дополнительной платформой;
на фиг.6 - кинематическая схема заявляемого устройства с шевронным расположением сателлитов.
Устройство по первому варианту, содержащее основание в виде рамы 2 (Фиг.5) на колесах 3, барабан водила 4 с валом 5, несущий на себе сателлиты 6 с режущими элементами, платформу 7 с опорами 8 и 9, расположенными по продольной и поперечной оси рамы, причем продольными опорами 8 платформа устанавливается на раме, а в поперечные опоры 9 установлен барабан. По оси вращения платформы установлены датчик угла (ДУ) 10 и двигатель (Дв2) 11, соединенные через усилительно-преобразующее устройство (УПУ) 12. Барабан водила 4 связан с приводным двигателем (Дв1) 13 через вал 5. К раме 2 прикреплены ручки 14. Барабан водила 4 через вал 5 приводится во вращение с помощью двигателя 13. В процессе вращения барабана режущие элементы одного из сателлитов 6 входят в контакт с обрабатываемой поверхностью и разрушают его на глубину, регулируемую путем разворота рамы 2 относительно геометрической оси колес 3 с помощью рукояток 14. Платформа 7 через опоры 9 разворачивает барабан в поперечном, по отношению к дороге, направлении, формируя поперечный профиль обрабатываемой поверхности. Платформа приводится во вращение двигателем 11, управляемым усилительно-преобразующим устройством (УПУ) 12 по сигналам с ДУ 10.
Устройство по второму варианту, содержащее основание в виде рамы 2 (Фиг.6) на колесах 3, барабан водила 4 с валом 5, несущий на себе сателлиты 6 с режущими элементами. Сателлиты равномерно распределены по барабану водила, а ось вращения каждого сателлита развернута относительно оси водила на отличный от нуля угол в проекции на соответствующую плоскость, касательную к барабану водила, при этом сателлиты с режущими элементами расположены симметрично относительно их опор закрепления. Дополнительный ряд сателлитов 15 с режущими элементами образует шевронное расположение сателлитов с исходными сателлитами 6. Барабан водила 4 связан с приводным двигателем (Дв) 13 через вал 5. К раме 2 прикреплены ручки 14. Барабан водила 4 через вал 5 приводится во вращение с помощью двигателя 13. В процессе вращения барабана режущие элементы сателлитов 6 и 15 входят в контакт с обрабатываемой поверхностью и разрушают ее на глубину, регулируемую путем разворота рамы 2 относительно геометрической оси колес 3 с помощью рукояток 14.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет выполнять резание материала с формированием желаемого поперечного профиля при малых нагрузках на резцы и опоры со стабилизацией выбранного направления обработки материала.