УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ СОСУЛЕК
DEVICE FOR REMOVAL OF ICICLES

Изобретение относится к строительству крыш жилых и производственных зданий, исключающих опасность схода с крышки снега и льда, а также падение сосулек значительных размеров.
Известно устройство для предотвращения падения крупных сосулек, наледи и снега с выступающих деталей крыш, содержащее листообразное гибкое и упругое тело, выступающее за кромку крыши, и выполненное с возможностью задерживания на своей поверхности сосулек, наледи и снега /см. патент РФ на полезную модель №90823, кл. Е04D 13/076, 2009 [1]/.
Недостатком известного устройства является опасность накопления на выступающем теле значительных масс снега, льда и сосулек вследствие возможности из самопроизвольного обрушения.
Известны также электромеханические устройства для удаления снега, льда и сосулек с краев кровли, включающие выступающую за кромку кровли упругую полосу, соединенную либо с пространственным кинематическим механизмом с гибкими сбивающими органами и мотором-редуктором /см.патент РФ на полезную модель №104589, кл. Е04D 13/076, 2010 [2]/, либо с источником механических колебаний, выполненным в виде закрепленного на здании вала с электродвигателем и эксцентриками /см. патент РФ на полезную модель №110790, кл.Е04D 13/076, 2010 [3]/; патент  РФ на полезную модель №108466, кл. Е04D 13/076, 2011 [4]/, либо с источником механических вибраций и импульсов в виде передвижного вибратора, соединенного с вибропроводом, состоящим из набора горизонтальных и вертикальных металлических стержней /см. патент РФ на полезную модель №110789, кл. Е04D 13/064, 2010 [5]/, либо с источниками механических импульсов, взаимодействующих с волноводами, выполненными из профильных конструкций, закрепленных с напуском относительно кромки кровли /см. патент РФ на полезную модель №90450, кл. Е01С 11/24, 2009 [6]/.
Недостатками известных устройств являются предельная сложность конструкции вследствие необходимости использования специальных виброимпульсных возбудителей, вибропроводов и волноводов, кинематических исполнительных механизмов и т.д., значительные энергозатраты, низкие эксплуатационные характеристики  устройств из-за отсутствия возможности полной автоматизации процесса удаления сосулек, наледи и снега с краев кровли, причем на начальной стадии их образования без создания опасности для людей и объектов.
Наиболее близким устройством  того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является устройство для удаления сосулек,  закрепленное на стене здания под карнизом крыши, состоящее из элемента, режущего сосульки и связанного с тягой, приводящей режущий элемент в движение, при этом режущий элемент выполнен из гибкого материала, распространяющегося на всю длину карниза и прикрепленного по его краям к водосточным воронкам с помощью насадки, тяга выведена для управления на землю или крышу здания /см.патент РФ на полезную модель, кл.Е04D 13/076, 2011 [7]/, и принятое за прототип.
Недостатками устройства-прототипа является ручной характер процесса при полном отсутствии автоматизации и возможности удаления сосулек на начальной стадии их образования.
Сущность изобретения заключается в создании простой, надежной и автономной конструкции, обеспечивающей автоматическое механическое удаление сосулек с наружного края кровли здания полностью без участия человека на начальной стадии их образования за счет использования ветровой энергии.
Технический результат - обеспечение полной автономности устройства и автоматизации процесса, исключающего вмешательство человека.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для удаления сосулек, включающем гибкие режущие элементы, распространяющиеся на всю длину карниза крыши здания параллельно ему и установленные под карнизом с помощью крепежных узлов по его краям, особенность заключается в том, что крепежные узлы выполнены в виде консольно прикрепленных к карнизу и обращенных вниз вертикальных осей, устройство снабжено двумя уголками, каждый из которых состоит из двух ортогональных плоскостей - лопастей, и свободно с помощью жестко установленной вдоль ребра на стыке данных плоскостей втулки из гидрофобного материала насажен на ось с возможностью поворота и ограничения осевых смещений, при этом две плоскости разных уголков параллельны стене здания и обращены параллельными ребрам уголков торцами друг к другу, две другие плоскости перпендикулярны стене здания и обращены аналогичными торцами наружу от стены, а режущие элементы выполнены в виде соединяющих перпендикулярные стене плоскости уголков прямолинейных стальных упругих полос, расположенных в параллельных стене плоскостях непосредственно вдоль карниза в зоне образования сосулек и имеющих возможность релейной потери устойчивости своей прямолинейной формы /продольного изгиба/ в плоскости наименьшей жесткости, перпендикулярной стене, под действием осевой ветровой нагрузки со стороны уголков, превышающей ее критическое значение для соответствующей упругой полосы.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично показано предлагаемое устройство на общем виде.
Устройство для удаления сосулек 1 с карниза 2 крышки 3 здания 4 включает гибкие режущие элементы 5, распространяющиеся на всю длину карниза 2 параллельно ему и установленные под карнизом 2 с помощью крепежных узлов по его краям. При этом крепежные узлы выполнены в виде консольно прикрепленных к карнизу 2 снизу и обращенных также вниз вертикальных осей 6. Устройство снабжено двумя уголками, каждый из которых состоит из двух ортогональных плоскостей-лопастей 7, 8, 9, 10, причем две плоскости 7, 9 разных уголков параллельны стене 11 здания 4 и обращены параллельными ребрам угольников торцами друг к другу, а две другие плоскости 8, 10 перпендикулярны стене 11 здания 4 и обращены аналогичными торцами наружу от стены 11. Каждый из уголков 7, 8 и 9, 10, с помощью жестко установленной вдоль ребра на стыке плоскостей 7 и 8, 9 и 10 втулки 12, 13 из гидрофобного материала, свободно насажен на соответствующую ось 6 с возможностью поворота и ограничения осевых смещений уголков кольцами 14, 15, жестко надетыми на оси 6. Крепление втулок 12, 13 внутри уголков 7, 8 и 9, 10 вдоль их ребер осуществлено специальными U-образными скобками, охватывающими закругленной частью втулки 12, 13 и введенными концами в отверстия в плоскостях 7, 8, 9, 10 с последующим натягом и фиксацией /на рисунке крепление не показано/. Втулки 12, 13 выполнены из жесткой авиационной резины, как материала с ярко выраженными гидрофобными свойствами. Это исключает опасность примерзания втулок 12, 13 к осям 6 в процессе эксплуатации устройства и обеспечивает надежный поворот угольников 7, 8 и 9, 10 вокруг осей 6 при действии на плоскости уголков ветровых нагрузок. Уголки с плоскостями-лопастями 7, 8 и 9, 10 выполнены из прочного пластика или тонкого, легкого и жесткого металлического сплава, например дуралюминия, и имеют значительную парусность, то есть высокое аэродинамическое сопротивление ветровым нагрузкам. Режущие элементы 5 выполнены в виде соединяющих перпендикулярные стене 11 плоскости 8, 10 уголков прямолинейных стальных упругих полос, расположенных в параллельных стене 11 плоскостях непосредственно вдоль карниза 2 в зоне образования сосулек 1. В частности, полосы 5 выполнены из пружинной стали и могут быть в количестве одной, двух и более в зависимости от ширины карниза 2, специфики крыши 3 и т.п./ на рисунке показаны две полосы 5/. Крепление полос 5 к плоскостям 8, 10 уголков осуществлено путем введения концов полос 5 с выполненными в их центральной части прямоугольными отверстиями в специальные параллельные и также прямоугольные прорези в плоскостях 8, 10, и последующей вставки в отверстия в концах полос 5 с натягом пластинчатого фиксатора 16, снабженного по своей  внешней поверхности зубцами треугольного сечения для надежного стопорения фиксатора 16 в отверстиях полос 5 и, соответственно, полос 5 в плоскостях 8, 10 уголков. Полосы 5, жестко закрепленные по своим концам к плоскостям 8, 10 уголков, нагружены осевыми усилиями под действием ветровой нагрузки со стороны плоскостей 8, 10. При этом полосы 5 выполнены с возможностью релейной /скачкообразной/ потери устойчивости своей прямолинейной формы /продольного изгиба/ в плоскости наименьшей жесткости, перпендикулярной стене 11, под действием осевой силы, превышающей ее критическое значение для соответствующей упругой полосы 5. Полосы 5 аналогичны внешне известной стальной линейке значительной длины, распространяющейся на весь карниз 2, шириной порядка 3-5 см и толщиной около 0,5-2 мм. При осевых нагрузках на такую полосу с двух сторон при значении силы, больше критической, линейка скачком /релейно/ теряет свою прямолинейную равновесную форму и резко выпучивается в одну из боковых сторон /в конкретном случае полоса 5 скачком изгибается до контакта с соседней полосой/. При этом сторона, в которую произойдет выпучивание плоскости полосы 5 случайна, заранее неизвестна и зависит от ряда случайных факторов: технологических, конструктивно-эксплуатационных, типа исходной деформации, специфик крепления концов полос 5, угла отклонения от оси продольной силы, воздействия поперечной ветровой нагрузки и т.п.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
Устройство выполнено так, что чувствительные к ветровым возмущениям уголки 7, 8 и 9, 10 реагируют на последние практически  во всех открытых для этих возмущений направлениях. Так, например, на возмущения слева реагирует плоскость 8 левого на рисунке уголка, прогибаясь внутрь и сжимая полосы 5, на возмущения справа аналогично реагирует плоскость 10 правого уголка. Возмущения сзади закрыты зданием, возмущения спереди воспринимаются плоскостями 7 левого и 9 правого уголков, также преобразуясь в поворот уголков и сжатие полос 5. От ветровых нагрузок сверху закрывает карниз 2, вертикальные потоки ветровых возмущений снизу, отражаясь от козырька /карниза/ 2, переходят в горизонтальную плоскость и опять воздействуют на плоскости 7, 8, 9, 10 уголков, вызывая их динамическую раскачку полос 5 в продольных направлениях, облегчающую возможность потери ими устойчивости прямолинейной формы. Заявителем проведены подробные экспериментальные и теоретические исследования геометрических и конструктивно-технологических параметров полос 5 /продольной жесткости на изгиб, геометрических характеристик поперечных сечений, поперечных прогибов и т.п./, а также аэродинамических характеристик плоскостей 7, 8, 9, 10 уголков /эффективные аэродинамические площади поверхностей, оптимальный вес и минимальное трение в опорах вращения и т.д./. Данные расчеты и эксперименты позволяют выбрать параметры вышеуказанных узлов, обеспечивающие создание при минимальных ветровых возмущениях продольные нагрузки на полосы 5, превышающие соответствующие критические значения. Как известно, во времена года, характерные для образования сосулек /зима, весна/, и на высоте крыши здания малые ветровые нагрузки существуют практически в любое время. Периодически несколько раз в сутки /многократно/ эти возмущения переходят в интенсивные порывы ветра в разных направлениях. Очевидно, что это приводит к постоянной периодической потере полосами 5 устойчивости прямолинейной формы, их скачкообразному выпучиванию в одном из боковых  направлений, сопровождающемуся касанием полос друг друга, их соударениями и т.п. Так как полосы 5 размещены в зоне образования сосулек 1, то есть сосульки 1 свисают между полосами 5, частично примерзая к ним, то естественно, что такие релейные поперечные перемещения 5 вызывают срез  сосулек 1, их сбрасывание вниз. Такой эффект происходит автоматически и периодически по много раз в сутки, что не позволяет сосулькам вырастать до значительных размеров, их удаление и сброс происходит на начальной стадии их образования и неопасны для расположенных внизу людей и объектов. Устройство полностью автономно и автоматизировано, что позволит полностью исключить как участие человека в процессе удаления сосулек, так и затраты электроэнергии. Устройство предельно просто  по конструкции, в  принципе может быть использована только одна полоса 5 при ее установке строго вдоль наружной кромки карниза 2. Однако для более качественного удаления сосулек 1 целесообразно использовать несколько параллельных полос 5, распределенных по ширине карниза 2, так как в особо сложных климатических условиях и при специфических конструкциях крыш и карнизов сосульки 1 могут образовываться не только по кромке, но и по всей ширине карниза 2.