ПРИЦЕПНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА СНЕЖНОУПЛОТНЁННЫХ ТРАСС

Предложенное устройство относится к дорожным машинам, точнее к прицепным боронам-волокушам для строительства снежноуплотненных лыжных и снегоходных трасс.
В настоящем описании некоторые термины и понятия будут использованы в следующем толковании.
Борона - прицепное устройство, включающее средства для рыхления и выравнивания поверхности снежной трассы. Может дополнительно включать средства для уплотнения выровненной поверхности, придания ей мелкой рельефности, нарезки колеи для классического лыжного хода. В настоящем описании термины «борона» и «прицепное устройство» являются синонимами.
Лыжа - скользящий по снегу опорный элемент с отогнутой кверху передней частью (носком), независимо от величины соотношения его длины к ширине.
Максимальное сцепное усилие - усилие между поверхностью трассы и движителем тягача, при котором еще не возникает пробуксовка движителя.
Опорная поверхность лыжи - участок подошвы лыжи, которым снятая с устройства лыжа, установленная на ровной горизонтальной поверхности, касается этой поверхности.
Передний, задний, продольный, поперечный - эти признаки относительно рабочего направления движения устройства.
Рабочий орган устройства - части устройства, непосредственно разрыхляющие обрабатываемую поверхность, вместе с элементами их крепления. Обычно включает один или несколько рыхлителей, выполненных в виде зубьев, ножей или дисков, элементы для крепления рыхлителей, щитки для организации циркуляции снега перед рыхлителями.
Тяговое усилие - усилие на сцепном устройстве тягача. В описании и чертежах одинаковые элементы будут обозначаться одним цифровым позиционным обозначением с добавлением, если потребуется их различить, буквенного индекса, например: рыхлители 8а и 8б.
Известно прицепное устройство для подготовки полотна лыжной трассы, выполненное в виде бороны, включающей продольные элементы, скрепленные с дышлом в передней части и с широкой поперечной лыжей - в задней. Между продольными элементами установлен скрепленный с ними рабочий орган, включающий установленные на поперечных балках рыхлители, выполненные в виде зубчатых гребней и горизонтальных ножей [«Борона для коньковой лыжни SNOWPRO». Интернет-ресурс http://www.skitracker.ru/catalog/catalog 4.html].
Известное устройство удовлетворительно работает на совершенно ровных поверхностях, например, на стадионах или замерзших водоемах. Между тем, подъемы и спуски являются обязательной принадлежностью спортивных трасс, поскольку согласно принятым в лыжном спорте нормам, их суммарная протяженность должна составлять не менее половины общей протяженности трассы. На пересеченной местности, неровных и бугристых трассах требуемое тяговое усилие изменяется в широких пределах и зачастую превышает возможности тягача. Борона, которую тягач мог буксировать по ровной горизонтальной поверхности, застревает, врезаясь в крупный бугор или на подъеме, тягач начинает буксовать, зарываясь в трассу. Регулировать глубину врезания рыхлителей, подстраивая тяговое усилие под возможности тягача, конструкция известной бороны не позволяет. Поэтому производительность подготовки ею спортивных трасс очень невелика. Сказанное относится и для случаев использования известной бороны для строительства снегоходных трасс.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является прицепное устройство для подготовки лыжных трасс, содержащее переднюю и заднюю лыжи, соединенную с дышлом раму, внутри которой установлен рабочий орган, включающий рыхлители, и включающую поперечные и продольные элементы (лонжероны и траверсы соответственно), одним из которых является задняя лыжа, а также устройство для регулировки высоты рабочего органа над обрабатываемой поверхностью [RU №2549718]. Регулировкой указанной высоты устанавливают глубину врезания рыхлителей в снег и, тем самым, величину тягового усилия. Рабочий орган состоит из двух продольных элементов, соединенных рыхлителями, содержит шарнир в задней части для присоединения через серьги к лонжеронам, а в передней части - кулисы, или пазовые секторы, скрепляемые болтовыми соединениями с лонжеронами. Регулировка высоты рабочего органа над обрабатываемой поверхностью производится либо путем поворота рабочего органа на шарнире, либо перестановкой оси шарнира в серьгах. Для поворота рабочего органа ослабляют болтовые соединения кулис и поднимают или опускают его переднюю часть. Для регулировки заглубления рыхлителей задних продольных элементов в снег серьги имеют несколько отверстий, по которым переставляют ось шарнира. Процесс регулировки занимает сравнительно много времени, требует хождения вокруг устройства, что снижает производительность подготовки трасс. Точность регулировки описанным устройством, как показал опыт, недостаточна. На льдистых и плотных бугристых трассах изменение заглубления буквально на пару миллиметров может вдвое увеличить или уменьшить требуемое тяговое усилие.
Главный недостаток известного устройства состоит в низкой надежности из-за малой стойкости узлов скрепления рабочего органа с рамой к рывкам, возникающим при зацепах рыхлителей за камни, корни, куски льда или бугры из твердого смерзшегося снега. Рывки передаются дышлу через элементы крепления рабочего органа к раме, которые от этого разрушаются в течение одного сезона.
Техническим результатом от использования предложенной полезной модели является повышение надежности устройства за счет увеличения его прочности благодаря устранению промежуточных звеньев в цепочке передачи рывков от рабочего органа дышлу.
Указанный результат достигается тем, что в известном прицепном устройстве для строительства снежноуплотненных трасс, содержащем переднюю и заднюю лыжи, соединенную с дышлом раму, внутри которой установлен рабочий орган, включающую поперечные и продольные элементы, одним из которых является задняя лыжа, а также устройство для регулировки высоты рабочего органа над обрабатываемой поверхностью, отличающееся тем, что передняя лыжа установлена на конце рычага, шарнирно соединенного с рамой, устройство для регулировки высоты рабочего органа над обрабатываемой поверхностью скреплено с указанным рычагом и рамой, а рабочий орган скреплен с продольными элементами рамы, образуя с ней неподвижное соединение.
Кроме того, в качестве рычага использован рычаг первого рода, а передняя лыжа и устройство для регулировки расстояния скреплены с разными плечами рычага.
Кроме того, в качестве рычага использован рычаг второго рода.
Кроме того, элементы рабочего органа являются поперечными элементами рамы.
Кроме того, устройство для регулировки высоты рабочего органа над обрабатываемой поверхностью включает пару винт-гайка с ручным приводом.
Кроме того, устройство для регулировки высоты рабочего органа над обрабатываемой поверхностью включает пару винт-гайка с электрическим приводом.
Кроме того, устройство для регулировки высоты рабочего органа над обрабатываемой поверхностью включает гидроцилиндр.
Кроме того, соединение передней лыжи с рычагом выполнено шарнирным.
Кроме того, соединение передней лыжи с рычагом содержит ограничитель угла поворота лыжи.
Благодаря скреплению передней лыжи с рамой посредством шарнирно скрепленного с рамой рычага и скреплению устройства для регулировки высоты рабочего органа над обрабатываемой поверхностью с рычагом и с рамой, создается возможность неподвижного или даже неразъемного соединения рабочего органа с продольными элементами рамы, при сохранении возможности регулировки высоты рабочего органа над обрабатываемой поверхностью. В результате между рамой и рабочим органом устраняются промежуточные элементы и усилие от рывков передается раме непосредственно. Это увеличивает надежность всего устройства. Это также позволяет использовать элементы рабочего органа в качестве поперечных элементов рамы устройства, что повышает его прочность, удешевляет изготовление и снижает массу.
Кроме того, такая конструкция в несколько раз снижает усилия, воздействующие на устройство регулировки, в особенности при использовании рычага первого рода, что повышает его долговечность и позволяет применить сравнительно хрупкие актуаторы для дистанционного управления расстоянием.
Применение рычага второго рода снижает материалоемкость устройства при том же достигаемом техническом результате.
Благодаря неподвижному скреплению рабочего органа непосредственно с продольными элементами рамы устройства, усилие от рывков при зацепах этих элементов за камни и корни передается раме, а через нее дышлу, минуя промежуточные элементы. Это увеличивает надежность устройства.
Благодаря применению пары винт-гайка с ручным приводом регулировка глубины врезания в снег рыхлителей рабочего органа может быть очень точной, что снижает вероятность сильных рывков при зацепах и, тем самым, повышает надежность устройства.
Благодаря применению регулирующего устройства с гидро- или электроприводом создается возможность дистанционного управления расстоянием между рабочим органом и трассой, что позволяет оператору, не покидая тягача, своевременно изменять это расстояние сообразно состоянию трассы. Это повышает производительность процесса и повышает надежность устройства.
Благодаря шарнирному скреплению передней лыжи с рычагом повышается надежность всего устройства, поскольку лыжа не врезается носком в неровности и не скребет задней кромкой, а плавно их огибает.
Благодаря тому, что соединение передней лыжи с рычагом содержит ограничитель угла поворота лыжи, предотвращающий выворачивание лыжи, особенно нежелательное при сдаче устройства назад, повышается надежность устройства.
Существо полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан вид сверху на один из вариантов конкретного исполнения устройства с рычагом первого рода, имеющим раздвоенные концы.
На фиг. 2 показан вид сбоку на предложенное устройство с максимально поднятым рабочим органом.
На фиг. 3 показан вид сверху на вариант конкретного исполнения устройства с двойным рычагом первого рода.
На фиг. 4 показан вид сбоку на предложенное устройство с рабочим органом, опущенным до контакта с обрабатываемой поверхностью.
На фиг. 5 показан вид сбоку на один из вариантов конкретного исполнения предложенного устройства с рычагом второго рода и с максимально поднятым рабочим органом.
На фиг. 6 показан вид сбоку на один из вариантов конкретного исполнения предложенного устройства с рычагом второго рода с рабочим органом, опущенным до контакта рыхлителей с обрабатываемой поверхностью.
Предложенное устройство (фиг. 1) содержит переднюю лыжу 1 (передний опорный элемент), соединенную с дышлом 2 раму 3, включающую продольные 4 и поперечные 5 элементы, одним из которых является задняя лыжа 6 (задний опорный элемент). Подошвы лыж 1 и 6 могут быть плоскими или слегка выпуклыми книзу. Внутри рамы 3 установлены рабочий орган 7 (фиг. 2 и 4), включающий рыхлители 8, а также устройство 9 для регулировки высоты рабочего органа 7 над обрабатываемой поверхностью, условно измеряемой расстоянием между плоскостью, в которой лежат опорные поверхности лыж 1 и 6, и рабочим органом 7. На чертежах, в качестве примера, устройство 9 показано выполненным в виде пары винт-гайка с ручным приводом. Оно может быть выполнено и с управляемым дистанционно пневмо- или электроприводом. Для смягчения рывков при зацепах рыхлителей 8 за бугры, корни, камни и куски льда сцепное устройство 10 дышла 2 выполнено подпружиненным.
Передняя лыжа 1 скреплена с рамой 3 посредством рычага 11, образуя с ней шарнирное соединение, ось 12 которого расположена поперек направления движения устройства. Рычаг 11 может быть выполнен либо в виде одного стержня, как показано на фиг. 1, либо из двух и более стержней 11а и 11б, как показано на фиг. 3. Один или оба конца рычага 11 могут быть раздвоены, как в качестве примера показано на фиг. 1. Рычаг 11 может быть как первого (фиг. 1-4), так и второго рода (фиг. 5 и 6). При ручной регулировке рычаг первого рода предпочтительнее, поскольку в этом случае оператор находится позади бороны, что безопаснее. Кроме того, удлиняя правое по чертежу плечо рычага соединенное с устройством 9, можно уменьшить усилия от толчков и рывков со стороны передней лыжи 1.
Соединение 13 передней лыжи 1 с рычагом 11 может быть выполнено шарнирным, что облегчает следование лыжи 1 изгибам профиля трассы. Чрезмерный поворот лыжи 1 предотвращается ограничителями 14 (фиг. 2, фиг. 4…6). Для нормальной работы устройства достаточно, чтобы лыжа 1 могла поворачиваться на ±(15…20)° от среднего положения. Ограничители 14 могут быть смонтированы как на лыже 1, так и на рычаге 11. Они могут быть снабжены упругими буферами-отбойниками.
Ось 12 может быть общей для стержней 11а и 11б (фиг. 2), либо может быть разделена на две соосные части 12а и 12б (фиг. 3).
На оси 12 рычаг 11 поворачивается посредством устройства 9, соединенного одним концом с рычагом 11, а другим - с одним из элементов рамы 3, например, с поперечным элементом рамы 15, соединяющим продольные элементы рамы 4б и 4в (фиг. 1-4), либо с одним из поперечных элементов 5 (фиг. 5 и 6).
Рабочий орган 7 предложенного устройства включает в себя, по меньшей мере, один рыхлитель, который может быть выполнен в виде зубчатой полосы, горизонтальных ножей или установленных наискось дисков. На чертежах в качестве примера показан рабочий орган, включающий два зубчатых рыхлителя 8а и 8б (фиг. 2), прикрепленные к балкам 16, воспринимающим усилия от рыхлителей и передающим его через продольные элементы 4 всей раме 3, сцепленному с ней дышлу 2 и сцепному устройству 10. Кроме того, рабочий орган может содержать элементы в виде щитков 17, не позволяющих снегу сразу переваливаться через балки 16, и улучшающих тем самым его перемешивание и предварительное уплотнение. Установлено, что увеличение количества рыхлителей свыше двух не приводит к ощутимому повышению качества обработки трассы.
Внешние продольные элементы 4а и 4г передают тяговое усилие и предотвращают уход взрыхленного снега с обрабатываемой полосы, служат ограничителями. Внутренние продольные элементы 4б и 4в, скрепленные с балками 16 и задней лыжей 6 распределяют нагрузку между ними, повышая прочность всей конструкции и ее стойкость к рывкам при зацепах рабочего органа за обрабатываемую поверхность.
По заднему краю лыжа 6 может иметь профилированную нижнюю поверхность или быть скреплена с гребенчатыми финишерами 18, придающими поверхности трассы вид вельвета, для ускорения ее упрочнения и образования под воздействием кантов лыж тонкого слоя рыхлого снега, предотвращающего отдачу.
Высота рабочего органа 7 над обрабатываемой поверхностью, определяющая величину заглубления рыхлителей 8 в поверхность обрабатываемой трассы, первоначально устанавливается в зависимости от исходного состояния трассы. Для обработки плотно утрамбованных, промерзлых или обледенелых трасс эта высота посредством устройства 9 устанавливается большой, чтобы требуемое тяговое усилие не превысило максимального. При обработки трасс, покрытых свежевыпавшим снегом, высоту уменьшают, чтобы интенсифицировать процесс перемешивания снежной массы, способствующий ее лучшему уплотнению.
Регулировка высоты изменяет также угол между плоскостью расположения опорной поверхности лыж 1 и 6 и плоскостью расположения рыхлителей 8 рабочего органа 7. Оба изменения в описанной конструкции оказываются согласованными, направленными на один и тот же результат. При увеличении высоты уменьшается заглубление рыхлителей и снижается требуемое тяговое усилие. Происходящее при этом увеличение угла также снижает требуемое тяговое усилие. Поэтому, приближаясь к подъему, оператор устройством 9 увеличивает указанную высоту, что особенно удобно делать при наличии дистанционного управления посредством электро- или гидропривода.
При работе предложенного устройства рывки и удары от рабочего органа 7 передаются через входящие в его состав балки 16 непосредственно раме 3, точнее, составляющим ее продольным элементам 4 и задней лыже 6, минуя промежуточные элементы. Устройству регулировки 9 они не передаются. Поэтому механизм устройства 9 не испытывает силовых ударных нагрузок, что продлевает срок его службы, позволяет облегчить его конструкцию и применить для регулировки пару винт-гайка, обеспечивающую высокую точность установки величины заглубления рыхлителей.