УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЫХЛЕНИЯ ПРОЧНЫХ ГРУНТОВ
FACILITY FOR LOOSENING FIRM SOILS

Изобретение относится к строительству и может найти применение для послойного рыхления прочных грунтов, а также снятия льда и снежного наката на автомобильных дорогах и тротуарах.
Известно устройство для фрезерования прочных грунтов, включающее раму, на которой в опорах вращения установлен вал с закрепленными к нему зубьями и привод вала [1].
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для рыхления прочных грунтов, содержащее раму, на которой в опорах вращения установлен вал с закрепленными к нему зубьями и привод вращения вала. На валу жестко закреплен кронштейн, на котором в опорах вращения смонтированы зубчатые колеса с дебалансами, входящие в зацепление с зубчатым колесом, установленным в опорах вращения, и привод зубчатого колеса [2].
Недостатком известного устройства является жесткая кинематическая связь между элементами привода и вала с зубьями, что приводит к значительным динамическим нагрузкам на привод устройства и к снижению эффективности процесса рыхления прочных грунтов.
Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства для рыхления прочных грунтов и снижение динамических нагрузок на привод.
Для достижения поставленной цели привод вращения вала включает зубчатую пару, ведущее колесо которой соединено с ведущим валом привода через предохранительную муфту, а ведомое зубчатое колесо соединено с валом с закрепленными к нему зубьями посредством обгонной фрикционной муфты.
На фиг.1 представлено устройство для рыхления прочных грунтов, общий вид; на фиг.2 - сечение А-А фиг.1; на фиг.3 - кинематическая схема работы привода, когда динамический момент направлен в сторону вращения вала с зубьями; на фиг.4 - кинематическая схема работы привода, когда динамический момент направлен в противоположную сторону.
Устройство для рыхления прочных грунтов (фиг.1) содержит раму 1, на которой в опорах вращения установлен вал 2 с жестко закрепленными зубьями 3, ведомое зубчатое колесо 4 одноступенчатого цилиндрического редуктора 5, которое соединяется с валом 2 посредством обгонной фрикционной муфты 6, ведущий вал 7 редуктора 5, который через муфту 8 соединен с двигателем 9 привода вращения вала 2, ведущее зубчатое колесо 10, соединенное с ведущим валом 7 через предохранительную муфту 11 с неразрушающим элементом. При этом сцепление обгонной фрикционной муфты 6 осуществляется при передаче крутящего момента двигателем 9. На противоположной стороне относительно двигателя 9, на валу 2 жестко закреплен кронштейн 12 с осями 13, на которых в опорах вращения установлены зубчатые колеса с дебалансами 14, входящие в зацепление с зубчатым колесом 15, установленным на приводном валу 2 в опорах вращения. Привод 16 зубчатого колеса 15 установлен на раме 1.
Для рыхления прочного грунта или снятия льда и снежно-ледяного наката, рама 1 устройства навешивается на базовую машину с возможностью обеспечения контакта по заданной глубине с разрабатываемой средой, включается двигатель 9, который через муфту 8 вращает ведущий вал 7, и одновременно включается привод 16, который приводит во вращение зубчатое колесо 15, после чего базовая машина заглубляет устройство и начинает движение.
1
2
Крутящий момент передается с ведущего вала 7, вращающегося с угловой скоростью ω (фиг.1, фиг.3), через предохранительную муфту 11 и ведущее зубчатое колесо 10 на ведомое зубчатое колесо 4, которое через сцепленную обгонную фрикционную муфту 6 передает крутящий момент на вал 2, который вращается с угловой скоростью ω. Зубья 3 поочередно входят в контакт с разрабатываемой средой, разрушая ее.
Привод 16 через зубчатое колесо 15 приводит во вращение зубчатые колеса с дебалансами 14 (фиг.2), которые создают возмущающую силу:
где m - масса вращающихся дебалансов, кг;
e - эксцентриситет дебаланса, м;
ω - угловая скорость вращения дебалансов, рад/с.
Под действием этой возмущающей силы возникают крутильные колебания вала 2 вместе с закрепленными на нем зубьями 3 относительно собственной оси. Величина максимального динамического момента, вызывающего эти колебания, определяется из:
0
где D - диаметр расстановки осей зубчатых колес с дебалансами.
б
Т - момент, передаваемый от двигателя привода барабана.
б
дин
дин
б
Следовательно, в момент взаимодействия зубьев 3 с разрабатываемой средой к моменту Т на валу 2, который создается двигателем 9, добавляется динамический момент Т от крутильных колебаний. При этом в зависимости от угла поворота зубчатых колес с дебалансами направление действия динамического момента Т может совпадать с направлением момента Т (направлением вращения вала 2) или может быть направлено в противоположную сторону.
дин
б
дин
дин
2
б
Когда динамический момент Т, направленный в сторону вращения вала 2 (фиг.3), превышает момент Т, обгонная муфта 6, жестко связанная с валом 2, начинает проскальзывать в направлении вращения зубчатого колеса 4, так как угловая скорость вращения ω вала 2 под действием Т значительно выше угловой скорости вращения ω ведомого зубчатого колеса 4 приводимого моментом Т. Таким образом, проскальзывание муфты 6 предотвращает передачу крутильных колебаний к валу двигателя 9.
дин
дин
б
дин
дин
дин
При повороте зубчатых колес с дебалансами на 180°, направление действия динамического момента Т изменится тоже на 180° (фиг.4). Когда динамический момент Т превысит момент Т, обгонная муфта 6 сцепляется, передавая динамический момент Т на зубчатое колесо 4, которое становится ведущим, вращаясь с угловой скоростью  в направлении действия динамического момента Т. Зубчатое колесо 4 приводит во вращение зубчатое колесо 10 с угловой скоростью  в направлении, противоположном вращению вала 7, при этом происходит выключение предохранительной муфты 11, у которой момент срабатывания Т определяется условием:
б
Таким образом, момент Т от двигателя 9 привода вала 2 не противодействует свободным крутильным колебаниям вала 2 с зубьями 3. В результате чего при прочих равных условиях увеличивается динамическая составляющая на разрушение среды, а сам привод устройства не испытывает дополнительных динамических нагрузок при колебаниях барабана с зубьями против его вращения.
Применение изобретения позволит не только повысить эффективность работы устройства, но и снизит энергоемкость процесса, увеличит надежность и долговечность элементов привода вала с зубьями.
Источники информации
1. Бородачев И.В. Справочник конструктора дорожных машин: - М. Машиностроение 1965. - 725 с.
2. Пат. 2224848, Российская Федерация, МПК E02F 5/30. Устройство для рыхления прочных грунтов / Ромакин Н.Е., Земсков В.М., Краснолудский Н.В.; №2001118342; заявл. 02.07.2001; опубл. 27.02.2004. Бюл. №6.