ВИБРОРАСКАЛЫВАТЕЛЬ
VIBRATING SPLITTER

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для раскалывания ледового покрытия (льда), спрессованного снега на пешеходных тротуарах, на проезжей части улиц, во дворах домов и т.д., а также может быть использовано в других случаях, когда имеет место обледенение, например на палубах кораблей, взлетных полосах аэродромов и т.п., а при использовании соответствующих инструментов может быть применено и для дробления изделий из глины, бетона или железобетона, например бракованных плит.
Известно устройство - ледорезная машина (патент РФ №2175700 Е01Н 4 00, 5 09, Е02Д 27 36, опубл. 10.11.2001 в бюллетене №31). Она представляет собой установленную на остов режущую часть с режущим цепным органом, механизмом заглубления режущей части и механизмом перемещения остова, а также электродвигателем для их привода. Режущая часть снабжена съемными режущими дисками.
К недостаткам этого устройства следует отнести:
- отсутствие автономности перемещения, зависящего от расстояния до источника электроэнергии, что приводит к ограничению использования машины;
- сложность конструкции машины;
- длительность процесса, так как процесс резания, с одной стороны связан с предварительным заглублением режущего инструмента, а с другой стороны, он более продолжителен, чем ударный процесс раскалывания.
Известно также устройство, принятое за прототип, рабочим инструментом которого являются подвесные скребки - это ледоуборочный скрепер с невращающимися инструментами, снабженными защищенными режущими кромками (патент США 6202327 Е01Н 4 00, Е01Н 5 04, опубл. 20.03.2001). Он представляет собой ледоскребущий агрегат с держателем, несущим (имеющим) множество невращающихся ледоскребущих инструментов, предназначенных для соскабливания льда и удаления ледового покрытия. Стальная режущая головка скребка имеет карбидную вставку.
К недостаткам этого устройства следует отнести:
- возможность поломки ледоскребущих инструментов при попадании гальки, камней, металлических предметов и т.п., требующей разборки устройства и замены или переточки скребков;
- высокая стоимость устройства из-за применения дорогого материала - карбида - для изготовления вставок на головках скребков;
- большие затраты времени на процесс удаления ледового покрытия из-за послойного соскабливания льда;
- повышенную энергоемкость процесса соскребывания льда.
Задачей данного изобретения является снижение стоимости устройства, снижение энергозатрат, снижение вероятности поломки дробящих и раскалывающих лед инструментов, сокращение продолжительности процесса уборки льда, возможность сделать устройство автономным, обеспечить применение устройства для раскалывания не только льда и спрессованного снега, но и для дробления глины, бетона, железобетона и т.п.
Предлагаемое устройство отличается от прототипа тем, что оно выполнено в виде перемещающегося по ледовому покрытию или железобетонной плите с помощью колесной пары и имеющего возможность вертикального перемещения относительно ее корпуса, внутри которого размещена устанавливаемая на пружинах колеблющаяся плита с дробящими и раскалывающими инструментами, приводимыми в вертикально направленное движение одним дебалансным вибровозбудителем или двумя самосинхронизирующимися дебалансными возбудителями с роторами, вращающимися в противоположных направлениях, получающих вращение через редуктор или клиноременную передачу от закрепленных на корпусе двигателей внутреннего сгорания и допускающих возможность за счет разворота дебалансов регулировать усилие воздействия инструментов на ледовое покрытие или на железобетонное изделие, причем при использовании двух вибровозбудителей их оси параллельны.
На чертеже показан общий вид предлагаемого устройства.
Устройство содержит корпус 1, в котором размещены пружины 2 с установленной на них колеблющейся плитой 3. В колеблющуюся плиту вмонтированы держатели дробящих и раскалывающих инструментов 4. Держатели могут быть выполнены, например, в виде резьбовых (болтовых) соединений. Также на плите установлены подшипниковые опоры 5, в которых вращается вибровозбудитель 6.
Для создания вертикальных колебаний плиты можно использовать и два независимых вибровозбудителя с роторами, вращающимися в противоположных направлениях, причем оси вибровозбудителей параллельны и удалены от центра инерции плиты на расстояние, равное или большее радиуса инерции плиты с вибровозбудителями
где I - момент инерции колеблющихся частей установки относительно оси, проходящей через ее центр тяжести;
М - масса плиты.
Одинаковость средних частот вращения и необходимая устойчивая фазировка обоих возбудителей обеспечиваются при отсутствии между ними каких-либо кинематических связей за счет явления самосинхронизации (И.И.Блехман. Вибрационная механика, Физматлит, М., 1994). При этом расположение осей роторов вибровозбудителей не может быть произвольным. Как показывает теоретическое исследование, для обеспечения стабильности работы вибровозбудителей так называемый вибрационный момент должен быть достаточно большим по сравнению с номинальным вращающим моментом двигателей установки (см. И.И.Блехман. Вибрационная механика, Физматлит, М., 1994, стр.176-178).
Указанный вибрационный момент пропорционален величине
где M и I также соответственно масса и момент инерции колеблющихся частей установки относительно оси, проходящей через ее центр тяжести, а ρ - расстояние между осями вращения роторов и центром тяжести.
Как показывают расчеты и экспериментальные исследования, для обеспечения стабильности расстояние ρ целесообразно выбирать удовлетворяющим условию (1).
Дебалансный вибровозбудитель представляет собой вал с закрепленными на нем сдвоенными дебалансами 7, что позволяет, в зависимости от толщины и прочности ледового покрытия или железобетонного изделия, регулировать амплитуду колебаний плиты с дробящими и раскалывающими инструментами и, следовательно, изменять усилие воздействия на ледовое покрытие или железобетонное изделие.
Один дебаланс жестко закреплен на валу, второй дебаланс имеет возможность углового поворота вокруг оси вала вибровозбудителя.
На горизонтальной площадке с наружной стороны корпуса жестко смонтирована подшипниковая стойка 8 с валом, который с одной стороны через упругую муфту 9 соединен с валом вибровозбудителя, с другой стороны на нем закреплен шкив клиноременной передачи 10. Другой шкив клиноременной передачи установлен на вал редуктора 11.
Редуктор соединен с двигателем внутреннего сгорания 12.
Корпус 1 с двух сторон снабжен опорами 13 для установки колес 14, обеспечивающих движение устройства по ледовому покрытию или железобетонной плите, а также парами «винт 15-гайка 16» для его перемещения по направляющим 17 относительно колес.
Устройство подводится (подкатывается) к кромке ледового покрытия или устанавливается на железобетонную плиту и в зависимости от толщины ледового покрытия или железобетонной плиты с помощью винтовой пары «винт 15-гайка 16» устанавливается на требуемую для начала работ высоту.
Дробление и раскалывание ледового покрытия или железобетонной плиты осуществляется путем передачи вращения от двигателя внутреннего сгорания 12 через редуктор 11, клиноременную передачу 10, вал подшипниковой стойки 8 и упругую муфту 9 на вал вибровозбудителя 6. При вращении дебалансов 7, смонтированных на валу вибровозбудителя, плита 3 совершает колебания, в результате чего закрепленные на ней инструменты производят (осуществляют) дробление и раскалывание ледового покрытия или железобетонной плиты.
Преимущества заявляемого устройства.
1. С помощью предлагаемого устройства значительно снижается вероятность поломки дробящих и раскалывающих лед инструментов, т.к. попадание неразрушающихся предметов, как правило, не приводит к поломкам.
2. Существенно снижается стоимость устройства, т.к. для изготовления раскалывающих и дробящих лед инструментов не требуется применение высокопрочных инструментальных сталей.
3. Замена продолжительного процесса соскабливания и резания ледового покрытия кратковременным процессом дробления и раскалывания повышает в несколько раз производительность предлагаемого устройства, эффективность процесса очистки поверхностей ото льда и снижает энергозатраты.
4. Возможность использования предлагаемого устройства (в отличие от прототипа) не только для дробления и раскалывания льда, но и для дробления и раскалывания железобетонных плит, и т.п.